沙棘叶水提物的冷冻特性研究：冰核活性与低温适应机制解析

为解决植物低温适应机制中冰核活性(INA)与冷冻保护剂(CPAs)的协同作用问题，研究人员通过红外热成像、差示扫描量热法(DSC)和低温显微技术，系统研究了沙棘(Hippophae rhamnoides)叶粗提物(CLH)与抗冻蛋白III型(AFPIII)、二甲基亚砜(Me2SO)等物质的相互作用。研究发现CLH能显著降低过冷度(ΔT)、延长结晶时间(tC)，并鉴定出潜在冰核细菌Pantoea agglomerans和Duffyella gerundensis，为生物启发式低温保存技术提供了新思路。

　　

在极端寒冷环境中，某些植物进化出了令人惊叹的生存策略。沙棘(Hippophae rhamnoides)这种能耐受-40°C低温的灌木，其秘密武器在于独特的冰核活性物质(INAs)和抗冻蛋白(AFPs)的协同作用。然而，这些物质的来源和相互作用机制始终是科学界的未解之谜——究竟是植物自身产生的特殊蛋白，还是其表面附着的微生物在发挥作用？这个问题的答案不仅关乎植物抗寒机制的基础研究，更对生物医学领域的低温保存技术具有重要启示。

来自德国汉诺威莱布尼茨大学等机构的研究团队在《Cryobiology》发表的研究，通过多学科技术揭示了沙棘叶提取物的冷冻调控机制。研究人员采用差示扫描量热法(DSC)分析相变热力学参数，结合低温显微镜观察冰晶形态，并开发专用软件"μThermalyzer"实现高通量红外热成像分析。来自希腊和乌克兰的沙棘叶样本经过离心过滤后，通过16S rRNA测序鉴定共生菌群。

研究结果部分，"冷冻特性分析"显示：沙棘叶粗提物(CLH)与AFPIII混合时，结晶起始温度(T_N)从-14.58°C显著升至-7.20°C，结晶峰宽度(Δt)延长至70.43秒，表明CLH能有效对抗AFPIII的过冷效应。"低温显微观察"证实CLH组冰晶体积增大且分枝减少，这种形态特征与商业冰核剂Snomax?(SM)相似。"冷冻保护剂相互作用"实验发现，CLH使蔗糖溶液的ΔT降低约6°C，t_C延长2-3倍，且数据离散度显著减小，证明其具有稳定冰核作用。"微生物学分析"鉴定出Erwiniaceae科的两种细菌：Pantoea agglomerans（已知冰核菌）和新发现的Duffyella gerundensis，后者在希腊和乌克兰样本中均有检出。

讨论部分指出，这是首次在沙棘叶面发现Duffyella gerundensis的存在，虽然其冰核活性尚待证实，但Pantoea agglomerans的检出暗示细菌源性冰核的可能。研究创新性地证实植物源性INAs与细菌INAs可能共同构成沙棘的"双重冷冻防御系统"。技术层面上，"μThermalyzer"软件实现了96孔板样本的自动化分析，为低温生物学研究提供了新工具。该研究不仅阐明了沙棘适应极端环境的分子机制，其发现的植物-微生物互作模式更为开发新型生物源冷冻保护剂提供了理论依据，在器官低温保存、食品冷冻工艺等领域具有潜在应用价值。