γ-氨基丁酸(GABA)種子引發(fā)緩解辣椒鹽脅迫的效果及生理生化的變化

林欣琪, 魏茜雅, 梁臘梅, 秦中維, 李映志

(廣東海洋大學(xué) 濱海農(nóng)業(yè)學(xué)院, 廣東 湛江 524088 )

近年來,全球已有1.1×109hm2陸地表面受到鹽漬化的影響,我國(guó)鹽漬土總面積達(dá)3.69×107hm2,鹽漬化已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)的重要障礙(楊勁松等,2022)。土壤鹽分作為一種非生物脅迫因子,主要通過降低種子萌發(fā)率、影響植株活力、細(xì)胞離子穩(wěn)態(tài)和代謝途徑來對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響(Shabala et al., 2016; Elbadri et al., 2021)。辣椒(Capsicumannuum)是重要的茄果類蔬菜,在我國(guó)的種植面積超過2.1×106hm2(鄒學(xué)校等,2020)。辣椒對(duì)鹽度敏感或中等敏感,生長(zhǎng)發(fā)育過程中受到的鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量降低和果實(shí)品質(zhì)下降(胡華冉等,2022)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)鹽逆境的作用機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究,目前主要認(rèn)為鹽分會(huì)直接或間接地引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)的過量積累和氧化脅迫(Abdel Latef & He, 2014),造成離子毒性和營(yíng)養(yǎng)失衡,限制水分吸收、降低光合效率,最終導(dǎo)致生長(zhǎng)發(fā)育不良或植株死亡(Cuartero et al., 2006; Afzal et al., 2008; Nouman et al., 2014)。植物可采用多種機(jī)制應(yīng)對(duì)鹽脅迫,如調(diào)節(jié)氣孔、維持細(xì)胞膜的完整性、改變激素平衡、激活抗氧化系統(tǒng)、調(diào)節(jié)滲透勢(shì)以及排斥有毒離子等(Neto et al., 2005; Abdel Latef et al., 2019)。

種子引發(fā)是一種新興的、提高植株生長(zhǎng)發(fā)育期逆境抗性的種子處理技術(shù),其作用機(jī)制目前尚不清楚,可能是通過控制種子的有限活化或逆境馴化,改變基因的表達(dá)模式,使之處于耐受逆境的準(zhǔn)備狀態(tài)(李潔等,2016)。種子引發(fā)可激活應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng),使種子在暴露于未來的脅迫時(shí),具有“交叉耐受性”(Bhanuprakash &Yogeesha, 2016)。目前,種子引發(fā)作為一種實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、低風(fēng)險(xiǎn)、無生物安全風(fēng)險(xiǎn)的栽培措施,不但能夠改善逆境下種子的萌發(fā)和出苗(Migahid et al., 2019),而且可通過記憶效應(yīng)提高植株生長(zhǎng)發(fā)育期的逆境抗性,這種記憶效應(yīng)甚至可遺傳(Margarete et al., 2019)。

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一種非蛋白四碳氨基酸,由谷氨酸脫羧或二胺氧化酶降解多胺產(chǎn)生的新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(Wang et al., 2014)。植株在逆境脅迫時(shí),GABA可在細(xì)胞中快速積累,通過提高抗氧化應(yīng)激反應(yīng),調(diào)節(jié)碳氮代謝和細(xì)胞質(zhì)pH值,以及參與滲透調(diào)節(jié)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑提高植株對(duì)逆境的適應(yīng)能力(賈琰等,2014;張海龍等,2020)。在鹽脅迫中,GABA作為信號(hào)物質(zhì)或臨時(shí)氮庫,通過調(diào)節(jié)植株的抗氧化能力和改善葉片的光合特性,對(duì)植物的耐鹽性產(chǎn)生重要影響(Li et al., 2016; Ramesh et al., 2017; Kaspal et al., 2021)。本研究以種子引發(fā)和辣椒耐鹽性為研究要點(diǎn),采用生物量和生理生化分析方法,通過研究GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株生長(zhǎng)和生理生化的影響,擬探討:(1)GABA種子引發(fā)處理對(duì)辣椒植株耐鹽性的影響;(2)GABA種子引發(fā)處理提高辣椒植株耐鹽性的最佳處理濃度;(3)GABA種子引發(fā)處理提高辣椒植株耐鹽性的作用機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料和處理

供試材料為‘茂蔬360’朝天椒,γ-氨基丁酸(GABA)購于上海生工商貿(mào)有限公司。

1.1.1 種子引發(fā)處理 γ-氨基丁酸(GABA)引發(fā)處理設(shè)置0(蒸餾水,T0)、1.0(T1)、2.0(T2)、4.0(T4)、6.0(T6)、8.0(T8) μmol·L-16個(gè)濃度。選取大小一致、籽粒飽滿的辣椒種子1.8 g (約100粒)置于不同濃度的GABA溶液中,種子質(zhì)量(g)與溶液體積(mL)比為1∶5(吳凌云等,2017),在20 ℃黑暗條件下引發(fā)24 h。引發(fā)結(jié)束后,用蒸餾水洗凈種子殘余的GABA,吸干表面水分,置于鼓風(fēng)干燥箱中28 ℃回干至原始質(zhì)量。重復(fù)3次。

1.1.2 鹽脅迫處理 將引發(fā)和未引發(fā)的種子在正常基質(zhì)內(nèi)催芽后,播種至15孔盤穴中,正常管理,以未進(jìn)行種子引發(fā)處理的植株為對(duì)照(CK)。待植株長(zhǎng)至4～6葉時(shí),每?jī)商烀恐暧?0 mL NaCl 溶液 (100 mmol·L-1) 澆灌,14 d后取樣分析。每處理20株,重復(fù)3次。

1.2 方法

1.2.1 植株生長(zhǎng)情況 每個(gè)處理隨機(jī)選取5株辣椒植株,測(cè)定每株植株的株高和根、莖和葉的鮮重及干重。

1.2.2 酶活性及代謝物質(zhì)含量的測(cè)定 每處理隨機(jī)選取5株,取植株上部完全展開葉用于分析?？扇苄缘鞍缀康臏y(cè)定參考Bradford(1976)的方法;采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量,硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(malondialdehyde , MDA)含量李合生(2012);抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase, APX,U·g-1·min-1FW)的測(cè)定參照 Nakano和Asada(1981)的方法;還原型抗壞血酸(ascorbic acid, AsA)、脫氫抗壞血酸(dehydroascorbate, DHA)的含量測(cè)定參照楊穎麗等(2018)的方法;脯氨酸(proline, Pro)、過氧化氫(hydrogen peroxide, H2O2)、超氧陰離子(superoxide anion, O2-)的含量和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD,U·g-1FW)、過氧化物酶(peroxidase, POD,U·g-1FW)、過氧化氫酶(catalase, CAT,U·g-1FW)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase, GR,U·g-1FW)的活性測(cè)定均采用試劑盒法(索萊寶科技有限公司),酶活性U指在最適條件下1 min催化1 μmol底物轉(zhuǎn)化的酶量。

1.2.3 葉綠素含量的測(cè)定 每處理隨機(jī)選取5株,選距生長(zhǎng)點(diǎn)第2～5片完全展開葉,使用 SPAD-502儀(柯尼卡美能達(dá))測(cè)定葉綠素含量(Wakiyama, 2016)。

1.2.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定 葉綠素?zé)晒鈪?shù)值采用FluorPen葉綠素?zé)晒夥治鰞x(Czech Republic,Photon Systems Instruments)測(cè)定,每處理隨機(jī)選擇6株,每株選取植株頂端完全展開葉片測(cè)定Fv/Fm,植株暗室放置20 min后測(cè)定其他葉綠素?zé)晒鈪?shù)值,即潛在最大量子產(chǎn)量(Fv′/Fm′)、穩(wěn)態(tài)光化學(xué)淬滅(qP_Lss)、穩(wěn)態(tài)非光化學(xué)淬滅(NPQ_Lss)、穩(wěn)態(tài)光量子效率(QY_Lss)和熒光衰減率(Rfd)。

1.2.5 Na+、K+的含量測(cè)定 每處理隨機(jī)選取5株,蒸餾水清洗后,分別取烘干后的根、莖、葉進(jìn)行分析。采用濃硫酸-H2O2消煮法(鮑士旦,2000)消解干樣,濾液采用火焰原子吸收法(鮑士旦,2000)測(cè)定K+、Na+的含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

在 Excel 2019 軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)常規(guī)處理,用SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,采用 Duncan’s 法進(jìn)行多重比較,運(yùn)用SPASSAU在線平臺(tái)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒生長(zhǎng)的影響

不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株生長(zhǎng)的影響見圖1。由圖1可知,GABA種子引發(fā)處理可提高辣椒植株的根、莖、葉的鮮重、干重及株高。不同濃度GABA種子引發(fā)的效果不同,T6處理(6.0 μmol·L-1GABA)的效果最佳,其次為T4和T2處理,三者除莖干重與株高無顯著差異外,其余均顯著高于未引發(fā)處理(CK)。根、莖、葉的鮮重分別比CK增加72.4%、163.9%、94.3%,根、莖、葉的干重分別比CK增加1.20倍、2.22倍、1.56倍,株高增高0.92倍;根、莖、葉的鮮重分別比T0處理增加了62.2%、138.5%、88.3%,根、莖、葉的干重分別比T0增加1.03倍、2.14倍、1.28倍,株高增高0.86倍。這表明鹽脅迫條件下,GABA種子引發(fā)處理的辣椒植株長(zhǎng)勢(shì)更好,根、莖、葉的生物量積累更多。

不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Different letters in the same column represent significant differences (P<0.05). The same below.圖1 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株根鮮重(A)、莖鮮重(B)、葉鮮重(C)、根干重(D)、莖干重(E)、葉干重(F)和株高(G)的影響Fig. 1 Effects of different concentrations of GABA seed priming on root fresh weight (A), stem fresh weight (B), leaf fresh weight (C), root dry weight (D), stem dry weight (E), leaf dry weight (F) and plant height (G) of pepper plants under salt stress

2.2 不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株相關(guān)酶活性及代謝物質(zhì)含量的影響

2.2.1 對(duì)鹽脅迫下辣椒葉片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量的影響 不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量的影響見圖2。由圖2可知,GABA種子引發(fā)處理可不同程度增加鹽脅迫下葉片3種物質(zhì)的含量。當(dāng)GABA濃度為6.0 μmol·L-1時(shí)各值達(dá)到最大,顯著高于未引發(fā)植株,可溶性糖含量增加1.28倍,可溶性蛋白含量增加1.72倍,脯氨酸含量增加1.04倍;與T0相比,可溶性糖含量增加0.94倍,可溶性蛋白的含量增加0.97倍,脯氨酸含量增加0.79倍。其中T4處理的可溶性糖、可溶性蛋白的含量與T6處理無顯著差異,較降低0.83%、11.8%,T6處理脯氨酸的含量是T4處理的1.27倍,與其他處理組差異顯著。這表明GABA種子引發(fā)處理可促進(jìn)鹽脅迫下辣椒植株的生理活動(dòng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累。

2.2.2 對(duì)鹽脅迫下辣椒葉片H2O2、O2-和MDA含量的影響 由圖3可知,與未進(jìn)行種子引發(fā)的植株相比,GABA種子引發(fā)處理可提高葉片H2O2含量,降低O2-含量和MDA含量。鹽脅迫下辣椒植株葉片H2O2含量以T6處理最高,與其他處理組間存在顯著差異,與未進(jìn)行種子引發(fā)處理的植株相比,增加2.1倍,比T0處理增加1.04倍;O2-、MDA含量以T6處理最低,分別較未引發(fā)處理下降63.6%、73.6%,與T0相比,分別降低73.0%、68.8%,與GABA引發(fā)處理組T1、T2、T4、T8之間無顯著差異?？梢奊ABA種子引發(fā)處理能有效緩解鹽脅迫下辣椒植株葉片的活性氧積累和細(xì)胞膜的氧化損傷。

圖3 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片H2O2含量(A)、O2-含量(B)和丙二醛含量(C)的影響Fig. 3 Effects of different concentrations of GABA seed priming on H2O2 content (A), O2- content (B) and MDA content (C) in leaves of pepper plants under salt stress

2.2.3 對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片SOD、POD、CAT、APX、GR活性的影響 由圖4可知,鹽脅迫下,GABA種子引發(fā)處理可顯著提高葉片SOD、POD、CAT和APX的活性,均在6.0 μmol·L-1GABA處理中達(dá)到峰值,但對(duì)GR活性影響不明顯(圖4:E)。除T4處理的POD活性外,其他GABA引發(fā)處理的SOD、POD、CAT和APX活性與T6處理間均存在顯著差異。與CK相比,T6處理的SOD、POD、CAT和APX活性分別增加了0.44倍、4.09倍、7.22倍和1.35倍;比T0處理的SOD、POD、CAT和APX活性分別增加了0.32倍、3.30倍、1.13倍和1.04倍。GR活性在未引發(fā)、水引發(fā)與GABA引發(fā)處理間沒有規(guī)律性差異?？梢奊ABA種子引發(fā)處理提高了鹽脅迫下辣椒植株葉片由SOD、POD、CAT、APX酶介導(dǎo)的抗氧化能力。

圖4 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片SOD活性(A)、POD活性(B)、CAT活性(C)、APX活性(D)和GR活性(E)的影響Fig. 4 Effects of different concentrations of GABA seed priming on activities of SOD (A), POD (B), CAT (C), APX (D) and GR (E) in leaves of pepper plants under salt stress

2.2.4 對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片AsA、DHA的含量及兩者比值的影響 由圖5可知,GABA種子引發(fā)處理可提高葉片AsA含量和AsA/DHA比值,降低DHA含量。其中AsA含量以T8處理最高,與T4處理間存在顯著差異,是T4處理的1.40倍。相比未引發(fā)處理的葉片,增加了62.3%,比T0處理增加2.02倍。GABA種子引發(fā)處理的抗壞血酸(AsA)含量高和氧化產(chǎn)物(DHA)含量低,這表明引發(fā)處理后的葉片抗氧化能力增強(qiáng)或自由基脅迫較低。

圖5 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片還原型抗壞血酸含量(A)、脫氫抗壞血酸含量(B)和AsA/DHA(C)的變化Fig. 5 Effects of different concentrations of GABA seed priming on contents of AsA (A), DHA (B) and AsA/DHA (C) in leaves of pepper plants under salt stress

2.3 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素含量的影響

不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素含量的影響見圖6。由圖6可知,只有6.0 μmol·L-1GABA種子引發(fā)的葉片葉綠素含量與CK、T0有顯著差異,含量分別提高了8.78%、8.41%;當(dāng)GABA濃度達(dá)到8.0 μmol·L-1時(shí),與T6處理存在顯著差異,降低了16.0%。這說明適當(dāng)濃度的GABA引發(fā)處理能緩解鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素的降解。

圖6 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素含量的影響Fig. 6 Effects of different concentrations of GABA seed priming on chlorophyl content in leaves of pepper plants under salt stress

2.4 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

不同濃度GABA引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懸妶D7。由圖7可知,與CK、T0相比,GABA種子引發(fā)處理的葉片F(xiàn)o下降,Fv/Fm無顯著差異,Fv′/Fm′、qP_Lss、NPQ_Lss、QY_Lss和Rfd均顯著上升。與CK相比,T6處理的Fo最低,降低5.04%;Fv′/Fm′、qP_Lss、NPQ_Lss、QY_Lss和Rfd最高,分別增加10.5%、22.3%、40.0%、14.5%和36.1%;相較T0處理,Fo下降14.6%,Fv′/Fm′、qP_Lss、NPQ_Lss、QY_Lss和Rfd分別增加了5.47%、29.5%、10.4%、26.0%和27.0%。這表明GABA種子引發(fā)處理能使光合系統(tǒng)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),促進(jìn)光合作用的正常進(jìn)行。

圖7 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株葉片初始熒光(A)、光化學(xué)最大量子產(chǎn)量(B)、潛在最大量子產(chǎn)量(C)、穩(wěn)態(tài)光化學(xué)淬滅(D)、穩(wěn)態(tài)非光化學(xué)淬滅(E)、穩(wěn)態(tài)光量子效率(F)和熒光衰減率(G)的影響Fig. 7 Effects of different concentrations of GABA seed priming on Fo (A), Fv/Fm (B), Fv′/Fm′ (C), qP_Lss (D), NPQ_Lss (E), QY_Lss (F) and Rfd (G) in leaves of pepper plant under salt stress

2.5 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株Na+、K+的含量及K+/Na+比值的影響

不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒根、莖和葉K+、Na+含量的影響見圖8。由圖8可知,辣椒植株的根、莖、葉的K+含量依次增加;Na+含量在根、莖、葉間無顯著差異。GABA種子引發(fā)處理可降低根和莖中K+含量,對(duì)葉中K+含量無顯著影響;對(duì)根中Na+含量無顯著影響,部分處理可提高莖和葉中Na+含量(分別為T0和T8處理);T1處理降低了根和莖的K+/Na+比值,對(duì)葉的K+/Na+比值無顯著影響。

圖8 不同濃度GABA種子引發(fā)對(duì)鹽脅迫下辣椒植株K+含量(A)、Na+含量(B)和K+/Na+比值(C)的變化Fig. 8 Effects of different concentrations of GABA seed priming on K+ content (A), Na+ content (B) and K+/Na+ ratio (C) in pepper plants under salt stress

2.6 不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株生理指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

將38個(gè)生理指標(biāo)看作一個(gè)灰色系統(tǒng),其中不同處理作為參考序列,生理指標(biāo)作為比較序列,使用初值化量綱處理方式,綜合分析兩者的關(guān)聯(lián)度。由表1可知,關(guān)聯(lián)度介于0.556～0.755,該值越大表示評(píng)價(jià)項(xiàng)與“參考值”相關(guān)性越強(qiáng)。其中POD活性的綜合評(píng)價(jià)最高(關(guān)聯(lián)度為0.755),其次為CAT活性(關(guān)聯(lián)度為0.692)和可溶性蛋白含量(關(guān)聯(lián)度為0.688)。這說明GABA種子引發(fā)處理主要通過增加POD、CAT的活性和可溶性蛋白含量等途徑來緩解鹽脅迫對(duì)辣椒植株的傷害。

表1 不同濃度GABA種子引發(fā)處理對(duì)鹽脅迫下辣椒植株生理指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析Table 1 Grey correlation analysis of physiological indexes of pepper plants under salt stress primed with different GABA concentrations

3 討論與結(jié)論

已有研究表明,種子引發(fā)處理可提高作物在生長(zhǎng)發(fā)育期對(duì)鹽脅迫的耐受性(Chen et al., 2021; Zafar et al., 2022; Adhikari et al., 2022)。在辣椒中,氯化鉀、過氧化氫、5-氨基乙酰丙酸等被用于種子引發(fā)處理來提高生長(zhǎng)發(fā)育期植株對(duì)干旱、鹽堿或低溫的耐受性(Korkmaz &Korkmaz, 2009; Rinez et al., 2018; Gammoudi et al., 2020; Solichatun et al., 2022;)。GABA被認(rèn)為是一種與植物逆境適應(yīng)有關(guān)的新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)(賈琰等,2014;張海龍等,2020)。GABA用于白三葉草(Trifoliumrepens)、黑胡椒(Pipernigrum)種子引發(fā)處理時(shí),可提高其在水分或滲透脅迫下的生物量(Vijayakumari &Puthur, 2016; Zhou et al., 2021)。將GABA添加到水培營(yíng)養(yǎng)液中能促進(jìn)鹽脅迫下玉米幼苗的生長(zhǎng),提高株高和根、莖、葉的鮮重和干重(王泳超,2016);能促進(jìn)鹽脅迫下番茄(Lycopersiconesculentum)根、莖和葉的生長(zhǎng)(羅黃穎等,2011)。GABA種子引發(fā)處理在辣椒上的應(yīng)用尚未見報(bào)道。本研究表明不同濃度的GABA種子引發(fā)處理能有效地改善鹽脅迫下辣椒植株的生長(zhǎng)狀況,增加株高以及根、莖、葉的鮮重和干重,以6.0 μmol·L-1GABA(T6)種子引發(fā)處理的效果最好。

滲透脅迫是作物處于鹽脅迫時(shí)的最直接反映,表現(xiàn)為作物吸水能力下降,葉片萎蔫?？扇苄蕴呛涂扇苄缘鞍准仁侵仓晟砘顒?dòng)的反映,也可與脯氨酸一起作為葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(薛騰笑等,2018; Li et al., 2021)。在本研究中,所有GABA種子引發(fā)處理的葉片可溶性糖含量和可溶性蛋白質(zhì)含量均顯著高于未引發(fā)處理或蒸餾水引發(fā)處理,表明GABA種子引發(fā)處理提高了鹽脅迫下辣椒植株的生理活動(dòng);T4和T6濃度種子引發(fā)處理的葉片脯氨酸含量高于未引發(fā)、蒸餾水引發(fā)和其他濃度的引發(fā)處理,但高濃度(T8)處理的葉片脯氨酸含量顯著低于未引發(fā)或蒸餾水引發(fā)處理,這與根據(jù)生物量衡量出的最佳引發(fā)處理濃度一致,同時(shí)也表明,較高濃度的GABA種子引發(fā)處理可能對(duì)辣椒植株的生理代謝有不利影響。已有研究表明,GABA可直接作為滲透保護(hù)劑或通過提高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量維持植株滲透勢(shì)的穩(wěn)定(白明月等,2022)。在培養(yǎng)基中添加0.5 g·L-1GABA可以提高越橘(Vacciniumcorymbosum)試管苗的可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸的含量,進(jìn)而緩解玻璃化現(xiàn)象的發(fā)生(張換換等,2021)。GABA種子引發(fā)處理可增加白三葉草(Trifoliumrepens)水脅迫下的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸的含量(Zhou et al., 2021)。葉面噴施GABA可促進(jìn)鹽堿脅迫下西伯利亞白刺(Nitrariasibirica)脯氨酸的積累,進(jìn)而提高其對(duì)鹽脅迫的耐受性(王賀,2021);GABA誘導(dǎo)匍匐翦股穎(Agrostisstolonifera)耐鹽性提高的同時(shí),促進(jìn)了可溶性糖和多胺的積累(Li et al., 2020);但也有研究表明,GABA種子引發(fā)處理降低了水稻(Oryzasativa)逆境脅迫下的脯氨酸含量(Sheteiwy et al., 2019)。因此,GABA種子引發(fā)處理能提高辣椒植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量,維持細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)平衡,從而降低鹽脅迫對(duì)辣椒植株的影響。

活性氧的積累是植物處于鹽脅迫時(shí)的反應(yīng)之一,對(duì)其的清除能力可反映作物對(duì)鹽脅迫的耐受性(Abdel Latef et al., 2014)。在本研究中,GABA種子引發(fā)處理后,鹽脅迫下辣椒植株葉片的O2-含量和MDA含量下降,說明植株的氧化脅迫程度輕、細(xì)胞膜完整;雖然葉片的H2O2含量增加,但SOD、POD、CAT和APX等抗氧化酶活性增強(qiáng),對(duì)過氧化物和氧自由基進(jìn)行了及時(shí)清除,減輕了氧化應(yīng)激,提高了辣椒的耐鹽性。李師翁等(2007)研究表明,H2O2可作為植物細(xì)胞的信號(hào)分子,參與系統(tǒng)獲得抗性 (SAR)和高度敏感抗性 (HR)等諸多生理過程,因此,GABA種子引發(fā)處理后,可能通過促進(jìn)H2O2的積累,激活了植物的抗氧化系統(tǒng),進(jìn)而提高了辣椒植株對(duì)鹽脅迫的抗性。此外,GABA本身也具有清除ROS的能力(Deng et al., 2010; Liu et al., 2011)。外施GABA可以促進(jìn)抗氧化酶相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄(Li et al., 2017; Zhang et al., 2022),提高水稻、黑胡椒和多年生黑麥草(Loliumperenne)中的SOD、POD、CAT、APX等酶活性(Krishnan et al., 2013; Nayyar et al., 2014; Vijayakumari &Puthur, 2016)。GABA水稻種子引發(fā)處理可通過誘導(dǎo)逆境脅迫下的抗氧化酶活性及其基因的轉(zhuǎn)錄來控制氧自由基的水平(Sheteiwy et al., 2019)。

作為末端氧化酶,抗壞血酸氧化酶可通過催化抗壞血酸氧化生成脫氫抗壞血酸的方式清除活性氧(李澤琴等,2013),同時(shí)AsA還可作為非酶抗氧化劑來清除氧自由基(Akashi et al., 2004)。在本研究中,GABA種子引發(fā)處理提高了APX酶活性和AsA含量,但其氧化產(chǎn)物(DHA)含量并未增加,說明植株耐鹽性的提高可能與該途徑無關(guān)或DHA下游途徑參與了活性氧的清除。Li等(2016)研究表明,葉片噴施GABA可顯著提高高溫脅迫下匍匐翦股穎葉片中的AsA含量和AsA/DHA的比值。因此,GABA種子引發(fā)處理可能以類似的機(jī)制提高了辣椒植株鹽脅迫下的氧自由基清除能力。

逆境下植物光合能力的改變是反映植物對(duì)逆境耐受性的指標(biāo)之一。非生物脅迫可影響植物的光合性能、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和葉綠素含量(Brugnoli &Lauteri, 1991; Garg et al., 2002)。在本研究中,GABA種子引發(fā)處理可影響鹽脅迫下辣椒植株葉片的葉綠素含量,但僅T6濃度處理顯著高于未引發(fā)和蒸餾水引發(fā)處理,而最高濃度處理(T8)則顯著低于其他處理。與本研究結(jié)果類似,葉面噴施GABA可增加鹽脅迫下西伯利亞白刺的葉綠素含量(王馨等,2019)。在葉綠素?zé)晒鈪?shù)方面,GABA種子引發(fā)處理的植株在鹽脅迫下均不低于或優(yōu)于未引發(fā)處理的植株,說明GABA種子引發(fā)處理能緩解鹽脅迫對(duì)辣椒植株光合系統(tǒng)的損傷。有關(guān)GABA種子引發(fā)處理影響植物光合系統(tǒng)的報(bào)道還較少, 但已有研究表明,在澆灌營(yíng)養(yǎng)液中添加GABA可使鹽脅迫下番茄幼苗的Fv/Fm、ETR、ΦPSⅡ和 qP增加(羅黃穎,2011);GABA引發(fā)蠶豆(Viciafaba)種子后,增加了鹽脅迫下葉片的Fv/Fm,NPQ下降,緩解了鹽脅迫對(duì)光合作用系統(tǒng)的不利影響(Shomali et al., 2021)。

鹽脅迫會(huì)引起植株Na+的積累和Na+/K+的比例失衡(Flowers &Colmer, 2015),植物可通過Na+的選擇性吸收或外排來提高耐鹽性(Niu et al., 2018)。本研究表明,鹽脅迫下,K+在辣椒植株的葉片中積累最多,其次是莖,根中的K+積累較少,這與正常生長(zhǎng)環(huán)境中的辣椒植株鉀積累狀況類似(伍國(guó)強(qiáng)等,2019)。GABA種子引發(fā)處理后,根和莖中K+含量有所下降,但對(duì)葉中K+含量無顯著影響;對(duì)根和莖中Na+含量無顯著影響,僅高濃度處理(T8)的葉Na+含量顯著高于未引發(fā)處理。Wu等(2020)研究表明,營(yíng)養(yǎng)液中添加GABA能降低番茄植株Na+通量和含量,GABA種子引發(fā)處理能促進(jìn)白三葉幼苗Na+/K+的轉(zhuǎn)運(yùn)和Na+/K+的積累(Cheng et al., 2018),但本研究結(jié)果表明,GABA種子引發(fā)處理提高辣椒植株的耐鹽性可能與Na+/K+的選擇性吸收或轉(zhuǎn)運(yùn)無關(guān)。

灰色關(guān)聯(lián)法作為綜合評(píng)價(jià)方法被廣泛用于作物抗性研究(高安靜等,2021)。由于 GABA對(duì)植物的生理活動(dòng)影響比較復(fù)雜,本研究根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法對(duì)GABA種子引發(fā)處理影響辣椒植株耐鹽性的機(jī)制進(jìn)行了分析,發(fā)現(xiàn)GABA引發(fā)處理主要通過提高抗氧化酶POD、CAT的活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等途徑來減緩鹽脅迫的傷害。

綜上所述,6.0 μmol·L-1GABA種子引發(fā)處理可有效促進(jìn)辣椒植株在鹽脅迫下的生長(zhǎng),可作為生產(chǎn)用種子處理方法。GABA種子引發(fā)處理提高辣椒植株耐鹽性的作用機(jī)制可能包括:促進(jìn)植株的生理代謝,提高可溶性糖、可溶性蛋白及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸的含量,增強(qiáng)植株的抗氧化能力,降低活性氧水平和膜脂過氧化損傷,維持光合作用系統(tǒng)的正常運(yùn)行。