耐寒植物如何过冬(2)
在温度急剧下降时，白菜、萝卜、番薯等植物会通过糖化酶的作用，及时将体内的蛋白质和淀粉转化为糖分并使其溶于水，从而增加细胞液的浓度，那些含糖的体液即使在0℃以下仍不会冻结，细胞组织因此不易结冰。
不过，借助可溶性糖和氨基酸降低冰点有一定局限—只能在-5℃以上发挥作用，在-5℃以下则需要依靠蛋白质等大分子物质起作用。研究人员在冬季观测到杨树皮层细胞的液泡内积累了大量被称为“抗冻蛋白”的蛋白质，它能使细胞内的水处于“过冷却状态”，从而防止水结冰。这些植物也因此具有更强的抗寒本领，能抵抗-45℃以下的低温冰冻。在人工操作下，它们的枝条在-196℃的超低温液氮中仍能存活。所以这类植物在自然界中能顺利越冬，这是越冬植物防止细胞内结冰伤害的重要而普遍的方式。
杨树皮
目前，人们已在菠菜、油菜、马铃薯、冬小麦、沙冬青、胡萝卜、桃树、落叶松、冷杉、卷心菜、羽衣甘蓝、欧洲云杉等40余种植物中开展过植物抗冻蛋白的研究，并陆续在冬黑麦等约30种高等植物的叶片、悬浮培养细胞及愈伤组织中获得抗冻蛋白。抗冻蛋白能降低冰点温度而对熔点温度没有影响，从而导致熔点和冰点之间的差值变大，这就是所谓的热滞活性。
绝大多数草本植物都有热滞活性，木本植物中仅有沙冬青、桃树、甜杨、唐古特红景天、落叶松、冷杉等10多种具有热滞活性。
依靠抗冻基因
在严寒的西伯利亚，很多植物无法生存，但落叶松、冷杉等松科植物能顽强活下来。这要归功于这些松科植物的细胞水分不易冻结。
在很长一段时间里，松科植物的细胞水分为何不易冻结一直是个谜。2004年9月，俄罗斯科学院西伯利亚分院的专家破解了这一谜题。
通常，植物会通过细胞膜脱水或合成液态抗冻有机物，使细胞水分不易冻结；但在西伯利亚地区，单纯的植物细胞膜脱水仍无法避免水分逐渐冻结，当气温降幅超过一定限度后，液态抗冻有机物也逐渐失效。
冷杉
专家们研究发现，春季，当地落叶松和冷杉的细胞膜及细胞内会生成多种特殊蛋白质。冬季来临后，部分植物细胞膜中有2/3的物质含有特殊蛋白质。这些蛋白质能覆盖在细胞膜外面，并且与大量水分结合。当外界气温低于-30℃后，细胞膜外面覆盖的蛋白质能转变成对低温很不敏感的玻璃状。与此同时，位于细胞内的这些蛋白质还能使细胞内的部分物质脱水以防其冻结。这些蛋白质能使植物细胞水分的冻结温度下降15℃。
另外，植物的某些基因经低温诱导后活化并得以表达合成出一组新蛋白，即低温诱导蛋白，它们可以间接调节酶或通过信号传导等一系列温度适应来调节植物的耐寒性。
同时，科学家发现了一些掌控上述抗冻物质表达的基因。近年来，随着人们对植物抗冻基因的深入研究，揭示了植物抗冻性除受多基因协同调控外，某些单基因也起到了重要作用。因此，这些单基因有可能用于植物抗凍基因工程。在不影响作物产量与品质的情况下，利用植物转抗冻蛋白基因手段培育抗冻品种，已成为一条全新而有效的途径。
2003年9月，日本北海道大学教授藤川清三发表一项研究成果说，把亚寒带树木的基因植入柔软的草本植物，会增加草本植物的抗寒能力，对改良农作物品种大有帮助。美国亚里桑那大学的科学家也在2003年12月宣布，在拟南芥中发现了一个叫ICE1的耐寒基因，这一至为重要的基因对于提高重要农作物的抗寒性具有重要价值。2006年4月，澳大利亚科学家宣布，他们发现一种能让南极发草在-30℃的环境中生存的抗冻基因，并且已经用这种抗冻基因对农作物进行了转基因移植实验，转入抗冻基因的作物显示出较好的抗冻特性。这表明，抗冻基因可以广泛用于改进农作物和树木的抗冻性能。
2006年，我国新疆农科院雪莲研究所在雪莲中发现了独有的“抗冻蛋白基因”。这一发现震惊了世界。
保护生物膜
植物体细胞内的生物膜体系与植物抗冻性密切相关。高等植物的细胞如同一个个工厂，其中包含着若干车间—细胞器，它们由生物膜系统分隔开来。低温会影响生物膜的结构，严重时会破坏膜结构，细胞质内的溶胶因此而大量排出，最终造成植物死亡。因此，抗冻的植物必须练就以下几个“硬功夫”：第一，在温度降低时，能够维持机体内生物膜的正常性；第二，具备膜结构上的稳定性；第三，能够避免细胞内结冰，以防止冰晶对膜的破坏；第四，具备抗冻脱水的性能。
杨树
不过，各种植物在抗冻方面的本领并不相同，有些只具备其中的一种或两种，有的甚至完全不具备抗冻性，因而便出现了有些品种怕寒、有些品种抗冻的现象。如西红柿、黄瓜、香蕉、菠萝等在10℃以下就常常发生寒害，而松、柏、竹、云杉等能够在白雪皑皑、冰天雪地的环境中“安身立命”。
强筋健骨
当然，为了减轻寒害，越冬的农作物和栽种的园林花卉等，还可以通过人工办法“强筋健骨”。
从大的方面来说，应贯彻适地适树的原则，如因地制宜种植抗寒力强的品种，加强栽培管理尤其是重视后期管理以增加植物体内营养物质的储备，还可以在冬季低温到来之前，通过培土、涂白、主干包草等办法保护树木。从小的方面来说，可进行低温和抗冻锻炼，利用化学调控和诱导办法，像是细胞分裂素、脱落酸、抗坏血酸等植物生长调节剂及其他化学试剂，都可以用来诱导提高植物的抗冻性，用灌水法提高温度或用覆盖法减少地面热量散失，用熏烟法防霜冻等，也都能起到一定作用。 (李耕拓)
不过，借助可溶性糖和氨基酸降低冰点有一定局限—只能在-5℃以上发挥作用，在-5℃以下则需要依靠蛋白质等大分子物质起作用。研究人员在冬季观测到杨树皮层细胞的液泡内积累了大量被称为“抗冻蛋白”的蛋白质，它能使细胞内的水处于“过冷却状态”，从而防止水结冰。这些植物也因此具有更强的抗寒本领，能抵抗-45℃以下的低温冰冻。在人工操作下，它们的枝条在-196℃的超低温液氮中仍能存活。所以这类植物在自然界中能顺利越冬，这是越冬植物防止细胞内结冰伤害的重要而普遍的方式。
杨树皮
目前，人们已在菠菜、油菜、马铃薯、冬小麦、沙冬青、胡萝卜、桃树、落叶松、冷杉、卷心菜、羽衣甘蓝、欧洲云杉等40余种植物中开展过植物抗冻蛋白的研究，并陆续在冬黑麦等约30种高等植物的叶片、悬浮培养细胞及愈伤组织中获得抗冻蛋白。抗冻蛋白能降低冰点温度而对熔点温度没有影响，从而导致熔点和冰点之间的差值变大，这就是所谓的热滞活性。
绝大多数草本植物都有热滞活性，木本植物中仅有沙冬青、桃树、甜杨、唐古特红景天、落叶松、冷杉等10多种具有热滞活性。
依靠抗冻基因
在严寒的西伯利亚，很多植物无法生存，但落叶松、冷杉等松科植物能顽强活下来。这要归功于这些松科植物的细胞水分不易冻结。
在很长一段时间里，松科植物的细胞水分为何不易冻结一直是个谜。2004年9月，俄罗斯科学院西伯利亚分院的专家破解了这一谜题。
通常，植物会通过细胞膜脱水或合成液态抗冻有机物，使细胞水分不易冻结；但在西伯利亚地区，单纯的植物细胞膜脱水仍无法避免水分逐渐冻结，当气温降幅超过一定限度后，液态抗冻有机物也逐渐失效。
冷杉
专家们研究发现，春季，当地落叶松和冷杉的细胞膜及细胞内会生成多种特殊蛋白质。冬季来临后，部分植物细胞膜中有2/3的物质含有特殊蛋白质。这些蛋白质能覆盖在细胞膜外面，并且与大量水分结合。当外界气温低于-30℃后，细胞膜外面覆盖的蛋白质能转变成对低温很不敏感的玻璃状。与此同时，位于细胞内的这些蛋白质还能使细胞内的部分物质脱水以防其冻结。这些蛋白质能使植物细胞水分的冻结温度下降15℃。
另外，植物的某些基因经低温诱导后活化并得以表达合成出一组新蛋白，即低温诱导蛋白，它们可以间接调节酶或通过信号传导等一系列温度适应来调节植物的耐寒性。
同时，科学家发现了一些掌控上述抗冻物质表达的基因。近年来，随着人们对植物抗冻基因的深入研究，揭示了植物抗冻性除受多基因协同调控外，某些单基因也起到了重要作用。因此，这些单基因有可能用于植物抗凍基因工程。在不影响作物产量与品质的情况下，利用植物转抗冻蛋白基因手段培育抗冻品种，已成为一条全新而有效的途径。
2003年9月，日本北海道大学教授藤川清三发表一项研究成果说，把亚寒带树木的基因植入柔软的草本植物，会增加草本植物的抗寒能力，对改良农作物品种大有帮助。美国亚里桑那大学的科学家也在2003年12月宣布，在拟南芥中发现了一个叫ICE1的耐寒基因，这一至为重要的基因对于提高重要农作物的抗寒性具有重要价值。2006年4月，澳大利亚科学家宣布，他们发现一种能让南极发草在-30℃的环境中生存的抗冻基因，并且已经用这种抗冻基因对农作物进行了转基因移植实验，转入抗冻基因的作物显示出较好的抗冻特性。这表明，抗冻基因可以广泛用于改进农作物和树木的抗冻性能。
2006年，我国新疆农科院雪莲研究所在雪莲中发现了独有的“抗冻蛋白基因”。这一发现震惊了世界。
保护生物膜
植物体细胞内的生物膜体系与植物抗冻性密切相关。高等植物的细胞如同一个个工厂，其中包含着若干车间—细胞器，它们由生物膜系统分隔开来。低温会影响生物膜的结构，严重时会破坏膜结构，细胞质内的溶胶因此而大量排出，最终造成植物死亡。因此，抗冻的植物必须练就以下几个“硬功夫”：第一，在温度降低时，能够维持机体内生物膜的正常性；第二，具备膜结构上的稳定性；第三，能够避免细胞内结冰，以防止冰晶对膜的破坏；第四，具备抗冻脱水的性能。
杨树
不过，各种植物在抗冻方面的本领并不相同，有些只具备其中的一种或两种，有的甚至完全不具备抗冻性，因而便出现了有些品种怕寒、有些品种抗冻的现象。如西红柿、黄瓜、香蕉、菠萝等在10℃以下就常常发生寒害，而松、柏、竹、云杉等能够在白雪皑皑、冰天雪地的环境中“安身立命”。
强筋健骨
当然，为了减轻寒害，越冬的农作物和栽种的园林花卉等，还可以通过人工办法“强筋健骨”。
从大的方面来说，应贯彻适地适树的原则，如因地制宜种植抗寒力强的品种，加强栽培管理尤其是重视后期管理以增加植物体内营养物质的储备，还可以在冬季低温到来之前，通过培土、涂白、主干包草等办法保护树木。从小的方面来说，可进行低温和抗冻锻炼，利用化学调控和诱导办法，像是细胞分裂素、脱落酸、抗坏血酸等植物生长调节剂及其他化学试剂，都可以用来诱导提高植物的抗冻性，用灌水法提高温度或用覆盖法减少地面热量散失，用熏烟法防霜冻等，也都能起到一定作用。 (李耕拓)