γ-氨基丁酸對高溫下酸棗種子發芽的促進作用

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芽的促進作用。[結果]GABA能顯著提高酸棗種子在高溫（40?℃）下發芽率。此外，H2O2、DMTU、DPI、ABA和fluridone能顯著促進GABA在高溫下對種子發芽的影響。[結論]GABA能促進種子高溫下發芽，可能與其誘導種子中H2O2降解ABA有關。

關鍵詞?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，從事活性氧調控作物種子發芽機理研究。

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。GABA在醫學上具有鎮靜神經、降低血壓、降低血氨、促進腦活力等作用[1]。近年來，在植物生長發育和抗逆上有廣泛研究[2]。此外，在植物種子發芽過程中會大量合成GABA[3]。

植物種子發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，輕則降低發芽能力，重則根本無法發芽出苗[4-8]。此外，很多作物種子的發芽快慢還與種子本身抗氧化物質含量甚至種子本身老化程度等有密切關系[9-11]。

種子發芽過程中，線粒體呼吸作用極其旺盛。在這個過程中，不可避免地會產生大量活性氧[12]。在種子發芽過程中，線粒體和位于胞質空間的NADPH氧化酶是2個產活性氧的主要部位[12]。活性氧濃度過高或過低均會抑制種子發芽[12]。當活性氧含量過高時，植物會被一些抗氧化物質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，從而阻止發芽進程。但活性氧如H2O2能降解ABA，從而打破種子休眠進入發芽階段[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，被廣泛應用于活性氧研究。此外，二聯苯碘（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，然后轉入墊有雙層濾紙的玻璃培養皿中。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。常溫設定為25?℃，高溫設定為45?℃。每天分2次檢查種子發芽情況，連續檢查7?d。當露白0.5?mm即視為發芽。每個試驗設定3個重復。

1.3?數據分析

試驗數據采用SPSS軟件用Duncans多重比較進行分析，并用Photoshop軟件作圖。

2?結果與分析

相對于常溫下酸棗發芽率（約70%），高溫能顯著降低其最終發芽率（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，導致發芽率下降約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，約提高酸棗種子發芽率35%（圖1）。

3?結論與討論

酸棗種子如果帶殼發芽極其緩慢，該試驗中選用的是去殼的種子進行試驗，約在7?d內能大部分發芽，發芽率高達70%左右。然而高溫能顯著降低其發芽率，這可能與高溫誘導種子中ABA積累有關，導致種子無法打破熱休眠進入發芽狀態。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生活性氧從而協助種子降解ABA。通過噴灑H2O2發現有類似效果，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芽上研究結論類似[4-5]。而作為異源物，最先接觸細胞并刺激產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生，發現可以顯著削弱GABA的刺激作用。這也與在玉米上的處理結果類似[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，發現能削弱或促進GABA在高溫下的保護作用，這說明GABA對高溫下酸棗種子發芽的保護作用與通過產生的活性氧降解高溫誘導的脫落酸有關。當然，對于GABA在高溫下如何調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控酸棗種子發芽提供了理論基礎[12-13]。

參考文獻

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