γ-氨基丁酸對高溫下酸棗種子發(fā)芽的促進作用

鄧本良 趙旭升

摘要?[目的]?研究GABA對高溫下酸棗種子發(fā)芽的影響。[方法]采用不同的抑制劑對酸棗種子進行處理，研究GABA對酸棗種子在高溫下發(fā)芽的促進作用。[結(jié)果]GABA能顯著提高酸棗種子在高溫（40?℃）下發(fā)芽率。此外，H2O2、DMTU、DPI、ABA和fluridone能顯著促進GABA在高溫下對種子發(fā)芽的影響。[結(jié)論]GABA能促進種子高溫下發(fā)芽，可能與其誘導(dǎo)種子中H2O2降解ABA有關(guān)。

關(guān)鍵詞?γ-氨基丁酸;高溫;酸棗種子;雙氧水

中圖分類號?S665.1文獻標識碼?A文章編號?0517-6611（2020）07-0054-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.07.017

Effects?of?GABA?on?Jujube?Seed?Germination?under?High?Temperature

DENG?Benliang，?ZHAO?Xusheng

（Luoyang?Normal?University，?Luoyang，?Henan??471934）

Abstract?[Objective]?To???study?the?effect?of?GABA?on?jujube?seed?germination?under?high?temperature?stress.[Method]?Different?specific?inhibitors?were?applied?on?heat?stressed?jujube?seeds?and?the?effects?were?investigated?by?monitoring?the?germination?rate.?[Result]?GABA?could?improve?jujube?seed?germination?under?high?temperature?and?this?effect?could?be?significantly?modified?by?H2O2，?DMTU，?DPI，?ABA?and?fluridone.?[Conclusion]?GABA?could?improve?seed?germination?under?high?temperature.?The?NADPH?oxidase?mediated?H2O2?was?closely?associated?with?the?thermodormancy?release?by?GABA?in?jujube?seed.

Key?words?γaminobutyric?acid;High?temperature;Jujube?seed;Hydrogen?peroxide

作者簡介?鄧本良（1978—），男，湖南洞口人，講師，博士，從事活性氧調(diào)控作物種子發(fā)芽機理研究。

收稿日期?2019-07-13;修回日期?2019-07-24

伽馬氨基丁酸（γ-aminobutyric?acid，GABA）是一種非蛋白氨基酸，具有多種生理功能，廣泛分布于動植物體內(nèi)。GABA在醫(yī)學上具有鎮(zhèn)靜神經(jīng)、降低血壓、降低血氨、促進腦活力等作用[1]。近年來，在植物生長發(fā)育和抗逆上有廣泛研究[2]。此外，在植物種子發(fā)芽過程中會大量合成GABA[3]。

植物種子發(fā)芽除需要充足的空氣外，還需要適宜的溫度及適量的水分。然而，種子在某些逆境（如高溫，鹽害，重金屬污染等）下，輕則降低發(fā)芽能力，重則根本無法發(fā)芽出苗[4-8]。此外，很多作物種子的發(fā)芽快慢還與種子本身抗氧化物質(zhì)含量甚至種子本身老化程度等有密切關(guān)系[9-11]。

種子發(fā)芽過程中，線粒體呼吸作用極其旺盛。在這個過程中，不可避免地會產(chǎn)生大量活性氧[12]。在種子發(fā)芽過程中，線粒體和位于胞質(zhì)空間的NADPH氧化酶是2個產(chǎn)活性氧的主要部位[12]。活性氧濃度過高或過低均會抑制種子發(fā)芽[12]。當活性氧含量過高時，植物會被一些抗氧化物質(zhì)如抗壞血酸和谷胱甘肽清除，從而維持在適宜水平。此外，種子發(fā)芽需要降低細胞中脫落酸（ABA）含量。然而，某些逆境脅迫如干旱、高溫和鹽害能促進種子合成更多ABA，從而阻止發(fā)芽進程。但活性氧如H2O2能降解ABA，從而打破種子休眠進入發(fā)芽階段[13]。

二甲基硫脲（dimethylthiourea，DMTU）是一種人工合成的活性氧特異性清除劑，被廣泛應(yīng)用于活性氧研究。此外，二聯(lián)苯碘（diphenyleneiodonium，DPI）是NADPH氧化酶的一種特異性抑制劑。而氟啶酮（fluridone，縮寫為Flu）是ABA合成過程中的特異性抑制劑。筆者利用酸棗種子為試驗材料，研究其高溫下發(fā)芽機理。

1?材料與方法

1.1?試驗材料

以購買的酸棗種子為試驗材料。酸棗外面的果肉、核殼已去掉，只保留里面的酸棗仁種子。

1.2?試驗方法

將酸棗種子先用自來水浸泡12?h，然后轉(zhuǎn)入墊有雙層濾紙的玻璃培養(yǎng)皿中。分成以下8組：常溫水對照組、高溫水對照組、高溫GABA處理組、高溫GABA加H2O2組、高溫GABA加DMTU組、高溫GABA加DPI組、高溫GABA加ABA組以及高溫加Fluridone組。以上幾種試劑所用濃度：1?mmol/L?GABA，100?mmol/L?H2O2，10?mmol/L?DMTU，0.1?mmol/L?DPI，0.1?mmol/L?ABA?以及?1?mmol/L?fluridone。常溫設(shè)定為25?℃，高溫設(shè)定為45?℃。每天分2次檢查種子發(fā)芽情況，連續(xù)檢查7?d。當露白0.5?mm即視為發(fā)芽。每個試驗設(shè)定3個重復(fù)。

1.3?數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS軟件用Duncans多重比較進行分析，并用Photoshop軟件作圖。

2?結(jié)果與分析

相對于常溫下酸棗發(fā)芽率（約70%），高溫能顯著降低其最終發(fā)芽率（第5天）80%左右（約15%）。然而對高溫下酸棗種子噴灑1?mmol/L?GABA，可以顯著提高發(fā)芽率至40%，約提高166%（相對于高溫水對照）。而噴灑100?mmol/L?H2O2，可以進一步提高GABA的促進效果，約在GABA的基礎(chǔ)上提升18%左右。相對于H2O2，10?mmol/L?DMTU噴灑能削弱GABA在高溫下的促進作用，導(dǎo)致發(fā)芽率下降約37%。噴灑0.1?mmol/L?DPI能削弱GABA在高溫下的促進作用，發(fā)芽率約降低47%。此外，噴灑0.1?mmol/L?ABA，也能顯著降低GABA在高溫下的保護作用，約降低發(fā)芽率27%。然而，噴灑1?mmol/L?fluridone（Flu）能顯著進一步促進GABA在高溫下的保護作用，約提高酸棗種子發(fā)芽率35%（圖1）。

3?結(jié)論與討論

酸棗種子如果帶殼發(fā)芽極其緩慢，該試驗中選用的是去殼的種子進行試驗，約在7?d內(nèi)能大部分發(fā)芽，發(fā)芽率高達70%左右。然而高溫能顯著降低其發(fā)芽率，這可能與高溫誘導(dǎo)種子中ABA積累有關(guān)，導(dǎo)致種子無法打破熱休眠進入發(fā)芽狀態(tài)。然而通過噴灑1?mmol/L?GABA溶液，可以顯著提高酸棗種子在高溫下發(fā)芽率。推測這種非蛋白氨基酸可能作為異源物（xenobiotic）通過刺激酸棗種子細胞產(chǎn)生活性氧從而協(xié)助種子降解ABA。通過噴灑H2O2發(fā)現(xiàn)有類似效果，而噴灑H2O2清除劑DMTU會減輕這種效果。這與前人在玉米種子發(fā)芽上研究結(jié)論類似[4-5]。而作為異源物，最先接觸細胞并刺激產(chǎn)活性氧的部位可能是位于細胞膜上的NADPH氧化酶，因此用該酶特異性抑制劑DPI處理后，通過降低該酶活性氧的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)可以顯著削弱GABA的刺激作用。這也與在玉米上的處理結(jié)果類似[6-7]。最終，使用ABA和其合成特異性抑制劑fluridone對高溫下酸棗種子處理后，發(fā)現(xiàn)能削弱或促進GABA在高溫下的保護作用，這說明GABA對高溫下酸棗種子發(fā)芽的保護作用與通過產(chǎn)生的活性氧降解高溫誘導(dǎo)的脫落酸有關(guān)。當然，對于GABA在高溫下如何調(diào)控酸棗種子的具體機理還需要從生化和分子水平進一步研究。

該研究從表型上確定了GABA對高溫下酸棗種子發(fā)芽

有顯著的保護作用，并對其保護機理進行了初步探討，為今后從活性氧角度研究如何調(diào)控酸棗種子發(fā)芽提供了理論基礎(chǔ)[12-13]。

參考文獻

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