植物的耐寒性是由什麼決定的？

01-05

竟然被邀了真是受寵若驚O.O

我翻了一下《現代植物生理學》教材（以下內容有雙引號的是書中原句；有下劃線的比較學術可以跳過），應該是包括抗冷性和抗凍性吧，這兩個概念有點區別。抗冷性是植物對零上低溫的適應能力，抗凍性是植物對零下低溫的適應能力。抗冷性看起來與酶有關（注意看起來這個詞），抗凍性跟結合水/自由水比例有關。當然追根溯底都是由基因決定的。

抗冷性與酶活性有關很好理解，大部分酶都是在一定溫度範圍內溫度越低活性越低，而生物的各種代謝活動都離不開酶。但是大多數植物相同功能的酶都是相同的，所以如果要衡量不同植物的抗冷性，酶並不是指標。

"在常溫下，生物膜呈液晶相，保持一定的流動性。當溫度下降到臨界溫度時，生物膜發生膜脂相變，從液晶相轉為凝膠相。膜脂相變使與膜結合的酶系統破壞，酶活性下降，蛋白質變性，影響 $H^{+}$ -ATP酶活性，離子和溶質運輸，能量轉換及其他代謝過程等"（說人話就是：降低到一定溫度時，細胞膜啊葉綠體膜啊等生物膜的狀態就從能流動的液態變為不怎麼流動的果凍，但是酶一般都是長在生物膜上的呀，所以受影響，以至於影響了離子和溶質運輸，能量轉化Blablabla如果把人比作細胞，那就是影響了食物和便便的運輸~影響了把食物轉換為能量的過程~）。而膜質組分中含較高比例的不飽和脂肪酸時，膜脂相變的溫度會比較低，也就是說植物能忍受更低的溫度，這是因為不飽和脂肪酸的凝固點比飽和脂肪酸的凝固點要低。所以膜不飽和脂肪酸指數（不飽和脂肪酸在脂肪酸中的相對比值）是衡量植物抗冷性的重要生理指標。「一般來說，溫帶植物不飽和脂肪酸含量高於熱帶植物，故抗冷性較強」。

抗凍性跟結合水/自由水比例有關——結合水顧名思義就是吸附和結合在有機固體物質上的水，自由水顧名思義在細胞內可以流動的水，但明顯自由水在零攝氏度以下會結冰，所以結合水/自由水比例越高，結冰部分越少，植物抗凍性越強。

但其實呢，植物在一定溫度範圍內是可以適應低溫的，也是可以被馴化適應低溫的。就好像天氣冷了我們人類要加衣服，可是冬小麥沒有衣服依然可以在二十多度的10月活也可以在零上幾度的冬天存活，因為在秋天氣溫下降的緩慢它正在適應。

還有個叫冷調節蛋白（CORPs）的東西，「可能具有以下功能：1.作為抗凍劑，阻止冰晶的生成；2.作為防脫水機，防止脫水傷害細胞；3.是細胞的保護性功能蛋白，在低溫下起直接的保護作用；4.許多CORPs是冷脅迫下細胞主要代謝途徑中關鍵酶基因的表達，維持低溫下細胞的主要代謝活動；5.一些CORPs可能是低溫信號轉導系統的組成部分，參與低溫信號轉導過程」，植物體內抗冷基因超過100個，但並不是全部表達出來，在低溫作用下該基因被誘導啟動，低溫鍛煉可以誘導100中以上的抗凍基因表達。

正如你所見到的，如果不提終極BOSS基因的話，植物的耐寒性由許多次級因素決定，科學還在發展研究還在繼續，我無法回答出所有的因素。

如果對於我的答案還有什麼不明白的地方還可以問我哦，我估計能給你扯出來有機化學~

先來看寒冷是怎樣影響植物的：

首先植物的細胞膜由磷脂和蛋白組成.磷脂有兩種脂肪酸構成,不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸。溫度較高時，含有飽和脂肪酸的磷脂比含有不飽和脂肪酸的固話速度要快。因此，兩者的比例決定了細胞膜的流動性。當處於相變溫度時，細胞膜從半液體狀態轉化為半晶體狀態。對冷敏感的植物通常含有更多的飽和脂肪酸。因此，冷敏感植物有較高的轉相溫度。相反，耐寒植物，有更高比例的不飽和脂肪酸，因此，擁有較低的轉相溫度。
再來看結冰破壞細胞的機理：由於質外體（細胞壁及細胞間隙等空間（包含導管與管胞）組成的體系）的溶解度較低，所以冰晶先在質外體內形成。由於冰的蒸汽壓在任何溫度下都比水低，所以在質外體形成的冰就在質外體和細胞之間形成了壓差。所以胞質內的水順濃度梯度流向質外體。導致冰晶在質外體內增加，最終導致細胞壁和細胞膜的機械損傷，細胞破碎。
細胞是如何感知冷刺激的：目前還沒有探知哪種受體可以感知冷刺激。但是知道和細胞膜的流動性，蛋白核酸形成，代謝物濃度，細胞的氧化還原狀態有關。還有就是與鈣通道有關。
受體接受刺激後，可以通過不同的轉導途徑繼續傳到信號。主要包括鈣、活性氧、蛋白激酶、蛋白磷酸酶、脂質級聯信號等通路。這些信號又傳導給轉錄因子和效應基因（e?ector
genes）。轉錄因子包括：inducers of
C-repeat binding factor
expression-1, C-repeat binding factors, myeloblasts and mitogen-activated protein kinase. 效應基因（e?ector
genes）包括：chaperones, late
embryogenesis abundant proteins, osmotin,antifreeze
proteins, mRNA-binding proteins, key enzymes for osmolyte
biosynthesis such as proline, water channel proteins,sugar and proline
transporters, detoxi?cation enzymes, enzymes

for fatty acid
metabolism, proteinase inhibitors, ferritin,and lipid-transfer proteins.
所以耐寒和基因有關，如果說有那個基因起決定作用，還得靠植物生物學家們努力。附圖：

第一次在知乎大網上回答問題，還是有點小激動的。我現在做的是植物耐鹽方面的研究。至於植物耐寒性，我也知道一點。不論植物耐寒還是耐鹽，宏觀或者表型的研究正漸漸失去它的作用，至於以後會是怎麼樣，真的不好說哎。近期的研究偏向於分子方面，也就是基因水平。扯了這麼多。我就試著寫點吧。還望大牛不要拍磚。

植物耐寒受多個基因控制，這些基因控制著蛋白質的表達，表達產物分兩種，一種是調控性蛋白，調控寒冷信號轉導，抗寒基因表達，抗寒蛋白活性，一種是功能性蛋白，功能性自然是提高植物抗寒性啦，有個基因叫CBF3，它表達的蛋白就是這種功能性蛋白。哈哈，至於酶類，當然是基因控制表達的啦，哈哈，才疏學淺，也就這道這麼得多了，哎。。。。。。。

細胞水平的話，大體就是細胞液濃度大，細胞排列緊密，跟我們人聚到一起就很熱是一個道理。細胞表面有一層油性質膜，就像我們穿了一層大衣。

形態上，當然都是不同的植物不同的防禦形狀了，有針葉型等。哈哈。回答到這吧。。。

謝邀。個人覺得。植物對外界條件所作出的的表型特徵肯定是由基因決定的。樓上講的那些基本生理變化是植物遇到外界環境變化時作出的反應，包括水分平衡失調、呼吸速率的變化，光合速率變化、酶活性變化等等。

補一個中科院植物所種康組發現的水稻感受低溫的重要QTL基因COLD1。

新聞簡報：植物所種康研究組在Cell發表文章，闡明水稻感知寒害的分子機制----中國科學院植物研究所

paper原文：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867415001245

下不下來找我

謝邀。這個問題沒有決定性因素，重要點的因素是植物細胞液的碳氮比，結合水比例以及酶的活性。

主要是有植物內部的結合水比例的多少決定的，比例越高其抵禦寒冷的能力越強

單從我做過關於MSOD對於紫蘇和油菜的抗逆性研究看，酶活佔一定影響比例

謝邀，其實作為一個大二在讀的學生回答這個問題也是很無力啊，我能說我不太會么，於是特地找了去年學過的植物生物學。深深地意識到要好好學習了。

正題，植物的耐寒性有很多決定因素，其中樓上說到的酶確實很重要。酶對植物的生理活動進行調節，就像動物冬眠一樣，寒冷的時候酶會調節植物的活性，讓活性降低。大多數酶在低溫下活性下降。然後是植物本身的生理構造。拿松樹來說，松針形狀，氣孔小，蒸發少，耐寒耐旱。

然後，我們為什麼覺得一種植物耐寒？因為它葉子沒掉？因為它是綠色的？還是因為它還活著？其實這其中都離不開酶的調節。

然後就是從進化角度說，植物的耐寒也可以由基因決定。

作為一個大二不學無術的小屁孩，只能答這麼多了。真的要好好學習了，等2年後你們再問我問題就發現我是磚家了哼！╭(╯^╰)╮

竟然被邀請了。謝邀。

不過，雖然我簽名里有「植物」兩字，對於植物的認識僅在於常見植物的名稱……所以，不好意思啊。回答不了……

謝邀，好久沒上，才看到。我看樓上的都回答的很全面了，我沒有可以補充的