植物抗冻蛋白研究

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植物抗冻蛋白研究进展

１抗冻蛋白的种类
有关鱼类、昆虫ＡＦＰｓ的发现可以追溯到２０世纪６０年代’４ｊｊ，后来其研究对象慢慢扩大到细菌、真菌、无脊椎动物、脊椎动物、非维管植物和维管植物㈡１。迄今为止，对鱼类‘卜７Ｉ、昆虫一’８’９。的ＡＦＰｓ研究比较深入和系统，而植物ＡＦＰｓ则发现较晚’２川。１９９２年，加拿大Ｇｒｉｆｆｉｔｈ等第１次明确提出获得了植物内源ＡＦＰｓ。他们从经低温锻炼的能够忍受细胞外结冰的冬黑麦（Ｓｅｃａｌｅｃｅｒｅａｌｅ）叶片质外体中得到并部分纯化了该蛋白。美国圣母大学的Ｄｕｍａｎ实验室¨１。在多种植物中发现了具有热滞效应的蛋白质。１９９４年，费云标
ｌｋｓｅａｒｃｈＡｄｖａｎｃｅｓｉｎＰＩａｎｔＡｎｔｉｆｒｅｅｚｅＰｒｏｔｅｉｎ
ＸＩＯＮＧＸｉａｏ—ｗｅｎ。，ＨＵＡＮＧＦａ—ｑｕａｒｔ２，ＬＩＭａｏ—ｍａ０３，ＬＵＭｉｎｇ’，ＨＵＡＮＧ
（１．Ａ鲥ｃｕｌｔｕｒａｌ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ
Ｙｏｎｇ—ｌａｎ’，ＷＡＮＪｉａｎ—ｌｉｎ’’ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＪｉａｎｇｘｉＡｃａｄｅｍｙｏｆＡ矛ｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３０２００，Ｃｈｉｎａ；
ｃｉｎｅ—Ｒｉｃｈ—Ｒｅｐｅａｔ）蛋白有高度的同源性，可达５０％一６５％，但胡萝卜的ＡＦＰｓ提取液对多聚半乳糖醛酸酶（Ｐｏ－
ｌｙｇａｌａｅｔｕｒｏｎａｓｅＰｒｏｔｅｉｎ，ＰＧ）并没有抑制活性¨…。推测这
种新型的抗冻蛋白可能足从ＰＧＩＰ演化而来的。ＬＲＲ蛋白是与病原菌防御体系相关的蛋白质，是病原体引发的配基的受体蛋白，同时与Ｏｆ．一螺旋、Ｂ链的形成有关。ＡＦＰｓ在胡萝卜直根中冷诱导表达，其ｃＤＮＡ为１１４０ｂｐ，ＤＮＡ为１２３８ｂｐ，编码３３２个氨基酸，成熟糖蛋白的分子量为３６ｋＤａ，ｐＩ为５．０，热滞值为Ｏ．３５℃，经酶切去糖侧链后并未影响其活性，这点与欧白英和鱼类的ＡＦＧＰ明显不同。在转基因拟南芥中，ＡＦＰ基因的表达能够积累抗冻活性。尹明安等¨纠将克隆的中国胡萝卜和英国胡萝卜的ＡＦＰ基因进行序列对比，在被测的１００４个核苷酸中，有３５个碱基不同，其中无义突变２０个、有义突变１５个，按有义突变计，同源性为９８．５％。从上述研究结果可以看出，植物ＡＦＰｓ可能具有双重功能，既有抗冻活性，又有酶（Ｂ—ｌ、３葡聚糖酶、几丁质酶）、抗菌（如甜味蛋白、ＬＲＲ蛋白、ＷＲＫＹ蛋白）、抗虫活性（植物凝集素），也可能只在同源性上说明他们之间存在某种联系¨４．２７．…。由于植物抗寒性是由多基因控制的，而且还与其它环境因子的胁迫发生交叉作用，这就增加了抗寒机制研究的复杂性。目前，这一领域的研究虽然已有新的进展，

植物的抗寒性与冷冻保护机制

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冷冻保护机制的研究对于农业生产和生态保护具有重要意义，可以帮助我们更好地了解植物的抗寒性，提高农作物的抗寒能力，减少低温灾害对农业生产的影响。
抗冻蛋白：在低温下保护细胞免受损伤
糖类物质：提高细胞液浓度，降低冰点
抗冻剂：人工添加的化学物质，提高植物抗寒性
细胞膜稳定剂：维持细胞膜结构稳定，防止细胞破裂
低温处理：将植物置于低温环境中，观察其生理变化和抗寒性表现。
化学物质处理：使用抗寒剂、生长调节剂等化学物质处理植物，观察其抗寒性变化。
基因工程：通过转基因技术，改变植物基因，提高其抗寒性。
生理指标检测：通过检测植物的生理指标，如叶绿素含量、呼吸速率等，评估其抗寒性。
抗寒基因筛选：通过分子生物学技术，筛选抗寒相关基因，研究其功能和作用机制。
光照：光照会影响植物的光合作用和呼吸作用，从而影响其抗寒性
水分：水分是植物生存的必要条件，适量的水分可以帮助植物抵御寒冷
营养：植物所需的营养元素如氮、磷、钾等也会影响其抗寒性
激素：植物激素如生长素、细胞分裂素等也会影响植物的抗寒性
植物抗寒性与冷冻保护机制的关系
数据处理：使用统计软件对数据进行处理和分析，如方差分析、回归分析等
结果展示：将分析结果以图表、文字等形式展示，便于理解和交流
数据收集：通过观察、测量、记录等方式收集数据
实验设计：设置对照组和实验组，进行对比分析
统计分析：运用统计学方法对数据进行处理和分析
结果验证：通过重复实验、交叉验证等方式确保结果的准确
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冷冻保护机制：植物在低温环境下的保护机制

植物的低温蛋白

１０３６生态学报２４卷——————一————————————————————一３２ｋｒ）ａ）像葡聚糖酶（ｇｌｕ㈨１ａｓｅ一１ｉｋｅｐｒｏｔｅｉｎｓ，ＧＩ，Ｐｓ），阿种（３５和２８ｋＤａ）像几丁质酶（ｃＬＰｓ），两种（２５和１６ｋＤａ）像ｆｈｆＪ。

ｍａ¨ｎ（ＴＬｎ）。

遗些多肽的氨基酸构成很相似＋即它们相对富含Ａｓｐ／Ａｓｎ，（爿ｕ／Ｇ】ｎ，ｓｅｒｔＴｈｒ，Ｇｌｙ和Ａ】ａ；它们都缺乏Ｈｉ。

（除一个多肽外）且古多至５蹦的ｃｙｓ残基。

分子量为ｌ３ｋＤａ的质外体小多肽只有很小的抗冻活性。

该多肽可能除控制冰形成外在冷适惯过程中可能有其他作用。

实际上，１３ｋＤａ质外体蛋白与大麦脂质转移蛋白有８０蹦的相间序列，暗示它可在细胞壁修饰的角质沉积中起作用。

在确定ＡＦＰ也是植物内源产生蛋白之前，许多研究都集中在将鱼（南极鱼）ＡＦＰ转化人植物中以便提高植物耐冻性“…。

ｃｕｔｌｅｒ等将冬季比目鱼ＡＦＰ真空渗入土豆、ｃａｎｏｌａ和Ａ．￡＾ｎｆｒ“”ｎ的（拟南芥）叶片的细胞外牢闻。

ＡＦＰ渗人后，结冰温度稍微降低，因此支持了将鱼ＡＦＰ基因转入植物以调节耐冻性的可行性。

（；ｃｏｒｇｅｓ等设计和克隆了一个冬季比目鱼ＡＦＰ合成基因并用电穿孔方法将联合基因转入玉米原生质体。

ＡＦＰ表达为氯霉素乙酰基转移酶蛋白Ｎ末端伸展部分，但只有２５％的蛋白被运往细胞的细胞外空隙。

转基因番茄植物已被证明可在ｍＲＮＡ水平上表达ＡＦＰ基因，然而用冰重结晶抑制法检测时只在含有编码修剪葡萄球菌蛋白Ａ和ＡＦＰ联合蛋白的基因的转基因植物巾检测有抗冻活性。

最近证明鱼ＡＦＰ和抗冻糖蛋白（ＡＦＧＰ）对菠菜类囊体膜有低温毒性ｏ“。

Ｈｌｎｃｈａ等认为ＡＦＰ基因在转基因植物中表达可在冰冻期间造成严重的膜损害＋特别是蛋白质以叶绿体作为目标时。

这些结果表明如果ＡＦＰ用来保护质膜不受冰冻伤害＋ＡＦＰ应当被分泌到转基因植物的细胞外间隙中。

ｗａｌｌ・ｓ等的实验也支持这一观点。

他们用连有信号肽的合成ＡＦＰ转化土豆，指导蛋白质进入质外体；用电极渗漏宴验表明，表达该ＡＦＰ的转化子比野生型具有更大的冰冻抗性口“。

植物冷激蛋白的研究概况

植物冷激蛋白的研究概况作者：杨雪张东哲吴疆来源：《安徽农学通报》2016年第22期摘要：在植物体内合成的特定低温应激蛋白中，多数已经被鉴定。

近年来，研究的焦点主要集中在几种特殊类型的冷激蛋白，其中，植物抗冻蛋白保护细胞免受冰晶破坏，分子伴侣和脱水蛋白在冷胁迫期间保护细胞大分子不受损伤，线粒体内解偶联蛋白的氧化和磷酸化过程，可以使植物保持高于0℃一段时间，为随后适应低于0℃的环境做充分的准备。

关键词：植物；冷激蛋白；应激蛋白中图分类号 Q946 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）22-0017-03Abstract：In the plant，specific low temperature stress protein synthesized by the plant most have been identified. In recent years，the focus of the research is mainly concentrated in some special types of cold shock protein，such as the plant antifreeze proteins to protect cells from ice crystals，molecular chaperone and dehydration proteins to protect cell macromolecular damaged during cold stress，mitochondrial uncoupling protein oxidation and phosphorylation in process，will keep plants above 0℃ for a period of time，in order to adapt then below 0℃ environment.Key words：Plant；Cold shock protein；Stress protein植物适应低温的过程，是一个多种生化机制共同作用的结果，其中许多机制已经进行了深入的研究。

植物抗冻蛋白实验报告

一、实验目的1. 学习植物抗冻蛋白的提取方法。

2. 探究不同植物中抗冻蛋白的活性差异。

3. 了解抗冻蛋白在低温胁迫下的保护作用。

二、实验材料1. 植物材料：冬黑麦、胡萝卜、女贞叶、黑麦草、苜蓿等。

2. 试剂与仪器：NaCl、蔗糖、抗冻蛋白提取液、电泳仪、凝胶成像系统、移液器、离心机等。

三、实验方法1. 抗冻蛋白的提取（1）取适量植物材料，用液氮速冻后研磨成粉末。

（2）将粉末加入适量提取液，室温下搅拌提取1小时。

（3）离心分离，取上清液即为抗冻蛋白粗提液。

2. 抗冻蛋白的活性检测（1）配制一定浓度的NaCl溶液和蔗糖溶液作为对照。

（2）将抗冻蛋白粗提液与NaCl溶液、蔗糖溶液混合，观察混合液的冰点变化。

（3）将混合液置于低温环境下，观察植物材料是否发生冻害。

四、实验结果与分析1. 抗冻蛋白的提取通过实验，成功提取了冬黑麦、胡萝卜、女贞叶、黑麦草、苜蓿等植物中的抗冻蛋白。

2. 抗冻蛋白的活性检测实验结果显示，不同植物中的抗冻蛋白活性存在差异。

冬黑麦和胡萝卜中的抗冻蛋白活性较高，能显著降低混合液的冰点，保护植物材料免受冻害。

3. 抗冻蛋白在低温胁迫下的保护作用将含有抗冻蛋白的混合液与植物材料共同置于低温环境下，实验结果表明，抗冻蛋白能显著提高植物材料的抗寒能力，降低低温胁迫对植物造成的伤害。

五、实验结论1. 成功提取了冬黑麦、胡萝卜、女贞叶、黑麦草、苜蓿等植物中的抗冻蛋白。

2. 不同植物中的抗冻蛋白活性存在差异，冬黑麦和胡萝卜中的抗冻蛋白活性较高。

3. 抗冻蛋白在低温胁迫下能显著提高植物材料的抗寒能力，降低低温胁迫对植物造成的伤害。

六、实验讨论1. 抗冻蛋白的提取方法：本实验采用液氮速冻和研磨法提取抗冻蛋白，该方法操作简单，效果较好。

2. 抗冻蛋白的活性检测：本实验通过观察混合液的冰点变化和植物材料是否发生冻害来检测抗冻蛋白的活性，该方法直观、简便。

3. 抗冻蛋白在低温胁迫下的保护作用：本实验结果表明，抗冻蛋白能显著提高植物材料的抗寒能力，为植物在低温环境下的生存提供了重要保障。

植物抗冻蛋白的研究进展

植物抗冻蛋白的研究进展引言植物抗寒性是指植物在低温环境下存活和正常生长的能力，是植物适应环境的一种重要的适应策略。

随着现代生物技术的发展，研究植物抗寒性和冷冻伤机制的分子水平得以深入，许多与植物抗冻性相关的分子机制被逐渐揭示出来，其中植物抗冻蛋白的研究成为了热点之一。

本文就植物抗冻蛋白的研究进展作简要综述。

植物抗冻蛋白的分类植物抗冻蛋白（plant cold acclimation protein）是在低温适应过程中由植物细胞自行合成的保护蛋白，又称寒性蛋白。

植物抗冻蛋白主要分为结构型抗冻蛋白和调节型抗冻蛋白两种类型。

结构型抗冻蛋白结构型抗冻蛋白主要是指在低温环境下由植物细胞表达的一类蛋白质，它们具有空间结构稳定和抗冻性能强等特点。

目前已发现的结构型抗冻蛋白主要有以下类型：1.内源性结构性抗冻蛋白：如甘油、脯氨酸等小分子有机化合物，以及糖原、核糖体等大分子有机化合物。

2.外源性结构性抗冻蛋白：如外源性抗冻蛋白R101、超级冷冻素等。

调节型抗冻蛋白调节型抗冻蛋白（Regulatory Cold Acclimation Protein）通常指在低温适应过程中由基因表达调节的一类蛋白质，它们通常不会直接参与到细胞的代谢过程中，而是通过调节基因表达和信号转导途径来提高植物的低温适应能力。

目前已发现的调节型抗冻蛋白主要有以下类型：1.内源性调节性抗冻蛋白：如去甲基化酶1、DNA结合转录因子CBF1等。

2.外源性调节性抗冻蛋白：如链球菌外毒素等。

植物抗冻蛋白的合成及机理研究低温适应下植物抗冻蛋白的合成及其机理研究对揭示植物在低温环境中保护机制具有重要意义。

早期研究表明，一些外源性抗冻蛋白能够激活细胞的代谢过程并促进与低温适应相关的基因的表达。

后来研究发现，在低温适应过程中，植物会自行合成并积累各种类型的抗冻蛋白，其中结构型抗冻蛋白是通过转录和翻译过程来完成合成的，而调节性抗冻蛋白主要是通过激活特定的信号转导途径来促进其基因表达的。

抗冻蛋白的特性和作用机制

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生理科学进展 J//I 年第 I$ 卷第 I 期
不清楚。!"# 的热滞活性可能是该分子有多个冰结合位点，这些位点要么识别不同的冰，要么在冰晶格上不同方向有重复表达。这些特征可能增加与冰结合的频率
［ $］
子，以便在冰结合面与 !"# 结合的更好。随着科学技术的发展、先进科学手段的介入，对 !"# 与冰晶作用机制将得到更完善的阐释。参考文献
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生理科学进展 #%%$ 年第 $* 卷第 $ 期
抗冻蛋白的特性和作用机制
! 彭淑红! " 姚鹏程# " 徐宁迎（浙江大学 ! 动物科学学院 # 应用昆虫研究所，浙江 $!%%#& ）
摘要" 抗冻蛋白是非常热门的研究领域，具有广阔的应用前景。本文结合最新的报道，从抗冻蛋白的多样性、热带活性和改变冰的生长，综述了抗冻蛋白的特性，阐释了抗冻蛋白的作用机制的三种假说： “ 偶极子’偶极子” 假说、氢原子结合模型假说和刚体能量学说。关键词" 抗冻蛋白；热滞活性；冰核学科分类号" (&)$ ； (*&# " " 冻害对大多数细胞器是致死性的，它导致细胞内环境脱水、结晶，造成细胞物理性损害或死亡。生物体采取一些策略适应高山、极地等寒冷的环境，包括合成一种血清蛋白阻止其血液结冰，这种血清蛋白就是抗冻蛋白（ +,-./01121 304-1.,，567 ）。抗冻蛋。白又称热滞蛋白（ -8109+: 8;<-10<.< 304-1.,，=>7 ）抗冻蛋白广泛存在于动物、植物和微生物中，首先在南极鱼中研究，现已从昆虫、螨、蜈蚣、草、真菌和细菌中发现到。抗冻蛋白具有诱人的应用前景，应用抗冻蛋白抑制重结晶的性质，可以用来冷冻手术，冷藏食物，储存血液、组织和器官；进行选育转基因抗冻作物，扩大良种作物的种植范围，改造恶劣的环境气候；转基因昆虫，降低害虫抗冻活性、增加益虫抗冻活性，趋利避害，使其向有益人类的方向发展。抗冻蛋白是生物在漫长进化过程中形成的，表征着生物的进化程度，在物种分类方面也有重要参考价值。抗冻蛋白的研究是生理学非常热门的研究领域，关于抗冻蛋白有很多报道，现简要地综述其特性和作用机制。一、抗冻蛋白的特性（一）多样性" 同一科的不同属，甚至同一属的不同种， 567 之间都有根本差异。根据 567 序列和结构特征，鱼中抗冻蛋白可分为四类：（!） !型 567，分子量相对较小（ $ $%% ? * )%%@+ ），丙氨酸含量高（ A%B ），有 !! 个氨基酸重复序列；二级结构为具两亲性的 " 螺旋；三级结构特点是有四个重复的冰结合模块，链的面形成扁平的冰结合面，且氨基酸和糖的末端都有一个弹性的帽子结构，这类 567 分布最为广泛，主要从 C.,-10 /:4D,E10 和 <840-840, <FD: 3., 鱼类中分离得到；（#）分子量为 # 型 567 ， !! %%% ? * )%%@+，富含半胱氨酸；二级结构为 $ 折叠，主要从 G1+ 0+H1, ， G91:- 和 >100.,I 中分离得到；（ $）分子量为 !! %%% ? * )%%@+，二级结构 %型 567，万方数据为 $ 夹层；其三级结构为球状，主要从 JF1+, 34D- 和 11:34D- C4://.<8 中分离得到；（*）抗冻糖蛋白（ 56’ K7），分子量为 # A%% ? $$ L%%@+，具有 “ 丙氨酸’丙氨酸’苏氨酸” 重复序列，其中苏氨酸联有一个二糖 “半乳糖’M’乙酰氨基半乳糖” 的多聚体；二级结构是左螺旋，二糖对着多肽骨架卷起形成手延伸 “ $’折叠” 一个稳定的、疏水的氢原子结合位点；三级结构是延伸的杆状结构，主要分布于南极 ,4-4-81,.4.E< 和北

胡萝卜抗冻蛋白对冷冻面团及其馒头品质的影响

胡萝卜抗冻蛋白对冷冻面团及其馒头品质的影响程毛，刘清枫，李兴霞(烟台工程职业技术学院，山东烟台264006)摘要：以胡萝卜抗冻蛋白！Carrot antifreeze protein,CaAFPs)的添加量为变量，测定其对冷冻面团的发酵力、可冻结水、馒头的比容、质构特性和感官评价的影响。

结果表明：CaAFPs可以降低冻藏后游离水含量,增强面团的膨胀能力，减轻冻藏对冷冻面团发酵能力的损伤，抑制冰的再结晶,降低冷冻面团中的可冻结水含量。

此外，CaAFPs能够提高冷冻面团的产气率和持气率，减缓弹性模量和黏滞模量的下降速度,增加面筋蛋白的交联度，提高馒头的比容、咀嚼性和弹性，降低馒头的硬度和黏聚性，改善馒头的质地和感官晶质&关键词：胡萝卜抗冻蛋白；冷冻面团；馒头；结构Effech of carrot antifreeze protein on the qualityof frozen dough and steamed breadCHENG Mao,LIU Qing-feng,LI Xing-xia(Yantai Engineer and Technology College,Yantai264006,Shandong,China) Abstract:With the addition o f cao'ot antifreeee protein(CaAFPs)as the effects on fermentability,freezing water of frozen dough,specific volume,texture chovcU/stics and sensory eveluation of steamed bread were determined.The results showed that CaAFPs could reduce the free water content af-Ur freezing,enhance the expansion ability of the dough,reduce the damage to the fermentation ability of the frozen dough by freezing,inhiOit the recrystallization of ice,and reduce the oeezing water content in the frozen dough.In addition,CaAFPs could increase the air production rate and air hold rate of frozen dough,slow down the rate of decrease of elastic modulus and viscous modulus,increase the cross一linking dove of gluten protein,Onprove the specific volume,chewinss and elasticity of steamed bread,and reduced the hodness and cohesion of steamed bread,improve the texture and sensory quality of steamed beead.Key woSs:cavot protein%frozen dough%steamed bread;structure中图分类号：TS210.1文献标志码：A文章编号：1008-9578(2021)01-0051-04冷冻面团是指在一定时期内进行冷冻,通过解冻等后续加工工艺获得面包，中、西式糕点等成品的面团。

植物抗冻蛋白的生物化学研究进展_刘莹

第20卷　第4期2005年8月内蒙古民族大学学报(自然科学版)Journal of Inner Mongolia University for NationalitiesVol.20　No.4Aug.2005植物抗冻蛋白的生物化学研究进展Ξ刘　莹(辽宁工程技术大学基础部生物化学教学中心,辽宁阜新　123000)摘　要:抗冻蛋白是一种能抑制冰晶生长的蛋白质或糖蛋白质.自二十世纪60年代发现以来,研究对象先后从极区鱼类、昆虫转移到植物材料上.抗冻蛋白包括抗冻糖蛋白、抗冻蛋白Ⅰ、抗冻蛋白Ⅱ、抗冻蛋白Ⅲ、抗冻蛋白Ⅳ.简要介绍了植物抗冻蛋白的生化特征、抗冻机制及其应用研究,并对抗冻蛋白的基因工程作了系统综述.关键词:抗冻蛋白;生化特征;抗冻机制;基因工程中图分类号:Q53 文献标识码:A 文章编号:1671-0185(2005)04-0421-04Advance on Biochemical Chauracteristics of Antifreeze ProteinsL IU Y ing(Biological Technology&Engineering GroupBasic ScienceDepartment,Liaoning Technical University,Fuxin123000,China)Abstract:Antifreeze proteins(AFPs)were a kind of protein or glycoprotein which inhibited thegrowth of ice crystals.In last3decades,it had been discovered in polafish,overwintering insects,and then in plants.It included AF GP,AEPⅠ,AFPⅡ,AEPⅢand AFPⅣ.In this paper,biochem2ical characteristics,antifreeze mechanism,applications of antifreeze proteins as well as genetic engi2neering were reviewed.K ey w ords:Antifreeze proteins;Biochemical characteristics;Antifreeze mechanism;G enetic engi2neering 抗冻蛋白(Antifreeze proteins,AFPs)最早是1969年Devries在极区海鱼淋巴中被发现,是一类抑制冰晶生长的蛋白质,能以非依数性形式降低水溶液的冰点而对其熔点影响甚微,从而导致水溶液的熔点和冰点之间出现差值.这种差值称为热滞活性,因而AFPs亦称为热滞蛋白〔1〕.从二十世纪60年代抗冻蛋白被发现以来,引起许多实验室的研究兴趣,研究对象先后从极区鱼类扩展到昆虫,最后又扩展到植物甚至微生物.这些研究使我们对抗冻蛋白的结构、功能和作用机理有了较为深入的了解.1　植物抗冻蛋白的生化研究植物抗冻蛋白的研究比较晚,被研究的植物材料多达三十余种,真正被分离纯化的并不太多.1992年,加拿大Griffith等〔2〕第一次明确提出获得植物内源AFPs.他们从经低温锻炼的能够忍受细胞外结冰的叶片质外体中得到并部分纯化该蛋白.有7个多肽组分表现出明显的抗冻活性,5种较大分子量的多肽(16,25,32,34,36Ku)活性较高,它们富含天冬酰氨/天冬氨酸,谷氨酸/谷氨酰氨,丝氨酸,苏氨酸等.Ξ收稿日期:2005-04-23作者简介:刘莹(1970-),男,辽宁阜新人,讲师,在读硕士研究生,主要从事植物生理学及生物化学方面的研究.224 内　蒙　古　民　族　大　学　学　报 2005年Hon〔3〕等证明冬黑麦AFPs具有抗冻、抗病双重功能,经氨基酸分析发现其中有3种AFPs(16,25,32Ku)的N-端序列与3种抗菌蛋白(内切β-1,3葡聚糖酶,内切几丁质酶,甜蛋白类似蛋白)具有同源性.1994年从欧白英的冬季枝条中分离得到分子量为67的抗冻糖蛋白,富含甘氨酸.用β-半乳糖酶处理该蛋白后其抗冻活性消失,表明半乳糖是该蛋白的关键组成部分〔4〕.1996年从强抗冻植物沙冬青叶片中分离出热稳定的抗冻糖蛋白,分子量为40Ku〔5〕.这种抗冻糖蛋白N端的20个氨基酸的序列可能与植物凝集素具有同源性.1998年英国Y ork大学的Dawnworrall等发表了胡萝卜抗冻蛋白及其基因的研究论文,标志着第一个植物抗冻蛋白基因的发现.胡萝卜的抗冻蛋白由富含亮氨酸的重复序列组成,序列编码与多聚半乳糖酸酶抑制蛋白有很高的同源性〔6〕.其分子量为36Ku,等电点为5.0,体外热滞值为0.35℃,去掉糖链也不影响其抑制重结晶的活性.1999年从桃树(Prunus persica)的树皮中提取到一种脱水蛋白PCA60〔7〕.这是第一次发现具有脱水素蛋白特性的抗冻蛋白.其富含赖氨酸、甘氨酸,分子量为50ku,具有较强修饰冰晶的能力.2000年科学家在低温诱导的黑麦草中发现具有热稳定性的抗冻蛋白〔8〕.这种蛋白由118个氨基酸组成,分子量为11.77Ku.其活性约为大洋条鳕AFPⅢ的200倍,其热滞值远远低于鱼类和昆虫.该蛋白在100℃时仍能保持稳定,由于它有很好的重结晶抑制效应,所以该植物能忍受组织内冰晶的形成而使机体免受损害.2001年,在冰缘植物珠芽蓼叶片中提取质外体蛋白发现AFPs,分子量为15.2～72.3 Ku,均为抗冻糖蛋白〔9〕.植物抗冻蛋白的多样化必然会发现一些不同于已知抗冻方式的抗冻蛋白,在进化方面,植物抗冻蛋白即使种源相近,在抗冻蛋白的表达上也不尽相同.植物的抗冻蛋白的这种特性也许会为生物技术的应用提供一个广阔的前景.此外,Sun等从生长在加拿大北极地区的植物的根际中分离得到一种根瘤菌(Pseudomonas putida GR12-2).该细菌能在冬春季5℃条件下增殖,还能渡过-20℃和-50℃的冰冻温度而存活下来.在5℃生长温度下,会合成和分泌一种具有抗冻活性的蛋白质.Sun的工作给人们一种希望,用细菌来生产细菌本身抗冻蛋白,其不存在表达障碍问题.2　抗冻蛋白的特性及其抗冻机制2.1　抗冻蛋白的功能特性〔10〕(1)抗冻蛋白只影响结冰过程,几乎不影响熔化,非依数性地降低溶液的冰点,使冰点低于熔点.这种冰点低于熔点的差异称为热滞效应.(2)抗冻蛋白浓度对冰晶形态有修饰作用.在纯水中,冰通常以平行于晶格基面(a轴)的方式生长,而在垂直基面(c轴)很少生长,因此冰晶格呈扁圆状.低浓度的抗冻蛋白优先抑制冰沿a轴生长,因此冰晶格的六边柱边面变得明显.而在高浓度抗冻蛋白下,冰晶格主要沿c轴生长,形成六边双棱锥及针形晶体.(3)抗冻蛋白显著抑制冰晶生长速率,极低浓度就能抑制重结晶.抗冻蛋白在生物体内的表达受温度和季节变化的影响而改变,即抗冻蛋白及其mRNA的量,可以从夏季到冬季成倍地增加,最高可以达到1000倍.此外它的活性还会受外界物质的影响而发生改变.1991年发现2种昆虫的抗冻蛋白的生物活性可因添加其特异兔多克隆抗体而大大增强.1998年发现越冬昆虫Dendroides canadensis幼虫的抗冻蛋白可因添加低分子量溶质而增强热滞活性.其中效应最强的溶质为柠檬酸,它可提高热滞活性近6倍.其次是琥珀酸、苹果酸、天冬氨酸、谷氨酸和硫酸铵,它们提高热滞活性约4倍.2.2　抗冻蛋白的抗冻机制在动植物中发现的AFPs结构各异,没有共同的演化规律,结构不同AFPs不一定具有相同的功能.因此认为不同的AFPs的抗冻机理也不尽相同.有关鱼类抗冻蛋白抗冻机制的研究已有较多的报道,但昆虫和植物抗冻蛋白机理的研究几乎未见报道.对鱼类抗冻蛋白作用机制的研究曾提出多种假说,如结合水学说、空间屏障及吸附抑制机制等.就目前研究来看,吸附抑制学说比较合理.吸附抑制学说最早由Ray2 mond和de vires提出.它们认为抗冻蛋白吸附在冰晶表面,通过K elin效应抑制其生长.机制的模型为:一般晶体的生长垂直于晶体的表面,假如杂质分子吸附于冰生长通途的表面,那么需要在外加一推动力(冰点下降),促使冰在杂质间生长.由于曲率增大,使边缘的表面积也增加.因表面张力的影响,增加表面积将使体系的平衡状态发生改变,从而冰点降低.Griffith〔10〕等通过对抗冻植物抗冻活性的研究,认为抗冻植物形成了一种特殊的控制胞外冰晶形成的机制,即抗冻蛋白和冰核聚物质的协同作用.在植物体内,热滞效应并不明显,而冰重结晶抑制效应显著.吸附抑制学说是否适应于植物有待于进一步的证实.3　抗冻蛋白基因工程的研究进展1998年10月,第一个植物抗冻蛋白—胡萝卜抗冻蛋白及其基因的发现,为抗寒基因工程注入了新的活力.在此之前,通过抗冻蛋白基因改变动植物抗冻活性的研究都局限于鱼类抗冻蛋白基因.1987年,Davies 等将抗冻蛋白基因整合在Ti 质粒上,用叶圆片法转化郁金香、烟草、油菜等,获得了一定的抗冻能力.1989年Cutler 等用真空透析法将冬比目鱼抗冻蛋白基因导入马铃薯、拟南芥和欧洲油菜,使植物自然结冰温度降低1.8℃,证实了转抗冻蛋白基因可提高植物的抗寒性.1990年,G eorges 等将合成的冬蝶鱼抗冻蛋白基因并构建了含35S 启动子、抗冻蛋白基因和Cat (编码氯霉素酰基转移酶CA T )基因的载体P GC51,将该质粒通过电击导入玉米原生质体,通过CA T 分析以及用抗冻蛋白和CA T 的抗血清作的蛋白印迹检测到了融合肽的产生.1991年Hightower 等将极区鱼的Cafa3AFPs 基因转化并获得转基因烟草和番茄,在转基因植物叶片中,Cafa3AFPs 有高水平的mRNA ,但在组织中未检测到重结晶作用的活性.然而他们在含有编码一种融合蛋白(去掉两头的葡萄球菌蛋白A +抗冻蛋白)的嵌合基因的番茄组织中,检测到了mRNA 和融合蛋白.而且在含有融合蛋白的组织中检测到了重结晶抑制作用.据报道这种番茄果实可经受冷冻不坏,已申请大田试验.1997年Wallis 等〔11〕人工合成PHA -AFP -段基因.该基因被转入马铃薯后,用免疫杂交方法检测到了表达产物AFPs.同年,我国的黄永芬等〔12〕将美洲拟蝶抗冻基因整合在Ti 质粒上,然后用花粉管道和子房注射方法导入番茄中,获得了杂交带.试验表明:在春季平均气温低于正常年份4.4℃条件下,转基因植株生长优势优于对照组.1998年赵晓祥等〔13〕同样利用美洲拟蝶抗冻基因转入番茄中.试验表明:番茄植株经低温锻炼,过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶都明显高于对照,表明转基因植株在生理生化水平上获得了有益的变异,且抗寒性增强.Holmberg 等〔14〕采用引物重叠延伸法,将云杉蚜虫抗冻蛋白基因组成CaMV35S -sbwAFP -胭脂碱合成酶融合基因,采用T -DNA 双元载体导入烟草中,R T -PCR 检测到了sbwAFP 的转录.在转基因烟草中,质外体sbwAFP 的表达抑制了冰重结晶、提高了热滞效应.1998年,胡萝卜抗冻蛋白基因的发现翻开了抗冻蛋白研究的新篇章.将胡萝卜抗冻蛋白基因的cDNA 连接在表达载体的双CaMV35S 启动子之后导入烟草,让其组成性表达.用蛋白质免疫杂交法检测到了抗冻蛋白的存在,并且这些含有抗冻蛋白基因的烟草提取物可以抑制冰晶的生长.2001年,尹明安等〔15〕根据胡萝卜的抗冻蛋白基因,构建成植物表达pBAF ,为农杆菌介导转化番茄、甜椒等作物奠定了试验基础.4　抗冻蛋白的应用前景植物抗冻蛋白的应用随着深入研究将在以下几方面得到发展:(1)在农业上,抗冻蛋白的基因导入目标作物上,使之表达,可以增强作物在田间的抗寒能力,而且会改善作物在收获后的贮藏加工特性.(2)在冷冻食品业上,抗冻蛋白可抑制重晶化,保护食品的柔软质地.(3)在医学上,抗冻蛋白可用于人和动物的卵、精子、胚胎等器官的超低温保存,改善其冷冻质量.(4)在工业上,抗冻蛋白可作为一种高级防冻剂而加以应用.仅仅通过从生物体内提取抗冻蛋白是不能满足人们的诸多要求的.人们可以通过生物技术的方法,用某种生物反应器来定向生产抗冻蛋白.随着科学研究的不断发展,抗冻蛋白会为工业、农业、医学等领域提供更广阔的应用前景.参　考　文　献〔1〕De Vires A L.Antifreeze glycopeptides and peptides :interaction with ice and water 〔J 〕.Methods Enzymol ,1986,127:293-303.〔2〕Griffith M ,Ala P ,Y ang D S C ,et al.Antifreeze protein produced endogenously in winter rye leaves 〔J 〕.Plant Physiology ,1992,100:593-596.〔3〕Hon W C ,G iffith M ,Mlynarz A ,et al.Antifreeze proteins in winter rye are similar to pathogenesis -related proteins 〔J 〕.324第4期刘　莹:植物抗冻蛋白的生物化学研究进展 424 内　蒙　古　民　族　大　学　学　报 2005年Plant Physiol,1995,109(3):879-889.〔4〕Duman J G.Purification and characterization of a thermal hysteresis protein from a plant,the bittersweet nightshade(S ol2 num dulcamara)〔J〕.Biochim BiophysActa,1994,1206(1):129-135.〔5〕魏令波,江　勇,费云标,等.沙冬青叶片热稳定抗冻蛋白特性分析〔J〕.植物学报,1999,41(8):837-841.〔6〕WorralD,EliasL.AcarrotLeucine-rich-repeat protein that inhibit sicerecry stallization〔J〕.Science,1998,202:115-117.〔7〕Michael W,Robert W,Ron B,et al.Purification in munolocation cryoprotective and antifreeze activity of PCA60:A dehydr in from peach(Prunus persica)〔J〕.Physiologia Plantarum,1999,105:600-608.〔8〕Sidebottom C,Worrall D.Heat-stable antifreeze protein from grass〔J〕.Nature,2000,406:256-263.〔9〕祭美菊,安黎哲,等.天山寒区冰缘植物珠芽蓼叶片抗冻蛋白的发现〔J〕.冰川冻土,2001,23(4):342-345.〔10〕卢存福.植物抗冻蛋白研究进展〔J〕.生物化学与生物物理进展,1998,25(3):210-216.〔11〕Wallis F G,Wang H,Guerra D J.Expression of a synthetic antifreeze protein in potato reduces electrolyte release at freez2 ing temperatures〔J〕.Plant Molecular Biology,1997,35(3):323-330.〔12〕黄永芬,等.美洲拟蝶抗冻蛋白基因导入番茄的研究〔J〕.生物化学杂志,1997,13(4):418-422.〔13〕赵晓祥,等.转美洲拟蝶抗冻蛋白基因(afp)番茄过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧歧化酶活性测定〔J〕.哈尔滨师范大学自然科学学报,1998,14(4):188-193.〔责任编辑　齐　广〕征　稿　简　则《内蒙古民族大学学报》(自然科学版)是由内蒙古民族大学主办的自然科学综合性学术期刊(双月刊,国内外公开发行),主要设有物理、数学、化学与化工、计算机应用、生物工程、生态环境、农学、草业科学、畜牧兽医、水产养殖、农牧业工《中程、蒙医蒙药研究、基础医学、临床医学、预防医学等栏目,是《中国学术期刊综合评价数据库》来源期刊,《中国期刊网》、国学术期刊(光盘版)》全文收录期刊,《中国数学文摘》、《中国物理文摘》源刊.欢迎广大教师及科技工作者踊跃投稿.来稿要求及主要注意事项如下:11来稿文责自负,要求稿件具有创新性,论点明确,逻辑性强,文字简炼,数据可靠,图表清晰,全文一般不超过6000字,题目不超过20字,凡以国家和省(部)级科学基金资助的研究课题为内容的论文,应在首页注脚用“基金项目”标识,并注明课题代码编号.21来稿应有题名、摘要、关键词,并有相应的英文对照.摘要应写成报道性摘要,以200～300字为宜,摘要中不宜用图表、化学结构式和非公知公认的符号或术语,关键词一般每篇文章标注3～8个.31文稿要求有作者中英文署名,用中英文标明工作单位全称及单位所在城市和邮政编码,并请附第一作者简历(姓名,出生年月,性别,民族,籍贯,学历,职称,主要研究方向).作者的署名排序在投稿时确定,之后不得另行更动.41文稿要字迹端正,字体规范,标点清楚,稿中外文字母、符号必须分清大、小写,正、斜体,上、下角标、数码和符号,其位置高低应区别明显;容易混淆的外文字母、符号、黑体、花体,请在第1次出现时用铅笔注明其文种和含义,量和单位须符合国家标准和国际标准.51文稿插图请用计算机绘制,有相应的中英文图名并具有自明性,凡照片要用清晰的黑白照片,并有良好的清晰度和对比度.图和照片的常规尺寸以宽不超过15cm为宜.61本刊要求作者软盘投稿,并附打印稿一份。

抗冻蛋白与冰-水界面层相互作用的理论机制研究进展

抗冻蛋白与冰-水界面层相互作用的理论机制研究进展吴金鸿1，杨丹璐1，周密1，陈旭2，蔡茜茜2，施依1，杨傅佳2，汪少芸2,*，许璟珅1，张恒3（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2.福州大学生物科学与工程学院，福建福州 350108；3.安徽国肽生物科技有限公司，安徽合肥 242199）摘要：抗冻蛋白（antifreeze proteins，AFPs）具有热滞活性和重结晶抑制活性，在冷冻食品品质调控、细菌低温保护、植物霜冻保护等领域具有广泛的应用价值。

本文围绕种类和结构复杂的AFPs在低温冷冻环境下如何通过调控冰-水界面层结构、与冰晶结合或相互作用从而实现其抑制冰晶生长、产生热滞活性和重结晶抑制活性的理论问题，系统综述了吸附-抑制模型、偶极子-偶极子模型、晶格匹配与占有模型、刚体能量模型、包合物锚定模型、亲和相互作用偶联团聚模型等理论模型原理和特点，揭示了AFPs通过调控冰-水界面层结构产生结合或相互作用的原理及其驱动力作用特点，为解析AFPs抗冻活性机理及其筛选、食品工业应用提供理论参考。

关键词：抗冻蛋白；抗冻活性机制；冰-水界面层；理论模型Advances in Understanding the Theoretical Mechanism of the Interaction between Antifreeze Proteinsand the Ice-Water Interface LayerWU Jinhong1, YANG Danlu1, ZHOU Mi1, CHEN Xu2, CAI Xixi2, SHI Yi1, YANG Fujia2, WANG Shaoyun2,*, XU Jingshen1, ZHANG Heng3(1. School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;2. College of Biological Science and Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China;3. Bankpeptide Biological Technology Co. Ltd., Hefei 242199, China)Abstract: Antifreeze proteins (AFPs) have thermal hysteresis activity and recrystallization-inhibiting activity, and have potential applications in a wide range of areas such as the quality control of frozen foods, low temperature protection of bacteria, and plant protection against frost injury. This paper focuses on the theoretical problem of how AFPs, containing a wide variety of components with complicated structures, can inhibit the growth of ice crystals and exert thermal hysteresis and recrystallization-inhibiting activity by regulating the structure of the ice-water interface and interacting with or binding to ice crystals in the cryogenic freezing environment. Meanwhile, this review also systematically describes the principles and characteristics of some related theoretical models, including adsorption-inhibition model, dipole-dipole model, lattice matching and possession model, rigid body energy model, anchored clathrate model, and affinity interaction coupling and aggregation model, and it reveals the mechanism by which AFPs bind to or interact with the ice-water system by regulating the structure of the ice-water interface layer and its driving force characteristics. This review will provide theoretical guides for the elaboration of the antifreeze mechanism and the screening for application in the food industry of AFPs.Keywords: antifreeze protein; antifreeze mechanism; ice-water interface layer; theoretical modelDOI:10.7506/spkx1002-6630-20200420-262中图分类号：TS201.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2021）11-0244-09引文格式：吴金鸿, 杨丹璐, 周密, 等.抗冻蛋白与冰-水界面层相互作用的理论机制研究进展[J]. 食品科学, 2021, 42(11): 244-252.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200420-262. 收稿日期：2020-04-20基金项目：国家自然科学基金面上项目（31972017）；国家自然科学基金联合基金项目（U1905202）；“十三五”国家重点研发计划重点专项（2018YFD0901006）；宁波市公益类科技计划项目（2019C10095）第一作者简介：吴金鸿（1978—）（ORCID: 0000-0002-9373-2803），女，副研究员，博士，研究方向为功能食品与食品化学。

第三节植物的抗冻性

（二）呼吸减弱植株的呼吸随着温度的下降逐渐减弱，其中抗寒弱的植株或品种减弱得很快，而抗寒性强的则减弱得较慢，比较平稳。细胞呼吸微弱，消耗糖分少，有利于糖分积累；细胞呼吸微弱，代谢活动低，有利于对不良环境条件的抵抗。
（三）脱落酸含量增多多年生树木（如桦树等）的叶子，随着秋季日照变短、气温降低，逐渐形成较多的脱落酸，并运到生长点，抑制茎的伸长，并开始形成休眠芽，叶子脱落，植株进入休眠阶段，提高抗寒力。
从拟南芥中鉴定出的冷诱发基因与鱼编码抗冻蛋白的 DNA同源。从沙漠生长的抗冻植物沙冬青种分离出3种抗冻蛋白。
四、内外条件对植物抗冻性的影响（一）内部因素各种植物的产地不同，生长期长短不同对温度条件的要求不同，抗寒能力也不同。同一作物不同品种之间的抗寒性差别也是很明显的。同一植物不同生长时期的抗寒性也不同。
二、冻害的机制
（一）膜结构损伤冻害首先损伤细胞的膜结构，从而引起酶活性改变，生理生化过程就被破坏。（二）结冰伤害
细胞在零下低温的结冰有两种：
细胞间结冰: 细胞间隙中细胞壁附近的水分结成冰
细胞内结冰: 先在细胞质结冰，然后在液泡内结冰
细胞内结冰伤害的原因主要是机械的损害。冰晶体会破坏生物膜、细胞器和胞质溶胶的结构，使细胞亚显微结构的隔离被破坏，酶活动无秩序，影响代谢。
植物抗冻原因：
1.细胞间结冰。细胞间隙处溶液浓度低，冰点高，易结冰。吸引细胞内的水外流结冰。实验证明，低温时液泡内的水流入胞间隙。 ⑴质膜内陷弯曲，扩大细胞排水面积。 ⑵脂质从膜上释放，增加膜的透水性。 ⑶质膜内陷，与液泡链接，为液泡内水的外排提供通道。 2.过冷却：细胞液在其冰点下保持非冰冻状态。
（二）外界条件
温度逐渐降低是植物进入休眠的主要条件之一。光照长短可影响植物进入休眠，同样影响抗寒能力的形成。光照强度与抗寒力有关。土壤含水量过多，细胞吸水太多，植物锻炼不够，抗寒力差。土壤营养元素充足，植株生长健壮，有利安全越冬。

抗冻机制ICE-CBF-COR途径及抗冻相关蛋白的研究文献综述和外文翻译

Stockinger等采用酵母单杂交(yeast one-hybrid)方法从拟南芥中分离出一个cDNA，其编码产物能与CRT/DRE特异结合，且在酵母系统中可激活含有CRT/DRE作为上游激活子序列的报告基因的转录(Stockinger et al.，1997).所以，此蛋白具有转录激活因子的作用，被命名为CRT/DRE结合因子CBF1，Southern杂交结果表明，CBFI是一个单拷贝或低拷贝数基因.以包dina et al., 1999; Liu et al.，2002).与此同时，在独立进行的另一研究中，Liu等鉴定出5种DRE结合蛋白，其中DREBIA、DREBIB和DREBIC分别对应于CBF3、CBF1和
Yamaguchi Shinozaki和Shinozaki(1994)从RD29A基因的启动子中鉴定出一个9bp(TACCGACAT)的DNA调控元件DRE(dehydration-responsive element)，(Yamaguchi-Shinozak and Shinozal，1994).同年，从COR15基因的启动子中又鉴定出另一调控元件CRT(C-repeat，TGGCCGAC)(Tbata et al.，2000).这两个元件均含有CCGAC核心序列，即LTRE(low-temperature-responsive element)元件(Jiang et al.，1996).随后证明，CRT/DRE或其核心序列普遍存在于冷诱导和脱水诱导基因的启动子中，为这类基因的冷诱导和脱水诱导表达所必需.
冷调节基因（COR）的启动子区域含有具有5个碱基核心序列CCGAC的脱水反应元素DRE(Dehydration responsive element)做为顺式作用启动子元素，能在低温胁迫时激活COR基因的表达[3]。Masakazu H等将Cu2COR19转入烟草，和对照烟草植株相比较，转基因植株电渗值较低、发芽率较高、抗冻性有所提高口[4]。在这些基因表达的产物中，一些已证实是有己知酶活性的蛋白，它们可能对提高抗寒性有一定程度的作用,如拟南芥冷诱导基因中的fad8基因[5]和大麦中的blt4基因[6]，它们分别编码脂肪酸去饱和酶和一种脂肪迁移蛋白，通过这种脂肪酸去饱和酶或脂肪迁移蛋白改变质膜的组成以提高膜的冷稳定性。

抗冻蛋白研究现状及其在食品工业中的应用

Keywords：antifreeze protein; source; separation and purification method； food application
中图分类号：TS201.2
随着研究的逐步深入，人们对抗冻蛋白的结构、分类、特性及作用机理等方面进行了阐述。不同来源的抗冻蛋白具有不同的特性，为此，本文综述了抗冻蛋白的来源、提纯及其在食品工业的应用，为寻找抗冻蛋白的新来源，实现工业化生产提供参考。
关键词：抗冻蛋白；来源；分离纯化方法；食品应用
Abstract：Antifreeze protein is a kind of protein that can reduce the freezing point of solution, adsorb to the surface of ice crystals and protect organisms from freezing damage. Because of its unique properties, it can be used as an effective antifreeze additive in food industry. Antifreeze proteins from different sources have different characteristics and activities. Extracting and purifying high activity antifreeze proteins and studying their structure and properties are the premise of industrialized production. This paper reviews the source, purification and application of antifreeze protein in food industry, so as to provide reference for discovering new sources of antifreeze protein and realizing industrial production.

抗冻蛋白应用前景及基因工程表达研究进展

抗冻蛋白应用前景及基因工程表达研究进展蔡文萍;马纪【摘要】抗冻蛋白(antifreeze protein,AFP)又称为热滞蛋白,是一类抑制冰晶生长的蛋白,它具有三个基本特征:热滞效应(thermal hysteresis activity,THA)、冰晶形态效应和重结晶抑制效应(frecrystallization inhibition,RI),抗冻蛋白是一类广泛存在于鱼类、植物、真菌、昆虫中的蛋白,不同生物的AFPs的化学结构、理化性质、空间构型各不相同,并且同类生物之间的AFPs同源性也不高,不存在相似性序列或结构模式,说明它们可能是在不同的有机体中独立进化而来,没有共同的演化规律.随着研究的深入,抗冻蛋白可广泛应用于医学农学食品工业等领域,起到冷冻保护剂,食品添加剂的作用,前人已经对抗冻蛋白的结构、生化性质和抗冻机制进行了阐述,研究主要对抗冻蛋白应用方面及基因工程的表达作了系统综述,为抗冻蛋白的深入研究奠定基础.%Antifreeze protein (AFP) , also known as thermal hysteresis protein, It is a class of proteinThat inhibiting the growth of ice crystals. It has three basic characteristics; thermal hysteresis effect (THA), the effect of ice crystals form, recrystallization inhibitory effect (RI), To date, AFPs have been widely found in a variety of organisms, such as fish, insects, plants, bacteria and fungi, isolated from a number of fish, plants , bacteria, fungi and arthropods . Different biological AFPs chemical structure, physical and chemical properties, spatial configuration of each are not identical, and similar biological between AFPs homology is not high, there is no similar sequence or structural patterns, indicating that they may be in different organisms evolved independently, there is no common evolution law. Along with the development of research, Antifreeze protein can be widelyused in agriculture, medicine food sciences and industry, It played a role in the cryoprotectant and food additives. The biochemical characteristics, as well as antifreeze mechanism are reviewed, Furthermore, the application of AFPs and the expression of gene engineering are discussed. That could make research foundation for Antifreeze protein.【期刊名称】《新疆农业科学》【年(卷),期】2012(049)010【总页数】5页(P1897-1901)【关键词】抗冻蛋白;应用;基因工程;表达【作者】蔡文萍;马纪【作者单位】新疆生物资源基因工程重点实验室/新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐830046;新疆生物资源基因工程重点实验室/新疆大学生命科学与技术学院,乌鲁木齐830046【正文语种】中文【中图分类】S188抗冻蛋白（antifreeze protein,AFP）最早是1969年Devries在极区海鱼血液中被发现,是一类抑制冰晶生长的蛋白质,能以非依数性形式降低水溶液的冰点而对其熔点影响甚微,从而导致水溶液的熔点和冰点之间出现差值。

植物抗冻蛋白研究新进展

２００５年第９期植物抗冻蛋白研究新进展邵强，闫清华，徐存拴（河南师范大学生命科学学院，河南新乡４５３００７）摘要：低温寒害是限制农作物产量和分布的一种全球性的自然灾害，提高植物的抗寒性具有重要的现实意义。

植物抗冻蛋白自１９９２发现以来，逐渐成为研究的热点。

文中就近年来植物抗冻蛋白的生化特性，生理功能，抗冻机制，结构模型，抗冻蛋白基因工程及其应用前景等作了较为系统的综述。

关键词：植物抗冻蛋白；生化特性；结构模型；基因工程中图分类号：￥３３２．５文献标识码：Ａ文章编号：１００４—３２６８（２００５）０９—００１２—０４适宜的温度是植物生长所必需的环境条件，而低温会使植物受到不同程度的伤害以至死亡，是限制农作物分布与生长的重要因素。

全球每年因低温伤害造成农作物的损失高达数千亿美元【１Ｊ。

植物抗冻蛋白（ａｎｔｉｆｒｅｅｚｅｐｒｏｔｅｉｎ，ＡＦＰ）即是在适应低温过程中产生的抗寒功能蛋白之一，它能够非依数性地降低水溶液的冰点，但对熔点的影响甚微，从而导致水溶液的熔点和冰点之间出现差值，这种差值称为热滞活性。

抗冻蛋白包括不含糖基的ＡＦＰ和含糖基的ＡＦＰ（ａｎｔｉｆｒｅｅｚｅｇｌｙｃｏｐｒｏｔｅｉｎ，ＡＦＧＰ），其具有３个基本特征圳２：热滞效应、冰晶形态效应、重结晶抑制效应。

抗冻蛋白自２０世纪６０年代被发现以来，引起国内外学者的极大兴趣，至今，在鱼类、昆虫、真菌、细菌和植物中均发现有ＡＦＰ存在１３，４Ｊ。

鱼类抗冻蛋白的研究较为深入，尤其在结构和功能方面；昆虫抗冻蛋白的研究也可追溯到２０世纪６０年代；而植物抗冻蛋白的发现较晚，１９９２年，加拿大Ｇｒｉｆｆｉｔｈ等首先在冬黑麦中发现了植物ＡＦＰ［５｜，标志着植物抗冻蛋白研究的开始。

植物抗冻蛋白的发现和研究揭示了植物抵御低温的重要途径，为我们了解植物的抗冻作用原理提供了新的思路，同时也为生产实践提供了理论依据。

１植物抗冻蛋白的生化特性到目前为止，被研究的植物材料多达４０余种，现已陆续在冬小麦、燕麦、冬黑麦、黑麦草、冬麦草、欧白英、胡萝卜、沙冬青、桃树、唐古特红景天、甜杨等至少２６种高等植物中获得具有热滞活性的ＡＦＰ［４，６，７ｊ。

植物的抗冻性

植物的抗冻性学院：生命科学学院姓名：马金梅学号:2011012919摘要：低温冻害使许多植物生存受到严重危害，全球每年因低温造成的农作物损失高达数千亿元。

我国是个人口大国，了解并提高粮食作物的抗冻能力，对我们国家来说是非常有重大意义的。

如我国北方晚秋及早春时，寒潮入侵，气温骤然下降，造成果木和冬季作物严重的冻害。

我国每年受低温冻害面积可达200多万平方千米，对农业生产的影响巨大，应给予重视。

所以研究并提高植物抗冻性具有重要理论和现实意义。

关键词：抗冻性，生理变化，抗冻蛋白.当温度降到零摄氏度以下，植物体内发生冰冻，因而受伤甚至死亡，这种现象就称为冻害。

植物在冬季来临之前，随着气候的逐渐降低，体内发生了一系列的适应低温的生理变化，抗寒力逐渐增强，这种提高抗寒能力的过程，称为抗寒锻炼。

植物在低温时会做出各种不同的生理反应，为了适应环境，它们会改变自己体内的一些物质，帮助它们越过寒冷的冬天。

关于植物如何抗冻，度过寒冷的冬天，我想从植物对冻害的生理适应，抗冻蛋白的作用机制，及内外因素对植物抗冻性的影响来讨论，主要是以植物体内抗冻白的作用机制为主。

一．植物对冻害的生理适应植物在长期进化过程中，对冬季的低温，在生长习性各方面有各种特殊适应方式。

如一年生植物主要以干燥种子形式越冬；大多数草本植物越冬时地上部分死亡，而已埋藏于土壤中的某些器官（如鳞茎、块茎等）度过冬天；大多数木本植物形成或加强保护组织和落叶以过冬。

在冬季来临之前，植物在生理生化方面对低温的适应变化有以下几方面：1.植物的含水量下降随着温度降低，植物吸水减少，含水量逐渐降低。

随着抗寒过程的推进，细胞内亲水性胶体加强，使束缚水含量相对提高，而自由水含量则相对较少。

由于束缚水不宜结冰和蒸腾，所以总含水量减少而束缚水量相对增多，有利于植物抗寒性的加强。

2.呼吸减弱植物的呼吸随温度的降低而逐渐减弱，其中抗寒弱的植株减弱的更快，而抗寒性强的则相对较慢，比较平稳。

抗冻转基因植物抗冻蛋白基因

优点：（1）平衡食品中的营养：必需氨基酸含量多的蛋白质编码基因；改变某种关键酶的活性如：富含氨基酸的转基因玉米（2）延长储存时间：控制番茄果实成熟的基因如：转基因延熟番茄（3）提高花卉的观赏价值：与植物花青素代谢有关的基因如：转基因矮牵牛
二、动物基因工程前景广阔
特点：发展较迟，应用方面广
1、基因工程药物：指利用转基因的工程菌生产的药物，已有60种。 2、工程菌：用基因工程的方法，使外源基因得到高效率表达的菌类细胞株系一般称为“工程菌”。 3、成果：可生产细胞因子、抗体、疫苗、激素等。
基因工程药品 —— 胰岛素
胰岛素从猪、牛等动物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取 4-5g的胰岛素，其产量之低和价格之高可想而知。
（1）优点：减少环境污染、减低生产成本、提高产量
（2）例子：棉花、水稻、玉米、马铃薯、番茄等等（3）主要杀虫基因：Bt毒蛋白基因、蛋白酶抑制剂基因、淀粉酶抑制剂基因、植物凝集素基因等典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因
1.抗虫转基因植物
（4）典型例子：转基因抗虫棉——Bt毒蛋白基因来源：苏云金芽孢杆菌作用机理：毒蛋白
三、基因工程药品异军突起
• 在传统的药品生产中，某些药品如胰岛素、干扰素直接从生物体的哪些结构中提取？
药品直接从生物的组织、细胞或血液中提取。 • 传统生产方法的缺点
由于受原料来源的限制，价格十分昂贵。
• 可利用什么方法来解决上述问题？
利用基因工程方法制造“工程菌”，可高效率地生产出各种高质量、低成本的药品。
3.抗逆转基因植物
转黄瓜抗青枯病基因的甜椒
转黄瓜抗青枯病基因的马铃薯
特点：导入另一种生物的优良性状基因，获得新性状抵抗恶劣环境因素，从根本上改变作物的特性