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Response of reactive oxygen metabolism in melon chloroplasts to shortterm salinityalkalinity stress regulated by exogenous γ-aminobutyric acid.

外源γ-氨基丁酸调控甜瓜叶绿体活性氧代谢应对短期盐碱胁迫


以甜瓜品种‘金辉1号’为试材,采用深液流水培法,研究外源γ氨基丁酸(GABA)对短期盐碱胁迫下甜瓜幼苗叶绿体活性氧代谢的调控作用.结果表明: 盐碱胁迫显著提高了甜瓜叶绿体内光合色素、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量及超氧阴离子(O-·2)产生速率;增加抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物质含量;明显抑制H+-ATP酶(H+-ATPase)和H+焦磷酸酶(H+-PPiase)活性.外源叶面喷施GABA有效抑制了盐碱胁迫引起的叶绿体内O-·2、H2O2和MDA的积累,缓解了光合色素增加的趋势;显著提高SOD和AsAGSH循环各个酶的活性,增加了AsA和GSH库,降低了AsA/DHA和GSH/GSSH比值,增强了H+-ATPase和H+-PPiase 活性.表明外源GABA能加快叶绿体内活性氧代谢,促进AsA-GSH循环的运转,维持细胞膜的渗透性,进而缓解了盐碱胁迫引起的氧化伤害.

The regulatory effect of exogenous γaminobutyric acid (GABA) on metabolism of reactive oxygen species (ROS) in melon chloroplasts under shortterm salinityalkalinity stress were investigated in melon variety ‘Jinhui No.1’, which was cultured with deep flow hydroponics. The result showed that under salinityalkalinity stress, the photosynthetic pigment content, MDA content, superoxide anion (O-·2) production rate and hydrogen peroxide (H2O2) content in chloroplast increased significantly, the contents of antioxidants ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH) increased, and the activities of H+-ATPase and H+-PPiase were inhibited obviously. With exogenous GABA application, the accumulations of O-·2, MDA and H2O2 induced by salinityalkalinity stress were inhibited. Exogenous GABA alleviated the increase of photosynthetic pigment content, improved the activity of SOD, enzymes of AsAGSH cycle, total AsA and total GSH while decreased the AsA/DHA ratio and GSH/GSSH ratio. Foliar GABA could enhance the H+-ATPase and H+-PPiase activities. Our results suggested that the exogenous GABA could accelerate the ROS metabolism in chloroplast, promote the recycle of AsA-GSH, and maintain the permeability of cell membrane to improve the ability of melon chloroplast against salinityalkalinity stress.


全 文 :外源 γ⁃氨基丁酸调控甜瓜叶绿体活性氧
代谢应对短期盐碱胁迫∗
向丽霞1,2,3  胡立盼1,2,3  胡晓辉1,2,3∗∗  潘雄波1,2,3  任文奇1,2,3
( 1西北农林科技大学园艺学院, 陕西杨凌 712100; 2农业部西北设施园艺工程重点实验室, 陕西杨凌, 712100; 3陕西省设施
农业工程中心, 陕西杨凌 712100)
摘  要  以甜瓜品种‘金辉 1 号’为试材,采用深液流水培法,研究外源 γ⁃氨基丁酸(GABA)
对短期盐碱胁迫下甜瓜幼苗叶绿体活性氧代谢的调控作用.结果表明: 盐碱胁迫显著提高了
甜瓜叶绿体内光合色素、丙二醛(MDA)和过氧化氢(H2O2)含量及超氧阴离子(O
-·
2 )产生速
率;增加抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物质含量;明显抑制 H+ ⁃ATP 酶(H+ ⁃AT⁃
Pase)和 H+ ⁃焦磷酸酶(H+ ⁃PPiase)活性.外源叶面喷施 GABA 有效抑制了盐碱胁迫引起的叶
绿体内 O -·2 、H2O2和 MDA的积累,缓解了光合色素增加的趋势;显著提高 SOD 和 AsA⁃GSH 循
环各个酶的活性,增加了 AsA 和 GSH 库,降低了 AsA / DHA 和 GSH / GSSH 比值,增强了 H+ ⁃
ATPase和 H+ ⁃PPiase 活性.表明外源 GABA能加快叶绿体内活性氧代谢,促进 AsA⁃GSH 循环
的运转,维持细胞膜的渗透性,进而缓解了盐碱胁迫引起的氧化伤害.
关键词  GABA; 甜瓜; 叶绿体; 抗氧化; AsA⁃GSH循环
文章编号  1001-9332(2015)12-3746-07  中图分类号  S627  文献标识码  A
Response of reactive oxygen metabolism in melon chloroplasts to short⁃term salinity⁃alkalini⁃
ty stress regulated by exogenous γ⁃aminobutyric acid. XIANG Li⁃xia1,2,3, HU Li⁃pan1,2,3, HU
Xiao⁃hui1,2,3, PAN Xiong⁃bo1,2,3, REN Wen⁃qi1,2,3 ( 1College of Horticulture, Northwest A&F Uni⁃
versity, Yangling 712100, Shaanxi, China; 2Key Laboratory of Protected Horticultural Engineering
in Northwest, Ministry of Agriculture, Yangling 712100, Shaanxi, China; 3Shaanxi Province Faci⁃
lity Agriculture Engineering Center, Yangling 712100, Shaanxi, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol.,
2015, 26(12): 3746-3752.
Abstract: The regulatory effect of exogenous γ⁃aminobutyric acid (GABA) on metabolism of reac⁃
tive oxygen species (ROS) in melon chloroplasts under short⁃term salinity⁃alkalinity stress were in⁃
vestigated in melon variety ‘Jinhui No.1’, which was cultured with deep flow hydroponics. The re⁃
sult showed that under salinity⁃alkalinity stress, the photosynthetic pigment content, MDA content,
superoxide anion (O -·2 ) production rate and hydrogen peroxide (H2O2) content in chloroplast in⁃
creased significantly, the contents of antioxidants ascorbic acid (AsA) and glutathione (GSH) in⁃
creased, and the activities of H+ ⁃ATPase and H+ ⁃PPiase were inhibited obviously. With exogenous
GABA application, the accumulations of O -·2 , MDA and H2O2 induced by salinity⁃alkalinity stress
were inhibited. Exogenous GABA alleviated the increase of photosynthetic pigment content, im⁃
proved the activity of SOD, enzymes of AsA⁃GSH cycle, total AsA and total GSH while decreased
the AsA / DHA ratio and GSH / GSSH ratio. Foliar GABA could enhance the H+ ⁃ATPase and H+ ⁃
PPiase activities. Our results suggested that the exogenous GABA could accelerate the ROS metabo⁃
lism in chloroplast, promote the recycle of AsA⁃GSH, and maintain the permeability of cell mem⁃
brane to improve the ability of melon chloroplast against salinity⁃alkalinity stress.
Key words: GABA; melon; chloroplast; antioxidant; AsA⁃GSH recycle.
∗国家“十二五”科技支撑计划项目(2014BAD14B06)、陕西省科技攻关项目(2015NY102)和杨凌示范区科技计划项目(2014NY⁃17)资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: hxh1977@ 163.com
2015⁃04⁃14收稿,2015⁃09⁃17接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 12月  第 26卷  第 12期                                                           
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2015, 26(12): 3746-3752
    甜瓜是我国设施栽培的主要瓜果类蔬菜作物,
营养价值高,经济效益好[1] .西北部地区是我国甜瓜
主要产地,但由于气候干旱,水分蒸发强烈,土壤 pH
值上升,盐渍化程度加剧,破坏植物养分平衡[2],制
约了甜瓜产业的可持续发展.
光合作用是植物生长发育的基础,叶绿体则是
植物进行光合作用的主要场所,光反应及大部分与
光合作用有关的蛋白质和蛋白复合物均位于叶绿体
类囊体膜及类囊体腔中,叶绿体是感受盐胁迫最敏
感的细胞器[3] .盐胁迫下植物光合作用降低,光合电
子传递链中氧气的不完全还原或水的不完全氧化时
产生大量的活性氧(ROS) [4],破坏活性氧产生与清
除的平衡,导致膜通透性增加,部分酶功能降低,引
起植物氧化损伤,影响植物正常生长[5] .植物体内抗
氧化酶可以清除活性氧,其中超氧化物歧化酶
(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)作
为植物体内抗氧化酶系统的重要组成部分,在清除
自由基方面发挥着重要作用.目前大多数对甜瓜盐
胁迫抗氧化体系的研究主要集中在叶片 SOD、POD
和 CAT 上,对光合器官叶绿体内抗氧化体系,尤其
是 AsA⁃GSH 循环各个环节的研究较少,而叶绿体不
含 CAT,H2O2的清除主要依靠抗坏血酸⁃谷胱甘肽
循环(AsA⁃GSH) [6] .
γ⁃氨基丁酸( γ⁃aminobutyric acid,GABA)是以
自由态广泛存在于植物体内的一种非蛋白质氨基
酸,联系着植物体碳代谢和氮代谢,是调节植物生长
发育的重要信号物质[7] .研究表明,GABA 能稳定细
胞内 pH 值[8],作为三羧酸循环支路[9]为三羧酸循
环提供 NADPH和琥珀酸等底物,参与植物抵御逆
境胁迫反应,提高植物的耐性[10-11] .本课题组研究
发现,外源喷施 GABA 可以提高甜瓜幼苗耐盐性,
但其作用机理尚不清楚.因此,本试验以甜瓜幼苗为
试材,通过叶面喷施 GABA,研究外源 GABA对盐碱
胁迫下叶绿体活性氧代谢的影响,以期阐明外源
GABA 增强甜瓜幼苗盐碱胁迫耐性的抗氧化机制,
为外源物质参与调控盐碱胁迫提供一定的科学
依据.
1  材料与方法
1􀆰 1  试验材料与处理
以‘金辉 1 号’甜瓜品种为试材,其种子经消
毒、浸种处理后,播种于 72孔塑料穴盘中.当幼苗长
至 2叶 1心时,选取长势一致的健壮幼苗定植于装有
1 / 2剂量的山崎甜瓜专用营养液的水培箱(50 cm×
35 cm×15 cm)中,用气泵正常通气(40 min·h-1).
幼苗长至 4叶 1心时开始 50 mmol·L-1的混合盐碱
(NaCl ∶ Na2SO4 ∶ NaHCO3 ∶ Na2CO3 = 1 ∶ 9 ∶ 9 ∶ 1,摩
尔体积比)胁迫处理.为了避免盐激效应,胁迫浓度先
为 25 mmol·L-1,1 d 后达到终浓度 50 mmol·L-1记
为正式开始试验处理.试验设 4个处理:1)正常营养
液栽培,CK;2)正常营养液+50 mmol·L-1GABA,
CG;3) 50 mmol · L-1的盐碱胁迫处理, S; 4) 50
mmol·L-1的盐碱胁迫处理+ 50 mmol·L-1GABA,
SG.每天 9:00 分别向 CG、SG、CK 和 S 处理组喷施
等量的 50 mmol·L-1GABA 和蒸馏水.每个处理 12
株,4次重复.处理 3 d后取第 2、3叶测定各项指标.
1􀆰 2  叶绿体的提取
叶绿体的提取参照 Shu 等[12]的方法并稍加修
改.称取 10 g甜瓜叶片,加 25 mL pH 为 6.5 的提取
液(内含 330 mmol·L-1山梨醇,30 mmol·L-1Mes,
0.1%牛血清蛋白,2 mmol·L-1抗坏血酸,现用现
加),快速研磨至叶片碎成绿豆粒大小.4 层纱布过
滤,滤液 800×g 离心 3 min,上清液 3000×g 离心 5
min,沉淀用 3 mL 悬浮液(内含 330 mmol·L-1山梨
醇,30 mmol·L-1Hepes,0.2%牛血清蛋白,用 Tris调
pH至 7.6)悬浮.将 2 mL 含有 80% Percoll 铺在 10
mL离心管下层,再把 2 mL 20%Percoll置于中间层,
然后将 3 mL 叶绿体悬浮液轻轻铺于离心管上层,
3000×g离心 3 min,取出离心管可以看到 3 层绿色
带.其中 40%~80% Percoll层为完整叶绿体.叶绿体
悬浮液中加入 1.5 mL预冷的 25 mmol·L-1Hepes缓
冲溶液 (内含 0. 2 mmol·L-1 EDTA 和 2% ( w / v)
PVP,pH 7.8).4 ℃ 条件下,12000×g离心 10 min,上
清液用于叶绿体内抗氧化酶及物质含量的测定.
1􀆰 3  测定方法
叶绿素及类胡萝卜素含量、O -·2 产生速率和丙二
醛(MDA)含量均参照张志良和翟伟箐[13]的方法测
定,H2O2含量按照 Gong等[14]的方法测定.
超氧化物歧化酶(SOD)活性采用 NBT 光化还
原法测定[13],以抑制 NBT 光化还原的 50%为一个
酶活力单位(U).连续记录 25 ℃下 290 nm 吸光值
变化测定抗坏血酸过氧化物酶 ( APX)活性;以
NADPH启动反应,连续记录 25 ℃下 340 nm吸光值
变化测定谷胱甘肽还原酶(GR)活性;连续记录 25
℃下 340 nm吸光值变化测定单脱氢抗坏血酸还原
酶(MDHAR)活性;连续记录 25 ℃下 265 nm吸光值
变化测定脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)活性,以上
指标均参照 Ma 和 Cheng [15]的方法.H+ ⁃ATPase 活
747312期                  向丽霞等: 外源 γ⁃氨基丁酸调控甜瓜叶绿体活性氧代谢应对短期盐碱胁迫         
性和 H+ ⁃PPiase 活性按照 Liu[16]的方法测定;蛋白
含量采用考马斯亮蓝 G⁃250法测定[17] .
抗坏血酸(AsA)和脱氢抗坏血酸(DHA)含量
采用 Fe3+还原法测定[18];氧化型谷胱甘肽(GSSG)
和还原型谷胱甘肽(GSH)含量参照 Griffith[19]的方
法测定.
1􀆰 4  数据处理
用统计分析软件 SAS 8.1 进行试验数据处理和
分析.采用单因素方差 ( One⁃way ANOVA)分析及
Duncan多重比较进行差异显著性分析(α= 0.05).
2  结果与分析
2􀆰 1  GABA对甜瓜幼苗叶绿体光合色素含量的影响
由表 1可以看出,与 CK相比,在正常栽培条件
下叶面喷施外源 GABA 对 Chl a、Car、Chl (a+b)和
Car / Chl (a+b) 影响不显著,但显著提高了 Chl b 的
含量,说明外源 GABA 主要影响了 Chl b 的合成.盐
碱胁迫处理增加了甜瓜幼苗 Chl a、Chl b、Chl (a+b)
和 Car含量,且均显著高于其他处理.与单纯盐碱胁
迫相比,盐碱胁迫下叶面喷施 GABA 显著降低了甜
瓜幼苗 Chl a、Chl b、Chl (a+b)和 Car 含量.盐碱胁
迫下,Car / Chl 比值显著降低,表明盐胁迫对叶绿素
含量的影响大于对 Car 的影响,外源喷施 GABA 后
缓解了其降低的趋势,但未达到正常水平.
2􀆰 2  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 MDA、H2O2含量和
O -·2 产生速率的影响
如图 1 所示,盐碱胁迫显著提升了甜瓜叶绿体
内 MDA和 H2O2含量及 O
-·
2 产生速率,而外源喷施
GABA后缓解了由活性氧引起的膜伤害,降低了 3
种物质的积累量,且影响显著.正常条件下喷施 GA⁃
BA也显著提高了叶绿体内 MDA和 H2O2含量.表明
外源 GABA对胁迫引起的伤害有缓解作用.
2􀆰 3  GABA对甜瓜幼苗叶绿体抗氧化酶活性的影响
如图2所示,盐碱胁迫抑制了SOD、MDHAR和
图 1  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 MDA、H2O2含量和 O
-·
2 产生
速率的影响
Fig.1  Effects of GABA on MDA content, H2 O2 content and
O -·2 production rate in melon chloroplasts (mean±SE).
CK: 正常营养液 Common solution; CG: 正常营养液+50 mmol·L-1
GABA Common solution with 50 mmol·L-1GABA; S: 50 mmol·L-1的
盐碱胁迫 50 mmol·L-1 salt⁃alkaline stress; SG: 50 mmol·L-1的盐碱
胁迫+50 mmol·L-1GABA 50 mmol·L-1 salt⁃alkaline stress with 50
mmol·L-1GABA.不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different
letters meant significant difference among treatments at 0.05 level. 下同
The same below.
DHAR活性,显著提高了 APX和 GR活性.外源 GA⁃
BA处理后,缓解了盐碱胁迫对上述 5种酶活性的抑
制作用,其中MDHAR和 DHAR能达到对照水平,表
明外源 GABA对叶绿体内抗氧化酶活性影响显著.
正常条件下,外源喷施 GABA 同样提高了 SOD、
APX、GR、MDHAR 和 DHAR 的酶活性,其中 DHAR
与对照差异不显著.
表 1  GABA对甜瓜幼苗叶绿体内光合色素含量的影响
Table 1  Effects of GABA on the photosynthetic pigment content in melon chloroplasts (mean±SE)
处理
Treatment
叶绿素 a
Chl a
(mg·g-1 FM)
叶绿素 b
Chl b
(mg·g-1 FM)
总叶绿素
Chl (a+b)
(mg·g-1 FM)
类胡萝卜素
Car
(mg·g-1FM)
类胡萝卜素 /
总叶绿素
Car / Chl (a+b)
CK 15.39±0.51c 4.99±0.22d 20.38±0.73c 2.54±0.06c 0.125±0.0015a
CG 17.32±0.58c 6.31±0.34c 23.63±0.93c 2.88±0.07c 0.122±0.0028a
S 36.18±1.58a 12.93±0.53a 49.12±2.11a 5.26±0.23a 0.107±0.0002c
SG 26.72±1.45b 9.22±0.24b 35.94±1.69b 4.09±0.19b 0.114±0.0008b
CK: 正常营养液 Common solution; CG: 正常营养液+50 mmol·L-1GABA Common solution with 50 mmol·L-1GABA; S: 50 mmol·L-1的盐碱胁
迫 50 mmol·L-1 salt⁃alkaline stress; SG: 50 mmol·L-1的盐碱胁迫+50 mmol·L-1GABA 50 mmol·L-1 salt⁃alkaline stress with 50 mmol·L-1GA⁃
BA.同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0.05 level.
8473                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
图 2  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 SOD、APX、GR、MDHAR 和
DHAR活性的影响
Fig.2   Effects of GABA on activities of SOD, APX, GR,
MDHAR and DHAR in melon chloroplast (mean±SE).
2􀆰 4  GABA 对甜瓜幼苗叶绿体 AsA、DHA、AsA +
DHA含量及 DHA / AsA比值的影响
如图 3所示,正常条件下喷施 GABA 均提高了
甜瓜叶绿体内 AsA、DHA及 AsA+DHA的含量,而对
AsA / DHA比值无显著影响.盐碱胁迫下,叶绿体内
AsA和 AsA+DHA 的含量分别是 CK 的 1.5 和 1.16
倍,AsA / DHA比值显著上升.盐碱胁迫下喷施外源
GABA后,叶绿体内AsA含量和AsA / DHA比值降
图 3  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 AsA、DHA、AsA+DHA 含量
及 DHA / AsA比值的影响
Fig.3  Effects of GABA on contents of AsA, DHA and AsA+
DHA and ratio of DHA / AsA in melon chloroplast (mean±SE).
低,AsA+DHA含量变化不明显,表明盐碱胁迫下叶
绿体内抗坏血酸的运转受到了外源 GABA的调控.
2􀆰 5  GABA 对甜瓜幼苗叶绿体 GSH、GSSG、GSH+
GSSG含量及 GSH / GSSG比值的影响
如图 4所示,正常条件下喷施 GABA 显著提高
了甜瓜幼苗叶绿体 GSH、GSSG、GSH+GSSG 含量及
GSH / GSSG比值.盐碱胁迫进一步提高了 GSH、GSH
+GSSG含量和 GSH / GSSG比值.盐碱胁迫下喷施外
源 GABA后,显著增加了 GSH+GSSG 的含量,降低
了 GSH / GSSG比值,与单纯盐碱胁迫处理相比差异
显著.因此,外源 GABA和盐碱胁迫均能促进叶绿体
内 GSH库的提升,为循环代谢提供充足的底物.
2􀆰 6  GABA 对甜瓜幼苗叶绿体 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃
PPiase活性的影响
如图5所示,盐碱胁迫显著抑制了H+ ⁃ATPase
947312期                  向丽霞等: 外源 γ⁃氨基丁酸调控甜瓜叶绿体活性氧代谢应对短期盐碱胁迫         
图 4  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 GSH、GSSG、GSH+GSSG 及
GSH / GSSG比值的影响
Fig.4   Effects of GABA on contents of GSH, GSSG, GSH+
GSSG and ratio of GSH / GSSG in melon chloroplast ( mean ±
SE).
和 H+ ⁃PPiase 活性,外源喷施 GABA 后,H+ ⁃ATPase
和 H+ ⁃PPiase活性显著增强.与 CK 相比,正常条件
喷施 GABA对叶绿体内 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃PPiase 活
性无显著影响.表明盐碱胁迫下外源 GABA 加快了
细胞内 H+转运,缓解了盐碱胁迫的抑制作用,维持
了细胞活性.
3  讨    论
叶绿素是绿色植物进行光合作用的主要色素,
能够吸收和传递光能,参与光化学反应过程,叶绿素
含量直接影响光合作用的进程.本试验结果表明,盐
碱胁迫下 Chl a、Chl b、Chl (a+b)以及 Car含量均显
著高于对照,而盐碱胁迫下喷施外源GABA后叶绿
图 5  GABA对甜瓜幼苗叶绿体 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃PPiase 活
性的影响
Fig.5   Effects of GABA on activities of H+ ⁃ATPase and H+ ⁃
PPiase in melon chloroplast (mean±SE).
素含量显著降低(表 1),这与王素平等[20]在黄瓜上
的研究结果一致,可能的原因是短期盐碱胁迫下植
株叶片含水量过低,生长缓慢,产生相对的“浓缩”
效应.此外,Car在光合作用中除具有辅助吸收光能
的作用外,又是内源抗氧化剂,在细胞内可吸收剩余
光能、淬灭活性氧,防止膜脂过氧化[21],Car / Chl 值
的高低与植物忍受逆境的能力有关[22] .本试验中,
外源喷施 GABA 可能通过提高盐胁迫下叶绿体内
Car / Chl的比值,促进过剩激发能的耗散,参与失活
的 PSII修复,降低了电子逸出,进而缓解盐碱胁迫.
盐胁迫引起植物在细胞水平上产生氧化胁迫,
导致活性氧过量积累.活性氧能同许多细胞组分发
生反应,引起色素脱色、酶失活、蛋脂质过氧化[8]以
及 PSII外周蛋白部分或完全脱落[23]等,严重影响
作物光合作用.本试验结果表明,盐碱胁迫下叶绿体
内活性氧过量积累,O -·2 产生速率加快,H2O2含量上
升,膜脂过氧化程度加剧.外源喷施 GABA 降低了
MDA含量、O -·2 产生速率和 H2O2含量,缓解 ROS 引
起的氧化胁迫,进而能够保护叶绿体膜结构.
SOD作为植物抗氧化系统的一道防线,广泛存
在于植物的各个细胞器中.它能催化活性氧的中间
产物 O -·2 歧化反应生成 H2O2和 O2,然后由其他反应
清除 H2O2 [24] .本试验中,盐碱胁迫抑制了甜瓜叶绿
体内 SOD酶的活性,外源喷施 GABA 后 SOD 酶活
性的抑制作用得到缓解,降低了叶绿体内 O -·2 产生
速率和 MDA含量.
叶绿体大量积累的 H2O2可以通过 Haber⁃Weiss
0573                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷
反应与 O -·2 生成活性更强的·OH,导致更严重的氧
化伤害,而叶绿体内不含 CAT,H2O2的清除主要依
靠抗坏血酸⁃谷胱甘肽(AsA⁃GSH)循环系统[25] .在
AsA⁃GSH循环中,APX 利用 AsA 将 H2O2 还原成
H2O,同时形成 MDHA. MDHA 不稳定,一部分被
MDHAR 还原为 AsA,另一部分进一步氧化生成
DHA.DHA以 GSH为底物,在 DHAR 的作用下生成
AsA.此反应产生的 GSSG 又可在 GR 的催化下被还
原成 GSH[26] .本试验中,盐碱胁迫促进了 AsA 和
AsA库(AsA+DHA)的增加,这与程玉静等[27]在黄
瓜上的研究结果一致.抗氧化物质的氧化型 /还原型
比率,可以用作 ROS 清除机制调控的信号[28] .盐碱
胁迫下叶绿体内 AsA含量大幅增加,并维持较高的
AsA / DHA比值,为 AsA⁃GSH循环提供充足的底物,
而盐碱胁迫下喷施外源 GABA 后 AsA 含量降低,
AsA / DHA比值下降,但 APX、MDAHR、DHAR和 GR
活性明显上升.可见,GABA 不仅促进了叶绿体内
AsA⁃GSH循环的运转,还促使 AsA 与单线态氧、
O -·2 、H2O2和羟自由基等活性氧直接反应,缓解氧化
伤害[29] .GR 是 AsA⁃GSH 循环中的关键酶,直接影
响 GSH库的水平和 GSH / GSSG的比值,较高的 GSH
含量和 GSH / GSSG 比值在保持细胞氧化还原水平
有重要的作用[30-31] .外源 GABA 和盐碱胁迫均显著
增加了叶绿体内 GSH 和 GSH 库(GSH+GSSG)的
量,盐碱胁迫下 GSH、GSSG、GSH 库和 GSH / GSSG
比值、GR活性均显著高于对照,说明盐碱胁迫主要
通过促进 GR 活性再生 GSH.盐碱胁迫下外源喷施
GABA后,GSH / GSSG比值下降,GSSG 含量上升,可
能是由于 GR 和 DHAR 活性进一步增强,促进了
AsA⁃GSH循环加快.
H+ ⁃ATPase水解氧化磷酸化形成跨膜质子驱动
力,产生 ATP,向外分泌 H+,维持细胞酸碱平衡,是
细胞与环境之间物质和信息传递的桥梁.H+ ⁃ATPase
通过调节自身水解活性、基因表达和蛋白含量等适
应环境变化与逆境胁迫.H+ ⁃PPiase 以 PPi 为底物,
推动 H+跨液泡膜运输、建立跨膜 pH 和电势梯度,
协同维持胞内 pH和物质运输等过程.本试验中,盐
碱胁迫显著降低了 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃PPiase 活性,
质子驱动能力减弱,细胞内环境失调,这与陈沁
等[32]的研究结果 H2O2含量和 O
-·
2 产生速率与 H
+ ⁃
ATPase活性呈显著负相关一致.外源 GABA 处理
后,显著缓解了盐碱胁迫下甜瓜叶绿体膜 H+ ⁃AT⁃
Pase和 H+ ⁃PPiase活性的降低,可能是 GABA 通过
谷氨酸(GAD)与 Ca2+信号途径相联系,调节细胞内
Ca2+浓度及与 Ca2+信号相关的胁迫应答反应[33],把
膜表面的磷酸盐和磷酸脂以及蛋白质的羟基桥连起
来,维持膜蛋白 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃PPiase 结构和功
能的稳定性[27] .
综上所述,短期盐碱胁迫下外源喷施 GABA 为
三羧酸循环(TCA)循环供应 NADH 和琥珀酸等反
应底物,能够抑制活性氧的积累,增强甜瓜幼苗叶绿
体抗氧化酶的活性,增加抗氧化物含量,加快 AsA⁃
GSH的运转,提高了 H+ ⁃ATPase 和 H+ ⁃PPiase 的活
性,稳定叶绿体内环境,缓解盐碱胁迫引起的叶绿体
过氧化伤害.
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作者简介  向丽霞,女,1990 年生,硕士研究生.主要从事设
施植物生理生态研究. E⁃mail: wenxi107@ outlook.com
责任编辑  肖  红
2573                                       应  用  生  态  学  报                                      26卷