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2020-05-22

γ-氨基丁酸提高植物抗旱能力研究

干旱情况下,植物由于高温及水分缺乏,其生长状态遭到一定的伤害,有研究表明,施加外源γ-氨基丁酸(简称GABA)能够缓解干旱对植物的伤害,提高其抗逆作用。

γ-氨基丁酸对高温胁迫下高羊茅耐热性的调控

高羊茅是一种常用冷季型草坪草,适宜生长温度为 16℃~24℃,是年绿色期最长的一个草种。但高羊茅耐寒不耐热,超出生长最适温度时植株的生理代谢功能会发生一系列的变化,严重时会致死。施加GABA可缓解高温对植物的伤害。
【文章来源:夏倩倩,甘立军,γ-氨基丁酸对高温胁迫下高羊茅耐热性的调控[J],生物学杂志,2018,35(06):2095-1736】

未经 GABA 处理的HS组高羊茅明显出现叶子发黄、干枯,甚至死亡的现象。而喷施不同浓度 GABA 的高羊茅则对高温胁迫有不同程度的耐受现象。其中以 100 mg /L 的GABA处理效果最佳,其幼苗存活率较高、色泽鲜艳、叶片挺直。

在高温( 42℃/30℃) 胁迫过程中,从第2天开始 HS 组幼苗株干重和鲜重随高温胁迫时间的增长而持续下降。经过不同浓度GABA 处理的高羊茅幼苗株其干重和鲜重下降幅度有所缓解。第8天时,HS组干重比control组下降33.11% ,鲜重下降86.73%,而100 mg /L GABA处理组干重只下降了20.45%,鲜重仅下降28.72%,HS 组相对含水量较control组下降32.50%,GABA处理组下降十分微小,对比明显。

外源γ-氨基丁酸对孕穗期干旱胁迫下寒地粳稻氮代谢及产量的调控效应
 
氮素是作物生长必不可少的营养元素,氮代谢途径是限制植物正常生长和产量形成的首要因素。干旱下,氮代谢中关键酶活性发生变化,直接影响植物体内蛋白质合成和降解速率。
【文章来源:谷海涛,外源γ-氨基丁酸对孕穗期干旱胁迫下寒地粳稻氮代谢及产量的调控效应,东北农业大学,2018(06)】硕士论文

一、GABA提高氮代谢关键酶活性

GS(谷氨酰胺合成酶)促进无机氮转化为有机氮首部反应,催化氨和谷氨酸反应生成谷氨酰胺;GOGAT(谷氨酸合成酶)具有将无机氮变成稳定的有机氮的催化作用,GOT(谷草转氨酶)和GPT(谷丙转氨酶)催化谷氨酰胺转化成其他形式的氨基酸。而GDH(谷氨酸脱氢酶)在无机氮源过量时起铵同化作用,当有机氮缺乏时分解谷氨酸;

GS、GOGAT、GOT、GPT和GDH等酶活物质含量影响植物体内氮素的转移情况。

干旱胁迫下,两品种水稻的籽粒GS活性呈下降趋势,喷施GABA的籽粒GS活性比对照高。

同时,干旱胁迫下,籽粒中GOT、GDH、 GPT的活性呈单峰曲线,GOGAT活性呈下降趋势。一定浓度范围内,GABA处理的水稻籽粒中GHD活性低于对照,其余GOT、GDH、 GPT、GOGAT活性均高于对照。

二、GBAB提高各器官氮素积累

与干旱胁迫相比,喷施GABA提高茎、叶、穗的氮素积累量,在一定范围内,氮积累随着GABA的浓度增加上升,达到一定浓度后下降。松粳6品种在A3处理下积累量最大,齐穗期茎、叶、穗分别提高41.76%,44.17%,44.89%。

γ-氨基丁酸对干旱胁迫下白三叶幼苗内源激素含量的影响
 
干旱胁迫下,植物体内源激素含量发生一定变化,以应对胁迫环境。植物体内积累的ABA(脱落酸)和JA(茉莉酸)可诱导气孔关闭,减少水分蒸腾散失,iPA(异戊烯基腺嘌呤)在刺激植物细胞分裂,促进叶绿素形成,同时作为信号分子,诱导植物产生抗逆作用。
【文章来源:李杰、孙阳、杨德翠等,γ-氨基丁酸对干旱胁迫下白三叶幼苗内源激素含量的影响[J],青岛农业大学学报,2008,25(1):6-9】

实验表明,正常水分条件下,植物体内ABA和JA含量均较低且保持平稳。IAA(生长素)、iPA含量随时间的推移略有增高。

干旱胁迫下,
(1)ABA含量逐渐增加,GABA处理的植物体内ABA增加显著。
(2)iPA含量显著下降,经GABA处理的iPA含量下降程度显著减小。(P<0.05)
(3)JA含量显著增加(P<0.01),GABA对正常水分条件下JA含量影响不显著,但明显提高干旱胁迫下JA含量(P<0.05)。
(4)IAA含量显著下降,GABA处理的植株显著缓解IAA含量的下降程度(P<0.05)。

ABA、iPA、JA和IAA都是信号分子,干旱胁迫下GABA通过影响白三叶幼苗中内源激素含量的变化,传递信号,从而诱导植物产生抗旱能力。

γ-氨基丁酸(GABA)
 
GABA 是一种广泛存在于细胞中的四碳非蛋白氨基酸,在医学、食品领域均有广泛应用。GABA参与并调控植物体对抗胁迫环境的机制也有大量研究,GABA显著提高植物的抗干旱能力。

汉和生物独家买断江南大学专利,通过全细胞转化法生产γ-氨基丁酸,液体含量高达450g/L,产品活性比其他工艺高出40%以上。

 
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来源: 汉和生物
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