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植物ICE1-CBF冷反应通路的激活与调控研究进展魏俊燕;赵佳;赵仕琪;周棋赢;袁正仿;李先文【摘要】Cold stress signal is sensed while changes of cell membrane fluidity in plant cells cause the changes of Ca2+ influx. The rising of Ca2+in cytoplasm leads to the changes of activities of various calcium-regulating proteins in plant cells, then cold-responsive genes are activated by cascade reactions, and thus plant resistance to low temperature is enhanced. At present, it is almost certain that the main path of activating cold-responsive genes is ICE1-CBF regulatory pathway. In this paper. We review the recent studies of the cold signal sensing and transduction, expression activation and regulation of cold-responsive genes in plant cells, whichlays the theoretical foundation for the further study of cold acclimation of plants.%植物细胞可能是通过细胞膜流动性的改变引起胞质Ca2+浓度变化来感受低温信号的。
第43卷第4期2007年4月林业科学SCIE NTIA SILVAE SINICAE Vol .43,No .4Apr .,2007植物抗寒性的生理生态学机制研究进展＊徐 燕 薛 立 屈 明(华南农业大学林学院 广州510642)摘 要: 综述植物在冷驯化过程中发生的一系列生理生化变化。
环境对植物抗寒性的影响主要与光诱导、温湿度以及气候的变化有关。
植物表面形成冰层会引起植物的无氧呼吸,导致植物受害;光抑制诱导活性氧的产生,从而导致植物光合系统的退化,抗寒能力下降,而短日照诱导植物休眠,有利于植物抗寒。
光敏色素则被认为是启动冷驯化的光受体;植物通过冷驯化增加碳水化合物的积累及病原体相关蛋白的合成,以增强对低温病原体的抵抗能力;气候的变化使植物遭受了更大的冷伤害风险。
微管最初遇冷时部分的解体可以有效诱导植物抗寒性;抗氧化酶活性增强,植物体内糖、脯氨酸、多胺等内含物含量上升。
植物休眠状态中的生理变化(种子的休眠、芽的休眠)与AB A 敏感性的差异有关。
对植物抗寒性分子机制的研究表明:CO R 基因的表达对于植物抗寒性和冷驯化是十分关键的;与气候梯度有关的基因梯度的分布说明寒冷地区的树种更为抗寒;多表型性状的数量性状分析,为重要的农艺性状标记辅助选择(MAS )提供基础。
对植物抗寒过程中的信号转导进行研究发现,Ca 2+是低温下参与调节冷驯化应答机制中信号转导途径的重要的第二信使。
未来植物抗寒领域的研究热点为信号转导和基因调节,低温抗性的遗传学和遗传应用及代谢组学,气候变化对于植物抗寒的影响等方面。
关键词: 植物;环境;抗寒;生理;分子机制中图分类号:S718.43;Q945.78 文献标识码:A 文章编号:1001-7488(2007)04-0088-07收稿日期:2006-01-20。
基金项目:广东省林业局项目(4400-F02084,4400-F05004)。
＊薛立为通讯作者。
Physiological and Ecological Mechanisms of Plant Adaptation to Low TemperatureXu Yan Xue Li Qu Ming(C oll eg e o f For es tr y ,Sou th Chi na Agr icul tur al Uni vers ity Gu ang zh o u 510642)Abstract : Chilling injury is one of the ecological factors c ausing environmental stress in plants .Exploring the physiological and ecological mechanisms of c old tolerance in plants can under stand ho w plants gro w at low temperatur e ,which has important meaning in theory and practice .At present ,study on cold toler ance in plants focuses on physiology ,genes ,and relationship between plants and environment and so on .This article revie ws the physiological and ecological response of plants to lo w temper atur e during c old acclimation .Over wintering plants encased in ice can be exposed to anaerobic conditions and suffer phytotoxicity .Photoinhibition induced the increase of r eactive oxygen species (ROS ),causing the degradation of photosystems ,which is unfa vorable for cold hardiness of plants .Shor t da ys induc e dor manc y in plants ,resulting in a increase in cold hardiness of plants .Phytochr ome has been c onsidered to be the photoreceptor r esponsible for tr iggering the initiation of the first sta ge of c old acclimation .The acc umulation of carbohydrates and pathogenesis -related proteins enhances the resistance of plants to low -temper atur e pathogens .Scientists pr edict that plants will suffer greater risk of low -te mperature da mage with the c hanges in climate .An initial partial disassembly of microtubles is sufficient to trigger efficient cold acclimation .The adaptation of plants to c old also associates with the incr eased levels of antioxidants enzymes ,sugar ,proline ,polymines and so on .Changes in dormanc y status are mor e likely related to changes in ABA sensitivity than to var iations in ABA levels .The expr ession of COR (cold r esponsive )genes is cr itical in plants for both c hilling tolerance and c old acclimation .Genotypes fr om colder envir onments have greater cold hardiness in situ than those from milder envir onments .The QTL analysis of multiple phenotypic traits pr ovides the basis for marker assisted selection (MAS )of important a gronomic characters .Calcium is an important second messenger in a low temper atur e signal transduction pathway involved in regulation of c old -acclimation response .Signal tr ansduction ,gene re gulation ,genetics ,metabolomics ,and climate change affecting the plant survival are impor tant aspects in the future study of c old tolerance in plants .Key words : plants ;environment ;cold tolerance ;physiology ;molec ular mechanism低温寒害是农林业生产中一种严重的自然灾害,据统计,世界每年因此造成的损失达2000亿美元(卢存福,2004)。
植物低温胁迫生理研究进展3吴广霞 唐献龙 杨德光 席景会 摘 要 低温是限制植物生长和分布的一种非生物胁迫因素。
综述了低温胁迫对植物膜系统、光合作用、酶活性以及渗透调节物质的影响,同时提出了尚待进一步研究的问题。
关键词 低温胁迫;植物抗寒性;生理研究在植物生长发育过程中,温度作为一个重要的环境因子对于植物的生长发育起着至关重要的作用。
许多植物都面临着寒害的问题,植物在低温条件下会遭到不同程度的伤害,严重时甚至会导致植株死亡[1]。
低温胁迫会大大降低农作物的产量和品质。
因此,提高植物的抗寒性对农业具有十分重要的意义。
1 低温胁迫对植物膜系统的影响,作者简介:吴广霞,在读硕士,东北农业大学农学院,150030,黑龙江哈尔滨唐献龙,席景会,吉林大学植物科学学院杨德光(通讯作者),通讯地址同第1作者3基金项目:国家973项目(2006CB101700),东北农业大学博士基金收稿日期:2008-04-18其中最明显的是膜脂相的改变[2]。
低温对膜脂的直接影响是改变膜脂成分的含量及其脂肪酸组成,特别是脂肪酸组分的变化与膜的流动性和稳定性关系密切[3～5]。
当植物受到低温胁迫时主要是通过提高不饱和脂肪酸的含量和比例来提高抗寒性[6,7]。
低温对膜脂及其脂肪酸的影响也与胁迫温度、时间及光强等因素有关。
对于外界温度的变化,生物膜本身能够对膜脂的不饱和度进行调整[8],以改善低温下膜的流动性。
研究表明,植物冷害首先发生在细胞膜系统,膜系统损伤首先是冷冻引发的严重脱水所致[9]。
低温引起植物胞外或胞内结冰,胞内的水分通过质膜流出,导致细胞严重脱水[10,11]。
脱水会对细胞产生多种伤害,包括膜的结构和功能。
此外,由于低温诱导产生活性氧也能损伤膜的结构[12],胞外形成的冰晶刺伤细胞壁或细胞膜引起细胞破裂。
2 低温胁迫对植物光合作用的影响低温对光合作用最明显的影响是引起光合速率的下降,植物体内活性氧代谢失调引发的生物膜结 19827刘成,杨足君,冯娟等1利用小麦微卫星引物建立簇毛麦染色体组特异性标记1遗传,2006,28(12):1573～157928唐祖强,杨足君,李光蓉等1簇毛麦5V染色体特异性I SSR标记的建立及其对亲缘物种的检测1农业生物技术学报,2007,15(5): 799～804Progress of Stud i es on Detecti on of A li enChro ma ti n i n W hea tS u J un ji1,Do ng Yo ngm e i2,C ha i S ho ucheng3(1Cott on I nstitute of Xinjiang Acade my of Agricultural and Cultivati on Sciences,Shihezi832000,Xinjiang;2B reeding Center f or Molecular Agricultural Technol ogy of Xinjiang Acade my of Agricultural and Cultivati on Sciences,Shihezi832000,Xinjiang;3Agr onomy College of North west Agricultural and Forestry Sci2Technol ogy University,Yangling712100,Shanxi,China)Abstract The wide relatives of wheat p r ovide with abundant genetic diversity and valuable genes f or the i m p r ove2 ment of wheat1Studies on hybridizati on,identificati on and utilizati on of wild relatives will p lay an i m portant r ole for the devel opment of wheat breeding and p r oducti on1Many markers such as mor phol ogical,cyt ol ogical,molecular and p r otein markers are i m portant genetic methods t o detect alien genes in wheat1This paper p resents a summary of the app licati on and devel opment of these methods app lied t o detect alien genes in wheat1Key words W heat;A lien chr omatin;Molecular markers71作物杂志 Cr op s200813构和叶绿体结构的破坏是导致光合作用下降的主要原因。
植物抗寒性基因工程研究进展3王瑞云 贺润喜 岳文斌 任有蛇 (山西农业大学农学院 太谷 030801)(山西农业大学动物科技学院 太谷 030801)摘 要 导入外源基因提高植物抗逆性已成为现代植物育种主要手段,阐述了动物抗冻蛋白及其转基因植物、植物冷诱导基因、脂肪酸去饱和酶基因、SOD 基因、脯氨酸基因、植物抗冻蛋白及其转基因植物抗寒性基因工程的研究进展。
关键词 动物 植物 抗寒基因 转基因植物Advances in gene engineering of plant for cold resistance.WAN G Rui 2Yun ,HE Run 2Xi (Agricultural College of Shanxi Agricultural University ,Taigu 030801),YU E Wen 2Bin ,REN Y ou 2She (Animal Science and Technology College of Shanxi Agricultural University ,Taigu 030801),CJ EA ,2004,12(1):26～29Abstract With the development of biotechnology ,the conduction of foreign gene for plant breeders has become a primary method to improve the plant stress tolerance.This paper reviews the recent advances in plant cold resistance including an 2tifreeze genes of animals and its transgenetic plants ,cold 2regulated genes ,fatty acid desaturase gene ,SOD gene ,proline gene ,antifreeze genes of plant and their transgenetic plants.K ey w ords Animal ,Plant ,Antifreeze gene ,Transgenetic plants低温冻害使许多植物生存受到严重危害,全球每年因低温冻害造成的农作物损失高达数千亿元[1],研究并提高植物抗寒力具有重要理论和现实意义。
植物抗寒性及其相关基因工程研究进展摘要：低温是影响植物分布、产量及品质的重要非生物胁迫因素，提高植物的抗寒性是作物育种的重要任务。
近年来,植物抗寒分子机理研究不断深入，植物抗寒基因工程研究获得了长足的进展。
本文从膜稳定性、抗氧化酶活性、抗冻蛋白、低温信号转录因子和渗透调节物质等方面对植物耐冷性基因工程研究进展进行了分析、归纳与总结，旨在为植物抗寒机理研究及植物抗寒育种提供参考。
关键词：植物；抗寒性；基因工程；抗寒育种。
Research Advance in the Cold-resistance and the related GeneticEngineering in PlantsAbstract: Low-temperature is a abiological intimidation affecting plant's distribution、output and quality, and the breedingof cold-resistant plants is one of the most important tasks in the development of agriculture's.In recent years,plant's cold-resistant genetic engineering has acquired great progress, with the mechanism of cold- resistance is studied deeper and deeper.This paper gives a generalstatement about the recent development of plant genetic engineering for cold-resistance in composition of membrane lipids,the activity of antioxidang enzymes,the antif reeze protein,the transcription factors of lowtemperature cell signaling and osmolytes,aiming to provide some useful information and ideas to research-ers who work on plant breeding and the mechanism of cold-resistance.Key words:plants; cold-resistance; genetic engineering; plant breeding of cold-resistance.温度是气候因素中影响植物地理分布的主导因素，低温胁迫是植物栽培中经常遇到的一种灾害，涉及到粮食作物、园艺植物及其它许多经济植物。
植物的抗寒适应机制研究进展植物是地球上最重要的生命形式之一。
处于各种环境中的植物，能适应并生长在极端冷却、极端温度、高海拔、荒漠化等挑战性环境中，这与植物的抗寒适应机制有关。
过去几十年里，对于植物为什么能够在极端环境中生长的研究有了重大突破，并开发出了新的研究方法来探究植物的抗寒适应机制。
1. 植物中的冷适应基因在极端环境中生长的植物，相较于其他生长环境中的植物，有着不同的基因表达情况。
在冷适应的作用中，大多数植物会制造出特定的冷适应基因，以适应低温环境。
这些基因负责调节细胞中涉及抗氧化物质和代谢、信号传递以及细胞壁强度等方面。
若堵塞了这些基因的作用，植物自然会因受不了低温而死亡。
2. 意外减掉特定基因当冷适应基因在有效避免植物对低温的敏感反应时，也有可能意外地减掉了某些特定基因的表达。
然而，研究人员已经找到了解决办法。
可以通过解释全基因组序列和转录组测序数据，探索植物在低温环境下的基因表达模式，并识别出具有特殊表达模式的基因。
3. 内因与外因值得注意的是，植物的抗寒适应机制不仅是内因引起的。
该机制还可能与环境因素指向的路线相互影响，包括植物所处的土壤，所暴露的光照和大气环境。
这些因素有时会对植物的有害物质吸收产生负面影响。
尤其是寒冷天气，很容易将植物中的水分给冻结起来，进而导致细胞的冻结和其他损伤。
4. 激素与冷适应另一方面，激素也是影响植物抗寒适应机制的重要因素。
许多研究表明，激素对植物在低温环境下变得更加耐冷发挥着重要作用。
某些激素，如ABA和GA3，已成为被广泛讨论的重要植物冷适应机制。
有时候，利用激素来增加植物的耐寒性也是可能的，这有助于突破一些冷适应基因表达时的限制。
5. 植物细胞蛋白组的冷适应除基因表达之外，植物耐冷机理的另一方面也在于细胞蛋白组。
许多组学研究表明，大多数蛋白质的翻译及折叠速度过慢，并不能满足植物在低温环境下的需求。
因此，大多数植物的细胞蛋白组会制造出特定的冷蛋白，以提供冷适应保护。
低温诱导的植物基因表达与调控杭州外国语学校（310023）周筱娟摘要低温是影响植物生长、发育和地理分布的重要因素。
近年来，大量研究发现低温诱导许多基因的表达，根据基因表达的蛋白产物，可分为编码功能蛋白基因和调节蛋白基因两大类。
本文对这两类低温反应基因的表达与调控及在低温胁迫中作用的最新研究进展进行介绍。
关键词：低温反应基因，低温驯化，基因表达低温是影响植物生长、发育及其地理分布的重要环境限制因素之一。
大多数热带和亚热带植物由于缺乏对低温的适应能力，当环境温度低于10℃时就会受到伤害，严重影响植物的正常生长、发育甚至造成死亡。
分布于温带地区的植物，在温暖季节对冰冻的抗性相当弱。
但是，随着季节的变化，气温的逐渐降低，植物对冰冻的抗性也逐渐增强。
在非冻的低温环境生长一段时间后，植物增强了抗冻能力，从而能耐受随即发生的冰冻温度，这个适应过程称为低温驯化（cold acclimation）。
根据植物的种类，达到最大抗冻性的低温驯化时间从数天至数周不等，不同种类植物可以耐受-10℃至-60℃以下的温度（Webb, Uemura & Steponkus 1994）。
因此，低温驯化是植物提高抗冻性的有效途径。
低温驯化是一个十分复杂的过程。
近二十年来，世界各地的科研工作者围绕在低温驯化过程中植物发生的生理生化和分子水平的各种变化进行了大量的研究。
最新的研究表明至少有300个低温反应基因参与了低温驯化进程（Fowler & Thomashow, 2002）。
针对如此复杂的适应过程，低温驯化研究的一个基本目标是分离和鉴定对抗冻性提高起着关键作用的低温反应基因。
随着突变分析和分子遗传学方法的大量应用，以拟南芥作为模式植物，已克隆了许多低温反应基因及低温调节的转录因子基因，明确了这些基因的抗冻功能及其涉及的多种低温调控的信号传导途径。
根据低温反应基因的蛋白产物可分为两大类：一类是直接保护细胞免受胁迫伤害的功能蛋白；另一类是传递信号和调控基因表达的调节蛋白。
植物生理学报 Plant Physiology Journal 2014, 50 (1): 12~1812收稿 2013-10-24 修定 2013-11-20资助 国家重点基础研究发展计划(“973”计划) (2012CB114204)。
*通讯作者(E-mail: laohanzhang@; Tel: 0531-********)。
植物逆境驯化作用的生理与分子机制研究进展沈晓艳, 宋晓峰, 王增兰, 蒋春云, 张慧*山东师范大学生命科学学院, 山东省逆境植物研究重点实验室, 济南250014摘要: 植物在生长发育过程中要面对各种生物和非生物胁迫, 目前对于植物应对胁迫的研究较为充分。
在自然界中, 各种逆境胁迫因子对植物的影响更多的是渐变的, 逐渐积累的, 在此过程中植物会通过驯化的方式适应这种形式的胁迫。
尽管有关驯化作用提高植物耐逆性的研究有些报道, 但其生理与分子机制现在还不十分清楚。
本文主要介绍了植物应对病虫, 冷, 热, 高盐4种环境因子的驯化过程的研究进展, 同时总结了驯化过程的生理与分子机制, 包括非激活状态的信号分子的积累以及表观遗传学修饰等。
关键词: 驯化; 胁迫; 作用机制; 植物Research on the Physiological and Molecular Mechanism of Stress Acclimation in PlantsSHEN Xiao-Yan, SONG Xiao-Feng, WANG Zeng-Lan, JIANG Chun-Yun, ZHANG Hui *Shandong Key Lab of Plant Stress Research, College of Life Sciences, Shandong Normal University, Jinan 250014, ChinaAbstract: Plants are confronted with various biotic and abiotic stresses during their growth and development processes. Nowadays, many researches on plant dealing with stresses have been performed. In nature, all kinds of environmental stress factors are more likely to affect plants in a gradual and cumulative way, and meanwhile plants cope with them by acclimation. Although there are some reports that acclimation can increase plant tolerance to abiotic stresses, the physiological and molecular mechanism of acclimation is unclear. In this review we introduced four stress acclimation processes, including disease, cold, heat and salt. We also summarized the physiological and molecular mechanism of acclimation, such as the accumulation of inactivated signal molecules, epigenetic modification and so on.Key words: acclimation; stress; mechanism; plant环境胁迫严重影响着植物的生长发育, 造成经济作物产量的逐年大幅下降。
