低温冷害是影响农业作物产量和质量的重要非生物胁迫因素之一。许多重要的经济作物，如棉花、大豆、玉米和水稻都对冷害非常敏感，无法在寒冷气温下存活。棉花是世界上重要的经济作物和可再生资源之一。新疆棉区自然条件优越，生产规模大，棉花总产约占全国的1/3，但是棉区常遭遇低温冷害。低温会导致棉花结桃、裂铃、吐絮期受到严重损伤或使植株死亡，对棉花的产量和质量造成了巨大影响。采用传统育种方法来改良植物的抗寒性存在着耗时、费力、很难修饰单一性状、对现有品种依赖性强等问题，而生物技术则是一种提高植物抗寒性相对较快和精确的方式。抗冻蛋白能够使许多生物（从脊椎动物到细菌）在零度以下得以生存。昆虫抗冻蛋白的热滞活性比已发现的大多数其他生物高10-100倍。这使得昆虫抗冻蛋白在植物耐寒性遗传转化过程中有着极大潜力和无以比拟的优势。本研究针对新疆棉区早春、初秋低温冷害冻害等影响棉花产量和质量的自然灾害问题，通过花粉管通道法将昆虫抗冻蛋白基因Mpafp149转化新疆北疆棉区主栽品种，然后对2010至2012年间转基因棉花后代进行分子检测，主要包括PCR，RT-PCR，Southern blot，Western blot以及多孔硅蛋白生物传感器等检测，对T4代转基因植株进行低温处理后抗寒性研究，主要包括低温对表型的影响、及与低温相关的电导率、MDA、脯氨酸等检测。主要结果如下：PCR及PCR-Southern杂交的结果表明昆虫抗冻蛋白基因已传递到了转基因棉花后代中。2011.7MNS T2代和MNS T1代转基因棉花PCR阳性株数为306株，其中T2代的99株，T1代的207株，阳性率分别为60%和53%。2012.5Lab2T3代转基因棉花有抗卡纳抗性87株，NPTⅡPCR阳性100株，Mpafp149PCR阳性86株。RT-PCR结果表明昆虫抗冻蛋白基因已在转基因棉花的转录水平得到了表达。2012.3Lab1T3代转基因棉花RT-PCR阳性13株，阳性率为30%。T3代转基因株系8-3,8-4的Western blot杂交结果显示出了大约10kDa的预期蛋白条带，说明在T3代转基因棉花植株中表达了异源昆虫抗冻蛋白MpAFP149。对T4代转基因植株进行低温（2℃）胁迫24、48和72h处理。表型观测结果表明转抗冻蛋白基因的棉花植株受到的冷害较轻。当处理到72h时，野生型棉花、T3-12和T3-14的相对电导率分别为80%、45%和57%。MDA含量增长分别为21.9、16.8和15.7μmol/g。结果表明转基因植株叶片的相对电导率和丙二醛含量变化均小于野生型棉花对照，反应出转基因棉花在低温处理后质膜受冷害较轻。此外，低温处理72h时，野生型棉花、T3-12和T3-14的脯氨酸含量分别为0.4，0.85和0.81μg/g。转基因株系的脯氨酸含量均高于野生型的。说明低温处理后，转基因植株产生了更多的脯氨酸以提高植物抗低温逆境的影响。T4代转基因棉花低温下的表型及耐寒性生理生化指标结果表明小胸鳖甲昆虫抗冻蛋白MpAFP149能够在一定程度上提高棉花的耐寒性。无标记的多孔硅（PSi）生物传感器是一种很有前景的快速高效的检测生物分子的平台，这种平台已经广泛被用于各种生物分子的检测。本研究利用单层多孔硅蛋白生物传感器对转基因植株在蛋白质水平进行检测，最终检测限为0.0027mg·ml-1。与野生型相比，除了株系2，所有转基因棉花株系均表现出显著的红移，表明该传感器能够用于转基因棉花蛋白质水平的检测。此外，利用多元光子晶体结构多孔硅传感器检测抗冻蛋白基因探针和与其互补DNA片段的杂交情况，结果表明这种DNA之间的互补杂交可以被检测出来，最终检测限为0.0213μM。这些结果将为我们在蛋白质和基因水平对田间大规模的转基因植物进行遗传筛选提供一种新的思路，并有望进一步开发应用于转基因植物筛选检测的技术平台。