海藻糖對黃瓜幼苗抗凍性的影響

許 靜,饒 旭，李 晶，王殿波

(1.西安文理學院 生物與環境工程學院，陜西 西安 710065; 2.西安市新城區綠化隊，陜西 西安 710043；3. 陜西農塔生物數據研究有限公司，陜西 西安 710025)

0 前言

海藻糖最早是在1882年由Wiggers等從黑麥的麥角菌中分離得到一種非還原性雙糖，目前發現其廣泛存在于真菌、細菌及植物和無脊椎動物體內[1]。在植物體內，海藻糖作為一種典型的細胞應急代謝產物，當細胞處于冷凍、高溫、干燥等不良環境時可被大量合成從而起到保護植物的作用[2]，在生存條件適宜時又可被迅速分解。在不同類型、不同程度的不良條件下，海藻糖合成的量不同，所以生物體內的海藻糖含量可作為生物抗逆性水平的重要指標[3]。鑒于海藻糖在抗凍、抗高溫、抗干旱、抗鹽堿等抗逆性上有重要調控作用，在植物育種中可以高表達海藻糖合成酶基因，有望得到抗旱、抗寒、耐鹽等具有抗逆性的新品種。如Garg 等將大腸桿菌海藻糖合成基因OtsA和OtsB構建融合基因并置于脅迫誘導啟動子控制下轉入水稻中，該轉基因水稻在寒冷等非生物脅迫環境下積累的海藻糖是非轉基因植株的3～10倍, 且生長狀態遠好于非轉基因水稻[4]。此外，外源施用海藻糖也能提高植物的抗逆性，如謝冬微等研究表明，在低溫處理下，外源噴施海藻糖可提高小麥的相對含水量、脯氨酸含量和可溶性糖含量，降低丙二醛含量，緩解低溫脅迫的損傷[5]。

黃瓜是重要的大棚養殖蔬菜，一年四季供于餐桌。黃瓜是喜溫作物,在春季容易遭受倒春寒引起凍傷,前期低溫冷害是影響黃瓜產量和效益降低的主要原因。大棚黃瓜受冷害的襲擊,植株生長延緩,輕則減產12%～15%,重則整株死亡,減產達30%以上[6]，所以在生產過程中有必要施用一些抗凍產品對其進行保護。

因此，筆者研究通過測試一種海藻糖產品對黃瓜幼苗的抗凍性能的影響，并檢測葉片內三種抗逆相關酶的活性變化，從而了解海藻糖的作用機理，為黃瓜田間生產涉及的防凍措施提供一定的思路和理論依據。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料與試劑

實驗所用黃瓜種子為翠綠品種，購于京東商城。

實驗所用海藻糖為海愛佳(ALGAFlex品牌)水劑，用無菌水稀釋500倍后噴灑使用。過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)三種酶活性檢測試劑盒購于索萊寶科技有限公司，其它試劑均購于國藥。

1.2 黃瓜栽種方法及處理方法

購買的黃瓜種子在25℃黑暗條件下發芽后轉至花卉營養土上，置于西安文理學院溫室內(自然光照， 15～30℃)培養4周，每周澆水2次。所有幼苗分為三組，每組各有9株植物，分別為空白對照組、陰性對照組、海藻糖組,每兩周向葉面噴灑海愛佳500倍稀釋液(海藻糖組)或無菌水(空白組和陰性對照組)至葉面有滾珠狀液滴。

1.3 冷凍處理

將所有植株從溫室移至實驗室，陰性對照組和海藻糖組幼苗全部置于4℃保鮮柜內模擬凍害處理，空白對照組置于保鮮柜旁(室溫，10～20℃)，自然光照培養，期間每日觀察葉片萎蔫情況。

1.4 酶的活性檢測

冷凍處理第5天用直徑2 cm的打孔器在葉片上取樣，避開葉脈，每個葉片取4個圓孔，來自三株幼苗的葉片樣品混樣作為一個重復，每個處理有三個重復。所有樣品參照試劑盒使用說明操作檢測SOD、CAT和POD三種酶的活性。

1.5 凍害評估

第7天時取出所有植株，摘取所有真葉，并參照苗永美等所述方法對其進行凍傷評級并計算冷凍指數[7]。

1.6 數據處理

所有數據使用Excell和SPSS 20進行分析和表格制作。

2 結果與分析

2.1 海藻糖產品增強了黃瓜幼苗的抗凍性能

冷凍處理5 d 后，陰性對照組黃瓜幼苗葉片開始出現萎蔫現象，冷凍處理7 d后，觀察到所有植株均出現不同程度的萎蔫癥狀，因此結束冷凍處理，取出所有植株。

如圖1所示，空白對照組葉片基本都呈無凍害的健康狀態，少數葉片出現輕微的萎蔫，可能是由夜間低溫或空氣干燥引起。而經過冷凍處理的陰性對照組中，大部分葉片都出現了不同級別的凍害癥狀，說明實驗采取的冷凍處理有效，其中，無凍害癥狀的葉片占比17.5%、1級凍害占62.5%，2級占12.5%，3級和4級占比分別為5%和2.5%。而外源噴灑過海愛佳處理的植株葉片中無凍害癥狀的葉片占比51.36%、1級和2級各占24.35%和21.26%，3級僅占2.7%，無4級凍害，與陰性對照組呈現顯著差異，說明海愛佳提高了黃瓜幼苗的抗凍性。另外，如表1所示，經海愛佳處理的植株冷凍指數明顯小于陰性對照組，與上述結論相符。

圖1 不同處理下黃瓜幼苗葉片的凍害評估。

表1 各處理下黃瓜幼苗葉片的冷凍指數

2.2 海藻糖產品提高了黃瓜葉片保護性酶的活性

如圖2所示，與空白對照相比，陰性對照樣品的POD酶活性明顯提高，再次說明筆者研究中冷凍處理有效。相比于陰性對照，海愛佳顯著提高了黃瓜幼苗葉片的CAT和POD兩種酶的活性，但SOD酶活性差異不顯著，說明海藻糖作用于CAT和POD，而不是SOD。

圖2 不同處理下黃瓜葉片中三種保護性酶的活性

3 討論

外源施用各種植物防凍產品是目前最主要和最有效的植物防凍方法。在眾多防凍產品中，海藻糖產品除了抗凍之外還兼有抗旱、抗鹽堿等抗其它逆境的功效，有研究還報道海藻糖可以促進植物的生理生長，因此受到越來越多的關注。筆者研究結果表明外源噴灑海藻糖產品海愛佳可提高黃瓜幼苗的抗凍性，這與文獻報道的海藻糖對植物抗凍性的作用一致。

植物體受到凍害時會增加體內CAT、POD和SOD等抗氧化酶的合成，以清除活性氧和丙二醛等，從而防止這些物質對細胞膜造成傷害[8]。SOD主要作用是清除植物體內超氧陰離子轉化成過氧化氫，CAT和POD主要清除過氧化氫[9]。Ali等報道外源噴施海藻糖可提高干旱脅迫下玉米的POD和CAT活性[10]。相似地，王迪等報道海藻糖可以提高小麥體CAT活性，降低丙二醛和過氧化氫的含量[11]。因此，筆者研究也測定海愛佳對黃瓜葉片SOD、CAT和POD活性的影響，結果表明海藻糖提高了CAT和POD的活性，與上述研究結果一致。這些結果說明海藻糖產品通過提高CAT和POD兩種保護性酶的活性，從而增強了黃瓜幼苗的抗凍性。對黃瓜的田間生產來講，可在倒春寒來臨前，提前幾天噴灑海藻糖產品，即可幫助其提高抗凍性，減少凍害帶來的產量損失和經濟損失。