γ-氨基丁酸浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄出苗及幼苗生長(zhǎng)的影響

閆 妮，馮 棣，楊鳳娟，張敬敏，桑茂鵬，祝海燕

（1.山東省設(shè)施園藝生物工程研究中心·濰坊科技學(xué)院 山東 壽光 2627001； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院山東 泰安 271018； 3.曲水縣凈植茂藤農(nóng)業(yè)科技有限公司 西藏 曲水 850600）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展不僅解決了我國(guó)蔬菜供應(yīng)種類少且數(shù)量不足的問(wèn)題，還實(shí)現(xiàn)了周年均衡供應(yīng)，極大地滿足了人們對(duì)蔬菜的日常需求。然而，由于地下水位上升、氣候干旱等自然因素及不合理的種植方式、人為施肥量大等因素，部分地區(qū)的土壤在得不到雨水充分淋洗的情況下，致使種植多年后土壤中的鹽分在表層聚集，產(chǎn)生嚴(yán)重的土壤次生鹽漬化問(wèn)題。鹽分脅迫會(huì)使植株產(chǎn)生滲透脅迫和離子脅迫，從而抑制種子吸水膨脹、出苗以及根尖的產(chǎn)生和幼葉生長(zhǎng)，并加速成熟葉衰老，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致光合作用速率降低、葉綠素含量下降、活性氧（ROS）增加，進(jìn)一步影響植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)。番茄（Mill.）屬于耐鹽性適度敏感作物，鹽分脅迫會(huì)抑制其出苗、生長(zhǎng)，造成減產(chǎn)。大量研究表明，可通過(guò)外源物質(zhì)（如γ-氨基丁酸（GABA）、黃腐酸鉀、水楊酸、一氧化氮等）的使用，提高作物的耐鹽性。GABA 屬于非蛋白質(zhì)氨基酸，與植物體內(nèi)碳素和氮素兩大代謝途徑緊密聯(lián)系，是一種對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響的信號(hào)物質(zhì)。前人研究表明，外源GABA 處理通過(guò)促進(jìn)內(nèi)源GABA 的積累、調(diào)節(jié)活性氧代謝，能顯著改善小麥、玉米、甜瓜等多種作物的耐鹽性。羅黃穎 等發(fā)現(xiàn)，在150 mmol·LNaCl 脅迫下，添加5 mmol·LGABA 水培，明顯提高了番茄苗葉片生長(zhǎng)速率、抗氧化酶活性、葉綠素含量和光合速率，減少了活性氧和膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛的積累，從而改善了耐鹽性。賈邱穎等發(fā)現(xiàn)，與未添加GABA 相 比，添 加5 mmol·L外源GABA 對(duì)鹽分脅迫下番茄嫁接苗的地上部鮮質(zhì)量、葉綠素含量、抗氧化酶活性等均有顯著提高。羅黃穎等發(fā)現(xiàn)使用10 mmol·LGABA 浸種可以更好地促進(jìn)番茄種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)進(jìn)而緩解鹽害。綜上所述，適當(dāng)施加外源GABA 可有效提高作物的耐鹽性，然而未見(jiàn)有關(guān)于GABA 浸種后番茄從種子到幼苗（4 葉1心）全階段在鹽分脅迫下響應(yīng)的研究報(bào)道。

筆者以口感型番茄玉玲瓏為供試對(duì)象，研究外源GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄的出苗、幼苗的地上部和根系生長(zhǎng)、葉片抗氧化酶活性的影響，探討GABA 浸種改善番茄耐鹽性的作用特點(diǎn)，以期為番茄育苗提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2021 年4-5 月在山東省濰坊市壽光市濰科種業(yè)日光溫室內(nèi)進(jìn)行。供試番茄品種為玉玲瓏，種子由濰坊科技學(xué)院濰科種業(yè)科技有限公司提供。GABA 及配置營(yíng)養(yǎng)液的其他物質(zhì)均為分析純，購(gòu)自濰坊泰達(dá)化工世紀(jì)有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置GABA 浸種和不浸種2 個(gè)種子處理方式，以及無(wú)、較低和較高鹽分脅迫，即0.6（當(dāng)?shù)鼐?.6、4.6 g·L3 個(gè)鹽濃度（，后同）灌水處理，不浸種的各鹽濃度處理依次標(biāo)記為S、S、S，浸種的各鹽濃度處理依次標(biāo)記為GS、GS、GS。2.6、4.6 g·L咸水采用NaCl 與井水定量混合而成。精選大小一致、飽滿的種子，消毒、沖洗后用吸水紙吸干。參考羅黃穎等進(jìn)行浸種處理，即采用10 mmol·LGABA 水溶液浸種12 h。每個(gè)處理采用72 穴規(guī)格的穴盤（52 cm×27 cm）育苗90 株，分為3 個(gè)重復(fù)，每30 株為1 個(gè)重復(fù)。播種前使用營(yíng)養(yǎng)土（∶∶=3∶1∶1）填入穴盤，在基質(zhì)表面壓出小穴，大致1 cm 深，播種后覆一層珍珠巖，做好標(biāo)記之后，放置在育苗架上。播后當(dāng)即使用噴壺澆透水，并于每天9：00 適量補(bǔ)水，待第1 片真葉展開(kāi)后及時(shí)追肥，營(yíng)養(yǎng)液配制參照山崎配方。為避免咸水噴灌對(duì)番茄葉片造成傷害，每次補(bǔ)水后使用霧化噴頭和井水快速清洗葉片。試驗(yàn)于播后40 d 結(jié)束。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 空氣溫度和濕度 在溫室內(nèi)穴盤上方10 cm處安裝溫度濕度記錄儀（Benetech GM1365），觀測(cè)試驗(yàn)期間空氣溫度濕度。試驗(yàn)期間的平均、最高和最低氣溫均值分別為22.8±3.1、36.1±7.5、14.9±2.5 ℃，平均、最高和最低空氣濕度均值分別為（59.7±5.6）%、（81.6±12.9）%和（32.8±22.0）%。

1.3.2 生長(zhǎng)指標(biāo) 從播種5 d 后開(kāi)始至播后13 d每天統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，播種14～22 d 每天統(tǒng)計(jì)死亡幼苗數(shù)，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算種子的出苗率、累積死亡率，統(tǒng)計(jì)開(kāi)始出苗時(shí)間，全苗時(shí)間（停止出苗的時(shí)間），計(jì)算相對(duì)出苗率。其中相對(duì)出苗率為各處理出苗率與S處理的比值乘以100%。在番茄幼苗生長(zhǎng)40 d 時(shí)，每個(gè)處理隨機(jī)選取9 株，分別測(cè)定株高、莖粗，葉和莖的干、鮮質(zhì)量。從每個(gè)處理已選取的9株中隨機(jī)選取3 株用于調(diào)查根系干物質(zhì)量和根系形態(tài)指標(biāo)。測(cè)定方法：分別采用直尺和游標(biāo)卡尺測(cè)定株高和莖粗，植物樣鮮質(zhì)量測(cè)定需要將葉片和莖分離后分別稱量，其干質(zhì)量測(cè)定需要將鮮樣在105 ℃殺青30 min 后與洗凈待測(cè)的根系一起于75 ℃烘干至恒質(zhì)量，使用精度為0.000 1 g 的電子天平稱取。用掃描器（Epson V500，美國(guó)）將洗凈待測(cè)根系掃描成彩色TIFF 格式圖像檔，再用圖像分析軟件（WinRHIZO，加拿大）測(cè)定總根長(zhǎng)、根體積、根表面積和根尖數(shù)。

1.3.3 生理指標(biāo) 在進(jìn)行葉綠素含量測(cè)定時(shí)參考李合生方法取生長(zhǎng)點(diǎn)下第3 片展開(kāi)的真葉，剪碎混勻稱取0.200 g，加入25 mL 95%乙醇，于黑暗條件下浸提48 h，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海棱光752S，中國(guó)）測(cè)定665、649 nm 和470 nm 波長(zhǎng)處的吸光度值，3 次重復(fù)。取生長(zhǎng)點(diǎn)下第3 片展開(kāi)的真葉進(jìn)行酶活性指標(biāo)的測(cè)定，稱取0.200 g 樣品洗凈后置于冰浴的研缽中，分3 次加入1.6 mL（0.6、0.5、0.5 mL）50 mmol·L預(yù)冷的磷酸緩沖液（pH 7.8）在冰浴上研磨成勻漿，每個(gè)處理3 個(gè)重復(fù)，然后轉(zhuǎn)入離心管中，在4 ℃、12 000 轉(zhuǎn)下離心20 min，上清液即為酶粗提液，采用試劑盒（蘇州科銘生物科技有限公司，中國(guó)）測(cè)定超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）活性，使用Nakano 等的方法測(cè)定抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理及圖表制作采用Microsoft Office Excel 2021 軟件，差異顯著性和相關(guān)性分析采用SPSS Statistics 26 數(shù)據(jù)處理軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 GABA浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄出苗的影響

從圖1 可以看出，鹽分脅迫可推遲番茄出苗進(jìn)程、降低出苗率、增加死苗率。除S處理在播后6 d開(kāi)始出苗，在播后12 d 完成出苗外，其他處理均在播后5 d 開(kāi)始出苗，分別在播后6～10 d 完成出苗。在播后13 d 時(shí)，與S處理相比，S和S處理的出苗率分別降低了8.74%和14.63%；在相同鹽分濃度下GABA 浸種處理的出苗率分別提高2.92%、8.97%和13.70%，出苗進(jìn)程加快。此外，S、GS處理一直沒(méi)有出現(xiàn)死苗，S、GS處理的累積死苗率處于很低水平，S和GS處理番茄出現(xiàn)的死苗時(shí)間要比S和GS處理提前3～6 d，且累積死苗率均升高。在播后22 d 時(shí)，S、GS、S和GS處理番茄的累積死苗率分別為3.33%、2.22%、37.78%和60.00%。說(shuō)明在較高鹽分脅迫（4.6 g·L）下，使用GABA 浸種雖然會(huì)提高出苗率，但同時(shí)也會(huì)提升死苗率。

圖1 番茄GABA 浸種在不同鹽分梯度下的出苗進(jìn)程及累積死苗率

2.2 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄地上部生長(zhǎng)的影響

不同處理番茄幼苗地上部生長(zhǎng)情況如表1 所示。由表1 可知，番茄株高、莖粗以及莖葉干、鮮質(zhì)量均隨著鹽分脅迫程度的增加而降低。在不同鹽分脅迫下，GABA 浸種對(duì)植株地上部生長(zhǎng)的影響不一致。GS和GS處理的株高、莖葉鮮/干質(zhì)量均高于相應(yīng)的S和S處理，僅GS處理葉片鮮/干質(zhì)量與S處理差異不顯著，GS和S處理、GS和S處理其他指標(biāo)差異均達(dá)到顯著水平。在鹽濃度≤2.6 g·L時(shí)，除莖粗及葉片鮮、干質(zhì)量外，其他指標(biāo)GABA 浸種與不浸種之間差異顯著。而GS處理的各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均小于S處理，二者之間除莖粗差異顯著外，其他指標(biāo)差異均不顯著。在同等鹽分脅迫下比較，與S、S、S處理的株高相比，GS、GS處理分別提高25.03%、9.55%，而GS處理降低11.26%。

表1 不同處理番茄幼苗地上部生長(zhǎng)調(diào)查

2.3 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄根系生長(zhǎng)的影響

由表2 可見(jiàn)，番茄總根長(zhǎng)、根體積、根表面積、根尖數(shù)和根干物質(zhì)量均隨著鹽分脅迫程度的增加而降低。在不同程度鹽分脅迫下，GABA 浸種對(duì)植株根系生長(zhǎng)的影響存在差異。除GS處理的總根長(zhǎng)顯著小于S1 處理外，其他各項(xiàng)根系指標(biāo)GS與S處理、GS與S處理之間無(wú)顯著差異；而GS處理的各項(xiàng)根系指標(biāo)均大于S處理，二者間除根干物質(zhì)量差異顯著外，其他指標(biāo)差異均不顯著。在同等鹽分脅迫下比較，與S、S、S處理的總根長(zhǎng)相比，GS、GS處理分別降低21.12%、22.77%，而GS處理增加11.05%。

表2 不同處理番茄幼苗根系生長(zhǎng)調(diào)查

2.4 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄幼苗葉片中葉綠素含量的影響

從表3 可以看出，番茄葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的含量均隨著鹽分脅迫程度的增加呈下降趨勢(shì)。在不同程度鹽分脅迫下，GABA 浸種對(duì)番茄葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響存在差異。除GS處理葉綠素b 含量小于S外，GS處理葉綠素b、GS和GS處理的葉綠素a、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的含量均大于相應(yīng)的S和S處理，但除GS和S總?cè)~綠素含量差異顯著外，其他對(duì)應(yīng)指標(biāo)差異均未達(dá)到顯著水平；而GS處理的各項(xiàng)指標(biāo)均小于S處理，且除葉綠素b 含量外，其余指標(biāo)差異均達(dá)到顯著水平。在同等鹽分脅迫下比較，與S、S、S處理的總?cè)~綠素含量相比，GS、GS處理分別提高32.42%、7.95%，而GS處理降低61.47%。

表3 不同處理番茄幼苗葉片中葉綠素及類胡蘿卜素含量

2.5 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄幼苗葉片抗氧化酶活性的影響

由圖2 可以看出，隨著鹽分脅迫程度的增加，番茄葉片內(nèi)的POD 酶活性呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，SOD 和APX 酶活性則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。在不同程度鹽分脅迫下，GABA 浸種對(duì)葉片酶活性的影響存在差異。GS和GS處理的SOD、POD、APX 酶活性分別較S和S處理有所升高，其中僅APX 酶活性差異達(dá)到顯著水平，升幅分別為87.27%和355.50%；GS處理的SOD、POD 和APX酶活性均顯著大于S處理，分別升高48.53%、44.71%和142.50%。

圖2 不同處理番茄葉片抗氧化酶活性

3 討 論

3.1 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄出苗及生長(zhǎng)發(fā)育的影響

作物在出苗及幼苗階段很容易受到鹽分脅迫的抑制作用。在種子萌發(fā)階段會(huì)影響種子吸水膨脹，造成滲透脅迫；在生長(zhǎng)發(fā)育階段會(huì)降低葉片葉綠素含量，抑制同化物合成與轉(zhuǎn)移等，進(jìn)而影響番茄地上及地下部干物質(zhì)積累，且鹽分脅迫程度越大，抑制越顯著。而一些研究發(fā)現(xiàn)使用外源GABA 可在一定程度上緩解鹽分脅迫。筆者的研究中，當(dāng)NaCl 濃度達(dá)到一定范圍后，會(huì)降低番茄的出苗率、推遲出苗進(jìn)程和提升死苗率，而GABA浸種在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下促進(jìn)了種子萌發(fā)。羅黃穎等將番茄種子在濃度為10 mmol·L的GABA 中浸種后在培養(yǎng)皿中使用低濃度（25 mmol·L）的NaCl 溶液培養(yǎng)也得出了相同的結(jié)論。這是因?yàn)橥庠碐ABA 可通過(guò)提高植物體內(nèi)的抗氧化酶活性來(lái)增強(qiáng)幼苗耐脅迫的能力，進(jìn)而利于促進(jìn)種子萌發(fā)。同時(shí)，筆者的研究發(fā)現(xiàn)在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下番茄的死苗率明顯升高，GABA 浸種的番茄幼苗在高鹽分脅迫下死苗率并未降低反而大幅升高?？赡苁怯捎贕ABA 作為一種氨基酸態(tài)氮肥，其作用具有一定的時(shí)效性，因此雖然促進(jìn)了鹽分脅迫下番茄種子萌發(fā)，但隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，GABA 浸種處理的幼苗可能因?yàn)榍捌陂L(zhǎng)勢(shì)更好，需水量大，當(dāng)GABA 失去作用后，在較高鹽分脅迫下所遭受的生理干旱抑制作用更加明顯。

筆者的研究結(jié)果表明，番茄的株高、莖粗、莖葉干鮮質(zhì)量均隨著鹽分脅迫程度的增加而降低，這與Acosta-Motos 等和Chen 等的研究結(jié)果一致。此外，莖葉干質(zhì)量在鹽分脅迫下比根的質(zhì)量表現(xiàn)更敏感，這與Munns 等的研究結(jié)果一致。而GABA 浸種在較低鹽分濃度脅迫（≤2.6 g·L）下有促進(jìn)番茄地上部生長(zhǎng)的作用，但是在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下出現(xiàn)一些抑制表現(xiàn)。這可能是因?yàn)镚ABA 緩解鹽分脅迫的作用僅在一定的鹽分濃度范圍內(nèi)有效，并且隨著植株生長(zhǎng)，在較低鹽分脅迫下，植株可以繼續(xù)保持先發(fā)優(yōu)勢(shì)；而在較高鹽分脅迫下，植株遭受的鹽害程度高且累積效應(yīng)強(qiáng)，光合產(chǎn)物較少。番茄的總根長(zhǎng)、根體積、根表面積、根尖數(shù)和根干物質(zhì)量均隨著鹽分脅迫程度的增加而降低。與未用GABA 浸種相比，GABA 浸種處理的番茄在較低鹽分濃度脅迫（2.6 g·L）下有促進(jìn)番茄根系生長(zhǎng)的趨勢(shì)，這與王泳超在NaCl 脅迫玉米幼苗試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)濃度為0.5 mmol·LGABA 處理下能增加根系總根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)和增加根干質(zhì)量的結(jié)論相一致。但是在低鹽環(huán)境（0.6 g·L）和較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下不僅沒(méi)有表現(xiàn)出促進(jìn)作用，反而出現(xiàn)抑制作用。這可能是由于在低鹽分環(huán)境下番茄生長(zhǎng)沒(méi)有遭受逆境，GABA 浸種促進(jìn)了同化物優(yōu)先向地上部分配；在較低鹽分脅迫下GABA 浸種通過(guò)促進(jìn)根系生長(zhǎng)吸水、吸肥，增強(qiáng)體內(nèi)抗氧化酶活性、提高葉綠素含量和光合作用效率以促進(jìn)同化物積累；在較高鹽分脅迫下根系生長(zhǎng)反應(yīng)機(jī)制與地上部一致。

3.2 GABA 浸種對(duì)鹽分脅迫下番茄幼苗生理生化的影響

鹽分脅迫會(huì)影響植物的光合作用和抑制卡爾文循環(huán)酶活性，導(dǎo)致對(duì)鹽敏感的植物葉綠素含量下降。筆者的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在不同鹽分梯度處理下番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素的含量均隨著鹽分脅迫程度的提高呈下降趨勢(shì)，且在高鹽處理（4.6 g·L）下除葉綠素b 含量外，其余指標(biāo)均顯著降低。而GABA 浸種在較低鹽分濃度脅迫（≤2.6 g·L）下，除葉綠素b 外，番茄葉片中葉綠素含量均有增加的趨勢(shì)，但在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下除葉綠素b 含量外，均表現(xiàn)出顯著的抑制現(xiàn)象，與幼苗地上部生長(zhǎng)狀況保持一致。在以往更高程度鹽分脅迫的研究中未發(fā)現(xiàn)使用GABA會(huì)降低番茄葉綠素含量的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)檫@些試驗(yàn)都是在短期內(nèi)（3～4 d）完成，而筆者的試驗(yàn)是從播種到播后40 d 持續(xù)使用相同濃度的鹽水灌溉，因此出現(xiàn)了累積效應(yīng)。在鹽分脅迫下，植株體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量氧自由基，為了維持代謝平衡，預(yù)防和降低膜透性結(jié)構(gòu)和功能的受損，植物會(huì)提高抗氧化酶活性。筆者的研究結(jié)果表明，鹽分脅迫處理增強(qiáng)了番茄葉片中的SOD、POD 和APX 酶活性，而GABA 浸種處理的酶活性均比未浸種處理高，說(shuō)明GABA 浸種在鹽分脅迫下可增強(qiáng)抗氧化酶活性，這與前人研究結(jié)果一致。與較低鹽分脅迫處理相比，較高鹽分脅迫下SOD、APX 酶活性呈下降趨勢(shì)，可能是由于膜脂氧化損傷的加劇，降低了抗氧化酶清除活性氧的能力。

4 結(jié) 論

在供試的3 個(gè)鹽分濃度梯度下，GABA 浸種能有效促進(jìn)番茄種子萌發(fā)、提高出苗率，但在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下提升了死苗率。經(jīng)過(guò)連續(xù)鹽分脅迫處理40 d 后，GABA 浸種處理提高了葉片抗氧化酶SOD、POD、APX 的活性，此外，在較低鹽分脅迫（2.6 g·L）下GABA 浸種促進(jìn)了番茄株高的生長(zhǎng)、地上部和根系干質(zhì)量的累積，但是在較高鹽分脅迫（4.6 g·L）下番茄長(zhǎng)勢(shì)弱于不浸種處理。綜上可見(jiàn)，GABA 浸種可在番茄幼苗處于較低鹽分脅迫（≤2.6 g·L）下發(fā)揮緩解鹽分脅迫的作用。