植物生理学研究进展与前沿

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

植物在低温驯化过程中有许多生理生化变化,

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

植物的研究进展与前沿科技

1. 引言

植物是地球上最重要的生物之一。它们不仅提供氧气和食物，还对环境起着重要的调节作用。近年来，植物研究领域取得了突破性进展，这些进展得益于前沿科技的发展。本文将介绍植物研究的几个重要领域，并探讨了其中的前沿科技。

2. 植物基因组学

2.1 植物基因组测序

近年来，基因组测序技术的飞速发展改变了植物研究的面貌。通过对植物基因组的测序，我们可以了解植物的基因组组成以及基因功能。这不仅有助于解析植物的遗传特性，还能帮助我们理解植物的生长发育过程。

2.2 基因编辑技术

基因编辑技术是一种利用CRISPR-Cas9系统对植物基因进行精确修饰的方法。这种技术使得科学家们能够快速、高效地改变植物基因组中的特定位点，从而实现对植物性状的精确调控。基因编辑技术被广泛应用于植物改良和农业生产中，为培育出更高产、抗逆能力更强的植物品种提供了新的途径。 3. 植物生理学研究

3.1 植物生长调控机制

植物的生长过程受到多种因素的调控，包括光、温度、水分等。通过研究植物的生长调控机制，我们可以了解植物在不同环境条件下的适应性和响应机制。这有助于我们更好地利用植物资源，并提高农作物的产量和品质。

3.2 植物激素研究

植物激素是一类具有调节植物生长发育的化合物，包括生长素、赤霉素、脱落酸等。研究植物激素的合成和信号传导机制，可以帮助我们理解植物的生长发育过程，同时也为植物生长调控提供了新的途径。

4. 植物逆境适应性研究

4.1 植物抗逆机制

植物面临各种逆境因素，如高温、干旱、病虫害等。研究植物抗逆机制，可以帮助我们了解植物在逆境条件下的适应性和生存策略。这对于培育出更耐旱、耐寒、抗病虫害的植物品种具有重要意义。

4.2 植物基因组学在逆境适应性研究中的应用

基因组测序技术的发展为植物逆境适应性研究提供了新的工具和手段。通过对逆境条件下植物基因组的测序，可以找到与逆境适应性密切相关的基因和途径。这为培育出更耐逆性的植物品种提供了新的思路和方法。 5. 结语

当代植物生物学研究进展最快的领域/刘进平编

基因组学（Genomics）是对所有基因进行基因组作图（包括遗传图谱、物理图谱、转录本图谱），核苷酸序列分析，基因定位和基因功能分析的一门科学。因此，基因组研究应该包括两方面的内容：以全基因组测序为目标的结构基因组学（structural genomics）和以基因功能鉴定为目标的功能基因组学（functional

genomics)，又被称为后基因组学（postgenomics），它利用结构基因组所提供的信息和产物，发展和应用新的实验手段，通过在基因组或系统水平上全面分析基因的功能，使得生物学研究从对单一基因或蛋白质研究转向多个基因或蛋白质同时进行系统的研究。这是在基因组静态的碱基序列弄清楚之后转入对基因组动态的生物学功能学研究。研究内容包括基因功能发现、基因表达分析及突变检测。基因的功能包括：生物学功能，如作为蛋白质激酶对特异蛋白质进行磷酸化修饰；细胞学功能，如参与细胞间和细胞内信号传递途径；发育上功能，如参与形态建成等。采用的手段包括经典的减法杂交、差示筛选、cDNA代表差异分析以及mRNA差异显示等，及对基因进行全面系统的分析的新技术如基因表达的系统分析（serial analysis of gene expression，SAGE）、cDNA微阵列（cDNA microarray）、DNA 芯片（DNA chip）等。

植物基因组学得到了迅速发展，除拟南芥、水稻等植物基因组的大规模测序外，鉴定和发现表达基因最快的途径就是确定EST，目前在很多公共数据库中已有不少EST数据，开展EST研究较多的作物包括大豆、番茄、玉米和水稻等，其它植物如绿豆、橡胶树、云杉、白杨、木薯、一些牧草作物、萝卜、胡萝卜、芥菜、草莓、红小豆、豇豆、菜豆、苜蓿EST数据也在不断累积。因为在对某植物对全序列进行测序之前，EST数据库将是发现基因、进行种间序列比较、通过分子标记和表达分析的克隆等最有价值的资源。比较来自不同器官和不同生理环境下的EST还可以得到表达类型方面的初步信息。此外，基于DNA芯片的基因功能分析、基因产物蛋白质的表达分析、利用正向和反向遗传学技术（如插入突变建立突变体库）来研究植物基因功能进展很快。

植物发育生物学的研究进展

植物发育生物学是研究植物生长和发育的学科，对于人类的生产和生活有着重要的意义。随着科技水平的提高和研究方法的不断改进，植物发育生物学领域的研究也不断取得新的进展，本文将从以下几个方面介绍植物发育生物学的研究进展。

1. 植物发育中的信号传递机制

植物发育过程中的信号传递机制是一个复杂的过程，目前已经有很多研究表明，植物中的许多代表性生长素、激素、光信号等都是通过转录因子来实现信号传递的。近年来，研究人员采用生物化学分离和分析技术，成功地分离和鉴定了一些重要的转录因子，如G-box结合转录因子、AUX/IAA蛋白和E3连接酶等。这些研究成果为探讨植物发育中的信号传递机制提供了新的思路和方法。

另外，研究人员还发掘了一些新的植物信号传递分子，如微小RNA(microRNA)和调控RNA(regulatory RNA)等，这些分子在植物生长、形态发生等方面具有重要的作用。研究表明，microRNA在植物花器官发育、植物生长等方面都有着重要的作用。调控RNA具有复杂的结构和多种不同功能，能够参与到植物的基因表达调控、信号传递和代谢调控中，其研究将成为植物发育生物学的新热点。

2. 植物生长素研究

生长素是调节植物生长的重要激素，它通过信号转导的方式调节植物生长和发育，包括细胞分裂、细胞分化、干细胞维持和器官发生等。以往的研究发现，生长素的信号传递主要是通过TIR1/AFB基因家族来实现的，但近期研究表明，生长素信号还可通过一种复杂的非经典途径，即磷酸化蛋白酶A2调节生长素响应来实现信号转导。

此外，研究人员还发现，生长素与其他激素(如脱落酸和细胞分裂素)、环境信号(如光信号和温度)等之间有着复杂的相互作用和调控关系。研究这些复杂的生长素信号网络为了解植物生长和发育提供了新的思路。

3. 植物的表观遗传学研究

表观遗传学是研究基因表达调控的科学，包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等多个方面。在植物发育中，表观遗传学机制发挥着重要的作用，尤其是对于植物生长和形态形成起到了重要的调控作用。