γ-氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜生长与光合特性的影响

刘金平，李晓锋，朱红芳，朱玉英*，侯喜林

（1南京农业大学园艺学院，南京210095；2上海市农业科学院园艺研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，上海201106）



γ-氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜生长与光合特性的影响

刘金平1，2，李晓锋2，朱红芳2，朱玉英2*，侯喜林1

（1南京农业大学园艺学院，南京210095；2上海市农业科学院园艺研究所，上海市设施园艺技术重点实验室，上海201106）

摘 要：以不结球白菜品种‘新夏青’为试材，采用双套盆法，研究了淹水胁迫下，叶面喷施不同浓度γ-氨基丁酸（GABA）对不结球白菜生长、光合作用的影响。结果表明：（1）淹水胁迫显著抑制了不结球白菜幼苗生长，使植株的株高、根长、叶面积，鲜重都显著降低，而叶面喷施适宜浓度GABA可有效缓解胁迫对生长的抑制，使各生长指标都显著提高，且40 mmol/L处理时效果最好。（2）淹水胁迫下幼苗叶绿素含量比正常栽培处理组显著下降，但淹水胁迫下喷施适宜浓度GABA可以提高叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总量（a+b），其中40 mmol/L时达到最大值，有效缓解淹水胁迫对光合色素的伤害。（3）淹水处理显著降低了不结球白菜幼苗光合作用效率，幼苗Fv/Fm、qP、ETR、产量均显著下降，qN显著升高，破坏了幼苗荧光系统；幼苗净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）均显著降低，胞间CO2浓度（Ci）显著升高，光合效率显著下降。叶面喷施适宜浓度GABA可以有效缓解淹水胁迫对光合作用的抑制。

关键词：不结球白菜；γ-氨基丁酸（GABA）；淹水胁迫；生长；光合作用

不结球白菜（Brassica campestris ssp.chinensis Makino）俗名小白菜、青菜，属十字花科芸薹属白菜亚种蔬菜，是我国主要蔬菜作物之一［1］。在夏季栽培过程中经常受到不同程度涝害的影响，如引起低光环境，使气体扩散受限，降低净光合速率、气孔开度，影响植物的形态特性和生长发育，甚至引起死亡。γ-氨基丁酸（GABA）是一种四碳的非蛋白氨基酸，广泛存在于各种植物以及植物的各个器官中，能够增加逆境胁迫下植物的抗逆性［2-3］。夏庆平等［4］研究发现外源GABA能显著提高低氧胁迫下甜瓜幼苗的光合色素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2等光合参数。杨九洲［5］研究发现适宜浓度的外源GABA能够缓解盐碱胁迫对甜瓜的胁迫伤害。但目前未见外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜光合特性影响的报道。‘新夏青’为耐涝性较弱的不结球白菜品种［6］，为上海市农业科学院所选育的新品种，淹水胁迫下生长发育受到抑制，光合、呼吸作用减弱，抗氧化系统受到破坏［7］。本试验以耐涝性较弱的不结球白菜品种‘新夏青’为材料，研究叶片喷施外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜生长和光合特性的影响，探讨外源GABA对淹水胁迫下幼苗伤害的缓解作用及机理，为γ-氨基丁酸在蔬菜高产生产的应用提供有效途径和理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料与试验设计

试验材料‘新夏青’为上海市农业科学院园艺所选育的耐涝性较弱品种。试验于2014—2015年在上海市农业科学院设施园艺所进行。播种于上口直径为15 cm，下口直径为10 cm，高为10 cm的塑料营养钵中，所用育苗基质为园土、草炭、蛭石，以2∶1∶1比例混合配制成的复合基质，植株苗期间苗，生长期间正常灌水，并及时喷洒农药防止病虫害的发生。

待幼苗长至三叶一心时，选取生长良好、整齐一致的植株分成7组进行以下处理：正常处理（N）：常规浇水；半淹处理（CK）：即水面刚好淹过植株生长点；半淹处理+GABA（T1—T5）：分别用浓度为0 mmol/L、20 mmol/L、40 mmol/L、60 mmol/L、80 mmol/L、100 mmol/L的GABA进行叶面喷施处理，喷施到叶片全部沾湿为止。处理第5天时选取幼苗叶片进行指标的测定。每处理设置3次重复，每重复取3株植株。

1.2试验方法

1.2.1生长指标的测定 用直尺测定幼苗株高（子叶节到生长点的距离）、根长、叶长和叶宽；幼苗用去离子水冲洗干净并吸干水分后称得鲜重。每处理重复3次，取平均值。

1.2.2叶绿素含量测定 用乙醇法［6］测定叶绿素含量，选取光合功能叶0.2 g，剪碎浸于25 mL 95%乙醇中，24 h后取提取液，分别在665 nm、649 nm和470 nm波长下测定其吸光度，每处理重复3次，取平均值。

1.2.3光合参数的测定 采用Li-6400便携式光合系统分析仪（LI-COR公司，美国）于10：00—12：00在设定光强600 μmol/（m2·s）、CO2流速（380±10）μmol/mol条件下进行测定。分别测定各处理每个植株的第2、3片真叶。测定指标包括：净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、胞间CO2浓度（Ci）、蒸腾速率（Tr）等指标。每个处理重复3次，取平均值。

1.2.4荧光参数的测定 采用PAM-2000便携式调制式叶绿素荧光仪（Walz，德国）于9：00—11：00直接测定生长点下第2、3片展开叶的光系统（PSⅡ）最大光化学效率（Fv/Fm）；叶片暗适应20 min后，测定以下荧光参数：光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（qN）、表观电子传递速率（ETR）、PSⅡ有效光化学量子产量（Yield）。每个处理重复3次，数据取平均值。

1.3数据处理

采用Excel软件进行数据的录入、图表的制作，用SPSS 19.0统计软件进行方差分析，用Duncan法进行差异性检验。

2　结果与分析

2.1氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜幼苗植株生长的影响

喷施适宜浓度的GABA有助于缓解淹水胁迫对不结球白菜幼苗生长的抑制作用（表1）。淹水胁迫条件下，不结球白菜幼苗株高、根长、叶面积、鲜重均比正常栽培（CK）下显著降低；而不同浓度GABA处理均能够显著提高淹水胁迫下不结球白菜的株高、根系长度，其中以40 mmol/L（T2）处理效果最好，株高和根长均达到最高值，尤其是根系的长度达到7.167 cm，超过正常栽培组根长（7.133 cm）；同时，不同浓度GABA处理能够明显提高淹水条件下不结球白菜的单株重，尤其是为40 mmol/L的GABA处理植株的新鲜单株重比淹水胁迫组单株重增加89.02%，达显著差异；此外，一定浓度的GABA处理也能够减缓淹水胁迫对不结球白菜叶面积生长的抑制作用，40—60 mmol/L处理显著增加了不结球白菜的叶面积，其中40 mmol/L处理叶面积比淹水胁迫组增大了99.64%，接近于正常栽培的叶面积。

表1　外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜幼苗生长的影响Table 1 Effects of exogenous GABA on the growth ofPakchoi seedlings under waterlogging stress

2.2氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜光合色素的影响

适宜浓度的GABA能够有效得缓解淹水胁迫对不结球白菜幼苗光合色素的破坏，提高淹水胁迫下叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量（a+b）（表2）。与正常栽培组相比，淹水胁迫条件下，不结球白菜幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量都显著降低，分别下降了88.7%、127.9%、97.1%。而淹水胁迫下喷施GABA，‘新夏青’的叶绿素a含量显著高于淹水胁迫处理，且不同浓度处理间叶绿素a含量差异显著；在0—40 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，叶绿素a含量增加，在40—100 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，叶绿素a含量降低，其中40 mmol/L浓度处理效果最好，比淹水胁迫处理组增加64.37%。同时，GABA处理后，‘新夏青’的叶绿素b和叶绿素总量的变化同叶绿素a含量变化基本一致；尤其40 mmol/L浓度时达到最大值，叶绿素b含量比淹水胁迫处理组增加103.39%，叶绿素总量比淹水处理组增加了73.27%，缓解了淹水胁迫对光合色素的破坏。

表2　外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜幼苗叶片叶绿素含量的影响Table 2 Effects of exogenous GABA on the photosynthetic pigment ofPakchoi seedlings under waterlogging stmregss.g-1FW

2.3氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜光合参数的影响

淹水处理条件下，不结球白菜的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）都显著降低，胞间CO2浓度（Ci）显著升高。GABA处理后使不结球白菜的Pn、Tr升高，都显著高于淹水处理组；在0—40 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Pn、Tr增加，在40—100 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Pn、Tr降低，不同浓度处理间差异显著，且在40 mmol/L时达到最大值，是淹水处理组的1.63、1.32倍。同时不同浓度GABA处理后不结球白菜的GS也显著高于淹水处理组，在40 mmol/L时效果最好，是淹水处理组的2.36倍。此外，一定浓度的GABA处理能够减缓不结球白菜叶片气孔的关闭，40—60 mmol/L处理显著增加了不结球白菜GS值，其中40 mmol/L处理GS值增加到淹水处理组的2.36倍。而不同浓度GABA处理后不结球白菜的Ci升高，在0—40 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Ci降低，在40—100 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Ci升高，不同浓度处理间差异显著，且在40—60 mmol/L时效果最显著，Ci值分别是淹水处理组的80.59%、85.96%（表3）。

2.4氨基丁酸对淹水胁迫下不结球白菜荧光参数的影响

外源喷施GABA可以有效得缓解胁迫给不结球白菜光合荧光系统的伤害（表4）。淹水胁迫条件下不结球白菜幼苗的最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学猝灭系数（qP）、表观电子传递速率（ETR）、PSⅡ有效光化学量子产量（Yield）都显著低于正常栽培组，分别减少了41.15%、42.52%、51.59%；非光化学猝灭系数（qN）显著高于正常栽培组，增加了53.26%。而淹水胁迫下喷施不同浓度GABA后，不结球白菜的Fv/Fm、qP、ETR、Yield变化基本一致，都高于淹水处理组，且在0—40 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Fv/Fm、qP、ETR、Yield增加，在40—100 mmol/L浓度范围内，随着GABA浓度的增加，Fv/Fm、qP、ETR、Yield降低，在40 mmol/L时都达到最大值，分别比淹水处理组增加了56.13%、52.68%、92.48%、89.23%，但未达到正常栽培水平。不结球白菜的qN在GABA处理后都显著低于淹水处理组，且40 mmol/L处理效果最显著，比淹水处理组减少了37.35%，且接近正常栽培组的qN，有效地缓解了淹水胁迫对幼苗荧光系统的伤害。

表3　外源GABA对淹水胁迫下不结球光合参数白菜的影响Table 3 Effects of exogenous GABA on the photosynthesis pigment of Pak-Choi seedlings under waterlogging stress

表4　外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜幼苗荧光参数的影响Table 4 Effects of exogenous GABA on the chlorophyll fluorescence parameters of Pakchoi seedlings under waterlogging stress

3　结论与讨论

研究表明，淹水胁迫会引起植物形态的巨大变化［7］，一般表现为生物量累积的不断减少，生长受到明显抑制，其中株高、根长、叶面积、单株鲜重名项指标显著降低［8］。而对于淹水胁迫下的植株幼苗，施加适宜浓度的外源GABA处理能够显著缓解淹水胁迫对于植株幼苗的伤害。研究表明［9］，GABA处理缓解了低氧胁迫对网纹甜瓜植株抑制作用，促进了幼苗生长，增加了幼苗叶片叶绿素含量，其中GABA 50 mmol/L处理效果最佳。本试验表明，淹水胁迫显著抑制不结球白菜幼苗的生长，降低其生物的积累，致使幼苗株高、根长、叶面积、单株鲜重显著降低；而叶面喷施GABA可以显著提高生物积累量，有效的缓解淹水胁迫的抑制作用，其中40 mmol/L GABA缓解效果最好。

作为植物叶片光合作用物质基础的叶绿素，主要功能是吸收、传递及转化太阳光能为植物体所用，所以叶片叶绿素含量高低可直接关系到植物的光合能力的强弱［10］。在自然界中，许多逆境条件（如高温、干旱、盐分、水分胁迫等）可以引发植物体内各种生理生化反应，直接或间接地影响着植物的叶绿素含量和植物的光合能力。有研究表明，淹水胁迫下，不结球白菜叶片中叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素含量明显下降［11］。这可能是由于胁迫下叶绿体类囊体膜的完整性受到破坏，加速了光合色素的降解；同时，由于类胡萝卜素含量的降低，减少了对活性氧的淬灭，导致细胞内积累较多的氧自由基，破坏叶绿素体膜结构，进一步加速了叶绿素的分解［12］。本试验表明淹水胁迫显著抑制不结球白菜幼苗的光合色素含量的积累，致使幼苗叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量（a+b）显著降低；叶面喷施GABA能有效的缓解淹水胁迫对光合色素的破坏作用，其中40 mmol/L GABA缓解效果最好。

淹水胁迫下，许多植物缺氧首先导致叶片气孔关闭，增加CO2向叶片扩散的阻力［13］；Gs降低，从而减少蒸腾耗水［14］，抑制了叶片的光合作用和蒸腾作用［15］。胁迫条件下，净光合速率是检验对植物对逆境光合生理生态响能力的一个非常关键指标。气孔限制和非气孔限制是导致净光合速率下降的主要因素［16］。若气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci）同时下降，说明气孔因素是主要的；若Gs下降而Ci升高说明非气孔因素是主要的［17］。蒸腾速率（Tr）是反映植株水分代谢的重要生理指标。不结球白菜在淹水胁迫下Tr显著下降，说明在淹水条件下叶片的水分利用机能已受到不同程度的破坏。本试验表明淹水胁迫对不结球白菜幼苗的光合有显著的抑制，其中净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci）显著降低；叶面喷施GABA能有效的缓解淹水胁迫的抑制作用，其中40 mmol/L GABA缓解效果最好。

叶绿素荧光参数反映了植物光合作用机理和光合生理状况。Fv/Fm代表光系统II光化学的最大效率或PSII原初光能转化效率，反映了光抑制程度。光化学猝灭系数（qP），一定程度上反映了PSⅡ反映中心开放程度，qP越大，PSⅡ的电子传递活性越大［18-19］。非光化学猝灭（qN），它反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散掉的光能部分［20-22］。本试验结果表明，淹水胁迫下，不结球白菜Fv/Fm、qP、ETR和Yield均下降，而qN明显上升，这表明淹水胁迫使不结球白菜同化CO2能力下降。淹水胁迫下外源施用GABA处理则有效地提高了不结球白菜的Fv/Fm、qP、ETR和Yield，降低了qN，说明GABA可以增加PSⅡ反应中心的开放比例、氧化态QA比例和光下光能最大捕获效率［18］，增加光合电子传递效率，增强淹水胁迫下不结球白菜幼苗的Pn；表明外源施加GABA可以通过改变PSⅡ的运转效率来提高植物的光合作用。

综上所述，在淹水胁迫条件下，叶面喷施适宜浓度的外源GABA能够显著提高不结球白菜幼苗的生长量、光合色素含量，改善光合作用效率；从而有效缓解胁迫造成的伤害。但是，要深入研究外源GABA对淹水胁迫下不结球白菜生长的影响，还需要展开进一步的试验。

参 考 文 献

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（责任编辑：张睿）

Effects of γ-aminobutyric acid on the growth and photosynthesis of Pakchoi under waterlogging stress

LIU Jin-ping1，2，LI Xiao-feng2，ZHU Hong-fang2，ZHU Yu-ying2*，HOU Xi-lin1
（1College of Horticulture，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China；2Horticultural Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Science，Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology，Shanghai 201106，China）

Abstract：‘XinXiaqing’was selected as material to study the effects of γ-aminobutyric acid（GABA）on growth and photosynthesis of Pakchio seedlings under waterlogging stress .The results showed that：（1）The waterlogging stress significantly reduced plant growth，plant height，root length，leaf area and fresh weight.Spraying GABA on leaf effectively relieved the stress of waterlogging stress，significantly improved the growth indicators of plant；and the effects of 40 mmol/L was the best.（2）The Chlorophyll content under waterlogging stress reduced more significantly than under normal cultivation，and suitable concentration of GABA could improve the content of Chlorophyll a，Chlorophyll b and Chlorophyll（a+b）.The Chlorophyll content reached the maximum when GABA was 40 mmol/L，which effectively relieved the damage of waterlogging stress on photosynthetic pigment.（3）Waterlogging stress significantly reduced the Fv/Fm，qP，ETR，Yield of seedlings，increased the qN，which destroied the chlorophyll fluorescence system；significantly reduced the Pn、Gs、Tr of seedlings，increased the Ci，significantly reduced photosynthesis efficiency.Spraying appropriate GABA on leaf could effectively alleviate damage to the seedling fluorescence and photosynthesis from waterlogging stress.

Key words：Pakchoi；γ-aminobutyric acid（GABA）；Waterlogging stress；Growth；Photosynthesis

中图分类号：S634.3

文献标识码：A

文章编号：1000-3924（2016）03-055-05

DOI：10.15955/j.issn1000-3924.2016.03.11

收稿日期：2015-12-10

基金项目：上海市绿叶蔬菜产业技术体系；863计划“智能化植物工厂生产技术研究”（2013AA103006）

作者简介：刘金平（1990—），女，在读硕士，研究方向：蔬菜生理学。E-mail：1107984523@qq.com

*通信作者，E-mail：yy5@saas.sh.cn