抗冻蛋白质——转移冷冻抗性的前景

大量的海洋栖息的动物和陆地的昆虫都能产生大分子的抗冻物质,以有助于它们生存在它们的不被保护的血液和血淋巴的体液的冰点之下的温度环境中。用这些抗冻物质结合和抑制冰晶生长的非浓度相关的方式。这样它们对一旦冰晶形成后的冰的融点就没有多大的影响了,所以研究者比较确切地将这类物质描述为热滞留蛋白质,因此这些蛋白质就成了检测抗冻能力的基础。     

抗冻蛋白结构与抗冻机制

抗冻蛋白(amifreeze proteins,AFPs)是20世纪60年代从极地鱼血淋巴中分离的一种大分子抗冻剂,迄今为止科学工作者已从陆地昆虫、植物、细菌和真菌等各类生物中分离到多种抗冻蛋白,并测得了它们的基因序列及一些晶体结构,近些年的工作主要集中在该类蛋白质抗冻机制的研究上。抗冻蛋白具有广泛的应用前景,它不但可以应用于食物的冷鲜贮存及移植器官的低温保存,还可通过转基因提高经济作物的抗冻能力。     

抗冻蛋白及其基因结构

(一)鱼抗冻蛋白的发现简况由于海水的溶质依数性质冰点温度降低到-1.9℃.海洋硬骨鱼类血清中溶质浓度约为海水的1/3,故冰点为-0.8℃.当水温降到-0.8℃时有冻死的危险.有些鱼类则游到较暖和或较深的海水中去,在100米深处海水温度可低于-0.8℃,但由于缺乏冰晶成核作用而处于过冷状态,鱼类可以生存.有些适应于冰层下生活的鱼类如何抗冻呢?1957年有人报导生活在北极的鱼血清冰点为-1.4℃,是什么原因使冰点降低这么多呢?这激发了研究者的兴致.1969年斯坦     

抗冻蛋白的生物化学与抗冻作用机制

生物的抗冻作用已引起人们的广泛注意,海洋鱼类血液中含有Nacl和少量的Ca~+、K~+、尿素、糖和游离氨基酸而略微降低体液的冰点,但南北极严寒地区的海洋鱼类则主要依靠血液内所含的抗冻蛋白降低体液的冰点,减少冰晶的生长速度,以防止因体液冻结而致死。     

植物组织胞间和胞内过冷却点的简易测定法

冻害对植物的影响主要是由于细胞结冰引起的。当温度下降时,植物组织的温度可降至冰点而不结冰,必须达到过冷却点才结冰,这种现象称为“过冷却现象”。植物组织的过冷却点常随各种因素(如不同季节、不同环境等)而变化,在植物抗冻生理方面,与植物组织的冰点测定相比,过冷却点的测定     

渗透与非渗透性抗冻剂联用技术对铜绿微囊藻的超低温保藏研究

铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kütz)是一种在全世界分部很广的淡水水华蓝藻。在实验室长期的研究工作中, 为了使铜绿微囊藻能维持稳定的生理学特征, 通常使用超低温保藏技术长期冻存藻细胞。研究发现, 同时使用渗透性和非渗透性的抗冻剂比只使用传统的渗透性保护剂能显著提高Microcystis aeruginosa超低温保藏的存活率。以三株铜绿微囊藻为材料进行二步法超低温保藏, 对4 种抗冻剂(甲醇、二甲亚砜、丙三醇、聚乙烯吡咯烷酮), 两种降温速率(-1 /℃min、-0.5℃/min), 第一步温度设置(-30℃、-40℃、-80℃)进行筛选; 用流式细胞仪和细胞计数检测存活率, 并监测冻后相关生理参数、PSII、细胞色素、生长曲线等以确保该方法可保持藻株的活性和生理状态。结果表明, 5%的二甲亚砜和30%的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)同时使用时能达到最好效果, 并能保持生理活性与冻前一致。       

植物抗寒育种的新进展

最近,美国科学家成功地育成了一种抗寒番茄,在大田试验中表现出令人惊异的耐寒性。 90年代初,生物学家在海洋鱼类的体液中发现了富含丙氨酸、半胱氨酸和糖的蛋白质,这些蛋白质能降低鱼体液的冰点,有效地减慢细胞中冰晶形成的速度。它们的抗冻性能比盐、尿     

桂花抗冻种质的筛选及抗冻机理初探

采用田间调查及人工模拟冰冻鉴定的方法,比较测定了4个桂花品种的抗冻性,其抗冻性强弱顺序为金桂（Osmanthusfragransvar．thunbergii）＞银桂（O．fragransvar.latifolius）＞丹桂（O．fragransvar．aurantiacus）＞四季桂（O．fragransvar.semperflorens）。筛选出5株抗冻性最强的单株,它们的致死温度都在－26℃左右。桂花叶片膜脂脂肪酸组成随季节呈周期性变化,随着气温下降亚麻酸（18∶3）含量增加而亚油酸（18∶2）含量降低。不同品种均表现出一致的变化趋势,抗性强的品种这种变化则更为显著。在自然脱锻炼过程中,叶面喷施脱落酸（200ppm）能使亚麻酸含量保持稳定,延缓桂花的脱锻炼。     

昆虫抗冻机理研究进展(英文)

大多数冰冻耐受性昆虫具有蛋白质／脂蛋白质或非溶性的晶体,它们相对地在较高温度下具有激活体内冰核的作用。最近已确证,许多昆虫肠道中正常的细菌和真菌是冰核激活菌丛。而对于非冰冻耐受性的昆虫,其存活是不允许体内冰的形成。它们在过冬过程中,关键是要调节体液的过冷却点,避免结冰。为了增加抗冻能力,非冰冻耐受性的过冬昆虫通过去除内源性冰核、积累低分子量的多元醇和糖类以及血淋巴中抗冻蛋白或抗冻肽的合成来降低体液的过冷却点。本文详尽综述了过冬昆虫抗冻机理的研究进展。     

黄盖蝶抗冻蛋白的分离与cDNA克隆

五十年代末,六十年代初,国外学者从极地鱼类中 发现并分离出能使血液冰点降低的抗冻物质。这种物 质分为塘蛋白及抗冻肤两类。人们以美洲拟蝶(Pseudopleuronecscs americanus）等为材料,对抗冻肚的性 质、一级结构、mRNA,基因表达等都进行了研究。 有关抗冻肤的作用机理以及基因的表达调节都是学者 注意的中心。对抗冻蛋白基因的研究,在理论上可以 使人们了解鱼类血清冰点降低的遗传基础,研究基因 表达的调节等基础问题,另一方面也可为用遗传工程 手段改良经济鱼类品种,提高鱼类抗冻能力作一些贡 献。但国内这方面的工作起步较晚,目前尚少有类似 的工作报道。     

果品蔬菜的冷害现象

在植物的逆境生理中,低温胁迫对植物造成的伤害已引起人们广泛的关注和研究。低温伤害可分为冻害和冷害两大类型,冻害是指冰点以下低温引起植物体内结冰(细胞间隙结冰或细胞内结冰),使原生质脱水凝固或受机械损伤而造成的伤害现象。冷害主要是指热带、亚热带植物由于冰点以上低温(10—12℃)引起的代谢失调而造成细胞伤害的现象。根据植物对冷害的反应速度可将冷害分为两类:一是直     

亚洲柑橘木虱和柚喀木虱过冷却点和体液结冰点测定

亚洲柑橘木虱Diaphorina citri Kuwayama和柚喀木虱Cacopsylla citrisuga YangLi均为柑桔上的重要害虫,前者为黄龙病的主要媒介昆虫,后者也已证实为黄龙病菌的携带者。本文对这两种木虱各龄若虫和成虫的过冷却点和体液结冰点进行了测定,结果表明,柑橘木虱过冷却点和冰点均以1龄若虫最低,平均值分别为-26.32℃和-26.22℃;成虫的过冷却点和冰点最高,分别为-19.60℃和-18.71℃;其它虫态过冷却点和冰点由低到高依次为2龄若虫、4龄若虫、5龄若虫、3龄若虫。柚喀木虱过冷却点和冰点也均以1龄若虫最低,平均值分别为-25.30℃和-25.08℃;5龄若虫的过冷却点和冰点最高,平均分别为-19.50℃和-17.69℃;其它虫态过冷却点和冰点由低到高依次为2龄若虫、3龄若虫、4龄若虫、成虫。两种木虱的比较结果表明,各发育阶段的表现不一致,柚喀木虱的3龄若虫和成虫过冷却点显著低于柑桔木虱,而4龄、5龄若虫则显著高于柑桔木虱;3龄若虫体液结冰点也显著低于柑桔木虱,但1龄、4龄却显著高于柑桔木虱。柑桔木虱雌雄成虫的过冷却点和体液结冰点差异不显著。研究结果表明两种木虱的过冷却点、体液结冰点都较低,因而可能具有较强的耐寒能力。     

黄盖鲽抗冻蛋白的分离与cDNA克隆

五十年代末,六十年代初,国外学者从极地鱼类中发现并分离出能使血液冰点降低的抗冻物质。这种物质分为糖蛋白及抗冻肽两类。人们以美洲拟鲽(Pseudopleuronecics americanus)等为材料,对抗冻肽的性质、一级结构、mRNA,基因表达等都进行了研究。有关抗冻肽的作用机理以及基因的表达调节都是学者注意的中心。对抗冻蛋白基因的研究,在理论上可以使人们了解鱼类血清冰点降低的遗传基础,研究基因     

淡水瓦氏雅罗鱼基因文库的构建和抗冻蛋白基因同源序列的筛选

极地海域中的鱼类非常耐寒。它们的血液里常含有两种能降低其体内冰点的蛋白质：抗冻糖蛋白（AFGP）和不含糖的抗冻蛋白或抗冻多肽（AFP）。这些蛋白的编码基因已经被克隆,并将黄盖鲽AFP导人虹鳟鱼和大西洋鲑鱼,而改变了它们的抗冻基因进行了分离研究。所用实验材料鱼为中国内蒙古北部生活的瓦氏雅罗鱼（Leuciscus waleckii),属鲤形目（Lypciniformes),鲤科（Lyprinidae),雅罗鱼亚科（Leucisinae),基本按标准方法构建瓦氏雅罗鱼的基因库。只在包装反应至30分钟时,再加一份BHB2690制备物,并延长30分钟反应时间。所得库的成斑率大于1×10^5pfu。已知AFP基因常常多至40个拷贝,故已够用。采用通用的原位分子杂交和Southern分析进行瓦氏雅罗鱼AFP基因同源序列的分离及其亚克隆分析。以北美黄盖鲽AFP基因片段为探针,从瓦氏雅罗鱼DNA库中筛选了三个阳性克隆。图一所示为其中一个的双份膜及其复筛结果。图二为这个阳性克隆DNSA经过三种限制酶切后,同时与北美黄盖鲽AFP基因片段和该基因0．4KbcDNA两种探针的southern分析结果。其中Sac酶切在两个杂交中的均能产生一条2．7Kb的杂交带。图三对两个阳性克隆的southern分析证明：对这个杂交片段的亚克隆是成功的。这是首次在中国一种耐寒淡水鱼基因组内发现并得到AFP基因同源序列,将用于转基因鱼的研究。     

淡水瓦氏雅罗鱼基因文库的构建和抗冻蛋白基因同源序列的筛选

极地海域中的鱼类非常耐寒。它们的血液里常含有两种能降低其体内冰点的蛋白质：抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ）和不含糖的抗冻蛋白或抗冻多肽（ＡＦＰ）。这些蛋白的编码基因已经被克隆,并将黄盖鲽ＡＦＰ导入虹鳟鱼和大西洋鲑鱼,而改变了它们的抗冻性能。为开展中国的抗冻转基因鱼研究,本项目对中国北方的耐寒淡水鱼的抗冻基因进行了分离研究。所用实验材料鱼为中国内蒙古北部生活的瓦氏雅罗鱼（Ｌｅｕｃｉｓｃｕｓｗａｌｅｃｋｉｉ）,属鲤形目（Ｌｙｐｃｉｎｉｆｏｒｍｅｓ）,鲤科（Ｌｙｐｒｉｎｉｄａｅ）,雅罗鱼亚科（Ｌｅｕｃｉｓｉｎａｅ）。基本按标准方法构建瓦氏雅罗鱼的基因文库,只在包装反应至３０分钟时,再加一份ＢＨＢ２６９０制备物,并延长３０分钟反应时间。所得文库的成斑率大于１×１０５ｐｆｕ。已知ＡＦＰ基因常常多至４０个拷贝,故已够用。采用通用的原位分子杂交和Ｓｏｕｔｈｅｒｎ分析进行瓦氏雅罗鱼ＡＦＰ基因同源序列的分离及其亚克隆分析。以北美黄盖鲽ＡＦＰ基因片段为探针,从瓦氏雅罗鱼ＤＮＡ文库中筛选了三个阳性克隆。图一所示为其中一个的双份膜及其复筛结果。图二为这个阳性克隆ＤＮＡ经过三种限制酶切后,同时与北美黄盖鲽ＡＦＰ基因片段和该基因０．４ＫｂｃＤＮ     

植物抗冻性测定技术的原理和比较

植物抗冻性是植物忍耐冰点以下低温的能力。通过田间生长试验能测定植物的越冬性,但越冬性不等于抗冻性。冰冻处理结合活力测定才是测定抗冻性的可靠方法。 Dexter等首先提出用电导法测定植物的抗冻性。五十多年来,植物抗冻性测定技术已经有了很大发展。这些方法大致分为测定冰冻处理后植株或器官恢复生长的能力;细胞膜特性的改变和膜结构功能的变化引起细胞代谢的改变等三类,兹分述如下。至于具体方法,请参阅表1所列资料。     

高寒山区牧草根中丙二醛、渗透调节物、多胺季节动态与抗冻力关系研究

温带地区的高山多年生草本植物可在－３０℃组织结冰状况下生存,然而人们并不了解其抗冻的生理机理。本研究目的拟通过测定自然生境下生长的４种高寒山区禾本科牧草（无芒雀麦（Ｂｒｏｍｕｓ ｉｎｅｒｍｉｓ Ｌｅｙｓｓ．）、花雀麦（Ｂｒｏｍｕｓ　 ｓｉｎｅｎｓｉｓ　 Ｋｅｎｇ．）、垂穗披碱草（Ｅｌｙｍｕｓ ｎｕｔａｎｓ Ｇｒｉｓｅｂ．）、草地早熟禾（Ｐｏａ ｓｐｈｙｏｎｄｙｌｏｄｅｓ　 Ｔｒｉｎ．）根中渗透调节物、膜脂过氧化产物、多胺含量季节变化,以了解他们与牧草抗冻的关系。结果表明,在晚秋（９月１～１５日）牧草根中ＭＤＡ含量增高,尔后下降,冬季保持恒定。总碳水化合物（ＴＮＣ）,可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白质含量随晚秋气温下降而增加,在１１月达到最高,尔后下降,且持续到翌年春季。随晚秋气温下降从９月到１１月根中多胺含量迅速增加,４种牧草平均增加１８０％,其中亚精胺（Ｓｐｄ）占多胺含量的５３％。在１１月牧草根中多胺几乎完全消失。上述物质在晚秋入冬增加正好与牧草抗冻锻炼时间相吻合,因而是植物抗冻适应的重要生理响应和植物越冬的低温保护物质。他们在降低细胞冰点、防止细胞结冰引起的膜机械伤害,抑制膜脂过氧化保护膜稳定性方面具有重要作用。     

植物存在抗冻基因

严冬来临之际,没有活动能力的植物经常会被冻死。研究已经表明,植物被冻死的原因是由于植物细胞内的水结晶,致使植物无法正常活动而导致死亡。近日,澳大利亚科学家从能存活于南极洲半岛零下30℃低温的南极洲发草中发现了一种可以抑制水结晶的基因。研究小组将这种基因导入到另一株实验植物中后,发现转入该基因的植物显示出较好的抗冻特性。进     

张家界山区角倍蚜两虫态过冷却点比较及人工植藓保蚜越冬技术

为了解张家界地区所产角倍蚜Schlechtendalia chinensis(Bell)秋迁蚜及越冬若蚜的耐寒性及两虫态间在耐寒性方面的差异,应用过冷却点测定仪,抽样测定了上述两虫态个体的过冷却点和体液结冰点,结果表明:秋迁角倍蚜过冷却点和体液结冰点的平均值、最低值和最高值分别依次为-13.32±0.77,-15.69,-11.12℃和-13.00±0.72,-14.54,-10.80℃;而无翅若蚜过冷却点和体液结冰点的平均值、最低值和最高值分别依次为-18.95±0.82,-20.24,-17.02℃和-18.70±0.82,-20.07,-16.95℃。方差分析表明,越冬若蚜的过冷却点和体液结冰点都明显低于秋迁蚜的过冷却点和体液结冰点,进而推测,越冬若蚜的耐寒能力要显著强于秋迁蚜的耐寒能力。试验还表明,张家界地区角倍蚜的次生寄主苔藓(侧枝匐灯藓Plagiomnium maximoiczii)通过人工植藓可在小型聚酯瓶(polyester bottle)内正常生长,接种后的秋迁蚜可顺利生产若蚜,若蚜也能顺利产织蜡球进而度过寒冷的冬天直至下一年春迁蚜产生。     

两种温度条件下四种鱼类临界游泳速度的比较

以鳜(Siniperca chuatsi)、瓦氏黄颡鱼(Pelteobagrus vachelli)、鲫(Carassius auratus)、鳙(Aristichthys nobilis)4种暖水性鱼类为研究对象,分别在(28±1)℃和(10±1)℃条件下测定它们的临界游泳速度,采用SPSS17.0统计软件进行数据的分析比较。体长相近的鱼类之间比较,鳜的绝对临界游泳速度和相对临界游泳速度均显著性低于鳙(P0.01),瓦氏黄颡鱼的绝对临界游泳速度和相对临界游泳速度均显著性低于鲫(P0.01)。通过比较两种温度条件下同种鱼的临界游泳速度,结果发现4种鱼在这两种温度条件下的临界游泳速度均有极显著性差异(P0.01),在(28±1)℃条件下4种鱼的临界游泳速度极显著性高于(10±1)℃条件下它们的临界游泳速度。