海藻糖对黄瓜幼苗抗冻性的影响

许 静,饶 旭，李 晶，王殿波

(1.西安文理学院 生物与环境工程学院，陕西 西安 710065; 2.西安市新城区绿化队，陕西 西安 710043；3. 陕西农塔生物数据研究有限公司，陕西 西安 710025)

0 前言

海藻糖最早是在1882年由Wiggers等从黑麦的麦角菌中分离得到一种非还原性双糖，目前发现其广泛存在于真菌、细菌及植物和无脊椎动物体内[1]。在植物体内，海藻糖作为一种典型的细胞应急代谢产物，当细胞处于冷冻、高温、干燥等不良环境时可被大量合成从而起到保护植物的作用[2]，在生存条件适宜时又可被迅速分解。在不同类型、不同程度的不良条件下，海藻糖合成的量不同，所以生物体内的海藻糖含量可作为生物抗逆性水平的重要指标[3]。鉴于海藻糖在抗冻、抗高温、抗干旱、抗盐碱等抗逆性上有重要调控作用，在植物育种中可以高表达海藻糖合成酶基因，有望得到抗旱、抗寒、耐盐等具有抗逆性的新品种。如Garg 等将大肠杆菌海藻糖合成基因OtsA和OtsB构建融合基因并置于胁迫诱导启动子控制下转入水稻中，该转基因水稻在寒冷等非生物胁迫环境下积累的海藻糖是非转基因植株的3～10倍, 且生长状态远好于非转基因水稻[4]。此外，外源施用海藻糖也能提高植物的抗逆性，如谢冬微等研究表明，在低温处理下，外源喷施海藻糖可提高小麦的相对含水量、脯氨酸含量和可溶性糖含量，降低丙二醛含量，缓解低温胁迫的损伤[5]。

黄瓜是重要的大棚养殖蔬菜，一年四季供于餐桌。黄瓜是喜温作物,在春季容易遭受倒春寒引起冻伤,前期低温冷害是影响黄瓜产量和效益降低的主要原因。大棚黄瓜受冷害的袭击,植株生长延缓,轻则减产12%～15%,重则整株死亡,减产达30%以上[6]，所以在生产过程中有必要施用一些抗冻产品对其进行保护。

因此，笔者研究通过测试一种海藻糖产品对黄瓜幼苗的抗冻性能的影响，并检测叶片内三种抗逆相关酶的活性变化，从而了解海藻糖的作用机理，为黄瓜田间生产涉及的防冻措施提供一定的思路和理论依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料与试剂

实验所用黄瓜种子为翠绿品种，购于京东商城。

实验所用海藻糖为海爱佳(ALGAFlex品牌)水剂，用无菌水稀释500倍后喷洒使用。过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)三种酶活性检测试剂盒购于索莱宝科技有限公司，其它试剂均购于国药。

1.2 黄瓜栽种方法及处理方法

购买的黄瓜种子在25℃黑暗条件下发芽后转至花卉营养土上，置于西安文理学院温室内(自然光照， 15～30℃)培养4周，每周浇水2次。所有幼苗分为三组，每组各有9株植物，分别为空白对照组、阴性对照组、海藻糖组,每两周向叶面喷洒海爱佳500倍稀释液(海藻糖组)或无菌水(空白组和阴性对照组)至叶面有滚珠状液滴。

1.3 冷冻处理

将所有植株从温室移至实验室，阴性对照组和海藻糖组幼苗全部置于4℃保鲜柜内模拟冻害处理，空白对照组置于保鲜柜旁(室温，10～20℃)，自然光照培养，期间每日观察叶片萎蔫情况。

1.4 酶的活性检测

冷冻处理第5天用直径2 cm的打孔器在叶片上取样，避开叶脉，每个叶片取4个圆孔，来自三株幼苗的叶片样品混样作为一个重复，每个处理有三个重复。所有样品参照试剂盒使用说明操作检测SOD、CAT和POD三种酶的活性。

1.5 冻害评估

第7天时取出所有植株，摘取所有真叶，并参照苗永美等所述方法对其进行冻伤评级并计算冷冻指数[7]。

1.6 数据处理

所有数据使用Excell和SPSS 20进行分析和表格制作。

2 结果与分析

2.1 海藻糖产品增强了黄瓜幼苗的抗冻性能

冷冻处理5 d 后，阴性对照组黄瓜幼苗叶片开始出现萎蔫现象，冷冻处理7 d后，观察到所有植株均出现不同程度的萎蔫症状，因此结束冷冻处理，取出所有植株。

如图1所示，空白对照组叶片基本都呈无冻害的健康状态，少数叶片出现轻微的萎蔫，可能是由夜间低温或空气干燥引起。而经过冷冻处理的阴性对照组中，大部分叶片都出现了不同级别的冻害症状，说明实验采取的冷冻处理有效，其中，无冻害症状的叶片占比17.5%、1级冻害占62.5%，2级占12.5%，3级和4级占比分别为5%和2.5%。而外源喷洒过海爱佳处理的植株叶片中无冻害症状的叶片占比51.36%、1级和2级各占24.35%和21.26%，3级仅占2.7%，无4级冻害，与阴性对照组呈现显著差异，说明海爱佳提高了黄瓜幼苗的抗冻性。另外，如表1所示，经海爱佳处理的植株冷冻指数明显小于阴性对照组，与上述结论相符。

图1 不同处理下黄瓜幼苗叶片的冻害评估。

表1 各处理下黄瓜幼苗叶片的冷冻指数

2.2 海藻糖产品提高了黄瓜叶片保护性酶的活性

如图2所示，与空白对照相比，阴性对照样品的POD酶活性明显提高，再次说明笔者研究中冷冻处理有效。相比于阴性对照，海爱佳显著提高了黄瓜幼苗叶片的CAT和POD两种酶的活性，但SOD酶活性差异不显著，说明海藻糖作用于CAT和POD，而不是SOD。

图2 不同处理下黄瓜叶片中三种保护性酶的活性

3 讨论

外源施用各种植物防冻产品是目前最主要和最有效的植物防冻方法。在众多防冻产品中，海藻糖产品除了抗冻之外还兼有抗旱、抗盐碱等抗其它逆境的功效，有研究还报道海藻糖可以促进植物的生理生长，因此受到越来越多的关注。笔者研究结果表明外源喷洒海藻糖产品海爱佳可提高黄瓜幼苗的抗冻性，这与文献报道的海藻糖对植物抗冻性的作用一致。

植物体受到冻害时会增加体内CAT、POD和SOD等抗氧化酶的合成，以清除活性氧和丙二醛等，从而防止这些物质对细胞膜造成伤害[8]。SOD主要作用是清除植物体内超氧阴离子转化成过氧化氢，CAT和POD主要清除过氧化氢[9]。Ali等报道外源喷施海藻糖可提高干旱胁迫下玉米的POD和CAT活性[10]。相似地，王迪等报道海藻糖可以提高小麦体CAT活性，降低丙二醛和过氧化氢的含量[11]。因此，笔者研究也测定海爱佳对黄瓜叶片SOD、CAT和POD活性的影响，结果表明海藻糖提高了CAT和POD的活性，与上述研究结果一致。这些结果说明海藻糖产品通过提高CAT和POD两种保护性酶的活性，从而增强了黄瓜幼苗的抗冻性。对黄瓜的田间生产来讲，可在倒春寒来临前，提前几天喷洒海藻糖产品，即可帮助其提高抗冻性，减少冻害带来的产量损失和经济损失。