γ-氨基丁酸对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗生理特性的影响

黄天娇，刘会芳，韩宏伟，庄红梅，杨 涛，姜秀梅，王 强*，秦 勇

（1.新疆农业大学 园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院 园艺作物研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

近年来，土壤盐渍化对农业的威胁已成为一个全球性的问题［1］，影响了全球10%的地表［2］和中国42.9%的受保护土壤［3］，这一问题成为农业可持续生产的主要阻碍。不同地区的土壤组成成分差异很大，如新疆的土壤以富含Na+和Cl-的盐碱地为主［4］，而Na+和Cl-不是植物必需的矿物质，其在土壤中的存在会对植物产生盐胁迫和伤害［5］。番茄（Solanum lycopersicum L.）是我国种植最广泛的蔬菜作物之一，且对土壤盐分的变化较为敏感［6-7］。土壤中盐分过量会造成离子毒性，引起渗透胁迫，导致养分缺乏等，进而降低番茄植株的光合效率，扰乱其生理代谢，最终影响其果实的产量和品质，甚至引发植株死亡。施加外源物质是缓解植物盐害的一种快速而有效的方法。

γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid， GABA）是一种四碳非蛋白氨基酸，连接着植物体内碳和氮2条主要代谢途径，广泛存在于各种植物及植物的各个部分中，其含量明显高于其他非蛋白氨基酸［8］。γ-氨基丁酸作为信号物质或代谢产物，通过调节细胞质的pH值，充当临时氮库和诱导抗氧化反应，影响植物的生长和发育［9-10］。有研究表明，盐胁迫可诱导、激活GABA的合成代谢，如番茄、茶叶、烟草和拟南芥在受到盐胁迫后，植物体内GABA的积累开始迅速增加［11-15］。此外，有研究发现，内源性GABA积累与外源GABA的补充密切相关，在盐胁迫下，经0.5 mmol/L GABA处理后无壳大麦的内源GABA含量增加了29%，脯氨酸含量也显著升高；在柠条中内源GABA含量增加了1倍［16-17］。因此，在盐胁迫下，施用外源GABA可以诱导植物内源GABA的产生，再通过调节植物的生理代谢来抵御盐胁迫。但是对于不同植物或者同一植物的不同品种来说，浇灌外源GABA的适宜浓度存在较大的差异，而且外源GABA的加入是否会改变不同盐敏感性植物品种的耐盐性尚不清楚。

为此，笔者以2个不同盐敏感性番茄品种为试验材料，在NaCl胁迫下浇灌外源GABA，通过观测番茄幼苗生长、物质积累、光合色素含量、活性氧积累量和抗氧化酶活性等指标，研究了施用外源GABA对NaCl胁迫下番茄幼苗生理特性的影响，以期筛选出施用外源GABA的适宜浓度，为番茄的耐盐性栽培提供理论依据和实践参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试番茄品种为耐盐性品种IL7-7-5和盐敏感性品种M82。GABA以及配制营养液的其他化合物均为分析纯试剂。

1.2 试验方法

试验于2021年5～8月在新疆农业科学院园艺作物研究所科技创业中心智能人工气候室和生理生化实验室内进行。取饱满、整齐一致的番茄种子，经消毒、冲洗后用吸水纸吸干水分，做好标记，分别放在垫有滤纸的培养皿内催芽。当2个品种的种子大约80%露白后，将其播种于草炭∶蛭石=3∶1的基质中。当幼苗生长至2叶1心时，选取长势一致的幼苗移栽于装有蛭石∶珍珠岩=1∶1基质的方形盆（9 cm×9 cm）中，在此期间浇灌1/2 Hoagland营养液。当番茄幼苗生长至4叶1心时，浇灌1倍Hoagland营养液，在预培养3 d后进行不同处理。本试验的培养液设置5个处理：采用正常浓度的营养液，为对照（CK）；在正常浓度的营养液中添加NaCl（T1）；在正常浓度的营养液中同时添加NaCl和15 mmol/L GABA（T2）；在正常浓度的营养液中同时添加NaCl和25 mmol/L GABA（T3）；在正常浓度的营养液中同时添加NaCl和35 mmol/L GABA（T4）。每个处理6次重复，并在试验过程中随机摆放各重复的方形盆。在处理3 d后取样并测定相关指标。

为了防止盐激反应，将NaCl与营养液配制为100 mmol/L的NaCl溶液，分别于2 d同一时间浇灌于幼苗根部，使最终处理浓度达到200 mmol/L（此浓度是在预备试验的基础上筛选出来的半致死浓度）。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 盐害指数 于NaCl胁迫第3天，调查第2片真叶的盐害状况。盐害等级的分级标准如下：0级，无盐害症状；1级（轻度盐害），少部分叶尖及叶缘变黄；2级（中度盐害），约1/2的叶尖及叶缘枯焦；3级（重度盐害），大部分叶尖及叶缘焦枯或脱落；4级（极重度盐害），叶落，最终死亡。按以下公式计算盐害指数：盐害指数＝∑（盐害等级×相应盐害等级的植株数）/（总植株数×盐害最高等级）×100%。

1.3.2 植株形态指标的测定 于NaCl处理第3天，每个处理随机取3株幼苗，将植株从方形盆中小心完整地取出，先用清水冲洗植株，再用蒸馏水漂洗2次，然后用吸水纸吸干植株表面水分，测定株高（用直尺测定茎基部到生长点的距离）、叶长和叶宽（参考吴远藩［18］的方法计算叶面积）、茎粗（用游标卡尺测量子叶脱落部位）。然后将幼苗从根茎连接处剪断，分别称取地上部鲜重和地下部鲜重。最后将地上部和地下部鲜样分装于做好标记的信封中，在105 ℃下杀青15～30 min，于75 ℃下烘干至恒重，冷却后称重，分别记为地上部干重、地下部干重。

1.3.3 叶绿素、超氧阴离子、丙二醛、过氧化氢含量的测定 叶绿素含量采用高俊凤［19］的方法测定；超氧阴离子（Superoxide anion，OFR）产生速率，以及丙二醛（malondialdehyde，MDA）和过氧化氢（H2O2）的含量均按照试剂盒（由苏州科铭生物技术有限公司生产）说明书中的步骤测定。

1.3.4 抗氧化酶活性的测定 过氧化氢酶（catalase，CAT）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、氧化物酶（peroxidase，POD）的活性均按照试剂盒（由苏州科铭生物技术有限公司生产）说明书中的步骤测定。

1.4 数据处理和统计分析

试验数据均为由3次重复计算得出的平均值和标准差。采用Microsoft Excel 2010对原始试验数据进行处理；选用SPSS 17.0数据处理系统（Statistical product and service solutions）进行方差分析，并应用Duncan’s法进行差异显著性检验。用GraphPad Prism 7.0绘制图表。

2 结果与分析

2.1 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗表型的影响

番茄品种M82的幼苗处理后的表现：T1处理，在NaCl胁迫第2天普遍出现叶面卷曲，呈半球形；植株下垂，略微倾倒；第1真叶、第2真叶变色，并随着胁迫时间的延长逐渐萎蔫。加入外源GABA后，T2处理的叶片一直保持拉伸状态，未出现卷曲现象，且叶片发黄程度较T1轻。

番茄品种IL7-7-5的幼苗处理后的表现：T1处理，在NaCl胁迫第2天，第1真叶开始变色；在第3天第1真叶枯萎，第2真叶开始变色。加入外源GABA的T2、T3、T4处理与T1处理比较，在一定程度上减轻了叶片的萎蔫及枯萎程度。由图1可见，2个番茄品种的幼苗经NaCl+GABA处理后，其大部分叶子明显比在单独NaCl胁迫下更健康。

图1 在盐胁迫下番茄幼苗受到伤害的情况

2.2 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗盐害指数的影响

图2表明，在NaCl处理下番茄幼苗的盐害指数均超过了60%，其中M82幼苗的最高盐害指数为66%，IL7-7-5幼苗的最高盐害指数为60%。外源GABA的施用降低了幼苗的盐害指数，M82幼苗在T2、T3、T4处理下的盐害指数分别较T1处理下降了25.0%、2.0%和8.5%，其中T2、T4处理与T1间的差异达到了显著性水平；IL7-7-5幼苗在T2、T3、T4处理下的盐害指数较T1处理分别下降了17.0%、16.0%和1.5%，其中T2、T3处理与T1间的差异达到了显著性水平，说明与IL7-7-5相比，NaCl胁迫对M82幼苗的盐害更严重，外源GABA的施用能够降低NaCl胁迫对番茄幼苗的盐害。

图2 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗盐害指数的影响

2.3 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗生长的影响

由表1可知：与CK相比，2个不同盐敏感性番茄品种在NaCl胁迫下的株高、地下部鲜重、地下部干重都有不同程度的降低，其中地下部鲜重、地下部干重下降较为明显；经GABA处理后，2个番茄品种的株高、茎粗、地上部鲜重、地下部鲜重、地下部干重相比于NaCl胁迫处理（处理T1）均有不同程度的增加；施加不同浓度的外源GABA后M82的株高、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重相比于处理T1均有所提高，其中T3、T4处理的番茄幼苗地上部鲜重分别提高了1.3%、35.0%，T4处理的幼苗各项形态指标都有不同程度的增加，株高的增加达到了显著水平，且地下部鲜重较CK和T1处理分别提高了37.5%和122.2%；对IL7-7-5施加外源GABA后，T3处理幼苗的株高、茎粗、地上部鲜重均比CK有所提高，且在T4处理下IL7-7-5的茎粗与M82的茎粗有显著性差异，说明T4处理的GABA浓度更有利于IL7-7-5的生长。从各形态指标可以看出：对于M82来说，T4处理对NaCl胁迫的缓解效果最佳；而就IL7-7-5而言，T3、T4处理的GABA浓度较为合适。

表1 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗生长的影响

2.4 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗光合色素的影响

由表2可知：施加外源GABA后，与NaCl胁迫的T1处理相比，M82幼苗的叶绿素含量均呈下降的趋势，但类胡萝卜素含量总体表现出增加的趋势，其中T2、T3处理分别增加了137.0%和61.0%；经T3处理后，IL7-7-5幼苗的叶绿素b和叶绿素a+b含量均比CK和T1处理有所增加，其中叶绿素b含量比T1增加了67.0%，比CK增加了19.0%，叶绿素a+b含量比T1增加了11.0%。在T3处理下，2个品种间幼苗的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量都有显著性差异，IL7-7-5幼苗的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均显著高于M82。

表2 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗光合色素含量的影响

2.5 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗叶片MDA、内源H2O2含量和O2-产生速率的影响

由图3A可知：与CK相比，在受到NaCl胁迫后，M82幼苗叶片的MDA含量增加，而IL7-7-5的MDA含量降低，且IL7-7-5的MDA含量显著低于M82。在施加外源GABA后，与T1处理相比，M82幼苗叶片的MDA含量呈降低趋势，T3、T4处理分别降低了36.7%、46.0%，差异达到了显著水平，且显著低于对照；而IL7-7-5番茄幼苗叶片的MDA含量表现出增长趋势，T2、T3和T4处理的MDA含量分别比T1处理增加了63.6%、94.7%、103.0%，且差异均达到了显著水平。

由图3B可知：与CK相比，在受到NaCl胁迫后，M82幼苗叶片的内源H2O2含量增加，而IL7-7-5的内源H2O2含量降低，且显著低于M82。在施加外源GABA后，与T1处理相比，M82番茄幼苗叶片的内源H2O2含量降低，T2、T3、T4处理分别降低了21.9%、59.0%和19.0%，且T3处理较CK低17%；与T1处理相比，在施加外源GABA后，IL7-7-5幼苗叶片的内源H2O2含量逐渐升高，T2、T3、T4处理分别升高了22.0%、62.0%和93.0%。

由图3C可知：与CK相比，在受到NaCl胁迫后，M82幼苗叶片的O2-产生速率升高了29.0%，而IL7-7-5的O2-产生速率下降了65.0%，且显著低于CK。在施加外源GABA后，与T1处理相比，T2处理的M82幼苗叶片的O2-产生速率降低了1.7%，而T3、T4处理的O2-产生速率分别升高了6.6%和2.7%。对于IL7-7-5来说，与T1处理相比，T2处理的幼苗叶片的O2-产生速率降低了9.3%，而T4处理的O2

图3 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗MDA、内源H2O2含量和O2-产生速率的影响

-产生速率升高了33.0%，差异达到了显著水平。

2.6 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗抗氧化酶活性的影响

由图4A可知：与CK相比，2个不同盐敏感性番茄品种在NaCl胁迫下幼苗叶片的CAT活性均下降。在施加外源GABA后，与T1处理相比，M82幼苗叶片的CAT活性明显提高，其中T2、T3处理的CAT活性分别提高了223.0%和192.0%，差异达到了显著水平，且T2处理的CAT活性显著高于对照，增加了75.0%。在施加外源GABA后，IL7-7-5幼苗叶片的CAT活性逐渐升高，T4处理的CAT活性比T1处理提高了30.0%。在T4处理下，IL7-7-5幼苗叶片的CAT活性显著高于M82。

从图4B可以看出：与CK相比，NaCl胁迫处理使2个番茄品种幼苗叶片中的SOD活性下降。在施加外源GABA后，与T1处理相比，M82幼苗叶片的SOD活性有所增强，且T2和T4处理SOD活性分别比T1处理增加了13.0%和4.0%。对于IL7-7-5来说，T3、T4处理的幼苗叶片的SOD活性均高于T1处理，分别增加了21.0%和14.0%，并且高于对照。

由图4C可见；与CK相比，NaCl胁迫处理使2个番茄品种幼苗叶片中的POD活性显著下降。施加外源GABA的T2、T3、T4处理与T1处理相比，M82幼苗叶片的POD活性分别增加了49.0%、30.0%和76.0%，差异均达到了显著水平，其中T2和T4处理显著高于对照。对于IL7-7-5而言，T3、T4处理的幼苗叶片的POD活性均高于T1处理，分别增加了31.0%和100.0%，且均显著高于对照，分别增加了13.0%和73.0%。在T4处理下，IL7-7-5幼苗叶片的POD活性显著高于M82，说明T4处理对IL-7-7-5叶片POD活性的促进效果更为明显。

图4 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗抗氧化酶活性的影响

3 讨论

近年来，利用外源物质调控NaCl胁迫下的植物成为研究热点。新疆作为全国最大的番茄酱加工地区，有着特殊的盐碱地环境。为此，研究外源物质对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗生理特性的影响，可以为新疆番茄产业的发展提供一定的理论依据，从而促进该地区番茄产业的发展。

3.1 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗表型和盐害指数的影响

植物的耐盐性是一个复杂性状，受多种因素的影响。在盐胁迫条件下，植物会变得较为敏感，盐胁迫会影响植物的生长发育，所以可以用植物的生长指标和形态来判断植物在盐胁迫下受伤害的程度，以及施加外源物质后植物是否具有耐盐性［20］。本试验结果表明：在NaCl胁迫下，盐敏感性番茄品种M82的表现更为明显；施加外源GABA明显减轻了番茄幼苗受到的盐胁迫伤害，且盐害指数达到了显著差异水平。相比于M82，耐盐性番茄品种IL7-7-5的幼苗在NaCl胁迫下生长情况更好，这是因为IL7-7-5具有较强的耐盐性，能够通过调节自身的生理代谢来缓解NaCl胁迫造成的伤害。

3.2 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗生长和光合色素的影响

有研究发现，番茄幼苗在受到盐胁迫后生长会受到显著的抑制［21］；郑州元等［22］研究发现盐胁迫降低了番茄幼苗的株高、茎粗、苗根鲜重和干重。盐胁迫还会降低植物的光合作用能力，引起光合色素含量的下降，使原生质膜受损，使植物的光合机构遭到破坏［23］。本试验研究结果显示，NaCl胁迫抑制了2个不同盐敏感性番茄品种幼苗的生长，这与其他研究报道的结果一致。与NaCl处理相比，在施加外源GABA后，2个番茄品种幼苗的株高、茎粗、地上部鲜重、地上部干重、地下部鲜重、地下部干重均有所增加，且M82幼苗的类胡萝卜素含量升高，IL7-7-5幼苗的叶绿素b含量升高。从各形态指标可以看出，M82在T4处理下表现最好，IL7-7-5在T3和T4处理下表现较好，说明施加外源GABA能够缓解NaCl胁迫对番茄幼苗生长的抑制作用。

3.3 外源GABA对NaCl胁迫下不同盐敏感性番茄幼苗活性氧代谢的影响

植物在盐胁迫的负面影响下，在其体内会产生大量的活性氧（ROS），而ROS会损伤生物膜的结构，从而影响生物膜的功能。3种抗氧化酶SOD、POD、CAT可以有效地清除植物细胞中的过氧化物，增强植物的抗逆性。孟德云等［24］的研究表明，在盆栽花生中，SOD、POD、CAT三者相互协调，共同作用，可以快速有效地清除花生体内积累的活性氧，从而提高花生的抗氧化能力。罗黄颖等［25］的研究表明，通过GABA浸种后，番茄叶片SOD、POD、CAT等抗氧化酶的活性显著提高了，O2-的产生速率，以及H2O2和MDA的含量也得到了显著提高。本研究结果表明，在NaCl胁迫下，2个番茄品种幼苗叶片中的CAT、SOD、POD活性明显下降，而在施加外源GABA后表现为显著升高，这说明外源GABA可以增强番茄植株体内的抗氧化酶活性。IL7-7-5在受NaCl胁迫后，其幼苗叶片中的MDA和H2O2含量降低，而在施加外源GABA后，其幼苗叶片中的MDA和H2O2含量都有升高趋势，说明该耐盐性品种表现出了一定的耐盐特性，这与王柏柯等［26］的研究结果一致。有研究［8］表明，外源GABA通过调节Na+吸收、氨基酸合成和ROS代谢来缓解盐胁迫，内源GABA主要通过诱导渗透调节和抗氧化反应来缓解盐胁迫。在本试验中，IL7-7-5幼苗叶片中的MDA、H2O2含量升高，抗氧化酶（CAT、SOD、POD）活性也升高，这验证了外源GABA可以通过调节抗氧化酶系统来缓解盐胁迫对植株造成的伤害这一结论。

4 结论

本研究结果表明：在NaCl胁迫下，施用适宜浓度的GABA可以缓解NaCl胁迫对番茄幼苗表型的影响，缓解植株萎蔫、枯黄等现象，提高番茄幼苗的株高、茎粗、干鲜重等形态指标，显著增强抗氧化酶的活性。外源GABA能够缓解NaCl胁迫对番茄幼苗造成的伤害，且呈现出一定的浓度效应。M82在15和35 mmol/L GABA浓度处理下缓解盐胁迫的效果较好；IL7-7-5在25和35 mmol/L GABA浓度处理下缓解盐胁迫的效果较好。