Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng calcium là một chất dẫn truyền tín hiệu thứ cấp quan trọng trong hệ thống truyền tín hiệu thực vật (Margarita Cacho & cs., 2013, Kazi Md Kamrul Huda & cs., 2013). Các kích thích môi trường đã gây ra sự tích lũy calcium nội bào và làm giảm sự nhày cảm của thực vật với môi trường, trong đó, calcium có thể kết hợp với các yếu tố nội bào khác như protein kinase hoặc tương tác với các con đường truyền tín hiệu khác. Ở thực vật, xử lý ngoại sinh của calcium đã tăng cường khả năng chống chịu đã được báo cáo như làm tăng khả năng chịu muối (Hrishikesh Upadhyaya & cs., 2011), chịu hạn (Chengbin Xu & cs., 2013), chịu nóng (Sha Yang & cs., 2013) và chịu lạnh (B Zhou & Guo Z, 2009). Vai trò của calcium trong chống chịu của thực vật có lẽ tác động đến trao đổi chất ROS, tăng hiệu suất tăng trưởng, quang hợp và tích lũy nitơ.
Sự tham gia của tín hiệu calcium trong phản ứng với lạnh của các gen kinase ở cây Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. đã được báo cáo bởi Sari Tähtiharju & cs. (1997). Phương pháp điều trị bằng hóa chất chelate calcium ngoại bào (EGTA) hoặc chặn các kênh calcium trên màng tế bào (La3+, Gd3+) đã ức chế sự thích nghi lạnh cũng như biểu hiện gen kinase. Ruthenium red, một chất ức chế giải phóng calcium nội bào bị ức chế một phần biểu hiện gen kinase (chất phát triển khả năng chịu lạnh). Một chất ức chế protein kinase phụ thuộc calcium (CDPK) và calmodulin ức chế sự thích nghi lạnh cũng như cảm ứng lạnh của gen kinase.
Vai trò của Ca2+ đối với những thay đổi do stress lạnh trong quá trình phosphoryl hóa protein, biểu hiện gen và sự phát triển của khả năng chịu lạnh ở cây Medicago sativa spp. Falcata cv Anik trong điều kiện in vitro đã được báo cáo bởi A. F. Monroy & cs. (1993). Các phương pháp xử lý hóa học để ngăn chặn các kênh Ca2+ bằng các chất có tác dụng đối kháng peaceodulin hoặc ức chế kinase protein (các chất liên quan đến khả năng chịu lạnh do stress lạnh nhưng ít ảnh hưởng đến khả năng sống của tế bào) đã được thực hiện. Phân tích thuộc tính của phosphoprotein bằng phương pháp điện di trên gel polyacrylamide hai chiều cho thấy ở nhiệt độ thấp, mức độ phosphoryl hóa tương đối của một số protein tăng lên, trong khi một số khác lại giảm. Khi ở điều kiện stress lạnh cùng với sự có mặt của N- (6-aminohexyl) -5-chloro-1-naphthalene-sulfonamide
hydrochloride, một chất đối kháng của peaceodulin và protein kinase phụ thuộc Ca2+, hoặc chất ức chế kênh Ca2+ , những thay đổi gây ra trong quá trình phosphoryl hóa protein bị ức chế mạnh mẽ, các tế bào mất khả năng phát triển khả năng chịu lạnh và sự tích lũy các mRNA của các gen đặc hiệu thích nghi lạnh đã giảm đáng kể. Một chất ức chế protein kinase, 1-(5- isoquinolinesulfonyl)-2-methylpiperazine dihydrochloride, có tác dụng ít rõ rệt hơn đối với quá trình phosphoryl hóa protein gây stress lạnh và chỉ gây ra sự ức chế một phần sự chống chịu lạnh và sự tích tụ các mRNA chịu lạnh. Mức độ phosphoryl hóa của một protein, khoảng 15 kD, tăng hơn 10 lần ở nhiệt độ thấp và cho thấy mối tương quan dương chặt với khả năng chịu lạnh và biểu hiện gen ngay cả khi điều trị bằng hóa chất. Những kết quả này cho thấy Ca2+ và phosphoryl hóa protein, hoặc có lẽ là sự kết hợp của cả hai, đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chống chịu lạnh.
Nghiên cứu của Haitao Shi & cs. (25) đac cho thấy calcium là yếu tố tín hiệu thứ cấp quan trọng liên quan đến phản ứng với stress lạnh của thực vật ở cả nhiệt độ lạnh (<20 ° C) và nhiệt độ đóng băng (<0 ° C). Trong nghiên cứu của các tác giả này, sử dụng calcium clorua (CaCl2) ngoại sinh của đã cải thiện cả khả năng chịu lạnh và sự đóng băng, trong khi ethylene glycol bis‐ (β‐ aminoethyl) ether N,N,N,N‐ tetraacetic acid (EGTA) đã đảo ngược tác dụng của CaCl2 ở cây Cynodon dactylon (L.) Pers.). Các phân tích sinh lý cho thấy rằng việc xử lý CaCl2 làm giảm bớt sự tổng hợp các gốc oxy hóa (ROS) và gây tổn thương tế bào do stress lạnh, thông qua kích hoạt các enzyme chống oxy hóa, tích lũy chất chống oxy hóa glutathione không enzyme, trong khi xử lý bằng EGTA gây tác dụng ngược lại. Ngoài ra, phân tích proteomic đã xác định được biểu hiện của 51 protein khác nhau được tổng hợp trong phản ứng chống oxy hóa, chu trình tricarboxylicacid, glycolysis, quang hợp, con đường pentose phosphate oxy hóa và chuyển hóa axit amin. Các thí nghiệm lặp lại đều cho thấy có 42 chất mà con đường chuyển hóa được điều chỉnh bằng cách xử lý CaCl2 khi bị stress lạnh bao gồm axit amin, axit hữu cơ, đường và rượu. Như vậy, xử lý CaCl2 trong điều kiện stress lạnh đã thay đổi chuyển hóa carbon và chuyển hóa axit amin theo xu hướng tăng khả năng chịu lạnh. Nghiên cứu này đã báo cáo bằng chứng đầu tiên về vai trò thiết yếu và bảo vệ của calcium nội sinh và ngoại sinh đối với stress lạnh, thông qua kích hoạt các chất chống oxy hóa và tổng hợp một số protein biểu hiện khác biệt và làm cân bằng nội môi chuyển hóa trong quá trình thích nghi với lạnh.
Nghiên cứu cho thấy kinase protein, bao gồm cả kinase protein phụ thuộc Ca2+ (CDPK), được biết là chất trung gian cho sự thích nghi của thực vật với những thay đổi môi trường khác nhau. Tuy nhiên, chức năng của hầu hết các CDPK nho chưa được làm rõ. Các nghiên cứu trước về biểu hiện gen CDPK cho thấy 10 gen CDPK của V. amurensis được tăng cường trong các phương pháp xử lý stress phi sinh học khác nhau. Trong đó, sự biểu hiện của gen VaCDPK20 được tăng cường đáng kể dưới stress nhiệt độ thấp và nhiệt độ cao ở cây V. amurensis. Kết quả nghiên cứu về vai trò của calcium đến khả năng chịu lạnh trên cây nho dại Vitis amurensis Rupr. đã được báo cáo bởi Alexandra S. Dubrovina & cs. (2015). Trong nghiên cứu này, tác động của việc biểu hiện quá mức gen VaCPK20 trong các dòng tế bào callus của V. amurensis và cây chuyển gen của A. thaliana đối với các phản ứng của chúng đối với stress phi sinh học đã được nghiên cứu. Arabidopsis biến đổi gen biểu hiện gen VaCPK20 cho thấy khả năng chịu lạnh và hạn hán cao hơn. Trong khi đó các tế bào V. amurensis chuyển gen biểu hiện gen VaCPK20 cho thấy khả năng chống chịu stress lạnh cao hơn so với đối chứng. Khả năng chịu lạnh và muối của V. amurensis calli và A. thaliana biến đổi gen tương đương với khả năng chống chịu của các loài dại. Sự biểu hiện quá mức của gen VaCPK20 đã làm tăng biểu hiện của các gen phản ứng với stress, chẳng hạn như COR47, NHX1, KIN1 hoặc ABF3. Các kết cho thấy rằng VaCPK20 có thể hoạt động như một yếu tố điều tiết liên quan đến con đường chống chịu với stress lạnh và hạn hán.