γ-氨基丁酸對(duì)番茄嫁接苗耐鹽性的生理調(diào)控效應(yīng)

賈邱穎，吳曉蕾，冀勝鑫，褚新培，趙 峰，宮彬彬，李敬蕊，高洪波

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院/河北省蔬菜種質(zhì)創(chuàng)新與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，河北保定 071001）

土壤鹽漬化是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要非生物脅迫之一，世界上約7%的土地面積和20%的灌溉土地均受到鹽漬化的影響[1-2]。鹽脅迫常造成植物葉片營(yíng)養(yǎng)元素缺乏，影響植物光合作用，嚴(yán)重抑制植株生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，鹽脅迫致使植物發(fā)生離子毒害，導(dǎo)致植株內(nèi)活性氧 (ROS) 大量積累，從而使植物體內(nèi)細(xì)胞膜的完整性、各種酶的活性，以及根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取、葉片中光合器官的功能等都受到高濃度鹽分的影響，使植物生長(zhǎng)受限，植株表型出現(xiàn)鹽害癥狀[3]。

番茄 (Solanum lycopersicumL.) 作為一種世界性蔬菜作物，土壤鹽漬化已成為番茄設(shè)施栽培及優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的限制因素之一[4]，高濃度的鹽分導(dǎo)致番茄幼苗體內(nèi)發(fā)生離子失衡和質(zhì)膜過氧化，通過破壞光合作用等一系列生理過程來抑制番茄生長(zhǎng)[5-6]。研究表明，嫁接提高番茄植株耐鹽性主要決定于砧木根系的耐鹽能力，與降低Na+吸收、Na+截留作用[7]，減少ROS積累[8]等途徑密切相關(guān)，耐鹽砧木嫁接后接穗葉片主要表現(xiàn)為光合作用提高、活性氧積累量降低和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的顯著積累[9-10]。但是不同番茄砧木耐鹽能力存在顯著差異，即使耐鹽砧木具備對(duì)NaCl等鹽分脅迫的抵抗能力，其對(duì)緩解鹽脅迫的作用也是有限的，是否可以通過施用外源物質(zhì)進(jìn)一步提高植株耐鹽性有待研究。

γ-氨基丁酸 (γ-aminobutyric acid，GABA) 作為一種四碳非蛋白質(zhì)氨基酸，常被作為一種外源物質(zhì)施用以緩解植物在生長(zhǎng)過程中的逆境傷害[11-12]。研究表明，外源GABA處理通過促進(jìn)內(nèi)源GABA的積累顯著提高了 150 mmol/L NaCl處理下玉米的耐鹽性[13]；外源GABA通過加快甜瓜內(nèi)活性氧代謝，促進(jìn)抗壞血酸-谷胱甘肽 (AsA-GSH) 循環(huán)[14]，降低鹽脅迫下細(xì)胞膜損傷；還可改善生菜和玉米的光合作用并調(diào)節(jié)活性氧代謝[15-16]等來降低鹽脅迫的有害影響。我們前期研究也表明，外源GABA可通過促進(jìn)鹽脅迫下番茄種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)，加速活性氧代謝，提高葉片光合速率，提升番茄幼苗耐鹽性[17-20]。但外源施用GABA提高植株耐鹽能力的效果是否受植株根系耐鹽性或吸收能力的影響尚不明確，而這與生產(chǎn)中GABA的應(yīng)用效果具有直接聯(lián)系。

為此，本研究以篩選出的抗鹽性最強(qiáng)的番茄品種為砧木，以鹽敏感番茄品種為接穗形成嫁接苗，以接穗自嫁接苗作為對(duì)照，形成具有根系耐鹽性顯著差異的番茄嫁接材料，在175 mmol/L NaCl脅迫下，研究外源添加5 mmol/L GABA對(duì)鹽脅迫下植株生長(zhǎng)、Na+積累、氨基酸含量和抗氧化酶活性等指標(biāo)的影響，闡明外源GABA在提高番茄嫁接苗耐鹽過程中的生理調(diào)節(jié)機(jī)制，探討嫁接植株抗鹽能力、離子吸收和生理代謝是否受GABA的調(diào)節(jié)，GABA提高植株耐鹽性是否與幼苗根系存在密切聯(lián)系，研究結(jié)果為生產(chǎn)中外源GABA氨基酸肥料施用及提高蔬菜耐鹽性提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)在2018年預(yù)備試驗(yàn)篩選出耐鹽性差異材料及差異顯著NaCl處理濃度的基礎(chǔ)上，于2019年1—10月在河北省保定市定興縣華農(nóng)蔬菜專業(yè)合作社工廠化育苗基地和河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地內(nèi)進(jìn)行。以耐鹽性較強(qiáng)的砧用番茄品種‘OZ-006’(R) 為砧木，用鹽敏感番茄品種‘中雜9號(hào)’(S) 為接穗形成嫁接苗 (RS)，并以‘中雜9號(hào)’自嫁接苗 (SS) 為對(duì)照，在 175 mmol/L NaCl脅迫下進(jìn)行培養(yǎng)。

番茄砧木和接穗種子分別購(gòu)自北京開心格林農(nóng)業(yè)科技有限公司和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所；GABA購(gòu)自美國(guó)Sigma-Adrich公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

番茄砧木和接穗種子催芽后用72孔穴盤進(jìn)行育苗，育苗基質(zhì)為草炭∶蛭石∶珍珠巖 = 1∶1∶1。待番茄幼苗長(zhǎng)至四葉一心時(shí)，以番茄品種R作為砧木，S作為接穗，采用劈接法獲得嫁接苗 (RS) 及中雜9號(hào)自嫁接苗 (SS)。嫁接后15天，選取整齊一致且長(zhǎng)勢(shì)良好的嫁接苗，洗去幼苗根部基質(zhì)，定植于裝有 16 L Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液 (pH 6.5，EC 值 2.0～2.2 mS/cm) 的灰色塑料盆中進(jìn)行水培，用充氧泵及時(shí)補(bǔ)充氧氣，保持番茄幼苗正常生長(zhǎng)。預(yù)培養(yǎng)3天后，分別對(duì)SS和RS幼苗進(jìn)行NaCl (營(yíng)養(yǎng)液中添加175 mmol/L NaCl，CK) 及 Na+G 處理 (營(yíng)養(yǎng)液中添加 175 mmol/L NaCl和 5 mmol/L GABA，用“+G”表示)。在處理后不同時(shí)間內(nèi)統(tǒng)計(jì)番茄幼苗鹽害指數(shù)及生長(zhǎng)速率，測(cè)定幼苗鮮重、干重以及葉綠素、Na+、氨基酸含量和活性氧代謝指標(biāo)。處理及取樣時(shí)間為上午8:00，每處理取樣15株分別測(cè)定生長(zhǎng)指標(biāo)，生理指標(biāo)測(cè)定取樣6株，3次重復(fù)。

1.3 測(cè)定方法

分別在處理0、1、2、4、6天后，每處理選15株幼苗統(tǒng)計(jì)測(cè)定鹽害指數(shù)，鹽害指數(shù) (%) =∑(N 級(jí)苗數(shù) × N 級(jí))/5 級(jí) × 總苗數(shù) × 100[21]。每處理選固定15株幼苗測(cè)定其株高(幼苗莖基部至頂部生長(zhǎng)點(diǎn))，株高生長(zhǎng)速率 = (測(cè)定株高－前一次測(cè)定株高)/前一次測(cè)定株高 × 100%。在處理第 2、4 天，每處理選擇15株幼苗分別稱量植株鮮重，在烘箱內(nèi)105℃下殺青10 min后在80℃烘干至恒重，測(cè)定植株干重。組織含水量 = (鮮重－干重)/鮮重 × 100%。處理第2、4天后，采用丙酮乙醇 (1∶1) 浸提法測(cè)定幼苗葉片葉綠素含量[22]。

分別在處理第2、4 天后，取番茄幼苗葉片及根系烘干樣品 100 mg，加入 5 mL HNO3(65%～68%)，在微波消化系統(tǒng)中消煮2～3 h，使用原子吸收光譜儀測(cè)定 Na+含量[23]。

采用2,4-二硝基氟苯 (FDNB) 柱前衍生、反相高效液相色譜法測(cè)定番茄葉片氨基酸含量。分別在處理 2、4 天，取番茄葉片 2 g，按 1∶1 比例 (V/V) 加入10%磺基水楊酸勻漿，于4℃下放置17 h，離心10 min后取上清液，使用1% 2,4-二硝基氟苯進(jìn)行氨基酸柱前衍生化處理，0.22 μm濾膜過濾后，取20 μL進(jìn)樣，使用安捷倫1260高效液相色譜儀 (檢測(cè)器為紫外檢測(cè)器) 進(jìn)行測(cè)定，反相高效液相色譜柱為ZORBAX Eclipse Plus C18 (5 μm，250 mm × 4.6 mm)檢測(cè)波長(zhǎng)為360 nm，柱溫40℃，流速為1 mL/min，按外標(biāo)法計(jì)算番茄葉片內(nèi)氨基酸含量[24]。

分別在處理0、1、2、4、6天后，稱取番茄幼苗的葉片和根系0.5 g，測(cè)定抗氧化酶活性；超氧化物歧化酶 (SOD) 活性參考 Giannopolitis等[25]的方法測(cè)定，以試驗(yàn)反應(yīng)中抑制氮藍(lán)四唑 (NBT) 光化還原50%作為一個(gè)酶活力單位 (U)；過氧化物酶 (POD) 活性參考Zeng等[26]的愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，以O(shè)D值變化0.01/min為1個(gè)酶活力單位 (U)；過氧化氫酶 (CAT)活性采用Dhindsa等[27]方法，以O(shè)D值變化0.1/min 為 1 個(gè)酶活力單位 (U)。超氧陰離子 () 產(chǎn)生速率參照王愛國(guó)等[28]方法測(cè)定，丙二醛 (MDA) 含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[29]。的組織化學(xué)染色參照Thordal-Christensen等[30]的方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2016和SPSS 22.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，采用單因素和Duncan法進(jìn)行方差分析 (P＜ 0.05 為顯著)。

2 結(jié)果與分析

2.1 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗鹽害指數(shù)及株高生長(zhǎng)速率的影響

從表1可以看出，SS和RS幼苗的鹽害指數(shù)隨NaCl脅迫時(shí)間延長(zhǎng)逐漸增加，但RS幼苗鹽害指數(shù)顯著低于SS幼苗，降低幅度為16.9%～54.5%。在+G處理中，SS和RS幼苗的鹽害指數(shù)均較對(duì)照處理顯著下降，但SS幼苗鹽害指數(shù)降低幅度明顯大于RS幼苗，其中SS幼苗的最大降低幅度為54.5%，而RS幼苗最大降低幅度僅為22.7%。

表1 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗鹽害指數(shù)及株高生長(zhǎng)速率的影響Table 1 Effects of GABA on salt injury index and plant height growth rate of tomato seedlings under salt stress treatments

在整個(gè)處理過程中，對(duì)照處理的RS幼苗株高生長(zhǎng)速率均顯著高于SS幼苗，提高幅度達(dá)47.3%～124.0%。外源GABA處理可有效緩解NaCl脅迫對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，促使SS和RS幼苗株高生長(zhǎng)速率顯著增加，在+G處理2、4、6天，SS幼苗株高生長(zhǎng)速率分別比對(duì)照處理提高1.57、2.74和2.00倍，而RS幼苗株高生長(zhǎng)速率僅分別比對(duì)照處理提高了0.76、1.02及1.70倍。

2.2 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗鮮重、干重的影響

從表2可以看出，對(duì)照條件下，RS幼苗鮮重在處理第2和第4天均顯著高于SS幼苗，RS幼苗干重僅在處理第2天時(shí)顯著高于SS幼苗，組織含水量在處理第4天時(shí)顯著高于SS幼苗。外源施用GABA后，SS和RS幼苗鮮重和干重都得到了提升，其中鮮重的提高幅度更為明顯，與對(duì)照相比，SS幼苗在+G處理第2天和第4天，鮮重提高幅度分別達(dá)到18.2%和27.1%，RS幼苗鮮重分別提高10.7%和13.7%；同時(shí)GABA也顯著提高了處理第2天時(shí)SS幼苗的干重和處理第4天時(shí)SS幼苗的組織含水量。

表2 鹽脅迫處理第2天和第4天的番茄幼苗生物量和含水量Table 2 Weight and tissue water content of tomato seedlings on the 2nd and 4th day of salt stress treatments

2.3 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉綠素含量的影響

如表3所示，鹽脅迫下RS幼苗葉片Chl.a、Chl.b、Chl.(a+b) 含量均顯著高于SS幼苗，在處理第4天時(shí)分別提高了57.87%、17.23%和39.66%。外源GABA可顯著增加NaCl脅迫下RS和SS幼苗葉片葉綠素含量，但RS和SS幼苗間存在顯著差異，在處理第4天時(shí)，+G處理的SS幼苗葉片內(nèi)Chl.a、Chl.b、Chl. (a+b) 含量分別比對(duì)照處理提高69.03%、32.04%和52.46%，而+G處理的RS幼苗比對(duì)照處理分別提高19.53%、51.66%和31.62%，外源GABA對(duì)SS幼苗葉片葉綠素含量提高效果比對(duì)RS幼苗明顯，但+G處理的RS幼苗葉片Chl.a、Chl.b 及 Chl. (a+b) 含量均顯著高于 SS 幼苗。

表3 鹽脅迫下處理第2天和第4天的番茄幼苗葉綠素含量 (mg/g，F(xiàn)W)Table 3 Chlorophyll content of tomato seedlings on the 2nd and 4th day of salt stress treatments

2.4 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片及根系Na+含量的影響

從表4可以看出，SS幼苗根系和葉片內(nèi)Na+含量隨NaCl處理時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增加；RS幼苗根系Na+含量在對(duì)照處理第4天時(shí)明顯高于處理第2天時(shí)，但是葉片Na+含量卻呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，RS幼苗根系和葉片Na+含量在對(duì)照處理中均顯著低于SS幼苗，處理第2天和第4天時(shí)，根系Na+含量降低幅度分別為12.9%和14.9%，葉片降低幅度分別為35.7%和45.5%。SS和RS幼苗根系中Na+含量均高于葉片，但RS幼苗葉片與根系Na+含量差異較大，葉片比根系降低48.0%～53.6%，表明RS幼苗不僅抑制了根系對(duì)Na+的吸收，也減少了Na+向葉片的運(yùn)輸，限制幼苗內(nèi)Na+累積的能力強(qiáng)于SS幼苗。外源GABA處理下SS和RS幼苗根系及葉片內(nèi)Na+含量較對(duì)照處理均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，其中SS幼苗葉片Na+含量在處理第2天和第4天時(shí)分別比對(duì)照處理降低了39.4%和32.6%，根系Na+含量分別下降了24.3%和19.6%；RS幼苗葉片內(nèi)Na+含量在處理第2天和第4天時(shí)降低幅度小于SS幼苗，降低幅度分別為12.8%和10.8%，根系Na+含量分別降低18.8%和23.3%，表明外源GABA可抑制根系對(duì)Na+的吸收和葉片內(nèi)Na+的積累。

表4 GABA對(duì)鹽脅迫下第2天和第4天番茄幼苗葉片和根系內(nèi)Na+含量的影響Table 4 Effects of GABA on Na+ content in leaves and roots of tomato seedlings on the 2nd and 4th day of salt stress treatments

2.5 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片氨基酸含量的影響

從圖1可以看出，RS和SS幼苗在對(duì)照和+G處理下葉片谷氨酸 (Glu)、組氨酸 (His)、甘氨酸(Gly)、脯氨酸 (Pro)、丙氨酸 (Ala)、γ-氨基丁酸(GABA)、纈氨酸 (Val)、甲硫氨酸 (Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸 (Leu)、苯丙氨酸 (Phe)等 11 種氨基酸含量存在差異。其中處理第2天時(shí)RS幼苗葉片的Glu、Ala、GABA、Met、Ile、Leu 及 Tyr共 7 種氨基酸含量均顯著高于SS幼苗葉片，處理第4天時(shí)RS幼苗葉片Glu、GABA、Leu顯著高于SS幼苗葉片。在11種氨基酸中，Glu、Pro、GABA含量受外源GABA影響較大，其中SS幼苗葉片Glu和GABA含量受GABA誘導(dǎo)提高幅度大于RS幼苗葉片。+G處理的第2天和第4天，SS幼苗葉片Glu和GABA含量較對(duì)照處理提高幅度分別為63.7%～151.0%和57.2%～60.7%，而+G處理的RS幼苗葉片Glu和GABA含量較對(duì)照處理提高幅度分別為49.5%～78.3%和30.3%～43.0%，均顯著高于對(duì)照處理的SS和RS幼苗葉片；RS幼苗葉片在+G處理下Pro含量顯著高于SS幼苗葉片，提高幅度達(dá)18.3%～25.8%。

圖1 GABA對(duì)鹽脅迫下第2天和第4天番茄幼苗葉片氨基酸含量的影響Fig. 1 Effects of GABA on amino acid content of tomato leaves on the 2nd and 4th day under salt stress treatments

2.6 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系SOD活性的影響

如圖2所示，SS和RS幼苗的葉片和根系SOD活性隨NaCl處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈逐漸增加的趨勢(shì)，且RS幼苗體內(nèi)SOD活性顯著高于SS幼苗。外源GABA處理顯著提高了鹽脅迫下SS和RS幼苗體內(nèi)SOD活性，在處理6天后，+G處理的RS幼苗葉片SOD活性比對(duì)照處理提高了19.0%，根系提高了26.6%，+G處理的SS幼苗葉片SOD活性比對(duì)照處理提高了15.6%，根系提高了21.2%，但+G處理的RS幼苗葉片和根系SOD活性均高于SS幼苗，在處理第4天和第6天時(shí)RS幼苗葉片SOD活性較SS幼苗分別提高18.2%、15.2%，根系較SS幼苗分別提高20.9%、12.2%。

圖2 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系SOD活性的影響Fig. 2 Effects of GABA on SOD activity in leaves and roots of tomato seedlings under salt stress treatments

2.7 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系POD活性的影響

圖3表明，在處理0～6天內(nèi)，對(duì)照處理下SS和RS幼苗葉片和根系內(nèi)POD活性均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加，+G處理的SS和RS幼苗葉片及根系POD活性均顯著高于對(duì)照處理，均表現(xiàn)為RS幼苗高于SS幼苗。在處理1～6天，RS幼苗在+G處理下葉片和根系POD活性較對(duì)照處理分別提高了12.9%～32.9%和13.5%～29.1%。+G處理1～6天，RS幼苗葉片POD活性較SS幼苗提高了11.8%～15.5%，RS幼苗根系POD活性在處理1和2天分別比SS幼苗提高了11.7%和10.2%，呈現(xiàn)顯著差異。

圖3 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系POD活性的影響Fig. 3 Effects of GABA on POD activity in leaves and roots of tomato seedlings under salt stress treatments

2.8 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系CAT活性的影響

從圖4可以看出，對(duì)照處理中SS和RS幼苗體內(nèi)CAT活性存在顯著差異，RS幼苗葉片CAT活性在處理的第1、4、6天顯著高于SS幼苗葉片，RS幼苗根系CAT活性在處理第2～6天顯著高于SS幼苗根系，葉片與根系內(nèi)CAT活性均表現(xiàn)為RS+G ＞ SS +G ＞ RS-CK ＞ SS-CK，在+G 處理第 1、2天，RS幼苗葉片CAT活性顯著高于SS幼苗葉片，提高幅度分別為18.9%和19.4%，而根系CAT活性在整個(gè)+G處理過程中均顯著高于SS幼苗根系，提高幅度為6.9%～25.2%。

圖4 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系CAT活性的影響Fig. 4 Effects of GABA on CAT activity in leaves and roots of tomato seedlings under salt stress treatments

2.9 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系MDA含量的影響

從圖5可知，隨NaCl處理時(shí)間的延長(zhǎng)，幼苗葉片和根系MDA累積量呈不斷增加的趨勢(shì)，但RS幼苗葉片和根系MDA含量在整個(gè)處理過程中均顯著低于SS幼苗。外源GABA顯著降低RS和SS幼苗體內(nèi)MDA的累積量，在處理第2、4、6天，+G處理的RS幼苗葉片內(nèi)MDA含量較對(duì)照處理分別降低了14.2%、19.7%和18.0%，根系內(nèi)分別降低了10.4%、13.8%和16.7%，+G處理的SS幼苗葉片內(nèi)MDA含量較對(duì)照處理分別降低了19.5%、18.7%和14.0%，根系內(nèi)分別降低了12.2%、16.4%和17.9%，但+G處理的SS幼苗葉片和根系MDA含量仍顯著高于幼苗RS。其中，處理第6天后的SS幼苗葉片MDA含量較RS幼苗提高12.5%，根系MDA含量較RS幼苗提高10.0%。

圖5 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系MDA含量的影響Fig. 5 Effects of GABA on MDA content in leaves and roots of tomato seedlings under salt stress treatments

2.10 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系產(chǎn)生速率的影響

圖6 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄幼苗葉片和根系產(chǎn)生速率的影響Fig. 6 Effects of GABA on production rate in leaves and roots of tomato seedlings under salt stress treatments

圖7 不同處理下番茄幼苗葉片染色照片F(xiàn)ig. 7 Photos of tomato seedling leaves under different treatments

3 討論

3.1 GABA對(duì)鹽脅迫下番茄嫁接苗生物量的影響

植物響應(yīng)鹽脅迫最直觀的變化就是植株生長(zhǎng)受到明顯抑制。研究發(fā)現(xiàn)，嫁接通過利用砧木發(fā)達(dá)的根系及較強(qiáng)的抗性，可顯著緩解鹽脅迫對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的抑制作用[31]；外源施用GABA通過提高抗氧化能力[16]，減少葉綠素降解，保持葉片的光合作用[19]等途徑緩解了鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制作用。本試驗(yàn)研究以自嫁接苗和耐鹽砧木嫁接苗為材料，分析了鹽脅迫下GABA對(duì)2種嫁接苗耐鹽性的影響，結(jié)果表明，NaCl脅迫下，2種嫁接苗 (RS、SS) 的株高生長(zhǎng)速率、干鮮重、葉綠素含量均表現(xiàn)為RS ＞SS，鹽害指數(shù)則表現(xiàn)為RS ＜ SS，這是由于利用耐鹽砧木嫁接的RS幼苗其砧木本身耐鹽性顯著高于SS幼苗，嫁接后番茄的砧木根系活力較強(qiáng)，可吸收較多生長(zhǎng)所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而增強(qiáng)鹽脅迫下番茄植株的生長(zhǎng)勢(shì)，各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)受傷害程度小，在植株表型上表現(xiàn)出的鹽害癥狀較輕。外源GABA作為含氮物質(zhì)，被植物體吸收后可有效促進(jìn)生長(zhǎng)，減少鹽脅迫下SS和RS幼苗葉片葉綠素降解，緩解鹽害對(duì)植株生長(zhǎng)的抑制作用，RS幼苗在各項(xiàng)表型指標(biāo)上均優(yōu)于SS幼苗，表明GABA在耐鹽性強(qiáng)的嫁接苗上施用可進(jìn)一步發(fā)揮耐鹽砧木在減輕鹽脅迫傷害中的重要作用，使得鹽脅迫下番茄嫁接苗的生物量顯著增加。

3.2 GABA對(duì)鹽脅迫下嫁接番茄幼苗Na+累積的影響

Na+是造成土壤鹽漬化的主要離子之一，鹽脅迫導(dǎo)致的植物細(xì)胞損傷和由此產(chǎn)生的生長(zhǎng)抑制主要是由于植物對(duì)Na+的過量吸收和積累造成的[32]。嫁接換根通過調(diào)節(jié)植物體內(nèi)離子的區(qū)域化分配，可減輕鹽脅迫導(dǎo)致的離子毒害[33]；白麗萍等[34]研究發(fā)現(xiàn)，耐鹽砧木具有較強(qiáng)的拒鹽及限制Na+向上運(yùn)輸?shù)哪芰?，可有效減少地上部Na+累積量，進(jìn)而減輕Na+對(duì)葉片的傷害。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，鹽脅迫導(dǎo)致SS和RS幼苗內(nèi)Na+含量逐漸增加，其中RS幼苗的葉片及根系內(nèi)Na+含量均顯著低于SS幼苗，且RS幼苗葉片內(nèi)Na+累積量低于根系，這可能是由于耐鹽砧木有較強(qiáng)的避鈉、拒鈉能力，根系對(duì)Na+的吸收量少于自嫁接苗，并將較多的Na+截留在根系中，減少Na+向葉片運(yùn)輸，進(jìn)而緩解了鹽脅迫對(duì)幼苗造成的損傷。施用外源抗逆物質(zhì)可有效減少鹽脅迫下植物體內(nèi)Na+的積累量[35]，在鹽脅迫下，經(jīng)外源GABA處理后的甜高粱種子發(fā)芽率最高，對(duì)Na+的吸收量最小，對(duì)鹽害的緩解效應(yīng)最佳[36]。本試驗(yàn)也證明外源GABA對(duì)減少鹽脅迫下番茄幼苗內(nèi)Na+累積具有顯著效果，其Na+積累量均較對(duì)照處理顯著降低，但在2種嫁接苗中，GABA處理后的RS幼苗的Na+含量最低，這可能是由于外源GABA作為一種小分子含氮物質(zhì)，在被植物根系吸收后，直接參與了番茄幼苗內(nèi)的多種生理代謝過程，提高了細(xì)胞內(nèi)的滲透調(diào)節(jié)水平，增強(qiáng)了砧木根系抑制Na+吸收及向上運(yùn)輸?shù)哪芰?，這種能力與RS幼苗的砧木耐鹽能力結(jié)合，有效抑制了根系對(duì)于Na+的吸收，減輕了Na+在葉片中過度積累導(dǎo)致的離子毒害。

3.3 GABA對(duì)鹽脅迫下嫁接番茄幼苗氨基酸含量的影響

氨基酸含量的增加能夠提高植物對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)能力。研究表明，氨基酸的合成是植物在NaCl脅迫下的適應(yīng)性反應(yīng)之一[37]，嫁接可通過誘導(dǎo)植物體內(nèi)氨基酸累積來緩解逆境傷害。Penella等[38]研究認(rèn)為嫁接砧木可通過調(diào)節(jié)脯氨酸積累等生理過程，提高幼苗耐鹽能力。本試驗(yàn)結(jié)果表明，RS幼苗葉片內(nèi)GABA、脯氨酸等多種氨基酸含量均顯著高于SS幼苗葉片，這可能是因?yàn)镽S幼苗根系耐鹽性強(qiáng)，通過嫁接可刺激鹽脅迫下幼苗接穗葉片內(nèi)細(xì)胞游離氨基酸含量增加，提高幼苗的滲透調(diào)節(jié)能力。GABA處理誘導(dǎo)植物體內(nèi)丙氨酸[39]及脯氨酸[40-41]的積累，已被證明是植物應(yīng)對(duì)不同逆境脅迫的有效方法。本試驗(yàn)研究表明，外源施用GABA的SS和RS幼苗葉片內(nèi)氨基酸含量均顯著提高，尤其是內(nèi)源GABA和脯氨酸含量提高幅度最大，且GABA處理后RS幼苗葉片內(nèi)各氨基酸含量均顯著高于SS幼苗葉片，這表明外源GABA在被砧木根系直接吸收利用后，可在嫁接苗內(nèi)運(yùn)輸傳導(dǎo)，并誘導(dǎo)葉片內(nèi)源GABA和游離氨基酸含量的進(jìn)一步增加，提高細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力，從而增強(qiáng)嫁接苗抵御鹽脅迫傷害的能力。而外源GABA添加后RS和SS幼苗的葉片氨基酸含量在鹽脅迫下存在顯著差異，可能是由于耐鹽砧木嫁接苗具有較為發(fā)達(dá)的根系，對(duì)外源GABA的吸收速度及轉(zhuǎn)化效率快于耐鹽能力弱的嫁接苗，能夠誘導(dǎo)葉片細(xì)胞氨基酸積累，用于抵抗鹽脅迫傷害。因此，耐鹽性強(qiáng)的嫁接苗添加外源GABA后，仍優(yōu)于耐鹽性弱的嫁接苗。

3.4 GABA對(duì)鹽脅迫下嫁接番茄幼苗活性氧代謝的影響

鹽脅迫造成活性氧 (ROS) 的過量積累而破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，而抗氧化酶活性在保護(hù)植物免受鹽分引起的氧化損傷方面起著重要的作用[19]。Colla等[42]研究認(rèn)為異砧嫁接植株耐鹽性的增強(qiáng)與活性氧清除系統(tǒng)的激活有關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果也證明了鹽脅迫下異砧嫁接苗RS比自嫁接苗SS表現(xiàn)出更強(qiáng)的活性氧清除能力，表現(xiàn)為RS幼苗體內(nèi)SOD、POD、CAT活性顯著高于SS幼苗，而和MDA含量則顯著低于SS幼苗。相關(guān)研究表明，外源施用GABA處理可有效緩解鹽脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制和氧化損傷，主要是由于GABA通過阻止ROS的積累和細(xì)胞死亡參與了對(duì)NaCl脅迫的反應(yīng)，使植物免受鹽逆境傷害[43]。本研究結(jié)果表明外源GABA可進(jìn)一步提升番茄嫁接苗葉片和根系內(nèi)3種抗氧化酶活性，降低產(chǎn)生速率和MDA含量，其作用機(jī)制可能是通過誘導(dǎo)番茄幼苗葉片及根系內(nèi)SOD、POD及CAT活性的提高，降低了幼苗內(nèi)活性氧含量，減輕了膜脂過氧化傷害；添加GABA后，RS幼苗較SS幼苗呈現(xiàn)出更高的活性氧清除能力，是因?yàn)橥庠碐ABA在嫁接的基礎(chǔ)上，抑制了幼苗內(nèi)Na+的過量積累，減輕了鹽脅迫對(duì)幼苗造成的活性氧傷害，并且外源GABA進(jìn)一步誘導(dǎo)耐鹽砧木提高嫁接苗活性氧清除能力，保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)免受傷害，進(jìn)一步提高了嫁接番茄的耐鹽性。

3.5 GABA對(duì)兩種嫁接苗鹽害緩解程度的差異

外源GABA可有效緩解2種番茄幼苗的鹽脅迫癥狀，但本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)外源GABA對(duì)RS和SS幼苗鹽脅迫傷害的緩解程度不同。在GABA對(duì)李屬砧木耐低氧作用的研究中發(fā)現(xiàn)，外源GABA可瞬時(shí)提高低氧敏感型砧木的葉綠素含量、光合作用等指標(biāo)，從而提高其耐性，而對(duì)于耐性較強(qiáng)的砧木作用則不明顯[44]；我們前期對(duì)于甜瓜耐低氧的研究中發(fā)現(xiàn)，外源GABA處理對(duì)耐低氧性強(qiáng)的品種效果更明顯[45]。本研究中外源GABA誘導(dǎo)幼苗鹽害指數(shù)和Na+累積量降低幅度，株高生長(zhǎng)速率、干鮮重及葉綠素、谷氨酸、GABA含量和抗氧化酶活性等指標(biāo)的提高幅度在SS幼苗中明顯高于RS幼苗，這可能是由于耐性不同的根系對(duì)外源GABA的響應(yīng)因基因型和處理時(shí)間的不同存在差異，外源GABA對(duì)RS幼苗鹽害癥狀的緩解沒有對(duì)SS幼苗明顯，可能是由于SS幼苗本身耐鹽性弱，經(jīng)GABA處理后，表現(xiàn)出在鹽處理0～6天的各項(xiàng)指標(biāo)的劇烈變化全部是由GABA誘導(dǎo)，最大限度的體現(xiàn)了GABA對(duì)于鹽脅迫的緩解，而RS幼苗根系耐鹽性強(qiáng)，表現(xiàn)出的鹽害癥狀輕，外源GABA與嫁接方法綜合使用進(jìn)一步增強(qiáng)了砧木對(duì)Na+的截留作用，減少Na+向葉片運(yùn)輸，提高鹽脅迫下幼苗離子吸收的穩(wěn)態(tài)平衡，表明GABA處理對(duì)于RS幼苗鹽害的緩解是GABA與嫁接苗根系共同作用的結(jié)果，但這種作用不是簡(jiǎn)單的疊加關(guān)系，包含了耐鹽砧木根系對(duì)鈉離子運(yùn)輸?shù)囊种萍巴庠碐ABA對(duì)植株多種代謝調(diào)節(jié)的復(fù)雜效應(yīng)。外源施用GABA等氨基酸肥料均可提高不同耐性嫁接植株的耐鹽性，而在耐鹽性較強(qiáng)的嫁接番茄幼苗中施用，可將外源GABA與嫁接緩解鹽脅迫傷害的綜合效應(yīng)最大化，因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，外源GABA的施用不必受植株本身耐性的約束，與嫁接同時(shí)應(yīng)用可收到更理想的耐鹽效果。

4 結(jié)論

本研究從生長(zhǎng)、Na+積累、氨基酸含量及抗氧化酶活性的變化差異討論了外源GABA對(duì)鹽脅迫下番茄RS及SS幼苗的影響，結(jié)果表明，5 mmol/L GABA處理通過對(duì)番茄幼苗Na+向上運(yùn)輸、氨基酸水平和抗氧化酶活性的調(diào)控，進(jìn)一步增強(qiáng)嫁接苗的耐鹽性，主要原因在于GABA為幼苗提供了氮素營(yíng)養(yǎng)，促進(jìn)鹽脅迫下植物生長(zhǎng)和葉綠素的合成，同時(shí)，GABA誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)多種氨基酸含量上升，葉片滲透調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，從而抑制了Na+過量積累，緩解了細(xì)胞內(nèi)活性氧積累帶來的傷害。但GABA處理對(duì)鹽害的緩解作用在耐鹽性弱的SS幼苗上效果更明顯，說明GABA作用的發(fā)揮與幼苗本身耐性有關(guān)，GABA處理下RS幼苗耐鹽性的提高是砧木和GABA共同作用的結(jié)果，而SS幼苗耐鹽性的提高主要受外源GABA的誘導(dǎo)。因此，GABA作為氨基酸肥料進(jìn)行廣泛使用，可提高不同耐性植株的耐鹽能力。