ความทนทานต่อการแช่แข็งหมายถึงความสามารถของพืชในการทนต่ออุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งโดยการสร้างผลึกน้ำแข็งในไซเลมและช่องว่างระหว่างเซลล์หรืออะโพพลาสต์ความทนทานต่อการแช่แข็งจะเพิ่มขึ้นเป็นการปรับตัวอย่างค่อยเป็นค่อยไปต่ออุณหภูมิต่ำผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการปรับตัวให้เข้ากับความเย็น ซึ่งเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงเพื่อเตรียมพร้อมสำหรับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งผ่านการเปลี่ยนแปลงอัตราการเผาผลาญ ระดับฮอร์โมน และน้ำตาล^{[ 1 ]}ความทนทานต่อการแช่แข็งจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงวันแรก ๆ ของกระบวนการปรับตัวให้เข้ากับความเย็นเมื่ออุณหภูมิลดลง ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช ความทนทานต่อการแช่แข็งสูงสุดสามารถเกิดขึ้นได้หลังจากสัมผัสกับอุณหภูมิต่ำเพียงสองสัปดาห์^{[ 2 ]}ความสามารถในการควบคุมการก่อตัวของน้ำแข็งระหว่างเซลล์ในระหว่างการแช่แข็งมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของพืชที่ทนต่อการแช่แข็ง^{[ 3 ]}หากน้ำแข็งภายในเซลล์ก่อตัวขึ้น อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตต่อพืชเมื่อเกิดการยึดเกาะระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์และผนังเซลล์ กระบวนการความทนทานต่อการแช่แข็งผ่านการปรับตัวให้เข้ากับความเย็นเป็นกลไกสองขั้นตอน: ^{[ 4 ]}

• ขั้นตอนแรกเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็งค่อนข้างสูง เนื่องจากน้ำที่มีอยู่ในเนื้อเยื่อพืชจะแข็งตัวอยู่นอกเซลล์
• ขั้นตอนที่สองเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า เนื่องจากการก่อตัวของน้ำแข็งระหว่างเซลล์ยังคงดำเนินต่อไป

ภายในช่องว่างระหว่างเซลล์ โปรตีนต้านการแข็งตัวจะจำกัดการเจริญเติบโตของผลึกน้ำแข็งโดยตัวเร่งการก่อตัวของผลึกน้ำแข็ง เพื่อป้องกันความเสียหายทางกายภาพต่อเนื้อเยื่อ และส่งเสริมการเย็นตัวยิ่งยวดภายในเนื้อเยื่อและเซลล์ที่ไวต่อการแข็งตัว ความเครียดจากออสโมซิสรวมถึงการขาดน้ำ ความเค็มสูง ตลอดจนการรักษาด้วยกรดแอบซิสิกก็สามารถเพิ่มความทนทานต่อการแข็งตัวได้เช่นกัน

ความทนทานต่อการแช่แข็งสามารถประเมินได้โดยการทำการทดสอบการอยู่รอดของพืชแบบง่ายๆ หรือโดยการทดสอบการรั่วไหลของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งใช้เวลานานกว่าแต่สามารถวัดปริมาณได้^{[ 5 ]}

พืชไม่ใช่สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวที่สามารถทนต่ออุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดเยือกแข็งได้ กบไม้ เต่าสีวัยอ่อน ตัวอ่อนแมลงวันเจาะต้นโกลเด้นร็อด และหอยทากเพริวิงเคิลในเขตน้ำขึ้นน้ำลง ล้วนแสดงให้เห็นว่ามีความสามารถเช่นเดียวกัน พวกมันเปลี่ยนน้ำในร่างกายทั้งหมดได้มากถึง 70% ให้กลายเป็นน้ำแข็งสะสมในช่องว่างนอกเซลล์^{[ 6 ]}เพื่อให้สามารถกระทำการที่น่าทึ่งเช่นนี้ได้ มีการปรับตัวทางชีวเคมีหลายอย่างที่ได้รับการระบุว่าเป็นปัจจัยสนับสนุนความทนทานต่อการแช่แข็ง ซึ่งรวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

• โปรตีน: โปรตีนที่ทำหน้าที่ก่อตัวเป็นผลึกน้ำแข็งจะกระตุ้นและควบคุมกระบวนการแข็งตัวของน้ำแข็งภายนอกเซลล์ทั้งหมด โปรตีนบางชนิดที่เรียกว่าโปรตีนปรับโครงสร้างน้ำแข็งหรือโปรตีนต้านการแข็งตัวของน้ำแข็ง จะหยุดไม่ให้ผลึกน้ำแข็งขนาดเล็กรวมตัวกันเป็นผลึกขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายต่อเนื้อเยื่อได้
• สารป้องกันการแข็งตัว: สารเหล่านี้เป็นปัจจัยหลายอย่างที่ช่วยป้องกันการแข็งตัวภายในเซลล์ ป้องกันการลดปริมาตรของเซลล์มากเกินไป และช่วยรักษาสภาพโครงสร้างของโปรตีน โดยทั่วไปแล้วสารเหล่านี้มักประกอบด้วยแอลกอฮอล์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิลหลายหมู่ ( กลีเซอรอลซอร์บิทอล ) และน้ำตาล (กลูโคส) ในปริมาณสูง ซึ่งจะถูกบรรจุเข้าไปในเซลล์ สารป้องกันอื่นๆ ได้แก่เทรฮาโลสและโพรลีนซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เยื่อหุ้มเซลล์ยุบตัวลง
• ความทนทานต่อภาวะขาดเลือด: เพื่อให้เซลล์และอวัยวะอยู่รอดได้โดยปราศจากการไหลเวียนของเลือด จำเป็นต้องมีระบบป้องกัน สารต้านอนุมูลอิสระ ที่ดี และโปรตีนชาเปอโรนที่มีปริมาณสูง โปรตีนเหล่านี้ช่วยปกป้องโมเลกุลขนาดใหญ่ของเซลล์ ในขณะที่การลดอัตราการเผาผลาญจะช่วยลดพลังงานที่เซลล์ต้องการในขณะที่ถูกแช่แข็งลงอย่างมาก

งานวิจัยใหม่ในสาขานี้มุ่งเน้นไปที่หัวข้อที่แตกต่างกันสี่หัวข้อเป็นหลัก^{[ 7 ]}ซึ่งได้แก่:

• การระบุยีนใหม่และผลิตภัณฑ์โปรตีนของยีนเหล่านั้นที่พบในสายพันธุ์ที่ทนต่อความเย็นจัด
• การสำรวจยีน/โปรตีนอื่นๆ อีกมากมายที่เกี่ยวข้องกับปัญหาต่างๆ ในการรักษาสภาพและการอยู่รอดของเซลล์
• การศึกษาปัจจัยการถอดรหัสที่สำคัญซึ่งเป็นตัวกลางในการตอบสนองต่อความทนทานต่อความเย็นจัด
• การวิเคราะห์กลไกทางชีวเคมีที่ควบคุมการแสดงออกของยีนและโปรตีน โดยคำนึงถึงไมโครอาร์เอ็นเอการฟอสโฟรีเลชันของโปรตีนและการควบคุมทางเอพิเจเนติกส์