γ-氨基丁酸 (GABA)可显著提高豆类作物免受非生物胁迫

GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （4）GABA缓解重金属胁迫
➢ Song et al. (2010)，报道外源应用GABA，通过激活抗氧化酶作为防御反应， 降低ROS引起的羰基化蛋白水平，缓解了H+的氧化损伤和对大麦幼苗的铝毒 性。
➢ 不仅如此，GABA在减轻金属胁迫对许多其他作物物种的影响方面的作用被多 出报道。
➢ 可作为氮代谢和氨基酸生物合成的必需中间体，在初级和次级代谢物合成中 起着关键作用(Ramos-Ruiz et al. 2019)。
➢ 许多研究表明，GABA参与对各种非生物胁迫的耐受性，如：高温(Nayyar et al. 2014; Priya et al. 2019)、干旱(Yong et al. 2017)、盐碱(Cheng et al. 2018),、低光照和缺氮(Kinnersley and Lin 2000)。
GABA的生物合成
➢ 通常，GABA是通过代谢在体内合成的，称为
GABA分流途径（三羧酸循环的另一条之路），
经过两步三羧酸循环代谢，支路包括三个关
键酶：
➢ 谷氨酸脱羧酶（GAD）、GABA转移酶
（GABA-T）、琥珀酸半醛脱氢酶(SSADH)。
➢ 当植物受到生物或非生物胁迫时，三个关键 酶相互作用，协同调控酶活性，使得GABA在
பைடு நூலகம்
在植物中通过GABA分流生物合成GABA
植物体内快速大量积累，有效地响应各种逆
境胁迫。
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （1）GABA缓解高温干旱胁迫
➢ 绿豆是一种富含蛋白质、维生素和矿物质的夏季食品豆类，其温度最佳值约 为35C℃/25℃（日/夜）。
➢ 温度高于36℃/28℃（昼夜温度）在繁殖期对绿豆植株造成高温胁迫，如失花、 结荚不良、荚果大小、荚数和种子产量减少等方面。
➢ 在逆境植物中应用GABA可提高GABA的分流活性，提高光合效率，增加内源 GABA、抗氧化酶，降低MDA、活性氧含量，最终保留了处理植物的膜完整 性。此外，豆类中的各种营养性状受到环境胁迫的高度影响。
➢ (Lemna minor L.)在浮萍实验中报道了GABA对植物矿物获取的影响，用 10mM的GABA处理的植物比未经处理的植物具有更高的营养元素含量（如 Mn、Zn和B含量增加）。
γ-氨基丁酸 (GABA)可显著提高豆类作物免 受非生物胁迫
GABA简介
➢ 1953年，发现GABA(γ-氨基丁酸)是马铃薯块茎中普遍存在的一种非蛋白氨 基酸(Thompson et al. 1953)，它在植物生长和发育中起内源性信号分子的 作用，并在植物组织中迅速积累，以响应多种非生物和生物胁迫(Roberts 2007)。
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （2）GABA缓解冻害胁迫
➢ Yang et al. (2011) ，研究表明，GABA的应用显著抑制了桃果实中超氧化物 歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘 肽S-转移酶、单脱氢抗坏血酸还原酶和脱氢抗坏血酸还原酶等抗氧化酶的活 性。
➢ 外源GABA的应用也提高了三磷酸腺苷和二磷酸腺苷的含量，但降低了腺苷一 磷酸含量，导致GABA处理果实中能量电荷水平较高。
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （2）GABA缓解冻害胁迫
➢ 还有其他一些关于GABA在减轻冷/冷应激方面的作用的报道，例如在桃子中 (Shang et al. 2011; Bustamante et al. 2016) 小麦幼苗(Malekzadeh et al. 2012)等，然而，外源GABA在冷胁迫豆科中的作用尚未见报道。
➢ 因此，从生物强化的角度来看，GABA的应用可能是提高豆科作物养分含量的 一种很有前途的策略。总之，GABA在植物生理调节中起着积极的作用。
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （3）GABA缓解盐胁迫
➢ Kumar et al. (2017)研究表明，外源GABA通过增加各种抗氧化酶，减少活 性氧(ROS)的积累和渗透压物质，有助于维持细胞形态，增加细胞在盐胁迫下 的功能。
➢ 实验研究了GABA对盐胁迫黑果形态特征和产量属性的影响，结果表明，在 30、45、60（播种后天数）各阶段NaCl50mM处理中， NaCl 50 mM + GABA 70 mM处理植株高度、植株干重和每株荚数均显著升高，且最大种子 产量3.9g，明显优于所有其他处理和对照。
➢ 外源GABA处理大大增强了作物的生殖功能（花粉萌发、花粉活力、柱头感受 性和胚珠活力），减缓对膜、光合机制的损伤，蔗糖合成等碳同化及其利用， 并与对照(未经处理的GABA)植物相比增加了渗透压物质的积累。
GABA在减轻非生物胁迫中的作用
➢ （1）GABA缓解高温干旱胁迫
➢ 与没有GABA应用的对照相比，GABA应用产生了更多的荚数（28%)，每株 种子重量(27%）更高，研究表明，GABA的补充有利于花的发育和生殖功能 (Priya et al. 2019)。
GABA简介
➢ 它通过上调抗氧化防御系统刺激植物生长并减轻胁迫。 ➢ 由于GABA有较高的抗氧化剂活性，能保证作物贮藏期间的质量，有助于提高
货架期(Ramos-Ruiz et al. 2019)。 ➢ GABA的含量取决于植物的生长和发育阶段，在种子萌发过程中浓度水平显著
升高 (Kim et al. 2013)，在过去的十年中，GABA在植物中的功能引起了新 的关注，因为发现细胞内和细胞外GABA浓度在各种胁迫下迅速增加(Shelp et al. 2017)。 ➢ 一般情况下，植物组织中GABA水平在0.03～2.0lmolg-1（鲜重）之间，但 在非生物胁迫下增加了许多倍(Bhattacharya et al. 2018)。
➢ 如玉米镉毒(Seififikalhor et al. 2020)、甘蓝类作物的铬中毒(Mahmud et al. 2017)、水稻亚砷酸盐中中毒(Kumar et al. 2019)等。
总结与展望
➢ 外源应用GABA可提高植物内源GABA水平和耐受性，并通过积极调节GABA 分流和相关途径提高非生物胁迫耐受性。