The characteristic of antifreeze proteins from the Ammopiptanthus nanus leaves

Abstract

新疆沙冬青（Ammopiptanthus nanus (M. Pop.) Cheng f.）为豆科（Fabaceae）黄华族（Thermopsideae）沙冬青属（Ammopiptanthus Cheng f.）植物，是泛北极区亚洲中部荒漠地区唯一生存的两种特有常绿豆科阔叶灌木之一，起源于古地中海沿岸，是古地中海退缩、气候旱化过程中幸存的残遗物种。它能在低温-30℃条件下正常越冬并保持常绿，表现出不同于常绿针叶植物的抗寒生存适应对策。本文以中国科学院吐鲁番沙漠植物园和新疆乌恰县自然分布的新疆沙冬青为研究材料，对其叶片中的抗冻蛋白进行了提取、分离和纯化，并对不同生境下的新疆沙冬青以及沙冬青属2 个种的抗冻蛋白的分子量和抗冻特性进行了比较研究，得出了以下结果与结论：1、在新疆沙冬青叶片中首次发现了抗冻蛋白。其中t12AFP 的热滞活性为0.46℃（20 mg/ml），近似分子量为119.24kDa。质谱鉴定结果表明该蛋白含有1, 5-二磷酸核酮糖羧化酶的大亚基（P<0.05）。与已报道的沙冬青（A. mongolicus）抗冻蛋白相比，其分子量较大，但热滞活性并不高。同时，该结果表明抗冻蛋白是普遍存在于沙冬青属植物中适应低温胁迫环境的重要活性物质。2、生长栽培环境的改变未对新疆沙冬青抗冻蛋白的表达产生影响。从自然分布区和迁地保护栽培条件下的新疆沙冬青叶片中都分离出了抗冻蛋白组分。其中，从前者的叶片中分离出6 组抗冻蛋白，分别为w1AFP-1、w1AFP-2、w1AFP-3、w1AFP-4、w1AFP-5 和w1AFP-6；从后者的叶片中分离出3 组抗冻蛋白，分别为t12AFP、t1AFP-1 和t1AFP-2。这一研究结果为这一物种迁地保育的安全有效性提供了新的理论依据。3、新疆沙冬青叶片抗冻蛋白的w1AFP-2、t1AFP-1 和t1AFP-2 组分具有热稳定性，属热稳定抗冻蛋白。说明新疆沙冬青在长期演化适应过程中不仅获得了抗低温的特性，而且仍保留着耐受热带、亚热带高温环境的特质。4、低温并不是新疆沙冬青抗冻蛋白的唯一诱导因子。从来自不同生境的夏季叶片材料中均发现了抗冻蛋白的存在。其中，自然分布区有2 组抗冻蛋白（w8AFP-1和w8AFP-2）；迁地保护区有1 组抗冻蛋白（t8AFP）。这一发现说明，新疆沙冬青II 新疆沙冬青抗冻蛋白及其特性叶片中的抗冻蛋白并不仅仅是由冷诱导产生，自然环境中的综合或其它胁迫条件（如高温、干旱或病虫害发生）的应激响应可能也是这类抗冻蛋白产生的另一诱因