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南极地区由于其独特的寒冷、高盐和强辐射的地理环境和气候特征,造就了一个独特的低温生态系统,含有极为丰富和特殊的生物资源。南极冰藻Chlamydomonas sp. ICE-L就是这些独特的生物资源里的一种,ICE-L分离自南极海冰,对冰冻胁迫具有强大的耐受力,是研究抗逆生物学的良好实验材料。本文利用实时定量PCR研究了16种基因在冷冻胁迫条件下的表达变化,并对其中一条冰结合蛋白基因进行了异源表达,深入研究了其功能。（1）基于高通量测序的基因差异表达分析,课题组筛选到了多个可能参与ICE-L冰冻胁迫适应机制的基因,包括冰结合蛋白基因（ice-binding proteins, IBP）、DEAD-box RNA解旋酶基因和甜菜碱脂质合酶基因,论文分析了这些基因的功能域,及其编码蛋白的基本特征,与其它物种中的同源蛋白序列进行比较并构建了系统树。分析发现CiIBP （11213）全长750bp,编码248个氨基酸,经BLAST比对及蛋白质同源性分析,其含有DUF3494超家族的保守结构域,与衣藻,圆柱拟脆杆藻、冰川舟形藻的同源性分别为29.34%、22.92%、20.48%。CiRH（31525）全长2604bp,编码868个氨基酸,经BLAST比对及蛋白质同源性分析,其含有DEAD-box的RNA解旋酶保守结构域,氨基酸序列中包含9个保守基序,与莱茵衣藻、团藻、胶球藻、A uxenochlorella protothecoides的同源性分别为42.87%、48.13%、42.74%、49.49%。CiBTA1（13297）全长2049bp,编码683个氨基酸,经BLAST比对及蛋白质同源性分析,含有AdoMetMTase家族结构域和DUF3419家族结构域,与莱茵衣藻、团藻的同源性分别为65.53%、65.30%。（2）利用qRT-PCR研究了16个基因在冷冻胁迫条件下的表达变化,发现其中有14个基因在-20℃处理时间段内上调表达（最大相对变化量高于对照组2倍以上）,2个基因CiSCD（20469）和CiCALM（8475）在处理时间段内表达量变化不大。其中相对表达量最大的是氯通道蛋白基因（33060）,在处理72h后表达量达到对照组的7.8倍；相对表达量最小的是钙调蛋白基因（CiCALM;8475）在72h表达水平最高仅为空白对照的1.3倍；CiIBP（11213）基因在3h时,IBP的相对表达量达到最大值,此时表达量为未经低温处理组的3倍：其余基因在处理时间段内最大表达量都有1.8倍到6.5倍的增加。（3）将冰结合蛋白基因CiIBP（11213）,成功连接到到表达载体pET-28a（+）中,并成功转化大肠杆菌E.coli BL21,经IPTG诱导后成功表达,大部分CiIBP蛋白以包涵体存在。检测转CiIBP（11213）大肠杆菌的抗冻能力,发现CiIBP提高了大肠杆菌的抗冻能力。又进一步将CiIBP（11213）连接到pChlamy3中转入莱茵衣藻中,发现部分重组藻株的抗冻活性略有增强。本文对南极冰藻Chlamydomonas sp.ICE-L的16种抗冻相关基因进行了功能研究,为研究南极冰藻ICE-L冰冻环境适应性机理,以及相关功能基因的开发利用奠定了基础,为进一步将优良的功能基因应用于经济作物的逆境适应性改良提供理论依据。