GABA对不同盐浓度下小麦萌发的影响
2022-06-09
摘要：不同浓度NaCl和GABA处理不同品系的小麦种子，然后记录其萌发相关的生理数据。结果表明，在轻度盐胁迫下，一定浓度的GABA能提高不同品系小麦对盐的抗性。
关键词：NaCl；γ-氨基丁酸；盐胁迫；抗性
EffectofGABAonGerminationofWheatinDifferentConcentrationofSalt
HELi-long,SHANZhong-ying,GAONa-na,GUOShang-jing
(LifescienceschoolLiaochenguniversity,Liaocheng,Shandong250029,China)
Ａｂｓｔｒａｃｔ:DifferentstrainsofwheatseedweredealedwithNaClandGABAofdifferentconcentrationsandthenthephysiologicaldatarelatedwererecorded.Theresultsshowedthatundermildsaltstress,differentstrainsofwheatdealingwithacertainconcentrationofGABAcouldimproveresistancetosalt.
Keywords:NaCl；GABA；saltstress；resistance
土壤盐渍化是作物生产中常遇到的自然逆境。据不完全统计，全世界共有3.8亿hm2不同程度的盐渍化土壤，中国有盐渍化和次生盐渍化土地4000万hm2以上[1]，严重影响粮食产量，成为限制农业发展的主要因素。随着人口增长和可利用耕地面积日益减少，开发利用盐碱荒地，使之发挥出生产上的巨大潜力是一个重要课题。人们在研究过程中，发现外源γ-氨基丁酸（γ-GABA）在一定程度上可以提高植物的耐盐性。
GABA是广泛存在于从细菌到高等植物的一种四碳非蛋白质氨基酸，由于它在动物的大脑中含量很高，并且在动物信号转导中起着重要的作用，大部分研究主要都集中于动物身上。近几年，由于GABA在植物中广泛存在,它在植物中的作用也逐渐被人们关注。早在1949年,人们就在高等植物土豆块茎中鉴定出GABA的存在[2]，随后的研究发现,与其他的非蛋白质氨基酸在高等植物中的分布方式不同,它广泛地存在于各种植物中以及植物的各个部分中。虽然在植物中含量很低，但是在逆境胁迫下会有大量GABA积累。最近人们以拟南芥功能基因组为工具对GABA进行了更深入的研究,发现GABA不仅可以作为一种信号分子,而且在植物胁迫状态下起着重要的作用。有研究表明，玉米在盐胁迫时大量积累GABA，一定浓度的GABA对盐胁迫起拮抗作用[3]。植物在种子萌发期及幼苗期耐盐性最差，其次是生殖期，而在其他发育阶段对盐胁迫相对不敏感[4]。
小麦是我国的重要农作物，由于工业污染和人为因素造成的盐碱地严重影响了小麦产量，研究小麦品种耐盐性对小麦育种和提高小麦产量有着重要作用。但是，GABA对小麦抗盐性的研究还不多。本试验选取野生、耐盐、不耐盐3个品系的小麦种子为试材，研究在不同盐浓度下，不同浓度的GABA对小麦种子生根发芽的影响。
1材料和方法
1.1材料
野生型聊大09-1、耐盐品系德抗961、对盐敏感的品种济南17等3个小麦品种。
1.2材料处理
将NaCl浓度分为4个梯度100，200，300，
400mmol·L-1，每个浓度的NaCl再设4个浓度梯度的GABA，分别为0，0.2，0.5，1mmol·L-1，另外再设一个无处理的对照，共17个处理。每品系小麦选50粒饱满的种子放在铺有滤纸的培养皿中，加入配好的不同浓度梯度的培养液，共51个培养皿。将培养皿放入光照培养箱中，光照14h，黑暗10h，昼夜恒温25℃，培养3d后测量根长、芽长、生根率、发芽率。每个处理重复3次。
1.3数据的整理和统计分析
每种浓度梯度的小麦基数均为50个，根长和芽长的单位为cm。
2结果与分析
2.1盐胁迫下不同小麦品种的萌发状态
2.1.1芽的萌发状态用不同浓度的NaCl处理3种小麦，3d后测量它们的发芽数、芽均长。结果表明（表1），无论是发芽率还是芽均长都受到了盐胁迫，而且随着盐浓度的增加，受到的胁迫越严重。其中，不耐盐的小麦明显比其他两品种更敏感，NaCl浓度在200mmol·L-1时基本不能发芽。耐盐型小麦比野生型小麦具有较强的耐盐能力，受到NaCl胁迫后发芽率和芽长比野生型下降的幅度慢。
2.1.2根的萌发状态根在遭受盐胁迫时表现出与芽相同的生理状态（表2），但在同等盐浓度下，根生长受到的影响相对较小。
2.2盐胁迫下加入GABA时不同小麦品种的萌发状态
通过观察第3天的发芽率我们可以发现，在较轻的盐浓度下（100mmol·L-1），一定浓度的GABA（0.2mmol·L-1）可以对3个品系的盐胁迫都起到明显的拮抗作用（图1）。通过观察芽均长，这种GABA的拮抗作用并不是很明显，只是在野生型中较高的GABA的浓度有拮抗的趋势（图2）。通过观察第3天的生根率，耐盐和不耐盐两个品系在100～200mmol·L-1氯化钠浓度中，GABA为0.2mmol·L-1时，GABA对盐害的拮抗最明显；GABA对野生型盐害的拮抗作用却不是很明显（图3）。观察第3天的根均长，野生型和不耐盐两个品系在100mmol·L-1氯化钠胁迫下，GABA浓度高于0.2mmol·L-1时有较明显的拮抗作用（图4）；而耐盐型品系在200mmol·L-1氯化钠胁迫时，GABA才有较明显的拮抗作用，这可能是由于低浓度的盐害（100mmol·L-1）并未能对耐盐型品系造成足够的胁迫，所以GABA未能发挥其对植物胁迫的拮抗作用。综上所述，虽然GABA对芽均长和根均长在一定盐浓度下所引起的胁迫因品系不同而异，这可能是因为芽长和根长对外界刺激较敏感，在种子萌发前期已经受较为复杂的因素环境调控所致。但是，GABA对发芽率和生根率盐胁迫的拮抗作用较明显，说明GABA可能在植物受胁迫状态下起着重要的拮抗作用，这与前人的研究是相符合的。
3结论
种子耐盐性及其机制是植物耐盐性早期鉴定及耐盐个体与品种早期选择的基础[5]。盐分对植物不同部位的生长发育具有不同的抑制效应，在盐渍环境下，植物生长均受到抑制，且盐度越高，受抑制程度越大。植物的根和地上部分对盐胁迫的敏感度不同，一般认为地上部分较根部敏感[6-7]，这可能是因为根系在水势较低的环境下能快速进行渗透调节，降低渗透势，同时细胞壁伸展性增强，使其能在低水势环境中生长。盐胁迫对植物的影响主要表现为降低种子发芽率和成苗率，降低生物量的积累[8]。
丁顺华等[9]研究发现，耐盐小麦的发芽率、发芽指数和活力指数等高于盐敏感小麦。本试验结果表明，在盐胁迫条件下，耐盐小麦的发芽率、生根率、芽长、根长这些生理指数均高于野生型小麦，明显高于不耐盐型小麦。虽然GABA能提高各种抗性指标，但还是不能肯定它是否直接作为渗透调节物质来提高小麦幼苗的抗盐性。有研究表明，盐胁迫条件下,GABA可通过提高保护酶系统活性而缓解盐胁迫对植物的伤害[10]。研究盐胁迫下GABA的生理功能最好的方法是利用其专一的突变体，药理学实验存在许多不确定因素。GABA代谢途径在真核和原核生物中都是一条保守的途径,虽然随着研究的深入GABA在植物的生长发育、代谢、抗逆性作用方面取得了一定的成果,但是它在植物中的具体功能还比较模糊。揭示GABA在植物中的神秘面纱,还需要大量的研究工作。
参考文献：
[1]马德源，李发良,朱剑锋，等.6个荞麦品种耐盐性的比较[J].现代农业科技，2009（3）：157-158.
[2]StewardFC,ThompsonJF,DentCE.BiochemicalmechanismonGABAaccumulationduringfruitdevelopmentintomato[J].Science,1949，110:439-440.
[3]周翔，吴晓岚，李云，等.盐胁迫下玉米幼苗ABA和GABA的积累及其相互关系[J].应用与环境生物学报，2005（4）：412-415.
[4]朱志华.不同生育时期盐胁迫对小麦产量的影响[J].中国种业，1999（3）：31-33.
[5]LEVITTJ.Responseofplantstoenvironmentalstress[M].NewYork:AcademicPress,1980.
[6]WangBS，ZouQ,ZhaoKF.ResponseofdifferentorgangrowthofSorghumtoNaClstressandthethresholdsalinity[J].ActaBotBoreal-OccidentSin，1997，17:279-285.
[7]KinraideT.InteractionsamongCa2+,Na+andK+insalinitytoxicity:quantitativeresolutionofmultipletoxicandameliorativeeffects[J].ExpBot,1999,50:1495-1505.
[8]罗庆云，於丙军，刘友良,等.大豆苗期耐盐性指标的检测[J].大豆科学，2001(3)：177-182.
[9]丁顺华，邱念伟，杨洪兵，等.小麦耐盐性生理指标的选择[J].植物生理学通讯,2001,37（2）：98-102.
[10]田小磊，关晓岚，李云，等.盐胁迫条件下γ-氨基丁酸对玉米幼苗SOD、POD及CAT活性的影响[J]实验生物学报，2005，38（1）：75-79.