مكانيزم‌هاي مقاومت به سرمازدگي

مقدمه
براي تحمل و زنده ماندن، گياهاني كه در نواحي معتدلِ زمين زندگي مي‌كنند تغييرات سازش را در اواسط تابستان انجام مي‌دهند. آشكارترين تغييرات از نوع ريخت شناسي است و شامل كاهش كل اندام‌هاي هوايي و تشكيل اندام‌هاي خاصي مثل غنچه‌ها و پاجوش‌ها مي‌باشد. با اين حال تغييرات پايدارتر در ساير بخش‌هاي گياه رخ مي‌دهد. كه امكان رفتن به حالت مقاوم به سرما را پيدا مي‌كنند. اين تحصيل مقاومت به دماي پايين معمولاً مقاومت به سرما ناميده مي‌شود.

در نواحي‌اي كه دماها براي دوره‌هاي طولاني منجمد مي‌شوند راهبردهاي پرهيز از انجماد نامناسب هستند و گياهان مقاومت به سرما را توسعه مي‌دهند يعني مكانيزمي كه به يخ زدن در داخل موجودات زنده‌اي كه نسبت به حضور يخ در داخل بافت‌هايشان مقاوم هستند شامل تشكيل يخ برون سلولي در يك دماي زير صفر بالا است. در طي انجماد،۷۰ تا ۸۰ درصد از آب مايع در بافت به صورت يخ برون سلولي منجمد مي‌شود كه منجر به آبگيري سلولي مي‌شود.

توانايي‌هاي موجودات زنده براي تغيير شكل رشد يخ و تحمل آبگيري اضافي اجزاي اصلي بقاي سلولي هستند. در بعضي موارد، انجماد برون سلولي با يك مكانيزم دوم موسوم به فوق انجماد عميق همراه مي‌شود كه در آن آب در حالت مايع باقي مي ماند . حتي در دماهاي بسيار كم از مقطة جوانه‌زنيِ ناهمگن فوق انجماد عميق فقط در بعضي از آنژيواسپرم‌ها مشاهده شده‌است و محدود به انواع سلول معين يا اندام‌هاي معين آن‌ها است مانند زايم پارانشيم .

تعيين كردن كمترين دمايي كه يك گياه مورد نظر بتواند تحمل كند كار دشواري است. اين دما معمولاً توسط LT50 از يك جمعيت تعيين مي‌شود. يعني دمايي كه در آن ۵۰ درصد از جمعيت در يك آزمايش انجماد شده تحت يك سرعت سرد كردن مفروض مي‌ميرند ، اكثريت گياهان غلّه نسبت به انجماد در طي تابستان حساس هستند. گياهان در تماس با دماهاي كم و يا طول روزهاي كوتاه كاهش LT50 را در طي چند روز يا چند هفته نشان مي‌دهند تا اين كه گياهان به تلرانس انجماد حداكثر خودشان مي‌رسند. در همان هنگام، آمينو اسيدها، كربوهيدرات‌ها ، اسيدهاي نوكلوئيك، ليپيدها و بعضي از فيتوهورمون‌ها در بافت‌هاي گياه جمع مي‌شوند . اين تغيير شكل‌ها با تغييرات در فعاليت‌هاي آنزيم، الگوهاي ايزوزيميك و حالت ژن همراه هستند.

در بعضي گونه‌ها، تماس بعدي با دماهاي انجماد ملايم براي حصول حالت كاملاً مقاوم شده لازم مي‌باشد . البته اين مرحلة «فوق عملِ سرما» شامل تغييرات اضافي در حالت ژن است. اهميت اين پديده‌ها در رابطه با توسعه و بهبود تحمل سرما هنوز كاملاً درك نشده‌است. اثبات روابط علت و معلول بين تغييرات متابوليكي و ملكولي در طي مقاوم شدن به سرما و بهبود تحملِ يخ زدن، امري دشوار است. اكثر آزمايش‌‌ها به تغييرات در تركيب شيميايي و يا حالت ژن و ارتباط آن‌ها با تغييرات در LT50 از گياهان مي‌پردازند . ولي براي حصول LT50 ، ابتدا گياهان بايد در دماهاي پايين زنده بمانند.

گياهاني كه توسط تماس با دماهاي بين آسيب مي‌بينند موسوم به حساس به سرما مي‌باشند. وقتي دما به كمتر از نقطه از نقطة يخ زدن در ( آب ) مي‌رسد، كه عموما نزديكً به است ، قسمت عمده آب مايع در گياه يخ مي‌زند . گياهاني كه توسط اين يخ زدنِ اوليه آسيب مي‌بينند ، موسوم به حساس به يخ زدن مي‌باشند. وقتي كه دما باز هم پايين‌تر مي‌رود، آب اضافي از سلول‌ها به يخ بين سلولي مي‌رود. فقط گياهاني كه نسبت به تشكيل اولية يخ تحمل دارند، مقاوم به يخ زدن هستند و نقطه از بين رفتن آن‌ها LT50 ممكن است توسط ميزان آبگيري‌اي تضمين شود كه سلول‌ها مي‌توانند تحمل نمايند.

به دليل اين كه بهبود توسعة تحمل انجماد شامل مقامت به وقايع‌اي است كه در دماهاي بالاتر از LT50 رخ مي‌دهند ، بسياري از مؤلفه‌‌هاي تلرانس انجماد ممكن است با LT50 مستقيماً مرتبط نباشند. و بايد داراي يك عمل معين در بقاي فرايند انجماد باشند. يك تغيير در سطح ملكولي ممكن است نقش مهمي در افزايش تحمل انجماد بازي نمايد. اگر يكي از اعمال زير را شامل گردد:

• كاهش دماي انجماد بافت‌ها
• افزايش توانايي فوق انجماد بافت‌ها
• افزايش و يا اصلاح تشكيل يخ برون سلولي
• محدود كردن مقدار دسيكاسيون سلول
• حفظ عملكرد پروتئين و غشاء در پتانسيل آب خيلي كم يا ذخيره كردن آن بر اساس هيدراسيون مجدد
• تنظيم متابوليسم سلولي براي شرايط دماي پايين

اين فصل به شرح مكانيزم‌هاي ملكولي مرتبط با سرمازدگي در ارتباط با نقش احتمالي آن‌ها در بهبود راهبردهاي بقايي در هنگام انجماد مي‌پردازد. در بسياري موارد، به ويژه در حالت ژن‌هاي تنظيم سرما، اين نقش‌ها هنوز فرضيه‌اي هستند. به دليل اين كه نتيجه‌گيري‌ها براساس يك ارتباط متقابل با LT50 است، يكي از مشكلات عمده‌اي كه دانشمندان با آن روبرو هستند، حصول شواهد تجربي براي اثبات اين كه تغييرات ملكولي مشاهده شده در طي سرمازدگي واقعاً به بهبود مقاومت به سرما يا انجماد (يخ‌زدگي) كمك مي‌كند يا خير، مي‌باشد. (يا اين كه آن‌ها از اختلالات سلولي ايجاد شده توسط دماهاي كم به وجود مي‌آيند.)

 

كنترل حالت آب
Ashworth در بازنگري‌اش در بارة تشكيل يخ در بافت‌هاي گياه ، نتيجه گرفت كه
توانايي گياهان براي كنترل فاز و مقدار آب در بافت‌هاي سرمازده احتمالاً مهمترين عامل بقا در هنگام يخ‌زدگي مي‌باشد . حالت آب در داخل بافت‌هاي گياه مي‌توانند توسط روش‌هاي مختلف تعيين شوند. وجود آب فوق انجماد شده توسط تحليل و ارتي افتراقي (DTA) آشكار مي‌شود كه شامل كاهش تدريجي دما است . تا اين كه آب فوق انجماد شده يخ بزند و باعث ظهور اگزونرم‌هاي دماي پايين گردد. توزيع يخ در داخل اندام‌هاي گياه توسط بررسي با ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) در دماي پايين صورت مي‌گيرد.

روش‌هاي جديد و غير خوب (NDT) براي مشاهدة رشد يخ اكنون براي تعيين توزيع فضايي و فاز آب در بافت‌هاي مختلف امكان‌‌پذير است. و تعيين محل‌هاي جوانه‌زني يخ ، و تعيين كيفي سرعت انتشار يخ ممكن شده‌است. اين روش‌ها شامل تصوير برداري رزونانسي مغناطيسي و استفاده از ترموگرافي ويدئويي مادون قرمز است.

انجماد برون سلولي
در گياهان يا اندام‌هاي گياهي كه انجماد برون سلولي را نشان مي‌دهند، ابتدا يخ در مايع‌هاي آپوپلاستيك تشكيل مي‌شود و آب درون سلولي به تريج از سلول به دليل فشار بخار كمتر بر روي يخ كشيده مي‌شود. بررسي‌هاي حيوانات اكتوترميك كه در نواحي قطبي زندگي مي‌كنند نشان داد كه انجماد برون سلولي تحت كنترل دو نوع پروتئين مي‌باشد ( پروتئين‌هاي جوانه‌زني يخ و پروتئين‌هاي ضد يخ) كه در جريان خون و همولنف در طي زمستان جمع مي‌شوند . جوانه‌هاي يخ تشكيل يخ برون سلولي را در دماي بين و آغاز مي‌كنند در حالي كه پروتئن‌هاي ضد يخ سرعت رشد و مورفولوژي كريستال‌هاي يخ را تغيير مي‌دهند.

در بافت‌هاي گياه ، فرايند انجماد برون سلولي ابتدا يك پديدة خود بخود در نظر گرفته‌شد. زيرا مايعات آپوپلاستيك عموماً رقيق‌تر هستند و بايد ابتدا منجمد شوند. ولي، فعاليت جوانه‌زني يخ آندوژنوسي اكنون در گياهان چوبي و غيره ديده مي‌شود. گمونة پرونوس چوبي جوانه‌‌زاهاي ناهمگن فعال در را توليد مي‌كنند كه حاوي اجزاي غير ليپيد پروتئين‌اي هستند. كاكتوس‌ها مثل اوپونيتا هوميفوزا ، فيكوس ايندتيا و استرپتاكانتا نيز جوانه‌زاهاي يخ فعال در توليد مي‌كنند كه ممكن است از پلي‌ساكاريدها تشكيل شده‌باشند.
محصولات زمستاني مونوكوت جوانه‌‌‌زاهاي متشكل از پروتئن، ليپيد، كربوهيرات‌ها را در طي سرمازدگي توليد مي‌نمايند. اين جوانه‌زاهاي يخ در دماهاي كمتر از فعال هستند. كشف دو ژن در آرابيدوپيس كه پلي پپتيدهاي غني از آرانين را كدبندي مي‌كنند شبيه به پروتئين‌هاي ضد يخ در ماهي در طي سرمازدگي عمل مي‌نمايند. اخيراً محصولات kin و Cor6-6 عدم فعاليت ضد يخ را نشان داده‌اند. اين پروتئين‌ها فعاليت كربوپروتكتيو دارند. پروتئين‌هاي ضد يخ در مايعات آپوپلاستيك برگ‌هاي بعضي محصولات يافت شده‌اند. شش پروتئين ضد يخ آپوپلاستيك با جرم‌هاي ملكولي كيلو دالتون در عصاره‌هاي برگ محصولات مقاوم به سرما يافت شده‌اند.
اين پروتئين‌ها با پادتن‌هايي واكنش نمي‌كنند كه در برابر پروتئين‌هاي ضد يخ حيواني گوناگون مقاوم هستند. پروتئين‌هاي ضد يخ شبيه به پروتئين‌هاي مرتبط با پاتوژن مي‌باشند : دو تا از آنها اندوشتيناز، دو تا توماتين‌اي و دو تا از آنها اند و گلوكتاناز هستند. چون هيچ فعاليت ضد يخي از اين پروتئين‌هاي پاتوژنز يافت نشده‌است ، به نظر مي‌رسد كه فعاليت ضد يخ ايين پروتئين‌هاي مرتبط با پاتوژنز ناشي از تحول ساختاري‌اي است كه توانايي براي اتصال به يخ را تحت تاثير قرار مي‌دهند. پروتئين‌هاي ضد يخ در برگ‌ها، تاج‌ها ، و ريشه‌ها و به ويژه در اپيدرم و در سلول‌هاي مجاور با رشته‌هاي آوندي حضور دارند.

به دليل وضعيت آپوپلاستيك اين پروتئين‌ها، ممكن است آنها موانعي براي انجماد جوانه‌زايي ثانوي از منبع‌هاي خارجي و از زايلم را فراهم نمايند. و مانع از انجماد سلول‌ها شوند و يا از تبلور مجدد يخ برون سلولي جلوگيري كنند. COR27 اخيراً علف برمودا يافت شد ولي معلوم نيست كه آيا اين پروتئين داراي فعاليت ضد يخ مي‌باشد يا خير . فعاليت ضد يخ در گياهان بسياري يافت شده‌است. اگرچه فقط يك پروتئين ضد يخ اضافي ، يك گليكو پروتئين ‌اي ، جدا شده‌است .

مايعات آپوپلاستيك حاصل از غلات مقاوم به انجماد ( يخ زدن ) و حساس به انجماد از لحاظ فعاليت ضد يخ و مقدار پروتئين ضد يخ بررسي شده‌اند . فقط غلات مقاوم به انجماد و سرمازدگي فعاليت ضد يخ آشكار نشان دادند و داراي پروتئين‌هاي ضد يخ بودند. اين ملاحظات نشان مي‌دهند كه تجمع پروتئين‌هاي ضد يخ در پاسخ به سرما محدود به بعضي گونه‌ها است و مكانيز‌هاي ملكولي تحملِ انجماد در مونوكوت‌ها و دي‌كوت‌ها ممكن است فرق كند. پروتئين‌هاي ضد يخ دي‌كوت‌ها درون سلولي‌اند و به ديوارهاي سلول يا غشاهاي پلاسما وصل مي‌شوند، و در عصاره‌هاي اكوپلاستيك آشكار نمي‌گردند.

 

فوق سرمايِ عميق
تمام گياهاني كه مي‌خواهند زير زنده بمانند بايد آسيب انجماد توسط انجماد برون سلولي را تحمل كنند. فقط بعضي گونه‌ها فوق انجماد را در بافت‌هاي معيني نشان مي‌دهند. به همين دليل، اطلاعات كمي دربارة مكانيزم‌هاي ملكولي و سلولي فوق انجماد عميق وجود دارد . سازگاري‌هاي بيوشيميايي و آناتومي ديوارهاي سلول و سيستم‌هاي آوندي، گسترش بافت‌هاي يخ زده را در داخل نواحي فوق انجماد شده، محدود مي‌نمايند. مثلاً، با استفاده از ايمونوسيتولوكاليزاسيون در بافت‌هاي هلو (peach) ، ميزان استري شدنِ پكتين‌ها در طي سرمازدگي در بافت‌هايي كه فوق انجماد عميق را تجربه كرده بودند، تغيير داده شد. چنين اصلاحات و تغييراتي ممكن است اندازة ديوار سلول را تغيير دهد و از نفوذ يخ به داخل اجزاي فوق سرما ديده جلوگيري كنند.

به طور كلي فوق سرد كردن، يك راهبردِ حياتيِ ديگر براي سلول‌هاي ناتوان براي تحملِ از دست دادن آب مي‌باشد. ولي، بررسي نشان داده‌است كه بافت‌هاي مقاوم به سرماي بيش از حد، تحمل به از دست دادن آب را مانند انجماد برون سلولي دارند.

كنترل دِهيراسيونِ سلول
دهيراسيون اضافي (بيش از حد) پروپلاستها ناشي از انجماد برون سلولي مرگبار است. انباشتگي اجزاي هيروفيلي كوچك و فعال از لحاظ اُسمزي در سلول‌هاي گياه سرمازده باعث محدود شدن دهيدراسيونِ پروتوپلاست با كاهش اختلاف در فشار بخار بين فضاهاي برون سلولي و درون سلولي مي‌گردد. اين اجزا ممكن است براي پايدار كردن ساختارهاي سلولي در طي دهيدراسيون ناشي از انجماد عمل نمايند.

تغيير در تركيب كربوهيدرات و متابوليسم
در اوايل پاييز، تمام گياهان ذخاير كربوهيدرات را به شكل نشاسته يا فروكتان ذخيره مي‌نمايند. اين پديده يك ضرورت انژرتيك براي آغاز مجدد رشد در بهار اسست. ولي ، تبديل
بعدي ذخاير پليمر كربوهيرات به قندهاي محلول در آغاز دورة سرما ديده مي‌شود.

شكل‌هاي اصليِ قندها كه سوكروز ، رافينوز و استاپيوز هستند كه ظاهر مي‌شوند و از نوع دوليگو ساكاريد مي‌باشند. تجمع قند محلول با افزايش فعاليت آنزيمي در متابوليزم كربوهيدرات همراه است : آميازها، سوكروز سنتاز، سوكروز فسفات سنتاز، فروكتوز۱-۶- پينوسناتاز، سنتاز ، سدوهپتولوز-۷/۱- بيفوسناتاز و روبيسكو( جدول ) ، تجمع قندهاي آزاد شامل افزايش مسيرهاي عبور فتوسنتزي است. افزايش در فعاليت‌هاي آنزيمي ، سنتاز سوكروز، سنتاز سوكروز فسفات و آميلاز به ظهور ايزوزيم‌هاي ويژة سرما مربوط مي‌شود.

در مورد گلوكز –۶- فسفات دهيروژناز در گونة لوليم پرنو را افزايش در فعاليت در نتيجة انباشتگي همان آنزيمي است كه در شرايط رشد معمولي حضور دارد. بعلاوه، افزايش در مقادير mRNA ها در حالت جامد در چغندر قند ديدة شده‌است . و در سيب زميني و گندم مي‌توان مشاهده كرد . مقدار يك ‌‌‌‌‌mRNAيي كنندة كربوكسي كيناز فسفوئنول پيروات در طي سرمازدگي افزايش يافت . اين مشاهدات تاييد كرد كه تغييرات در متابوليزم كربوهيدرات در رابطه با سرمازدگي تحت كنترل ترانسكريپتي و پست ترانسكيپتي هستند. ساير انواع تغييرات ممكن است لحاظ شده باشند.Witt ‌‌‌ ذكر كرد كه كنترل تبديل نشاسته به قندهاي محلول ممكن است شامل اتصال آنها آميلاز به گرانول‌هاي نشاسته باشد. اگر چه ظرفيت انباشتگي قندهاي محلول يك عامل مهم در تحمل سرما بشمار مي‌رود ولي تعيين ميزان مسئوليت اين مكانيزم براي مقاوت به سرماي زمستان گياه، دشوار مي‌باشد.

تفاوت در مقادير قند محلول اغلب با سطح تحمل انجماد ، به طور مثبت رابطه دارد . يك ارتباط مثبت بين تلرانس انجماد و مقدار بعضي از فعاليت‌هاي آنزيمي ذكر شده‌ ، يافت مي‌شود. ولي مقادير قند و فعاليت‌هاي آنزيمي با LTSO ربط ندارند اگر چه تفاوت در غلظت سوكروز بين گونه‌هاي مختلف آلفا آلفا در مقاوت به سرمماي زمستان در طي سرمازدگيِ پاييز رخ مي‌دهد ، ولي مقادير بطور چشمگير تفاوت ندارند. وقتي كه گياهان در اواسط زمستان نمونه برداري مي‌شوند، يك شرح براي ارتباط متغيير بين تحمل انجماد و مقادير قند محلول به ظرفيت‌هاي مختلف گياهان به فوسفوستايز در دماهاي كم مربوط مي‌شود.

در مقايسه‌هاي انجام شده، Strand و Hnrry نشان دادند كه گونه‌هاي زمستاني مي‌توانند راندمان فوتوسنتزيِ خودشان را در دماهاي كم بهبود دهند و توليد قند در طي سرمازدگي، زياد مي‌شود. Griffith و Mc Intyre گفتند كه مقدار مقاومت انجماد با ظرفيت فوتوسنتزي در سال‌هاي داراي زمستان شديد ارتباط دارد. كل مقدار نوري كه توسط گياهان دريافت مي‌شود و همچنين طول مدت روز از عوامل مهم تاثيرگذار بر روي سرعت رشد و مقدار تحمل انجماد است كه توسط گياهان دريافت مي‌شود. مثلاً در دماي پايين تحت روزهاي كوتاه مقاومت به انجماد زيادتر مي‌شود ولي گياه رشد نمي‌كند. زيرا فوتوآسيميليت‌هاي كافي براي پشتيباني وجود ندارد.
گياهان تحت نور پيوسته، فوتوآسيميلاز كافي براي رشد سريع و بهبود مقدار تحمل انجماد نشان مي‌دهند. Ogner نشان داد كه دو عامل مهم براي تحمل زمستان وجود دارد وقتي كه فوتوآسيميلاز محدود كننده است:

۱٫ سطح قندهاي محلول در طي تجمع
۲٫ توانايي براي حفظ مقادير كافي از قندهاي محلول در سراسر زمستان توسط كاهش سرعت سرمازدگي
شرحي براي فقدان يك رابطه بين مقدار قند و تحمل سرما آن است كه بعضي قندهاي معين نقش مهمي را بازي مي‌كنند . اگرچه قندها معمولاً در تنظيم‌هاي اسمزي و متابوليكي در داخل سلول نقش دارند، Olien ذكر كرد كه قندهاي انباشته در آپوپلاست يك چرخة انجماد – آب شدن را دنبال مي‌كنند و اين قندها از اتصال يخ به بافت‌هاي حياتي در داخل تاج‌هاي گياه جلوگيري مي نمايند.

Antikainer و Griffith ذكر كردند كه قندها در آپوپلاست برگ‌هاي گندم در طي سرمازدگي ذخيره مي‌شوند و ذكر كردند كه قندها ممكن است نقش مهمي براي پروتئين‌هاي ضد يخ در اصلاح رشد يخ بازي كنند. مكانيزم انباشتگي قند اخيراً در بلوط زمستاني در طي مرحلة دوم سخت شدن بررسي گرديد. پس از اين كه گياهان بلوط به دماهاي زير صفر رفتند، فعاليت‌هاي آنزيم‌هاي تجزيه كنندة كربوهيدرات تغيير كرد و فروكتان اگزوهيرولاز در آپوپلاست زياد شد. قندهاي محلول نيز در آپوپلاست جمع شدند. اين قندها شامل گلوكز، فروكتوز و سوكروز بودند ولي فروكتان‌ها با مقاديري از پليمريزاسيون سه تا چند ملكول آن‌ها ديده شد. چون مقدار قندهاي آپوپلاستيك خيلي كم است و نمي توانند نقطة انجماد مايعات آپوپلاستيك را كاهش دهند، آنها با يخ واكنش مي‌نمايند و مانع از چسبندگي‌ها مي‌شوند.

اين قندها در طي چرخه سرمازدگي ديوارهاي سلول را حفظ مي‌كنند. علاوه بر نقش آن ها در تنظيم اسمز، قندهاي محلول داراي تاثيراتي بر روي غشاها و پروتئين‌هاي جانداران هستند. تكامل‌هاي بين قندها و فسفوليپيدها انتقال فاز ليپيدهاي دو لايه را تغيير مي‌دهند. ملكول‌هاي قند مختلف داراي تغيير در فعاليت كربوپروتكتيو هستند. دوليگوساكاريدهاي حاوي گالاكتينول مثل استاشويز و رافينوز اكريپتوتكسيون زيادي را باعث شدند كه بدليل ظرفيت آن‌ها براي تشكيل يك حالت شيشه‌اي است كه حركت ملكولي را تحت شرايط آن هيدروز كاهش مي‌دهد.

رابطة نزديكي بين تجمع قندهاي خانوادة رافينوز و بهبود مقاومت به سرما و دهيدراسيون بدست آمده‌است. در يك بررسي اخير، كاستونگاي، يك رابطه بين تجمع استاشيوز و رافينوز و تحمل زمستان در گونه‌هاي مختلف آلفا آلفا پيدا كرده‌است. در اين گونه‌ها يك تغيير در مقادير استاشيوز و رافينوز فقط در گونه‌هاي مقاوم به سرما ديده شد. نقش قندها در تحمل انجماد يخ‌زدگي توسط تحليل گياهان ترانس ژنيك با مقادير متغيير قندهاي محلول بررسي گيديد. اخيراً افزايش تحمل به سرما در برگ گياهان تنباكوي ترانس ژنيك بررسي شد و پيروفسفاتاز هترلوگ يا اينورتاز مطالعه گرديد. ولي هيچ رابطه‌اي بين اسموليتة برگ و تحمل سرما ديده نشد كه پيشنهادي كند كه انباشتگي قندها تحمل بالاتر را موجب نمي‌شود. در عوض، مقادير قند بالا ممكن است آغاز ساير مكانيزم‌ها را موجب شود كه در گياهان نوع وحشي فعال نمي‌شوند.

از طرف ديگر نقش قندها و الكل‌هاي قند ممكن است سينرژستيك باشد. تحمل سرماي انواع كشت‌هاي سوسپانسيون سلول از يك نوع هيبريد اوكاليپتوس حساس به سرما مي‌تواند با نهفته كردن سلول‌ها در سوكروز، رافينوز، فروكتوز يا مانتيول افزايش يابد. سلول‌هاي بدست آمده از هيبريد اوكاليپتوس مقاوم به يخ زدن معمولاً سوكروز و فروكتوز را در پاسخ به دماي پايين انباشته خواهد كرد. ولي تحمل آن‌ها با افزايش مقادير مانيتول (در سلول) زياد مي‌شود. مانيتول با قندهاي موجود ممكن است به صورت سينرژستيك تحمل نمايند. يك راه براي افزايش تحمل يخ‌زدگي در هيبريدهاي اوكاليپتوس، افزايش دادن مانيتول توسط تغيير شكل گياهان با يك ژن براي مانيتول p- – دهيدروژناز صورت گيرد. انباشتگي قندهاي محلول شرح داده نمي‌شود. ساير اسموليت‌ها مثل آمينواسيدهاي آزاد، كليسين بتائين ( تري متيل گليسين ) و پلي آمين‌ها، با كاهش پتانسيل آب در داخل پروتوپلاست در طي دسيكاسيون ناشي از انجماد ارتباط دارند.

اين تركيبات در پاسخ به تنش‌هاي اسمزي و آب، اغلب انباشته مي‌شوند. پرولين و پلي آمين‌ها تاثيرات كريوپروتكتيوي بر روي غشاي پلاسما شبيه به قندهاي آزاد دارند. افزايش در مقدار پرولين در طي سرمازدگي در تعدادي از گونه‌ها يافت شده‌اند و مقدار پرولين با تحمل انجماد رابطه دارد. Igarashi نشان دادكه MRNA كد كننده سنتاز كربوكسيل پيرولين ، توسط سرما در اوريزا ماتيوا بوجود آمد. اگرچه برنج به يخ‌زدگي حساس است ، توليد پرواين در طي سرمازدگي توسط تنظيم سنتتاز ، مي تواند كنترل شود. در حقيقت، ايجاد اين MRNA در آرابيدوپيس تاليانا اخيراً مشاهده شده‌است. ولي اهميت فيزيولوژيك پيرولين در تحمل يخ‌زدگي در حال بررسي مي‌باشد . پيرولين يك شكل از ذخيرة نيتروژن است ولي نقش آن در تنظيم اسمزي مورد بررسي بوده‌است . Kishor افزايش توليد پيرولين توسط سنتتاز و افزايش تحمل اسمزي تنباكوي ترانس ژنيك را بررسي كرده‌است. رابطه بين سنتتوپرولين و تحمل دماي پايين وجود دارد.

در گياهان بالاتر، بيوسنتز گليسين بتائين و پلي آمين‌ها( پوترسين و اسپرميدني) توسط تعدادي از تنش‌هاي محيطي از جمله سرما، تحريك مي‌شود. دو ژن كنندة …… توسط سرما در گونه‌هاي سولانوم هاردي بررسي شده‌اند. اين آنزيم در بيوسنتز اسپرمين و اسپرميدين نقش دارند. Orgza Sativa افزايش در مقدار پوترسين در طي تماس با سرما ناشي از يك افزايش در فعاليت دكربوكسياز آرژنين توسط يك اسيد آبيسيسيك (ABA) مشاهده شد. اهميت پلي آمين‌ها در تحصيل تحمل انجماد مي‌تواند توسط مدوله كردن( تعديل) سطح حالت آرژنين دكربوكسيلاز و يا s – آدنوزيل –L- ميتونين دكربوكسيلاز در گياهان ترانس ژنيك ارزيابي شود.

علاوه بر تجمع قندهاي آزاد، آمينواسيدها و پلي آمين‌ها در يك تعديل(مدولاسيون) جريان‌هاي آب و محلول در غشاها در طي سرمازدگي احتمالاً رخ مي‌دهد.
Orr در ناپوس بر اسيكاي زمستاني يك نئوسنتز تونوپلاست……….. را مشاهده كرد. فعاليت مجراهاي انتقال آب گياه وابسته به دما است و توسط فسفورپلاسيون مدوله مي‌شود.
در گياه كراتروسيتگما پلانتاژينوم، يك نوسان در مقدار پروتئين‌هاي مجراي آب كد كنندة MRNA در طي تنش نمك مشاهده گرديد.

تنظيم خواص مكانيكي
علاوه بر تجمع مواد محلول، تنظيم استحكام سلول نقش مهمي در تعيين مقدار دهيدراسيون در طي يخ‌زدگي دارد. در طي انجماد تشكيل يخ برون‌سلولي ممكن است منجر به يك فشار منفي شود كه تمايل دارد يك كاهش در حجم سلول، انقباض پروتوپلاسم و نهايتاً پارگي سلول را باعث گردد. در تعادل بين فضاهاي درون سلولي و برون سلولي راين فشار منفي برابر با اختلاف در پتانسيل اسمزي و پتانسيل آب در داخل سلول است. مقدار فشار منفي‌اي كه بتواند بدون پاره شدن تحمل كند بستگي به استحكام ساختارهاي پيراموني دارد . نوعاً يان فشار خيلي منفي ( داراي بزرگترين مقدار مطلق است) در سلول‌هايي است كه به دهيدراسيون مقاوم هستند و در سلول‌هايي كه دهيراسيون شديد را طي مي‌كنند، كمتر منفي

است. استحكام ديوار سلول و استحكام غشاي پلاسماي ديوارة سلول نقش مهمي در كنترل دهيراسيون ناشي از انجماد بازي مي‌كند. پروتئين‌هاي ديوار سلول تغييرات در طي سرمازدگي را طي مي‌كنند. در آلفا آلفا، لابرژ يك MRNA به نام Msa (در اثر MRNA ) را جدا كرد كه يك پروتئين غني از گليسين در ديوار سلول را كد بندي مي‌كند. اين دسته از پروتئين‌ها با حضور يك پپتيد و گليسين مشخص مي‌شوند.

اين نوع پروتئين در داخل ديوارهاي سلولي يكپارچه مي‌شوند و داراي عملكرد ساختاري هستند . رشتة آمينو اسيد Msa CiA حاوي ۳۸ درصد Gly (گليسين)، درصد His (هيستروين) ، ۹ درصد Asr (آسپاراژين) و ۷ درصد Tyr (تيروزين) است و فاقد pro (پرولين)،Trp (تريپتوفان)، (فنيلين)phe ، و Cys ( سيستئين ) مي‌باشد. مناطق غني از گليسين داراي تكرار بصورت مي‌باشند اين تكرارها در چندين پروتئين شامل يك دسته از پروتئين‌هاي اصليِ آلفا آلفا تعيين هويت شده‌اند. وجود يك پپتيد اصلي در ترمينوس –N و فقدان يك رشته ( توالي ) كه باعث حفظ در شبكة آندوپلاسمس(ER ) مي‌شود نشان مي‌دهند كه MSACIA احتمال دارد كه اسرارآميز باشند. بعلاوه، پروتئين‌هاي غني از گليسين نوعاً داراي تيروزين بسيار هستند كه در

اتصال معكوس پذير پلي پپتيد به ديوار سلول از طريق تشكيل پيوندهاي دي- تيروزيني شركت مي‌كنند. اخيراً يك پروتئين ۲۹ Kda كه از لحاظ ايمني شناسي با MSACIA مرتبط بود در ديوار سلول تاج‌هاي آلفا آلفاي سرمازده آشكار شد. ميزان انباشتگي اين پروتئين با تحمل سرماي انواع آلفا آلفا ارتباط دارد و اين پروتئين نقش مهمي در تحمل انجماد بازي مي‌كند و به دهيراسيون سلول از طريق تعديل استحكام ديوارة سلول كمك مي‌كند كه تحت بررسي است. Msa Cic و BnPRP يك آلفا آلفا و گياه براسيكاناپوس در اثر سرما بوجود مي‌آيند و در خواص مكانيكي گياه نقش دارند . پلي پپتيدهاي پيش‌بيني شده توسط هر دو تاس نوكلوئيد از سه منطقه متمايز تشكيل مي‌شوند: در N – ترمينوس، يك پپتيد اصلي در هدف‌گذاري برون سلولي نقش دارد، يك منطقة مركزي با مقدار پرولين زياد (۵۰ درصد) و در C – ترمينوس يك منطقة هيدروفونيك فشرده است.

اگرچه ساختارهاي حوزه‌هاي غني از پرولينِ MSACIC و BNPRP نمونة پروتئين‌هاي غني از پرولين يا اكستنسين نمي‌باشند، آنها داراي خواص بيو شيميايي مشابه با آكتنسين‌ها هستند كه اجازه مي‌دهند كه آنها با ديوارهاي سلول ارتباط داشته‌باشند. MSACIC و BNPRP پروتئين‌هاي استرنيسيك بيومدولار را ممكن است تشكيل دهند كه اتصال قوي بين ديوار سلول و غشاي پلاسما بوجود مي‌آورند. در طي انجماد آن‌ها ممكن است مانع از انقباض سلولي شوند و بنابراين دهيراسيون اضافي را جلوگيري نمايند.