CN101032222A - 一种通过γ－氨基丁酸诱导提高植物抗盐性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高植物抗盐性的方法。该方法是对植物用浓度为0.1－10mmol·L－1的γ－氨基丁酸进行处理，植物的抗盐性获得提高；所述处理方式选自叶面喷施、浸种、浸根和根际注射中的一种或几种配合使用。本发明具有以下优点：1)可以回避其它提高抗盐性方式有可能对土壤和作物造成的潜在伤害，又由于其信号分子的特征，在诱导提高植物抗盐性的同时，还可诱导提高植物的系统抗逆性；2)适用广泛；3)GABA是一种新型环保物质，对植物生长无毒害作用。本发明将在植物抗盐性的提高及GABA信号和代谢的功能研究中发挥重要作用，会对农业生产产生巨大的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及提高植物抗逆性的方法，特别是涉及一种通过γ-氨基丁酸诱导提高植物抗盐性的方法。
背景技术
γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是一种四碳非蛋白质氨基酸，广泛存在于真核生物和原核生物中。早在1949年，人们就在高等植物马铃薯块茎中鉴定出GABA的存在，并于1883年被人工合成出。在动物体中，GABA是动物中枢神经系统(Central nervous system，CNS)中一种主要的抑制性神经递质(Steward，G.R.Streeter，J.G.et al.(1949)g-Aminobutyric acid：a constituent of the potatotuber？Science 110，439-440；Christensen，H.N.(1994)Special transport andneurological significance of two amino acids in a configuration conventionallydesignated as D，J.Exp.Biol.196，297-305)。在高等植物中的研究发现，GABA与其它的非蛋白质氨基酸分布方式不同，它广泛地存在于植物及植物器官中，正常生长条件下植物GABA的含量为每克鲜重0.03～2μmol(Fougère，F.，Le Rudulier，D.and Streeter，J.G.(1991)Effects of salt stress on amino acid，organic acid，and carbohydrate composition of roots，bacteroids，and cytosol of alfalfa(Medicago sativa L.)，Plant Physiol.96，1228-1236)，其含量远远超过其它蛋白质氨基酸。在胁迫条件下，包括冷刺激、热胁迫、机械刺激及机械损伤、低氧、盐胁迫和干旱等均会引起GABA的迅速大量积累，GABA在逆境条件下的积累机制及其生理作用越来越引起人们的关注(Pérez-Alfocea，F.(1994)NaCl stress-inducedorganic solute changes on leaves and calli of Lycopersicon esculentum，L.pennelli and their interspecific hybrid，J.Plant Physiol.143，106-111；Satyanarayan，V.and Nair，P.M.(1990)Metabolism，enzymology and possibleroles of 4-aminobutyrate in higher plants，Phytochemistry 29，367-375)。
在植物和哺乳动物中GABA的代谢是通过GABA支路(GABA Shunt)来完成的。其代谢过程为：L-谷氨酸在L-谷氨酸脱羧酶(Glutamate decarboxylase，GAD)催化下经脱羧产生GABA；GABA再在GABA转氨酶(GABA transaminase，GABA-T)的催化下与丙酮酸发生转氨作用生成琥珀酸半醛和丙氨酸；最后琥珀酸半醛在琥珀酸半醛脱氢酶(Succinic semialdehyde dehydrogenase，SSADH)的作用下氧化生成琥珀酸后进入三羧酸循环(Krebs Circle)。这样从α-酮戊二酸经过谷氨酸、GABA、琥珀酸半醛生成琥珀酸的代谢途径就构成了三羧酸循环的一条侧支，称为GABA支路(GABAShunt)。GABA支路及其与其它代谢途径的关系如图1所示(TCA cycle：三羧酸循环；GABA：γ-氨基丁酸；α-KG：α-酮戊二酸；SSADH：琥珀酸半醛脱氢酶；SSA：琥珀酸半醛；GABAT-T：GABA转氨酶；GAD：谷氨酸脱羧酶)(Bouche N，FrommH.(2004)GABA in plants：just a metabolite？Trends in Plant Science.9(3)：110-115)。
研究表明，GABA在植物体内并不仅仅作为一种代谢物质，也可作为一种信号分子，参与植物生长发育的调控以及对逆境的响应。Palanivelu等发现在拟南芥花的雌性组织中，沿花粉管生长路径形成GABA的浓度梯度，即花粉柱头处GABA含量最低，胚珠的珠孔处GABA含量最高；同时，用不同浓度的GABA处理拟南芥花粉，在低浓度时则促进花粉管的生长，高浓度时则抑制其生长(Palanivelu R et al.(2003).Pollen tubegrowth and guidance is regulated by POP2，an Arabidopsis gene that controlsGABA levels.Cell，114：47-59)，表明GABA可以作为一种信号分子引导花粉管定向生长。GABA的积累和运输是胞间信号转导途径的一部分，可以对植物的生长和发育起到一定的调控作用。研究表明，机械刺激可引起胞内钙和GABA含量的迅速增加，进而抑制茎的伸长(颜启传，毕辛华.国际种子检验规程[J].农业出版社.1985)，这种作用机制类似于动物体内GABA作为抑制性神经递质存在一样。GABA作为一种信号分子可能与乙烯信号转导途径发生一些交叉对话(cross talk)(Rones RS，Mitchell CA.(1989).Calcium ion movement in growth inhibition of mechanically stressedsoybean(Glycine max)seedings.Plant Physiol，76：598-602)。冷害、热刺激、盐、缺氧、干旱和机械刺激等几乎所有可以引起植物体中GABA含量增加的逆境条件都可以促进乙烯合成。
尽管GABA支路在真核和原核生物是一个保守的途径，并且在哺乳动物中作为一种神经递质起作用，但是在植物中的研究仍然很不清楚，越来越多的证据表明GABA在植物的发育、代谢、逆境的响应等过程中起到重要作用。GABA可能与谷氨酸、蔗糖和脯氨酸等代谢物质一样，既可作为一个信号分子，又可作为一种代谢物质起到双重作用。
盐胁迫对植物的伤害，在很大程度上是通过破坏生物膜的生理功能引起的(Ashraf M.(1987)Selection and heritability of tolerance to sodium chloridein four forage species.Crop Sci 27：232-234)。植物细胞的膜系统是盐害的原初部位和主要部位。盐胁迫导致膜损伤，进而导致电解质和有机质大量外渗(赵可夫.Ca对小麦幼苗降低盐害效应的研究[J].植物学报.1993：35(1)：52-54；衣海清.氯化澜对大豆叶片膜脂过氧化作用的影响[J].植物生理学报，1991：2(1)：18-20；LevitJ.(1998)Responses of plant to environmrntal stress.Planta：375-393)，而生物膜的过氧化作用是引起膜结构和功能破坏的重要原因；其次，质膜透性也是检测膜过氧化程度的一个公认指标。SOD、CAT和APX作为植物内源的活性氧清除剂，它们只有在逆境中维持较高的活性，才能有效清除活性氧并使之保持较低水平，从而减少其对膜结构和功能的破坏，做好第一道防御工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高植物抗盐性的方法。
为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
用浓度为0.1-10mmol·L-1的γ-氨基丁酸(GABA)对植物进行处理，使植物的抗盐性获得提高；所述处理方式选自叶面喷施、浸种、浸根和根际注射等中的一种或几种配合使用。
在上述方法中，为获得更好的抗盐效果，所述对植物进行处理的时期优选为种子萌发期和幼苗期。
所述γ-氨基丁酸的处理浓度可根据植物品种、植物的生长期及盐胁迫程度进行调整，如种子萌发期γ-氨基丁酸的处理浓度优选为0.1-1mmol·L-1，幼苗期γ-氨基丁酸的处理浓度优选为10mmol·L-1；玉米的γ-氨基丁酸处理浓度优选为1-5mmol·L-1，黄瓜的γ-氨基丁酸处理浓度优选为0.1-1mmol·L-1，油菜的γ-氨基丁酸处理浓度优选为0.1-1mmol·L-1；在100mmol·L-1NaCl胁迫下，10mmol·L-1GABA的缓解效果最佳。
本发明的方法对双子叶植物和单子叶植物均适用，所述双子叶植物包括甘蓝、白菜、油菜、莴苣、黄瓜、番茄、杨树、苜宿、烟草、棉花、大豆、桉树、马铃薯和牧草等，所述单子叶植物包括水稻、玉米、小麦、大麦、高梁、谷子和草坪草等。
本发明提供了一种提高植物抗盐性的方法。该方法是将外源物质γ-氨基丁酸(GABA)通过叶面喷施、浸种或根际注射等方式对植物进行诱导处理。在临界盐浓度下，用外源GABA对四种作物番茄(中杂105)、玉米(农大108)，黄瓜(中农14号)和油菜(京油一号)的种子进行处理后，种子萌发的数量、速度(油菜除外)和质量均得到提高，并对盐胁迫下的根伸长有一定的促进作用，且GABA能够提高盐分胁迫条件下番茄幼苗的过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)的活性，并可作为渗透调节物质降低细胞质膜的透性，证明GABA对盐害具有缓解作用，并使植物的抗盐性获得提高。因而，可以初步判定外源GABA对植物幼苗的抗盐性诱导作用至少来自以下两方面：一是提高盐胁迫下植物幼苗体内SOD、CAT和APX保护酶系统活性，增强植株对活性氧的清除能力，并缓解由此引发的一系列不良反应；二是作为渗透调节物质，使细胞组织保持生命活动所必需的膨压，进而增强植物幼苗对盐胁迫环境的适应能力。本发明的方法具有以下优点：1)可以回避其它提高抗盐性方式有可能对土壤和作物造成的潜在伤害，又由于其信号分子的特征，在诱导提高植物抗盐性的同时，还可诱导提高植物的系统抗逆性；2)由于GABA在高等植物植物中普遍存在，因而本发明的方法适用广泛，对叶菜类蔬菜如甘蓝、白菜、油菜和莴苣等，禾本科作物如水稻、小麦和玉米等，以及其它蔬菜粮食作物都会有不同程度的诱导效果；3)GABA是一种新型环保物质，对植物生长无毒害作用。本发明将在植物抗盐性的提高及GABA信号和代谢的功能研究中发挥重要作用，会对农业生产产生巨大的经济效益和社会效益。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为GABA支路及其与其它代谢途径的关系的示意图
图2为在不同浓度NaCl胁迫处理下番茄种子发芽率的变化曲线
图3为经不同浓度NaCl处理12天番茄种子发芽率的统计结果
图4为在100mmol·L-1NaCl胁迫下经不同浓度外源GABA处理后番茄种子发芽率的变化曲线
图5为在100mmol·L-1NaCl胁迫下经不同浓度外源GABA处理后番茄种子最终发芽率的统计结果
图6为不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片细胞质膜透性影响的检测结果
图7A为不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片SOD酶活性影响的检测结果
图7B为不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片CAT酶活性影响的检测结果
图7C为不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片APX酶活性影响的检测结果
图8为GABA3对盐胁迫下番茄幼苗脯氨酸含量影响的检测结果
图9为不同浓度NaCl胁迫及150mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA对玉米幼苗的生长情况
图10为不同浓度NaCl胁迫及150mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA对玉米幼根的生长情况
图11A为不同浓度NaCl胁迫及75mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA处理6天后黄瓜种子的发芽情况
图11B为不同浓度NaCl胁迫及75mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA处理9天后黄瓜种子的发芽情况
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法，所述百分比浓度如无特别说明均为质量/体积(W/V)或体积/体积(V/V)百分比浓度。
实施例1、检测不同浓度外源GABA对番茄种子萌发及幼苗生长的影响
本实施例所用番茄品种均为中杂105(Lycopersicon esculentum Mill cv.Zhongza 105)，购自中蔬种子公司；所用GABA购自sigma公司(纯度99.99％)。
一、检测不同浓度外源GABA对番茄种子萌发的影响
1、不同浓度的NaCl胁迫对番茄种子萌发发芽指数及活力指数的影响
将番茄种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后，分别用浓度为0(对照)、25、50、75、100、125和150mmol·L-1的NaCl溶液(蒸馏水配制)进行处理，在每个9cm培养皿中放置50粒种子，每个培养皿中加5mL处理液，黑暗处理，每个处理设3个重复，每个重复50粒种子。以根长0.2cm作为发芽标志，每天定时观察，补充处理液以保持体积不变，并记录种子发芽数，分别计算1、2、4、6、8、10天的发芽率，计算种子发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数(计算方法依据《国际种子检验规程》(Kinnersley AM，Lin F.(2000).Receptor modifiers indicate that，4-aminobutyric acid(GABA)is a potential modulator of ion transport in plants.Plant Growth Regul，32：65-76))。发芽期间，保持各处理浓度相对稳定。其中，发芽指数及活力指数的计算公式如下：
发芽指数：Gi＝∑Gt/Dt；活力指数：VI＝Gi×H
其中，Gt：第t天的发芽种子数；Dt：相应的天数。
对结果数据用SPSS 13.0 EXCEL2003软件进行分析，所有数据重复计算3次，取3次结果计算平均值和标准误，并用Duncan’s multiple range进行差异显著性分析。
经不同浓度NaCl胁迫处理后番茄种子发芽率的变化曲线如图2所示，经0mmol·L-1(对照)NaCl与25mmol·L-1NaCl处理的种子均从第1天开始发芽，到第2天基本停止发芽，总发芽率分别为97％与98％。50mmol·L-1和75mmol·L-1NaCl处理对番茄种子萌发的影响主要表现为推迟发芽时间，但对发芽率的影响不是很显著。随着NaCl浓度的进一步提高，番茄种子的发芽率和相对发芽率明显降低。当NaCl浓度达到150mmol·L-1时，番茄种子的发芽率急剧下降，几乎为0。处理后第12天番茄种子发芽率的统计结果如图3所示(不同字母表示差异显著，p＜0.05)，可以看出，经100mmol·L-1NaCl处理后，番茄种子的萌发时间不仅延迟且受较大程度的抑制，统计结果分析为极显著水平。因此，下述实验中用该浓度来检测在盐胁迫下GABA对番茄种子萌发的影响。
2、检测不同浓度外源GABA对盐胁迫下番茄种子萌发的影响
盐胁迫下种子萌发情况是评价植物耐盐性的一个重要方面(Kinnersley AM，LinF.(2000).Receptor modifiers indicate that，4-aminobutyric acid(GABA)isa potential modulator of ion transport in plants.Plant Growth Regul，32：65-76)，用下述实验检测不同浓度外源GABA对100mmol·L-1NaCl盐胁迫下番茄种子萌发的影响，方法为：将番茄种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后，分别在100mmol·L-1NaCl胁迫下用下述不同浓度GABA进行处理：
0mmol·L-1NaCl+0mmol·L-1GABA(对照，CK)；
100mmol·L-1NaCl(阴性对照)；
100mmol·L-1NaCl+0.1mmol·L-1GABA(GABA1)；
100mmol·L-1NaCl+1mmol·L-1GABA(GABA2)；
100mmol·L-1NaCl+10mmol·L-1GABA(GABA3)；
100mmol·L-1NaCl+20mmol·L-1GABA(GABA4)。
在每个9cm培养皿中放置50粒种子，每个培养皿中加5mL处理液，黑暗处理，每个处理设3个重复，每个重复50粒种子。以根长0.2cm作为发芽标志，每天定时观察，补充处理液以保持体积不变，并记录种子发芽数，分别计算1、2、4、6、8、10天的发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数。发芽期间，保持各处理浓度相对稳定。用与步骤1相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
在100mmol·L-1NaCl胁迫下经不同浓度外源GABA处理后番茄种子发芽率的变化曲线如图4所示，可以看出，在盐分(100mmol·L-1NaCl)胁迫下，番茄种子的萌发受到抑制，4天后才开始大量萌发且发芽率仅为58％，而经不同浓度的外源GABA处理后种子的发芽率均可得到提高。在100mmol·L-1NaCl胁迫下经不同浓度外源GABA处理10天后番茄种子最终的发芽率统计结果如图5所示，种子最终的发芽率分别为85％(GABA1)、80％(GABA2)、77％(GABA3)和76％(GABA4)，且GABA1和GABA2组种子开始萌发的时间较盐胁迫提前。上述实验结果表明，当GABA的浓度为0.1-1mmol·L-1时，对盐分胁迫导致萌发抑制的缓解效果最好。
GABA处理对盐分胁迫下番茄种子发芽指数、活力指数的影响
在100mmol·L-1NaCl胁迫下经不同浓度外源GABA处理后番茄种子发芽指数与活力指数的统计结果如表1所示(同一列数据中不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐分胁迫(100mmol·L-1NaCl)下，番茄种子的发芽指数与活力指数均大幅度下降，在100mmol.L-1NaCl胁迫下发芽指数和活力指数分别为对照的59.5％、32.45％；经0.1、1、10、50mmol·L-1GABA处理后发芽指数分别为对照的81.7％、79.07％、66.29％、66.92％，活力指数分别为对照的85.1％、77.15％、63.91％、50.66％。各GABA处理组结果与对照比，差异均达到极显著水平。上述实验结果表明GABA可显著提高植物对盐胁迫的抗性，表现之一为萌发率得到显著提高。
表1 GABA处理对盐分胁迫下番茄种子发芽指数及活力指数的影响
| 处理 | 发芽指数 | 活力指数 | |
| NaCl浓度(mmol·L-1) | GABA浓度(mmol·L-1) | ||
| 0100100100100100 | 000.111050 | 7.98a4.75d6.52b6.31b5.29c5.34c | 3.02a0.98d2.57b2.33b1.93bc1.53c |
二、检测不同浓度外源GABA对番茄幼苗生长的影响
1、NaCl胁迫对番茄幼苗生长的影响
株高和茎粗是反映幼苗质量的重要指标，其中，株高是反映幼苗质量的参考指标，茎粗是反映幼苗质量的稳定性指标，可在某种程度上反映幼苗的质量变化。在正常栽培条件下，番茄植株株高随生育期的发展而迅速增加，生长前期增加较快，后期生长缓慢下来。幼苗干重是光合产物的积累数量，可以反映光合作用的强弱，只有在苗期积累一定数量的干物质，才能为以后的生长发育奠定物质基础。用下述方法检测不同浓度NaCl胁迫对番茄幼苗生长的影响：将番茄种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后冲洗，然后浸种24h，催芽后播于装有蛭石的育苗盆中，用1/2Hoagland培养液(营养液配方如表2所示)培养至三叶期，对三叶期番茄分别在0(对照)、25、50、75、100、125、150mmol·L-1NaCl下胁迫处理20天，然后对其生物学指标(株高、茎粗、地上干重、地下干重)进行调查，用与步骤一相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
表2 1/2Hoagland营养液配方
| 大量元素营养液 | 微量元素营养液 | ||
| 盐类 | 浓度(1×10-3mol·L-1) | 盐类 | 浓度(1×10-6mol·L-1) |
| Ca(NO3)2·4H2OK2SO4KClKH2PO4MgSO4·7H2O | 2.00.750.10.250.65 | H3BO3MnSO4·H2OZnSO4·7H2OCuSO4·5H2O(NH4)Mo2O4·4H2OFe-EDTA | 1110.15×10-3100 |
各组的生物学指标统计结果如表3所示(同一列数据中不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在25mmol·L-1NaCl胁迫下，番茄幼苗的株高、茎粗和地上、地下部分干重均较对照有不同程度的提高，分别为对照的104％、104％、104％、109％；而用50mmol·L-1NaCl以上浓度进行处理，除株高较对照有102.4％提高以外，其余生物学指标都随着盐胁迫浓度的提高而降低，且在100mmol·L-1NaCl处理时，各生物学指标均较对照在5％水平上差异显著。上述实验结果表明，在高盐度胁迫下植株生长受到强烈抑制，且在100mmol·L-1NaCl处理下各生物学指标差异显著。将100mmol·L-1NaCl定为实验中番茄对盐耐受力的敏感界限。
表3 盐分胁迫对番茄幼苗生长影响的生物学指标统计结果
| NaCl处理 | 株高(cm) | 茎粗(cm) | 地上干重(g/3株) | 地下干重(g/3株) |
| 0mM25mM50mM75mM100mM125mM150mM | 8.59a8.9a8.8a7.99b6.57c5.81cd5.21d | 0.320a0.333a0.317ab0.301ab0.279b0.206c0.194c | 0.119ab0.124a0.105ab0.099b0.088bc0.078c0.068d | 0.115ab0.124a0.105ab0.101b0.073c0.063d0.055e |
2、不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片细胞质膜透性的影响
用下述实验检测不同浓度外源GABA对NaCl胁迫(100mmol·L-1)下番茄叶片细胞质膜透性的影响，方法为：将番茄种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后冲洗，然后浸种24h，催芽后播于装有蛭石的育苗盆中，用1/2Hoagland培养液培养至三叶期，再转入含以下不同浓度GABA的1/2 Hoagland营养液中：
对照(CK)：0mmol·L-1NaCl+0mmol·L-1GABA；
NaCl(阴性对照)：(100mmol·L-1NaCl)；
NaCl+GABA(GABA1)(100mmol·L-1NaCl+0.1mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA2)(100mmol·L-1NaCl+1mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA3)(100mmol·L-1NaCl+10mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA4)(100mmol·L-1NaCl+50mmol·L-1GABA)。
每处理重复3次，用稀H2SO4调pH至6.5±0.3。实验期间，每3天调一次pH值，6天更换一次营养液，白天气温27±3℃，夜间19±3℃。用与步骤一相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
实验结果如图6所示(纵坐标表示相对电导率，不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐胁迫(100mmol·L-1NaCl，阴性对照)下，相对电导率较对照组(CK)显著升高，表明番茄叶片的细胞质膜透性明显增加，电解质大量外渗，较对照达到极显著水平。经不同浓度GABA处理后相对电导率均降低，统计分析结果表明较阴性对照组达极显著差异，其中以GABA3组，即经10mmol·L-1GABA处理后效果最佳。上述实验结果说明外源GABA处理可使植物细胞膜的离子渗透减少，保护了细胞膜结构的完整性。
3、不同浓度外源GABA对NaCl胁迫下番茄叶片抗氧化酶活性的影响
超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)是植物体内活性氧清除系统中酶促系统的重要保护酶。其中，SOD是清除超氧自由基最重要的一种酶，催化O2 -.歧化反应生成H2O2，其活性被作为抗逆性的重要指标(AshrafM.(1987)Selection and heritability of tolerance to sodium chloride in fourforage species.Crop Sci 27：232-234)。用与步骤2相同的方法对培养至三叶期的番茄幼苗在NaCl胁迫(100mmol·L-1)下用不同浓度外源GABA进行处理，并分别于第7、14天检测经处理植株叶片中的SOD酶、CAT酶和APX酶含量。用与步骤一相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
SOD酶含量检测结果如图7A所示(不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐胁迫(100mmol·L-1NaCl，阴性对照)下，经处理7d，14d后番茄幼苗叶片的SOD酶活性较较对照组(CK)显著降低，且随着时间的延长降低量有增加的趋势，但经不同浓度GABA处理后SOD酶活性的降低均得到有效抑制，尤其是GABA3处理组(10mmol·L-1GABA处理)，SOD酶活性有随胁迫时间延长而增加的趋势，表明GABA能有效提高SOD酶的活性，减少了活性氧物质的积累，从而降低植物细胞内活性氧自由基对脂膜和膜质过氧化作用水平的伤害，维持了细胞膜的稳定性和完整性。
CAT酶含量检测结果如图7B所示(不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐胁迫(100mmol·L-1NaCl，阴性对照)下，番茄幼苗叶片中的CAT酶活性较对照组(CK)显著降低，但经不同浓度GABA处理后其下降的趋势得到抑制，但GABA4组处理水平则对CAT酶活性的影响较小，基本与阴性对照组(100mmol·L-1NaCl)处于同一水平。
APX酶含量检测结果如图7C所示(不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐胁迫(100mmol·L-1NaCl，阴性对照)下，番茄幼苗叶片中的APX酶活性较对照组(CK)显著降低，但经不同浓度GABA处理后其下降的趋势得到抑制，其中，经不同浓度GABA处理一周后，GABA1、GABA2、GABA3和GABA4组的APX酶含量分别为NaCl处理组(阴性对照)的224％、190％、189％和159％。GABA1处理组的APX酶含量甚至高于对照组水平，GABA2和GABA3处理组的APX酶含量基本达到对照组水平。上述实验结果表明不同浓度GABA均可缓解盐胁迫对APX活性的降低。
4、外源GABA对盐胁迫下番茄叶片脯氨酸含量的影响
盐胁迫下，细胞内的正常代谢受到干扰，使之趋于向积累渗透溶质的方向转变。脯氨酸是一类重要的渗透调节物质，其含量的增加对提高逆境条件下植物细胞液浓度、降低细胞水势和增强吸水功能等均起到重要的促进作用。用与步骤2相同的方法对培养至三叶期的番茄幼苗在NaCl胁迫(100mmol·L-1)下用浓度为10mmol·L-1的外源GABA(即GABA3组)进行处理，并分别于处理后第4、16、28、54小时检测经处理植株叶片中的脯氨酸含量。用与步骤一相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
脯氨酸含量检测结果如图8所示(不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在正常条件下，番茄叶片脯氨酸含量无明显变化；而在盐胁迫(100mmol·L-1NaCl，阴性对照)下，脯氨酸含量呈现先升高后降低的趋势；外源10mmol·L-1GABA处理下脯氨酸含量与NaCl处理组(阴性对照)相反，呈现先微下降后上升的趋势，处理52小时后基本与对照组处于同一水平。上述检测结果表明，GABA可作为一种渗透调节物质代替脯氨酸发挥渗透调节功能，从而为缓解盐害做贡献。
实施例2、检测不同浓度外源GABA对玉米种子萌发及幼苗生长的影响
本实施例所用玉米(Zea mays L)品种均为农大108，购自中国农科院玉米良种中心；所用GABA购自sigma公司(纯度99.99％)。
用下述实验检测不同浓度NaCl胁迫及150mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA对玉米种子萌发及幼苗生长的影响，方法为：将玉米种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后，在25℃黑暗下浸种12小时，换水1次，继续浸种12小时，然后将水倒掉，将种子放入垫有湿润吸水纸的培养皿中，在每个9cm培养皿中放置50粒种子，在25℃下催芽，同时，每个培养皿中加5mL处理液，黑暗处理，每个处理设5个重复，每个重复50粒种子，处理方案如下(均用蒸馏水配制)：
NaCl：0(对照，CK)、50、100、150、200mmol·L-1NaCl溶液；
NaCl+GABA(GABA1)(150mmol·L-1NaCl+1mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA2)(150mmol·L-1NaCl+5mmol·L-1GABA)。
以根长0.2cm作为发芽标志，每天定时观察，补充处理液以保持体积不变，并记录种子发芽数，分别计算3、6、9天的发芽率，计算种子发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数。发芽期间，保持各处理浓度相对稳定。用与实施例1相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
各个处理组玉米种子发芽率的统计结果如表4所示(同一列数据中不同字母表示差异显著，p＜0.05)，在盐分(＞50mmol·L-1NaCl)胁迫下，玉米种子的萌发受到抑制，发芽率延迟，而且在200mmol·L-1NaCl胁迫下种子受毒害程度最大，不萌发。但是，在盐分(150mmol·L-1NaCl)胁迫下，经外源不同浓度的GABA处理后，种子的发芽率均得到显著提高，表明GABA可提高植物种子的抗盐性。
表4 不同处理组玉米种子发芽率的统计结果(％)
| 处理 | 3d | 6d | 9d |
| 0mmol·L-1NaCl50mmol·L-1NaCl100mmol·L-1NaCl150mmol·L-1NaCl200mmol·L-1NaClGABA1GABA2 | 92a90a43b3d0d22c20c | 96a94a56b6d0d28c46c | 98a94a69b34d0d50c56c |
经上述处理9天后，玉米幼苗的生长情况如图9所示，可以看出，盐胁迫对玉米幼苗地上部分的生长有显著的抑制作用，但经不同浓度外源GABA处理后，盐胁迫对玉米幼苗生长的抑制作用均得到显著缓解，表明GABA可提高植物的抗盐性。
根是植物体与盐渍土壤相接触的器官，也是大量盐份流入植物体的部位，盐胁迫抑制根的生长表现在根生长受抑制，生长时间延迟。经上述处理6天后，玉米幼苗根的生长情况如图10所示(从左至右依次为：200mmol·L-1NaCl、150mmol·L-1NaCl、100mmol·L-1NaCl、GABA1、GABA2、50mmol·L-1NaCl、0mmol·L-1NaCl(CK)处理组的幼根)，根长及相对抑制率统计结果如表5所示，在100mmol·L-1NaCl胁迫下，根生长的相对抑制率为44％，经1、5mmol·L-1外源GABA处理后的相对抑制率分别为57％和61％，说明GABA可以提高盐胁迫下玉米的根长，对盐害具有缓解作用。
表5 不同处理组玉米幼根的根长和相对抑制率统计结果(处理6天后)
| 处理 | 根长(cm) | 相对抑制率(％) |
| 0mmol·L-1NaCl50mmol·L-1NaCl100mmol·L-1NaCl150mmol·L-1NaCl200mmol·L-1NaClGABA1GABA2 | 6.9±2.94.6±1.62.0±1.70.5±0.202.9±2.53.8±1.3 | 71441005761 |
实施例3、检测不同浓度外源GABA对黄瓜种子萌发的影响
本实施例所用黄瓜(cucumis sativus L)品种均为中农14号，购自中蔬种子公司；所用GABA购自sigma公司(纯度99.99％)。
用下述实验检测不同浓度NaCl胁迫及75mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA对黄瓜种子萌发的影响，方法为：将黄瓜种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后，将种子放入垫有湿润吸水纸的培养皿中，在每个9cm培养皿中放置20粒种子，在25℃±1℃下催芽，同时，每个培养皿中加5mL处理液，黑暗处理，每个处理设5个重复，每个重复20粒种子，处理方案如下(均用蒸馏水配制)：
NaCl：0(对照，CK)、75mmol·L-1NaCl溶液；
NaCl+GABA(GABA1)(75mmol·L-1NaCl+0.1mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA2)(75mmol·L-1NaCl+1mmol·L-1GABA)。
以根长0.2cm作为发芽标志，每天定时观察，补充处理液以保持体积不变，并记录种子发芽数，分别计算3、6、9天的发芽率，计算种子发芽率、相对发芽率、发芽指数和活力指数。发芽期间，保持各处理浓度相对稳定。用与实施例1相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
各个处理组黄瓜种子发芽率的统计结果如表6所示(同一列数据中不同字母表示差异显著，p＜0.05)，可以看出，在75mmol·L-1NaCl胁迫下，种子的发芽率显著下降；但是，经外源GABA处理后黄瓜种子的发芽率得到显著提高，且以GABA1即0.1mmol·L-1GABA浓度下的缓解效应最好，经GABA处理后第3、6、9天的发芽率分别为盐胁迫下的166.67％、200％、225％。分别经上述处理6、9天后，黄瓜种子的发芽情况如图11A(处理6天)和图11B(处理9天，每两株为一个处理)所示，由图中可以看出，盐胁迫抑制根的伸长，但经外源GABA处理后这一抑制作用可得到明显缓解，根长基本达到了对照水平，且以GABA2即1mmol·L-1GABA浓度下的缓解效应最好，根长甚至超过了对照水平。
表6 不同处理组黄瓜种子发芽率的统计结果
| 处理 | 发芽率(％) | ||
| 3天 | 6天 | 9天 | |
| CKNaClGABA1GABA2 | 4261011 | 78183625 | 89327259 |
实施例4、检测不同浓度外源GABA对油菜种子萌发的影响
本实施例所用油菜(Brassica napus L.)品种均为京油一号，购自中蔬种子公司；所用GABA购自sigma公司(纯度99.99％)。
用下述实验检测不同浓度NaCl胁迫及100mmol·L-1NaCl胁迫下不同浓度外源GABA对油菜种子萌发的影响，方法为：将油菜种子用70％酒精消毒30s，10％次氯酸钠消毒10min后，将种子放入垫有湿润吸水纸的培养皿中，在每个9cm培养皿中放置50粒种子，在25℃±1℃下催芽，同时，每个培养皿中加5mL处理液，黑暗处理，每个处理设3个重复，每个重复20粒种子，处理方案如下(均用蒸馏水配制)：
NaCl：0(对照，CK)、50、100、150mmol·L-1NaCl溶液；
NaCl+GABA(GABA1)(100mmol·L-1NaCl+0.1mmol·L-1GABA)；
NaCl+GABA(GABA2)(100mmol·L-1NaCl+1mmol·L-1GABA)。
以根长0.2cm作为发芽标志，每天定时观察，补充处理液以保持体积不变，并记录种子发芽数，分别计算2、4、6天的发芽率，计算种子发芽率、发芽指数和平均发芽速度。其中，平均发芽速度的计算公式如下：
平均发芽速度＝∑(D×N)/∑N，其中，D：从种子处理开始算的天数；N：相应各天的发芽粒数。
发芽期间，保持各处理浓度相对稳定。用与实施例1相同的方法对结果数据进行差异显著性分析。
经上述处理9天后，各个处理组油菜种子发芽率、发芽指数和平均发芽速度的统计结果如表7所示(同一列数据中不同字母表示差异显著，p＜0.05)，与对照比，盐胁迫降低了种子的萌发率，且随着盐浓度的提高，种子萌发的受抑制程度也增加，在100mmol·L-1NaCl胁迫下，施入外源不同浓度GABA后种子的发芽率和发芽指数均在得到显著提高，较盐胁迫下达到显著水平。供试种子发芽所需的平均时间(天)又称平均发芽速度是衡量种子发芽快慢的一个指标。平均发芽速度的数值小，表示该批种子发芽速度大，发芽能力较好。上述实验结果表明，外源GABA提高了盐胁迫下油菜种子的最终发芽率，但对发芽速度几乎没有影响。
表7 不同处理组油菜种子发芽率、发芽指数和平均发芽速度的统计结果
| 处理 | 发芽率(％) | 发芽指数 | 平均发芽速度(天) |
| 150mmol·L-1NaCl100mmol·L-1NaCl50mmol·L-1NaCl0mmol·L-1NaCl(CK)GABA1GABA2 | 26b43c85a92a60b58b | 6.9d12.9c19.6b26.9a15.9bc17.8bc | 5.1a4.0b2.9c2.1c3.9b4.1b |
Claims (6)
1、一种提高植物抗盐性的方法，是对植物用浓度为0.1-10mmol·L-1的γ-氨基丁酸进行处理，使植物的抗盐性获得提高；所述处理方式选自叶面喷施、浸种、浸根和根际注射中的一种或几种配合使用。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述对植物进行处理的时期为种子萌发期和幼苗期。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述种子萌发期γ-氨基丁酸的处理浓度为0.1-1mmol·L-1；幼苗期γ-氨基丁酸的处理浓度为10mmol·L-1。
4、根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于：所述植物包括双子叶植物和单子叶植物。
5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述双子叶植物包括甘蓝、白菜、油菜、莴苣、黄瓜、番茄、杨树、苜宿、烟草、棉花、大豆、桉树、马铃薯和牧草；所述单子叶植物包括水稻、玉米、小麦、大麦、高梁、谷子和草坪草。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述玉米的γ-氨基丁酸处理浓度为1-5mmol·L-1，黄瓜的γ-氨基丁酸处理浓度为0.1-1mmol·L-1，油菜的γ-氨基丁酸处理浓度为0.1-1mmol·L-1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |