喷施外源GABA对高温条件下茶树叶片部分生理指标的影响

曹 语， 任太钰， 马媛春， 李 芳， 房婉萍， 朱旭君

(南京农业大学园艺学院， 江苏 南京 210095)

茶树〔Camelliasinensis(Linn.) Kuntze〕生长发育的适宜年均温为15 ℃～20 ℃，极端的高温或低温会对茶树造成热害和冻害等伤害。高温会导致茶树的光合系统损伤、叶绿素含量降低、活性氧积累以及酶活性破坏；连续的高温天气还会造成茶树叶片的灼伤烧焦，并使茶树根系活力降低，进而影响茶树的正常生长发育，降低茶叶的品质和产量[1-4]。

γ-氨基丁酸(GABA)的合成途径涉及氮素贮藏、pH值调节、生长发育和免疫过程等[5]；植物抵抗缺氧、干旱和高温等逆境胁迫时，GABA代谢支路起着重要作用[6]，[7]9。黄娟[8]认为，在高温胁迫下外源GABA可降低植物叶片的相对电导率和丙二醛含量，减缓叶绿素的分解，提高脯氨酸和可溶性糖含量，并能有效增强抗氧化酶活性及光合作用强度。在茶树应对高温胁迫的过程中，外源GABA是否也能起到类似的效应？其作用机制如何？这些问题尚缺乏深入的研究和探讨。为此，作者以茶树品种‘中茶108’(‘Zhongcha 108’)的1年生扦插苗为研究材料，在模拟高温条件下，研究喷施外源GABA对茶树叶片部分生理指标的影响，以期明确外源GABA对提升茶树耐高温性能的作用，为研究茶树对高温胁迫环境的耐性机制提供基础资料。

1 材料和方法

1.1 材料

供试茶树品种‘中茶108’的1年生扦插苗购自南京雅润茶业有限公司，幼苗生长状态较为一致，株高约15 cm。将幼苗种植于108孔穴盘中，每孔穴1株，种植3盘，栽培基质为V(营养土)∶V(蛭石)∶V(珍珠岩)=9∶3∶1的复合基质(pH 5.5)，底部放置接水托盘。

1.2 方法

1.2.1 实验设计和处理方法 设置CK1、CK2和TG共3个组。CK1组：常温(25 ℃)对照，喷施去离子水2 L；CK2组：高温(42 ℃)对照，喷施去离子水2 L；TG组：高温(42 ℃)处理，喷施5 mmol·L-1GABA 2 L。每组32株幼苗，从幼苗叶片正上方向下一次性喷施，3组重复。喷施完成后，将幼苗置于温度25 ℃或42 ℃、光照时间16 h·d-1、光照度3 600 lx、空气相对湿度50%的人工气候光培箱中培养，分别于0、4、8、24和48 h以一叶或二叶为标准采摘鲜叶，每次随机采集约7 g鲜叶，各组混合后置于-80 ℃冰箱中保存、备用。

1.2.2 生理指标测定 将鲜叶用液氮研磨成粉，采用超高效液相色谱法[9]测定GABA含量；采用茚三酮比色法[10]测定游离脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸法[11]201测定丙二醛含量，采用比色法[11]72测定叶绿素含量，采用浸泡法[12]测定相对电导率，采用蒽酮法[11]113测定可溶性糖含量，采用硝基四氮唑蓝(NBT)还原法[11]210测定SOD活性，采用愈创木酚法[11]128测定POD活性，采用抗坏血酸法[11]213测定APX活性。上述指标均重复测量3次，结果取平均值。

1.3 数据处理和分析

采用EXCEL 2010软件进行数据整理，采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)。

2 结果和分析

喷施外源GABA对高温条件下茶树品种‘中茶108’叶片部分生理指标的影响见表1。由表1可以看出：喷施处理后4～48 h，在高温(42 ℃)条件下，喷施5 mmol·L-1GABA的TG组叶片的GABA含量均显著(P<0.05)高于喷施去离子水的CK2组和常温(25 ℃)下喷施去离子水的CK1组，且CK2组的叶片GABA含量在多数时间显著高于CK1组；CK2组和TG组叶片的游离脯氨酸含量显著高于CK1组，且TG组叶片的游离脯氨酸含量在喷施处理后8和48 h显著高于CK2组；CK2组和TG组叶片的SOD活性总体较CK1组不同程度下降。喷施处理后4～24 h，TG组叶片的POD活性显著高于CK2组和CK1组，而CK2组叶片的POD活性则与CK1组无显著差异。喷施处理后8～48 h，CK2组和TG组叶片的相对电导率和可溶性糖含量显著高于CK1组，且CK2组叶片这2项指标也显著高于TG组。喷施处理后24～48 h，CK2组和TG组叶片丙二醛和叶绿素含量显著低于CK1组；且在喷施处理后部分时间，TG组的叶片丙二醛含量显著低于CK2组，叶绿素含量显著高于CK2组。喷施处理后4 h，TG组叶片的APX活性显著低于CK2组；而喷施处理后24～48 h，TG组叶片的APX活性显著高于CK2组。

随处理时间的延长，CK2组和TG组叶片的GABA含量波动变化，分别在喷施处理后48和4 h达到最高；CK2组和TG组叶片的游离脯氨酸含量、相对电导率和可溶性糖含量总体升高，并在喷施处理后48 h达到最高；CK2组和TG组叶片的丙二醛和叶绿素含量以及POD活性总体下降，并在喷施处理后48 h降至最低；CK2组和TG组叶片的SOD活性波动变化，并分别在喷施处理后8和24 h降至最低；CK2组叶片的APX活性先升高后波动下降，TG组叶片的APX活性先下降后波动升高，并分别在喷施处理后4和8 h达到最高。总体上看，与CK2组比，TG组叶片的GABA、游离脯氨酸和叶绿素含量升高，抗氧化酶(SOD、POD和APX)活性增加，而丙二醛含量、相对电导率和可溶性糖含量降低。

表1 喷施外源GABA后高温条件下茶树品种‘中茶108’叶片部分生理指标的影响

3 讨论和结论

上述研究结果表明：喷施处理后4～48 h，高温条件下2个组的叶片游离脯氨酸含量显著高于常温组，其中，喷施GABA后叶片的游离脯氨酸含量在喷施处理后8和48 h显著提高，而叶片丙二醛含量则有所降低，表明喷施GABA可在一定程度上提高茶树抵抗高温胁迫的能力。总体上看，随高温处理时间延长，叶片APX酶活性先升高后降低，SOD和POD酶活性波动降低，表明短期高温处理可诱导抗氧化酶活性的提高，但较长时间的高温处理可导致酶活性降低，可能与温度处理导致细胞膜受损、酶变性失活有关[12]。而喷施GABA可使处理中后期叶片SOD、POD和APX的活性提高，丙二醛含量降低，表明喷施GABA可以提高抗氧化酶的活性并减少活性氧的积累[7]28-36，[13]。

高温条件下，与未喷施GABA的幼苗相比，喷施GABA后茶树幼苗的叶片相对电导率和可溶性糖含量总体上显著降低，表明喷施GABA具有一定的抑制细胞膜变化以及维持植物体内的渗透平衡的作用[8]；而其叶绿素含量的降幅减小，表明喷施GABA可降低高温胁迫对叶绿素的损害程度，缓解高温胁迫对光合作用的影响[14]。

综上所述，喷施GABA后，在高温条件下茶树品种‘中茶108’幼苗叶片中与抗逆性相关的游离脯氨酸含量升高，丙二醛含量降低，细胞膜透性的损害和叶绿素的降解程度有所减缓，表明喷施GABA可一定程度缓解高温胁迫对茶树叶片的生理伤害，增强茶树的耐热性。由于本研究对喷施GABA后茶树叶片生理指标在常温下的变化规律缺少必要的研究，加之取样量较少，导致本文部分数据误差较大。因此，后续将进一步完善实验设计，扩大研究对象的范围，在探究GABA对茶树抗逆性作用机制的基础上，明晰GABA处理后茶树不同品种抗高温性的差异。