植物對冰凍(Freezing)的反應

植物對冰凍(Freezing)的反應
台北市立建國高級中學生物科劉玉山老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

｢凍害(Freezing Injury)｣是指氣溫達到冰點或冰點以下時對植物所造成的傷害。凍害通常發生於北半球溫帶地區、近北極區的高山區的喬木和灌木渡冬時。
凍害常造成對植物的嚴重的傷害或死亡。 凍害對植物細胞的傷害，並非低溫本身，而是冰晶的形成。實驗顯示， 脫水的種子或真菌孢子，可以在急速冷凍(液態氮)和回溫下存活。若細胞冷凍的速率每分鐘小於 10℃，原生質體外的水分會先結冰，細胞內水分因蒸氣壓差而外移，會形成細胞間隙的冰晶，但不會殺死植物，組織可以正常的回溫，不會受到傷害。但若冷凍速率每分鐘介於10℃-100℃，原生質體內會形成冰晶，細胞的內部的冰晶會破壞細胞內的微細構造，造成細胞的死亡。 有關植物耐凍的機制的研究發現，低溫馴化可增加對冰凍逆境的抗性。

其中木本植物的冷馴化主要經過兩階段的馴化過程，第一階段是發生在進入休眠期的秋季，受短日照誘導和光敏素的調控，使植物在早霜開始前，即進入休眠階段，以防止凍害。第二階段則由早霜的低溫所引發，引起細胞許多代謝的變化，包括有機磷酸鹽的累積，澱粉轉變成糖，醣蛋白的累積，以及原生質更能忍耐脫水。 而草本植物的冷馴化研究發現，草本植物的細胞及組織暴露在冰點以上的低溫幾天至幾週後，會明顯增加對冰凍的忍受能力。草本植物藉由低溫馴化後誘導基因表現的改變，特別是一些低溫誘導基因，可以解碼出稱為 LEA-proteins 的一群同源蛋白質，它們通常在缺水逆境和胚分化後期所合成。LEA-proteins被認為可能與膜產生交互作用，維持膜的穩定性。此外，ABA也可能參與草本植物的冷馴化過程，誘導一些新的蛋白質合成。

參考資料:
Textbook: William G. Hopkins and Norman P. A. H ner. Introduction to Plant Physiology, 3rd ed. Wiley publishing.