γ-氨基丁酸浸種對鹽分脅迫下番茄出苗及幼苗生長的影響

閆 妮，馮 棣，楊鳳娟，張敬敏，桑茂鵬，祝海燕

（1.山東省設施園藝生物工程研究中心·濰坊科技學院 山東 壽光 2627001； 2.山東農業大學園藝科學與工程學院山東 泰安 271018； 3.曲水縣凈植茂藤農業科技有限公司 西藏 曲水 850600）

現代農業的發展不僅解決了我國蔬菜供應種類少且數量不足的問題，還實現了周年均衡供應，極大地滿足了人們對蔬菜的日常需求。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，產生嚴重的土壤次生鹽漬化問題。鹽分脅迫會使植株產生滲透脅迫和離子脅迫，從而抑制種子吸水膨脹、出苗以及根尖的產生和幼葉生長，并加速成熟葉衰老，同時還會導致光合作用速率降低、葉綠素含量下降、活性氧（ROS）增加，進一步影響植株營養生長和生殖生長。番茄（Mill.）屬于耐鹽性適度敏感作物，鹽分脅迫會抑制其出苗、生長，造成減產。大量研究表明，可通過外源物質（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 屬于非蛋白質氨基酸，與植物體內碳素和氮素兩大代謝途徑緊密聯系，是一種對植物生長發育有重要影響的信號物質。前人研究表明，外源GABA 處理通過促進內源GABA 的積累、調節活性氧代謝，能顯著改善小麥、玉米、甜瓜等多種作物的耐鹽性。羅黃穎 等發現，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氧化產物丙二醛的積累，從而改善了耐鹽性。賈邱穎等發現，與未添加GABA 相 比，添 加5 mmol·L外源GABA 對鹽分脅迫下番茄嫁接苗的地上部鮮質量、葉綠素含量、抗氧化酶活性等均有顯著提高。羅黃穎等發現使用10 mmol·LGABA 浸種可以更好地促進番茄種子萌發和幼苗生長進而緩解鹽害。綜上所述，適當施加外源GABA 可有效提高作物的耐鹽性，然而未見有關于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的研究報道。

筆者以口感型番茄玉玲瓏為供試對象，研究外源GABA 浸種對鹽分脅迫下番茄的出苗、幼苗的地上部和根系生長、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，以期為番茄育苗提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2021 年4-5 月在山東省濰坊市壽光市濰科種業日光溫室內進行。供試番茄品種為玉玲瓏，種子由濰坊科技學院濰科種業科技有限公司提供。GABA 及配置營養液的其他物質均為分析純，購自濰坊泰達化工世紀有限公司。

1.2 試驗設計

設置GABA 浸種和不浸種2 個種子處理方式，以及無、較低和較高鹽分脅迫，即0.6（當地井水）、2.6、4.6 g·L3 個鹽濃度（，后同）灌水處理，不浸種的各鹽濃度處理依次標記為S、S、S，浸種的各鹽濃度處理依次標記為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。參考羅黃穎等進行浸種處理，即采用10 mmol·LGABA 水溶液浸種12 h。每個處理采用72 穴規格的穴盤（52 cm×27 cm）育苗90 株，分為3 個重復，每30 株為1 個重復。播種前使用營養土（∶∶=3∶1∶1）填入穴盤，在基質表面壓出小穴，大致1 cm 深，播種后覆一層珍珠巖，做好標記之后，放置在育苗架上。播后當即使用噴壺澆透水，并于每天9：00 適量補水，待第1 片真葉展開后及時追肥，營養液配制參照山崎配方。為避免咸水噴灌對番茄葉片造成傷害，每次補水后使用霧化噴頭和井水快速清洗葉片。試驗于播后40 d 結束。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 空氣溫度和濕度 在溫室內穴盤上方10 cm處安裝溫度濕度記錄儀（Benetech GM1365），觀測試驗期間空氣溫度濕度。試驗期間的平均、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 生長指標 從播種5 d 后開始至播后13 d每天統計出苗數，播種14～22 d 每天統計死亡幼苗數，參照國家標準計算種子的出苗率、累積死亡率，統計開始出苗時間，全苗時間（停止出苗的時間），計算相對出苗率。其中相對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40 d 時，每個處理隨機選取9 株，分別測定株高、莖粗，葉和莖的干、鮮質量。從每個處理已選取的9株中隨機選取3 株用于調查根系干物質量和根系形態指標。測定方法：分別采用直尺和游標卡尺測定株高和莖粗，植物樣鮮質量測定需要將葉片和莖分離后分別稱量，其干質量測定需要將鮮樣在105 ℃殺青30 min 后與洗凈待測的根系一起于75 ℃烘干至恒質量，使用精度為0.000 1 g 的電子天平稱取。用掃描器（Epson V500，美國）將洗凈待測根系掃描成彩色TIFF 格式圖像檔，再用圖像分析軟件（WinRHIZO，加拿大）測定總根長、根體積、根表面積和根尖數。

1.3.3 生理指標 在進行葉綠素含量測定時參考李合生方法取生長點下第3 片展開的真葉，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，用紫外可見分光光度計（上海棱光752S，中國）測定665、649 nm 和470 nm 波長處的吸光度值，3 次重復。取生長點下第3 片展開的真葉進行酶活性指標的測定，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預冷的磷酸緩沖液（pH 7.8）在冰浴上研磨成勻漿，每個處理3 個重復，然后轉入離心管中，在4 ℃、12 000 轉下離心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）測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性，使用Nakano 等的方法測定抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性。

1.4 數據分析

數據處理及圖表制作采用Microsoft Office Excel 2021 軟件，差異顯著性和相關性分析采用SPSS Statistics 26 數據處理軟件。

2 結果與分析

2.1 GABA浸種對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程、降低出苗率、增加死苗率。除S處理在播后6 d開始出苗，在播后12 d 完成出苗外，其他處理均在播后5 d 開始出苗，分別在播后6～10 d 完成出苗。在播后13 d 時，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%，出苗進程加快。此外，S、GS處理一直沒有出現死苗，S、GS處理的累積死苗率處于很低水平，S和GS處理番茄出現的死苗時間要比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，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%。說明在較高鹽分脅迫（4.6 g·L）下，使用GABA 浸種雖然會提高出苗率，但同時也會提升死苗率。

圖1 番茄GABA 浸種在不同鹽分梯度下的出苗進程及累積死苗率

2.2 GABA 浸種對鹽分脅迫下番茄地上部生長的影響

不同處理番茄幼苗地上部生長情況如表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 浸種對植株地上部生長的影響不一致。GS和GS處理的株高、莖葉鮮/干質量均高于相應的S和S處理，僅GS處理葉片鮮/干質量與S處理差異不顯著，GS和S處理、GS和S處理其他指標差異均達到顯著水平。在鹽濃度≤2.6 g·L時，除莖粗及葉片鮮、干質量外，其他指標GABA 浸種與不浸種之間差異顯著。而GS處理的各項生長指標均小于S處理，二者之間除莖粗差異顯著外，其他指標差異均不顯著。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調查

2.3 GABA 浸種對鹽分脅迫下番茄根系生長的影響

由表2 可見，番茄總根長、根體積、根表面積、根尖數和根干物質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 浸種對植株根系生長的影響存在差異。除GS處理的總根長顯著小于S1 處理外，其他各項根系指標GS與S處理、GS與S處理之間無顯著差異；而GS處理的各項根系指標均大于S處理，二者間除根干物質量差異顯著外，其他指標差異均不顯著。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調查

2.4 GABA 浸種對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、總葉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。在不同程度鹽分脅迫下，GABA 浸種對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、總葉綠素和類胡蘿卜素的含量均大于相應的S和S處理，但除GS和S總葉綠素含量差異顯著外，其他對應指標差異均未達到顯著水平；而GS處理的各項指標均小于S處理，且除葉綠素b 含量外，其余指標差異均達到顯著水平。在同等鹽分脅迫下比較，與S、S、S處理的總葉綠素含量相比，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，番茄葉片內的POD 酶活性呈現顯著上升趨勢，SOD 和APX 酶活性則呈現先上升后下降的趨勢。在不同程度鹽分脅迫下，GABA 浸種對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 浸種對鹽分脅迫下番茄出苗及生長發育的影響

作物在出苗及幼苗階段很容易受到鹽分脅迫的抑制作用。在種子萌發階段會影響種子吸水膨脹，造成滲透脅迫；在生長發育階段會降低葉片葉綠素含量，抑制同化物合成與轉移等，進而影響番茄地上及地下部干物質積累，且鹽分脅迫程度越大，抑制越顯著。而一些研究發現使用外源GABA 可在一定程度上緩解鹽分脅迫。筆者的研究中，當NaCl 濃度達到一定范圍后，會降低番茄的出苗率、推遲出苗進程和提升死苗率，而GABA浸種在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下促進了種子萌發。羅黃穎等將番茄種子在濃度為10 mmol·L的GABA 中浸種后在培養皿中使用低濃度（25 mmol·L）的NaCl 溶液培養也得出了相同的結論。這是因為外源GABA 可通過提高植物體內的抗氧化酶活性來增強幼苗耐脅迫的能力，進而利于促進種子萌發。同時，筆者的研究發現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。可能是由于GABA 作為一種氨基酸態氮肥，其作用具有一定的時效性，因此雖然促進了鹽分脅迫下番茄種子萌發，但隨著生育進程推進，GABA 浸種處理的幼苗可能因為前期長勢更好，需水量大，當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。

筆者的研究結果表明，番茄的株高、莖粗、莖葉干鮮質量均隨著鹽分脅迫程度的增加而降低，這與Acosta-Motos 等和Chen 等的研究結果一致。此外，莖葉干質量在鹽分脅迫下比根的質量表現更敏感，這與Munns 等的研究結果一致。而GABA 浸種在較低鹽分濃度脅迫（≤2.6 g·L）下有促進番茄地上部生長的作用，但是在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下出現一些抑制表現。這可能是因為GABA 緩解鹽分脅迫的作用僅在一定的鹽分濃度范圍內有效，并且隨著植株生長，在較低鹽分脅迫下，植株可以繼續保持先發優勢；而在較高鹽分脅迫下，植株遭受的鹽害程度高且累積效應強，光合產物較少。番茄的總根長、根體積、根表面積、根尖數和根干物質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）下有促進番茄根系生長的趨勢，這與王泳超在NaCl 脅迫玉米幼苗試驗中發現濃度為0.5 mmol·LGABA 處理下能增加根系總根長、根表面積、根體積、根尖數和增加根干質量的結論相一致。但是在低鹽環境（0.6 g·L）和較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下不僅沒有表現出促進作用，反而出現抑制作用。這可能是由于在低鹽分環境下番茄生長沒有遭受逆境，GABA 浸種促進了同化物優先向地上部分配；在較低鹽分脅迫下GABA 浸種通過促進根系生長吸水、吸肥，增強體內抗氧化酶活性、提高葉綠素含量和光合作用效率以促進同化物積累；在較高鹽分脅迫下根系生長反應機制與地上部一致。

3.2 GABA 浸種對鹽分脅迫下番茄幼苗生理生化的影響

鹽分脅迫會影響植物的光合作用和抑制卡爾文循環酶活性，導致對鹽敏感的植物葉綠素含量下降。筆者的試驗發現在不同鹽分梯度處理下番茄葉片的葉綠素a、葉綠素b、總葉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，且在高鹽處理（4.6 g·L）下除葉綠素b 含量外，其余指標均顯著降低。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，但在較高鹽分濃度脅迫（4.6 g·L）下除葉綠素b 含量外，均表現出顯著的抑制現象，與幼苗地上部生長狀況保持一致。在以往更高程度鹽分脅迫的研究中未發現使用GABA會降低番茄葉綠素含量的現象，這可能是因為這些試驗都是在短期內（3～4 d）完成，而筆者的試驗是從播種到播后40 d 持續使用相同濃度的鹽水灌溉，因此出現了累積效應。在鹽分脅迫下，植株體內會產生大量氧自由基，為了維持代謝平衡，預防和降低膜透性結構和功能的受損，植物會提高抗氧化酶活性。筆者的研究結果表明，鹽分脅迫處理增強了番茄葉片中的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，說明GABA 浸種在鹽分脅迫下可增強抗氧化酶活性，這與前人研究結果一致。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，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 論

在供試的3 個鹽分濃度梯度下，GABA 浸種能有效促進番茄種子萌發、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。經過連續鹽分脅迫處理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 浸種促進了番茄株高的生長、地上部和根系干質量的累積，但是在較高鹽分脅迫（4.6 g·L）下番茄長勢弱于不浸種處理。綜上可見，GABA 浸種可在番茄幼苗處于較低鹽分脅迫（≤2.6 g·L）下發揮緩解鹽分脅迫的作用。