细胞、组织、器官等生物材料的低温保存、食品和果蔬冷冻贮存等低温冷冻加工操作均需要将细胞或者整个组织降温,以降低新陈代谢速度,达到保存或保鲜的目的,所以研究低温保存中生物组织的力学损伤具有重要的意义。本文首先应用低温显微系统和高速摄像机记录下了小鼠肾细胞在降温过程中的图像。并且通过这些记录下的图像,应用数字图像相关方法(DICM)计算出了小鼠肾细胞的胞外冰晶和胞内冰晶在降温过程中的生长过程。结果表明:随着温度的降低,胞外冰晶首先出现,并且细胞会伴随着较大的刚体位移,之后冰晶逐渐增多,直至将细胞整个包围,这时细胞将不再发生刚体位移。当胞外冰晶不再增长之后,细胞内部会出现冰晶,并且胞内冰晶会从细胞膜附近萌生,然后向细胞核处生长,直至充满整个细胞。其次,本文设计了低温拉伸系统,来研究马铃薯组织在不同环境温度(室温、0℃、-3℃、-5℃、-8℃、-10℃、-15℃、-20℃)下的力学行为,并通过低温显微镜来研究马铃薯细胞在其对应温度下的形态学参数变化。此外,本文还研究马铃薯组织在温度为4℃,相对湿度为65%的环境下,贮存不同天数(新鲜、5天、10天、15天、20天、25天)而产生的力学参数变化和质地参数变化。结果表明:马铃薯组织的弹性模量会随着温度的降低而增大,并且当温度达为-20℃的时候,弹性模量会产生急剧的变化,这是因为当温度为-20℃时,马铃薯组织已经产生冰晶,致使马铃薯组织的弹性模量急剧增加。随着温度的降低,马铃薯组织的破坏应力在增大,而在破坏应力对应处的应变会减小。并且,马铃薯细胞的面积、长度、宽度和周长均会随着温度的降低而减小,但在-20℃时,马铃薯的这些参数会略有增加,这也是因为在-20℃时,马铃薯细胞产生了冰晶,使得细胞边界向外扩散,致使细胞面积增大。但是马铃薯细胞的平面形状和圆度随着温度的降低均无明显的变化,这就说明马铃薯细胞在温度下降的过程中的变形是均匀的。此外,从马铃薯的贮存试验中可以发现,随着贮存时间的增长,马铃薯组织的应力最大值和弹性模量都在减小,这就说明了马铃薯在贮存的过程中力学参数在降低。并且随着贮存时间的增长,马铃薯组织的弹性、硬度、回复性、咀嚼性、黏着性和凝聚性都在降低,这就说明马铃薯组织在贮存过程中质构参数也在降低。那么力学参数和质构参数规律的一致性充分说明,随着贮存时间的增长,马铃薯组织的品质在逐渐降低。最后,为全面了解生物组织在冷冻贮存过程中的变形严重程度,探索降温速率对细胞变形的影响,本文设计了三种不同的降温速率(0.5℃/min,1.2℃/min,2℃/min),来研究在冷冻过程中洋葱表皮细胞的变形与降温速率的关系,并且应用数字图像相关的方法测量细胞的变形,并绘制了整个细胞区域在冷冻前后的变形场。结果表明:细胞的变形和细胞面积的变化在不同的区域是不同的。在细胞的中心区域,细胞的变形和细胞面积的变化往往比较小。此外,随着降温速率的增大,细胞的变形和细胞面积的变化在减小。此结论在评估冷冻后蔬菜的品质方面具有重要的意义。