过冷现象是实际
结晶温度低于理论结晶温度,条件是平滑而内里没划痕的容器等。
简介
定义
结晶时,实际
结晶温度低于理论结晶温度的现象。在一定压力下,当液体的温度已低于该压力下
液体的凝固点,而液体仍不凝固的现象叫液体的
过冷现象(supercooled phenomena of liquid)。此时的液体称为
过冷液体(supercooled liquid),这是一种
热力学上的不稳定状态,在通过外界摩擦等作用下会迅速凝固,并使温度回升,表现于过冷曲线上便是一个V字形。 液体越纯,过冷现象越明显。
高纯水-40
摄氏度才开始结冰。这是因为液体太过纯净,没有凝固所需的“结晶核”所致。当具备凝固所需物质,例如投入少许固体,或摇晃液体,都能让液体迅速凝固。
英文名
supercooling
原理
冰的形成其实是一个结晶的过程,如果原本
水中已存在结
晶核(冰晶),低于其标准熔点的液体的水分子就会在核周围形成
结晶结构,依附在冰晶上,结成冰的过程就可以进行。但是有些水太洁净,没有尘埃和杂质,容器又非常干净而平滑,缺少这样的晶核,冰晶就因无处可依附而不能形成,于是温度轴上的液体部分可以一直延伸,即使温度低于冰点(0°),水仍然会维持在液体的状态,直到均匀核化结晶生成。
具备条件
如要进行超冷冻的现象要符合以下三个条件:
1、一瓶很纯洁,无
沉淀物,无杂质的水。(最好是
蒸馏水)
2、平滑而内里没划痕的容器。
3、放在可以冷冻至摄氏零下几度的冰箱一段时间。(如数小时)
超冷现象
小叶蜂
膜翅目叶蜂科
昆虫,小型至中型昆虫,体阔,肥胖如蜜蜂,无
腹柄。头阔,复眼大,单眼三个。翅大,翅脉脉序原始。
产卵管由二对扁枝构成,外侧一对称为锯导;中间一对称为“产卵锯”产卵时用以锯开
植物组织,故亦称叶蜂为“
锯蜂”。分 布广。有些种类为农业及林业
害虫,如
小麦叶蜂(Dolerus tritici)
梨实蜂(Hoplocampa pyricola)和松锯蜂(Diprionsp.)等。
小叶蜂可在体内储存
甘油(
丙三醇,Glycerol)纯净的甘油是白色的
晶体。它在17℃时融化。普通的甘油里因为含有一些水分或杂质,所以变得不易凝固了。这有利于小叶蜂适应严寒的
生境。
南极鱼
南极鱼学名为拉氏南美南极鱼(Patagonotothen ramsayi),属
远洋底栖性
鱼类,为南美南极鱼属中数量最大的
鱼种。分布于西南
大西洋温带海域(36°S~55°S;55°W~70°W),为福克兰岛陆架和陆坡水域常见鱼种,根据
相关研究在该海域拉氏南美南极鱼的
渔业资源丰富。
一些昆虫
一些昆虫(如
蝇类)的血糖为
海藻糖,这是一种非还原性的
二糖,可以帮助它们抵抗寒冷。
当然,据研究,它们也有抗冻蛋白。
热滞效应(
ThermHysteresisAction)最早在昆虫研究中发现,后来研究表明,它是抗冻蛋白(AntifreezeProteins,AFPs)的一种基本性质。和鱼类,植物AFPs相比,昆虫AFPs具有更高的热滞活性和独特的
化学结构特征。昆虫AFPs在昆虫抗冻生理过程中起着相当重要的作用,表现于以下三个方面:①抑制一些冰晶形成;②提高冰冻
耐受性;③可能参与水分
平衡过程。
光周期,气温和湿度是调控AFPs
生物合成与降解的三种外部因子,而体
内激素的变化可能是直接调节
脂肪体合成AFPs的内部因子。
抗冻蛋白
抗冻蛋白 AFPs(Antifreeze proteins):一类具有提高生物抗冻能力的
蛋白质类化合物的总称。
最初是从
南极与
北极地区的
海洋鱼类血清中发现一种能与冰晶相结合的
特异性蛋白质,它能阻止体液内
冰核的形成与生长,维持体液的非冰冻状态。在这些地区生活的鱼类全都具有合成这
类蛋白的能力,以适应低温的生活条件。研究最多的可能是生活在
南极洋面的Perchlike notothenioids的体内抗冻蛋白,发现这一蛋白基因与鱼的
胰蛋白酶原基因中90%以上的
核苷酸碱基序列相同或许说明这两者有相近的进化关系。相继在昆虫、植物(如冬
黑麦、沙冬青、
唐古特红景天叶等)体内也发现有类似功能的抗冻蛋白。鱼类的
AFP基因的转化植物已获成功;与植物中类似AFP基因在微生物体内克隆也获得成功。推测植物抗冻
分子生物学和培植农业上抗冻新品种的前景必定是光明的。
现已发现五种,包括
抗冻糖蛋白、抗冻蛋白Ⅰ、抗冻蛋白Ⅱ、抗冻蛋白Ⅲ、抗冻蛋白Ⅳ。
以生长在天山海拔3 450 m处的
珠芽蓼(Polygonum viviparum)为
实验材料,从叶片中提取
质外体蛋白.经
SDS-PAGE分析,发现分子量为15.2~72.3 kD范围内出现七条多肽,
PAS染色显示这些多肽中均含有
糖基.通过光镜组织切片显示,在珠芽蓼叶片细胞的质外体中存在丰富的蛋白质,PAS染色确定其含有
糖蛋白.通过测定其热滞值,进一步确定质外体蛋白是具有抗冻活性的糖蛋白,说明抗冻蛋白是维持珠芽蓼
抗冻性的重要物质基础.
用冰吸附纯化(ice affinity purification)方法,找到抗冻蛋白AFP,研究人员发现低温导致结晶生成时,该蛋白便会活化,参入阻止晶格的形成,而一旦温度回升,或是
酸碱度降低时,抗冻蛋白又会完全失去活性。
耐受冻结
见于一些冷水
贝类,冰晶在其胞外形成,而
不伤害细胞。