_氨基丁酸_GABA_对低氧胁迫下甜瓜幼苗光合作用和叶绿素荧光参数的影响

书书书γ-氨基丁酸(GABA)对低氧胁迫下甜瓜幼苗光合作用和叶绿素荧光参数的影响*夏庆平高洪波＊＊李敬蕊(河北农业大学园艺学院，河北保定071000)摘要采用营养液水培方法，研究了低氧胁迫下外源γ-氨基丁酸(GABA)对甜瓜幼苗光合色素含量、光合作用及叶绿素荧光参数的影响．结果表明:低氧胁迫导致甜瓜幼苗光合色素含量显著下降，光合作用降低;外源GABA能显著提高正常通气和低氧胁迫下甜瓜幼苗的光合色素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、CO2羧化效率、最大光化学效率、光化学猝灭系数、表观光合电子传递速率和PSⅡ光合电子传递量子效率，而气孔限制值、初始荧光和非光化学猝灭系数显著降低，GABA在低氧胁迫下的提高效果更明显;同时添加GABA和GABA转氨酶抑制剂γ-乙烯基-γ-氨基丁酸(VGB)处理显著降低了低氧胁迫下GABA对甜瓜幼苗光合特性的缓解效果．关键词低氧胁迫γ-氨基丁酸甜瓜光合作用叶绿素荧光参数文章编号1001－9332(2011)04－0999－08中图分类号Q945．78文献标识码AEffectsofγ-aminobutyricacidonthephotosynthesisandchlorophyllfluorescenceparametersofmuskmelonseedlingsunderhypoxiastress．XIAQing-ping，GAOHong-bo，LIJing-rui(1CollegeofHorticulture，AgriculturalUniversityofHebei，Baoding071000，Hebei，China)．-Chin．J．Appl．Ecol．，2011，22(4):999－1006．Abstract:Bythemethodofhydroponicculture，thispaperstudiedtheeffectsofexogenousγ-ami-nobutyricacid(GABA)onthephotosyntheticpigmentcontents，photosynthesis，andchlorophyllfluorescenceparametersofmuskmelonseedlingsunderhypoxiastress．Hypoxiastressinducedasig-nificantdecreaseofphotosyntheticpigmentcontents，resultinginthedecreaseofphotosynthesis．ApplyingGABAcouldsignificantlyincreasethephotosyntheticpigmentcontents，netphotosyntheticrate(Pn)，stomatalconductance(Gs)，intercellularCO2concentration(Ci)，carboxylationeffi-ciency(CE)，maximalphotochemicalefficiencyofPSⅡ(Fv/Fm)，photochemicalquenching(qP)，apparentphotosyntheticelectrontransferrate(ETR)，andquantumyieldofPSⅡelectrontransport(ΦPSⅡ)，anddecreasethestomatallimitationvalue(Ls)，minimalfluorescence(Fo)，andnon-photochemicalquenching(NPQ)underbothhypoxicandnormalconditions．Theallevia-tioneffectofGABAonphotosyntheticcharacteristicswasmoreobviousunderhypoxiastress．How-ever，simultaneouslyapplyingGABAandVGBcouldsignificantlydecreasethealleviationeffectofGABAunderhypoxiastress．Keywords:hypoxiastress;γ-aminobutyricacid;muskmelon;photosynthesis;chlorophyllfluores-cenceparameters．*国家自然科学基金项目(30900994)资助．＊＊通讯作者．E-mail:[e-mail]2010-09-06收稿，2010-01-18接受．甜瓜(Cucumismelo)作为我国无土栽培的主要蔬菜作物之一，具有生长速度快、供应时期长、产量高、经济效益好等优点，在农业增效和农民增收中发挥了重要作用．但甜瓜属耐低氧性弱的蔬菜，无土栽培过程中营养液溶氧浓度低、消耗快以及基质“垫根”的形成均易导致植株根系供氧不足，形成低氧逆境［1］，已成为制约设施甜瓜无土栽培可持续发展的重要因素．利用外源物质对栽培作物进行处理，是目前提高植物抗逆性简便、有效、可行的方法之一［2］．γ-氨基丁酸(GABA)作为一种自由态四碳非蛋白质氨基应用生态学报2011年4月第22卷第4期ChineseJournalofAppliedEcology，Apr．2011，22(4):999－1006酸，广泛存在于各种植物及植物的各个部分中，具有广泛的生理效应．近年来对外源GABA提高植物抗逆性的研究多集中在盐胁迫［3］、低温胁迫［4］等方面．研究发现，GABA通过调节植株活性氧代谢、作为三羧酸循环的支路、诱导多胺合成等来调节植物细胞对逆境胁迫的反应，增强植株对逆境的适应性［5］．前人有关GABA与植株耐低氧性关系的研究多集中在活性氧代谢方面．高洪波等［6］研究表明，外源GABA通过参与植株体内活性氧代谢增强植株的耐低氧能力，但有关外源GABA对低氧逆境下植株光合特性影响的研究还未见报道．为此，本试验以耐低氧性较弱的甜瓜为试材，通过外源施用GABA和GABA转氨酶抑制剂γ-乙烯基-γ-氨基丁酸(VGB)，研究了低氧胁迫下GABA对甜瓜幼苗叶片光合色素含量、光合作用和叶绿素荧光参数的影响，以探讨GABA对低氧胁迫下甜瓜幼苗光合作用的影响机理，为寻找缓解作物无土栽培中低氧胁迫伤害的有效措施提供理论依据．1材料与方法1.1试验材料试验于2009年12月至2010年6月在河北农业大学智能温室中进行．供试甜瓜品种为耐低氧性较弱的网纹甜瓜‘西域1号’，由新疆西域集团种业有限责任公司提供．1.2试验设计将甜瓜种子消毒后催芽，选取发芽整齐的种子播于装有石英砂的塑料盆中育苗，温室昼温27℃～30℃，夜温16℃～18℃．待子叶展开后浇灌1/2倍Hoagland营养液(pH6.3±0.1，EC值2.0～2.2mS·cm－1)．待幼苗长至三叶一心时，选取整齐一致的植株定植于装有1倍Hoagland营养液的水培槽中，用气泵正常通气，培养至四叶一心时，将植株分成5组(每组20株)，定植于装有18LHoagland营养液的塑料盆(0.6m×0.4m)中，进行以下处理:1)对照(CK)，用气泵正常通气(30min·h－1)，维持营养液溶氧浓度(DO)为8.0mg·L－1左右;2)GA-BA处理(G)，在正常通气的营养液中添加5mmol·L－1GABA;3)低氧胁迫处理(T)，向营养液中通入纯净的N2，用在线溶氧分析仪(PiscoDO500型，德国)控制营养液DO值为(2±0.2)mg·L－1;4)低氧胁迫+GABA处理(TG)，在低氧胁迫的营养液中添加5mmol·L－1GABA;5)低氧胁迫+GABA+VGB处理(TGV)，在低氧胁迫营养液中同时添加5mmol·L－1GABA和0.1mmol·L－1VGB，其中GABA和VGB浓度是在预备试验基础上筛选出的最佳浓度．分别于处理后0、2、4、6、8d选取幼苗生长点下第2片完全展开叶进行光合色素、光合参数和叶绿素荧光参数的测定，重复3次．2010年4—6月重复试验证明，本结果重复性较好．1.3测定项目与方法1.3.1GABA含量的测定幼苗叶片GABA含量采用孟祥勇等［7］的方法进行测定，略有改动．以2，4-二硝基氟苯(FDNB)作为衍生试剂对叶片进行处理，采用柱前衍生HPLC法进行测定，按外标法计算GABA含量．色谱条件如下:依利特-ODS2色谱柱(4.6mm×250mm，5μm);流动相A:称取2.5g醋酸钠，溶于1000ml水中，溶解后加入冰乙酸和1.5ml三乙胺，并调节pH至5.2，摇匀，0.45μm过滤;流动相B(乙腈)，0.45μm过滤;梯度洗脱程序:0～10min82%A、18%B，10～15min72%A、28%B，15～25min34%A、66%B，25～30min45%A、55%B，30～37min40%A、60%B，37～50min82%A、18%B．流速1.0ml·min－1，检测波长360nm，柱温40℃，进样量20μl．1.3.2光合色素含量的测定叶绿素含量测定参照李合生［8］的方法，用分光光度计在663、645和470nm处测定吸光值，然后按公式计算叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和类胡萝卜素含量．1.3.3光合参数的测定用Li-6400(LI-COR，美国)便携式光合仪直接测定叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)，并计算气孔限制度(Ls):Ls=1－Ci/Ca(Ca为大气CO2浓度)．测定时使用红蓝LED光源，设定光强为1000μmol·m－2·s－1，CO2浓度为(360±10)μmol·mol－1，温度为25℃．所有光合参数的测定均在9:00—11:00进行．CO2响应曲线(Pn-CO2)的测定:在CO2浓度梯度为50、100、200、300、400、500、600、900、1200、1500μmol·mol－1，设定温度为25℃，光合有效辐射为1000μmol·m－2·s－1条件下，测定功能叶片的CO2响应曲线(Pn-CO2)，用直线回归法求得Pn-CO2响应曲线的初始斜率，即为CO2羧化效率(CE)．测定过程中光强和CO2浓度的控制均通过Li-6400光合系统的自动控制装置实现．1.3.4叶绿素荧光参数的测定采用德国WALZ公司生产的成像荧光仪MINI-IMAGING-PAM，对活体甜瓜叶片叶绿素荧光参数进行测定．材料暗适应20min后，在测量光(强度为0.1μmol·m－2·s－1，0001应用生态学报22卷脉冲频率为1Hz)下诱导产生初始荧光(Fo)，随后用饱和脉冲光(强度为5000μmol·m－2·s－1，脉冲时间0.8s)激发产生最大荧光(Fm)，当荧光从最大值降低到接近Fo水平时，用光化光(强度为40μmol·m－2·s－1)诱导荧光动力学．将待测叶片置于样品台上，选定3个直径1cm的AOI(areaofinterest)后，在软件的Kinetics窗口检测各叶绿素荧光参数的动力学变化曲线，相应数据直接从Report窗口导出．叶绿素荧光参数包括:Fo、PSⅡ最大原初光能转换效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学淬灭系数(NPQ)、PSⅡ非循环光合电子流速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)．1.4数据处理采用MicrosoftExcel软件处理数据和制图，采用SAS8.1软件(SASInstitute，Cary，NC)Duncan多重比较法(α=0.05)进行方差分析．2结果与分析2.1GABA对低氧胁迫下网纹甜瓜叶片内源GABA含量的影响从图1可以看出，在整个处理过程中，对照处理的叶片内源GABA含量变化不大，而低氧胁迫处理的叶片内源GABA含量呈逐渐升高趋势，并显著高于对照．正常通气条件下外源添加GABA处理的叶片内源GABA含量在处理6～8d显著高于对照，低氧胁迫下外源添加GABA处理的叶片内源GABA含量在处理4～6d均显著高于低氧胁迫处理．低氧胁迫下同