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γ-氨基丁酸(GABA)是一种广泛存在于原核生物和真核生物中的四碳非蛋白氨基酸,各种植物以及植物的各个器官中均有GABA的存在。高等植物组织中GABA含量通常较低,但在不同逆境条件下植物体内GABA大量积累,参与植物生长调控以及逆境胁迫响应等生理过程。但目前为止,GABA调控植物生长发育的信号转导机制以及干旱胁迫下GABA对植物的耐旱生理机制还不清楚,干旱胁迫下,外源GABA对植物体内保护酶活性、渗透调节物质以及内源激素的影响也未见报道。为此,本文以草坪草白三叶种子和幼苗为材料,研究GABA在调控种子萌发以及提高幼苗抗旱性中的作用,为阐明GABA在植物逆境响应中的作用机制提供理论依据和技术支持。
结果表明,0.1、1和10μmol/L的GABA均能够促进白三叶种子萌发,0.1μmol/LGABA作用效果最明显;进一步研究表明GABA可能通过能增加α-淀粉酶活性,促进蛋白质的降解来促进白三叶种子的萌发;药理学实验证实,Ca2+的螯合剂EGTA、质膜Ca2+通道阻断剂LaCl3、液泡Ca2+释放抑制剂RR和GABA共处理后,GABA促进白三叶种子萌发的作用均被抑制;且EGTA和LaCl3的抑制作用比RR更显著。这表明,GABA促进白三叶种子萌发过程中可能涉及了胞内外Ca2+的参与,且胞外的Ca2+作用更为重要;一氧化氮(NO)清除剂cPTIO、NR抑制剂NaN3与GABA共处理后,GABA促进白三叶的萌发速率被显著抑制;而NOS的抑制剂L-NAME和GABA共处理后,对GABA促进白三叶种子萌发的影响不明显,推测NO可能参与了GABA促进白三叶种子萌发过程,而且这一过程主要依赖于NR途径。
GABA能促进干旱胁迫下白三叶种子萌发以及幼苗的生长,提高白三叶幼苗的抗旱性。其作用机制可能是通过提高幼苗生物量、相对含水量、保护酶(SOD、POD、CAT)活性,降低氧自由基产生速率以及促进脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量等途径来实现。此外,干旱胁迫下白三叶幼苗中ABA和JA能迅速增加,在36 h时达到高峰,同时LOX活性也迅速增加,24 h时达到峰值,且变化趋势一致。GABA处理后能显著提高ABA和JA的含量以及LOX的活性,推测,干旱胁迫下GABA可通过促进LOX活性的增加,进而促进ABA和JA含量的积累,传递胁迫信号,诱导植物产生抗旱能力;而干旱胁迫下,白三叶幼苗中的IAA、iPA和GA含量均显著下降,外施GABA能明显延缓IAA、iPA含量的降低,但对GA的影响不显著。这表明,干旱胁迫下,GABA可通过延缓IAA和iPA含量的降低来缓解干旱胁迫对植物生长的抑制。