分布在冰缘地貌环境下的高山冰缘植物，对冻融过程有极强的耐受力，是自然环境的指示，其遗传变异最剧烈，物种进化和新物种形成最为频繁，并且进化了多种高效适应逆境的生理生态学和分子生物学抗性机制，研究冰缘植物具有重大的科学价值，但目前还没有引起科学家的足够重视。通过研究高山冰缘植物种群的繁殖对策，探索高山冰缘植物在高山冰缘极端环境下长期形成的繁殖适应机制和对策;通过冰缘植物抗冻的信号传导途径与抗冻性关系的

本项目选择天山为研究基地，通过对乌鲁木齐河源区37 种冰缘植物的形态结构特征和生理代谢的分析，全面阐释了冰缘植物抗冻、抗辐射、抗缺氧、抗强风的形态结构特征、代谢基础和微生物之间的关系；并且通过对虎耳草、高山离子芥等20种高山冰缘植物的形态学、胚胎学和繁育系统的详细观察和研究，发现高山冰缘植物有一套精密的自花授粉机制和应对极端环境的繁殖对策，并总结出开花植物的5种自花授粉过程；此外，广泛的生理生化和分子生物学研究发现高山离子芥在生理代谢上具有特殊的抗逆性，确定高山离子芥是研究植物抗冻的模式材料。通过抑制性消减杂交和双向差异凝胶电泳技术，从基因组和蛋白质组两个方面对高山离子芥低温特异表达基因及蛋白进行筛选，得到96个在-4℃低温胁迫处理后表达量变化在2倍以上的基因，166个低温胁迫处理后表达量变化在2倍以上的蛋白，利用RACE技术克隆得到17个新基因的全长cDNA，并对其功能进行验证，发现部分基因能提高转基因烟草的抗冻性。本项目的研究成果为阐明植物抗冻的生理生态学和分子生物学机制提供理论依据，也为我国西部地区的生物多样性保护、生态环境建设和农林牧业的可持续发展提供科学指导。