β-氨基丁酸誘導(dǎo)煙草抗堿初步研究

尤本武，董建江，劉紫薇，楊波，郭家明，陳學(xué)平

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽省合肥市徽州大道1129號 230051；2 安徽省煙草公司，合肥市政務(wù)區(qū)潛山南路666號 230071；3 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，安徽合肥市高新區(qū)天達(dá)路9號 230088

生物技術(shù)

β-氨基丁酸誘導(dǎo)煙草抗堿初步研究

尤本武1，董建江2，劉紫薇1，楊波3，郭家明1，陳學(xué)平1

1 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)煙草與健康研究中心，安徽省合肥市徽州大道1129號 230051；2 安徽省煙草公司，合肥市政務(wù)區(qū)潛山南路666號 230071；3 安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，安徽合肥市高新區(qū)天達(dá)路9號 230088

為探究外源BABA對提高煙草抵抗堿脅迫能力的機理。以云煙87為材料，從抗氧化系統(tǒng)，離子平衡和基因表達(dá)等方面來研究不同濃度BABA 對堿脅迫下煙草幼苗的調(diào)節(jié)作用。結(jié)果表明：外源施加0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA能促進(jìn)堿脅迫下煙草幼苗根長和鮮重的增加；提高GSH、ASA、葉綠素和類胡蘿卜素含量，降低脯氨酸和H2O2含量；增強超氧化物歧化酶、抗壞血酸還原酶、過氧化物酶和過氧化氫酶活性；降低煙草丙二醛含量和相對電導(dǎo)率來減輕堿脅迫對細(xì)胞膜損傷，提高有機酸含量緩解高pH毒害；降低Na+吸收，提高K+吸收來降低離子毒害。相對定量PCR表明：BABA可以誘導(dǎo)NtCaM和ABC轉(zhuǎn)運蛋白家族基因表達(dá)來調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運；誘導(dǎo)GSH1和PROX1表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)GSH合成和脯氨酸代謝。以上結(jié)果表明：BABA誘導(dǎo)煙草抗堿是從抗氧化系統(tǒng)、有機酸合成、離子轉(zhuǎn)運和基因表達(dá)等多方面綜合作用的結(jié)果。

β-氨基丁酸；煙草；堿脅迫

鹽堿地是指土壤所含鹽分影響到作物正常生長，覆蓋世界上約10%的土地。我國大部分鹽堿地形成與土壤中碳酸鹽積累有關(guān)[1]，因而堿化程度較高。在這種堿化土地上，植物不僅會受到碳酸鹽積累所帶來鹽脅迫，還會受到高pH脅迫[2]。

在以往報道中，關(guān)于鹽堿地研究主要是以NaCl為研究對象的中性鹽脅迫為主[3]，而關(guān)于堿脅迫涉及較少。我國鹽漬化土地大多伴隨著土壤堿化，它們改變了土壤理化性質(zhì)，提高了土壤pH，從而嚴(yán)重破壞了土壤生產(chǎn)力。在鹽堿脅迫方面，Shi等研究認(rèn)為有必要將鹽堿脅迫區(qū)分為：由中性鹽 NaCl為主引起的鹽脅迫和以堿性鹽 Na2CO3為主引起的堿脅迫[4]。與NaCl 相比，Na2CO3脅迫不僅引起離子脅迫，還引起高 pH 脅迫以及高pH造成的植物可利用礦物元素明顯降低等脅迫；Yang等曾報道低濃度鹽可以促進(jìn)虎尾草生物量增加，而相同的堿脅迫則會大大降低其生物量[5]。因此，堿脅迫危害要遠(yuǎn)大于鹽脅迫，對植物進(jìn)行耐堿研究是一個非常必要的課題。

BABA（β-氨基丁酸）是一種外源非蛋白質(zhì)氨基酸，研究報道過BABA能誘導(dǎo)煙草抗鹽[6]、抗銅[7]、抗干旱[8]、高鋅[9]、低鉀[10]脅迫，而有關(guān)BABA誘導(dǎo)煙草抗堿卻尚未見報道。本實驗以“云煙87”為材料，研究不同濃度BABA對堿脅迫下煙草幼苗的調(diào)節(jié)作用，通過測定煙草中抗氧化酶活性、抗氧化物質(zhì)含量、對不同礦物元素的吸收和轉(zhuǎn)運以及相關(guān)基因表達(dá)方面來探究外源BABA對提高煙草抵抗堿脅迫能力的機理。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

煙草品種“云煙 87”由安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，BABA（純度為 94%）市購， RNA 提取試劑盒和熒光定量PCR試劑盒購于北京天根生物技術(shù)有限公司，Taq 聚合酶和反轉(zhuǎn)錄試劑盒均購于大連TaKaRa 公司，引物由南京金瑞斯生物科技有限公司合成。

1.2 生長條件和處理

將煙草種子均勻撒在由霍格蘭營養(yǎng)液潤濕的珍珠巖里，選取生長一致的3真葉齡幼苗分別移入加入同體積霍格蘭營養(yǎng)液的育苗盒中。分4組，每組3盆，每盆12株，溫度（28± 2）℃。16h 光照/d 預(yù)處理 3d 后，將堿脅迫組和BABA 組煙草幼苗移入含有 10mmol/ L Na2CO3的1/2霍格蘭營養(yǎng)液中，對照組更換營養(yǎng)液，具體操作如表1所示。進(jìn)入Na2CO3脅迫期5d后觀察表型，拍照和提取莖葉部分總 RNA，測生理指標(biāo)，實驗設(shè)置3次重復(fù)。

表1 水培條件Tab.1 Hydroponics culture

1.3 生理指標(biāo)測定

1.3.1 生物量和相對含水量的測定

完整取出植株, 用去離子水快速沖洗，量取根長；用濾紙吸干葉片表面水分，稱取鮮重。相對含水量測定參考李玲等方法[11]。

1.3.2 Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 含量的測定

用雙蒸水沖洗植株3遍，濾紙吸干后置于105 ℃烘箱殺青15 min，75℃烘干至恒重。根和葉分別研磨成粉，采用Optima 7300DV等離子體原子發(fā)射光譜儀測定各元素含量。

1.3.3 相對電導(dǎo)率和丙二醛（MDA）含量的測定

相對電導(dǎo)率測定參照張清莉等方法[6]，MDA測定參照Stewart等的方法[12]。

1.3.4 有機酸含量的測定

有機酸含量的測定按李玲等方法[8]，結(jié)果換算成檸檬酸含量。

1.3.5 可溶性糖和可溶性蛋白含量的測定

可溶性糖含量測定使用蒽酮法，可溶性蛋白含量測定使用考馬斯亮藍(lán)法。

1.3.6 GSH、ASA、H2O2、脯氨酸和光和色素含量的測定

GSH、H2O2測定參照南京建成生物工程研究所GSH、H2O2測試盒說明書；ASA和光和色素測定參照李玲等的方法[8]，脯氨酸測定采用Michael等的方法[13]。

1.3.7 抗氧化酶活性的測定

APX和SOD活力測定參照張清莉等的方法[6]；POD活力測定參照李玲等的方法[8]；CAT活力測定依據(jù)南京建成生物試劑公司CAT測試試劑盒說明書。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)據(jù)分析采用單因素方差分析，置信區(qū)間 P<0.05，統(tǒng)計分析軟件使用origin 9.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 BABA可以促進(jìn)煙草幼苗在堿脅迫下生長

如圖1所示，與對照組相比，在10mmol/L Na2CO3脅迫下，煙草生長受到明顯抑制（圖1B），主要為葉片發(fā)黃（圖1B），植株鮮重降低（圖1C），根長變短(圖1A,D)。而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理下，相比于脅迫組，鮮重分別增加了107.11%和101.07%（圖1C）；根長分別增加了40.00%和38.29%（圖1D）；煙草幼苗含水量比堿脅迫組分別提高了4.97%和6.09%（圖1E）。

2.2 BABA可以促進(jìn)氧化脅迫保護(hù)酶的合成

CAT是植物清除H2O2的主要酶類，如圖2A所示，在堿脅迫下煙草幼苗CAT活力比對照組提高了21.32%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，其活力比對照組分別提高了45.07%和106.18%。SOD可以將O2-快速歧化為H2O2和分子氧，堿脅迫后，煙草幼苗SOD活力下降了26.22%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，其活力較堿脅迫組分別提高了23.49%和32.62%（圖2B）。POD可以催化H2O2參與的各種氧化反應(yīng)，如圖2C所示，在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，其活力分別提高了40.48%和48.57%。APX可以催化H2O2還原為H2O，是清除H2O2的主要酶類，在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，煙草幼苗APX活力分別提高了45.65%%和38.29%（圖2D）。

圖1 Na2CO3脅迫下BABA對煙草幼苗長勢(A,B),鮮重(C),根長(D)和相對含水量(E)的影響Fig. 1 Effect of BABA on the growth (A,B), fresh weight (C), root length (D) and relative water content(E) of tobacco seedlings under alkaline stress

2.3 BABA可以促進(jìn)煙草幼苗抗氧化物質(zhì)的積累

抗壞血酸是植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)重要組成部分。從圖3A可知，堿脅迫后煙草幼苗抗壞血酸總量比對照組提高了4.89%，還原型抗壞血酸含量下降了10.74%，脫氫抗壞血酸含量提高了14.55%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，其抗壞血酸總量分別提高了9.78%和15.56%，還原型抗壞血酸含量分別降低了40.28%和31.52%，脫氫抗壞血酸含量分別提高了41.26%和45.13%。圖3B表明，堿脅迫后煙草幼苗的葉綠素a和葉綠素b含量分別下降了54.43%和51.52%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L的BABA處理后，與堿脅迫組相比，其葉綠素a含量分別提高了65.28%和91.67%，葉綠素b含量分別提高了72.2%和109.66%；類胡蘿卜素在堿脅迫下含量下降了47.52%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，其含量較堿脅迫組分別提高了50.01%和75.02%（圖3B）。GSH是葉綠體中重要的抗氧化物質(zhì)，堿脅迫后，煙草幼苗GSH含量提高了16.46%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，其含量分別提高了34.12%和88.49%（圖3C）。

2.4 BABA可以緩解煙草幼苗氧化脅迫損傷

MDA含量直接表明植物受到脂質(zhì)過氧化作用損傷的程度。圖4A表明，堿脅迫后，煙草幼苗MDA含量升高了93.30%，在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，其含量較堿脅迫組分別下降了32.92%和33.66%；植物受到逆境脅迫會產(chǎn)生大量活性氧，H2O2是活性氧的存在形式之一。圖4B表明，在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后，煙草幼苗H2O2含量與脅迫組相比分別下降了61.23%和68.50%。相對電導(dǎo)率大小體現(xiàn)細(xì)胞膜受損害程度，而在0.2mmol/L和0.5mmol/LBABA處理后煙草幼苗相對電導(dǎo)率相比于堿處理組分別下降了8.79%和19.22%。

2.5 BABA可以促進(jìn)有機酸的合成

圖2 對照組、堿處理組、BABA組的煙草幼苗的CAT(A),SOD（B）,POD(C)和APX(D)活力變化Fig. 2 Activity of CAT (A), SOD ((B), POD(C) and APX(D) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

圖3 對照組、堿處理組、BABA組的煙草幼苗的抗壞血酸(A),光合色素（B）,GSH(C)含量Fig. 3 ASA content (A), photosynthetic pigment content (B) and GSH content (C) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

有機酸是植物體生理代謝的一種具有緩沖作用的羧酸化合物，本研究中，堿脅迫下煙草幼苗根部有機酸含量下降，地上部分有機酸含量上升，且地上部分有機酸含量遠(yuǎn)大于根部。如圖5所示，堿脅迫后，煙草幼苗有機酸含量與對照組相比，莖葉部含量升高了12.64%，根部有機酸含量下降了21.6%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，煙草幼苗地上部分有機酸含量較堿脅迫組上升了11.86%和8.76%（圖5A），在0.5mmol/L BABA處理后，根部有機酸含量升高了13.27%（圖5B）。

圖4 對照組、堿脅迫組、BABA組的MDA含量(A),H2O2含量(B)和相對電導(dǎo)率差異(C)Fig. 4 MDA content (A),H2O2 conten(B) and relative electrical conductivity (C) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

圖5 對照組、堿處理組、BABA組的煙草幼苗的莖葉部有機酸含量（A）和根部有機酸含量（B）Fig. 5 Organic acid content of shoot (A) and organic acid content of root (B) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

2.6 BABA可以促進(jìn)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累

植物受到逆境脅迫時，會產(chǎn)生像脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。從圖6中得到，堿脅迫處理后，煙草幼苗的脯氨酸含量升高了71.68%，可溶性糖含量降低了63.24%，可溶性蛋白含量也降低了14.75%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，其含量較堿脅迫組分別下降了44.98%和46.34%(圖6A)；可溶性糖含量大幅增加（圖6B）,分別提高了163.52%和194.03%；可溶性蛋白含量也分別增加了18.61%和19.47%（圖6C）。

2.7 BABA可以促進(jìn)堿脅迫下煙草幼苗的離子平衡

鈉鹽脅迫下，植物會降低對K+的吸收，產(chǎn)生高濃度Na+毒害作用。如圖7所示，正常生長下，幼苗根部Na+含量高于地上部分，而在堿脅迫下，Na+從根部大量轉(zhuǎn)移到地上部分，地上部分的Na+高出根部76.6%，同時根部和地上部分Na+含量相比于對照組分別提高了4.59倍11.62倍，K+含量分別降低了23.95%和28.19%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，相比于堿脅迫組，其根部Na+含量分別降低了2.57%和8.20%，地上部分的Na+含量分別降低了8.26%和20.97%（圖7A）；煙草幼苗根部相比于脅迫組K+含量分別提高了9.51%和2.83%，并且在0.5mmol/L的BABA處理下，煙草地上部分K+含量提高了5.49%（圖7B）；BABA處理后K+/ Na+比明顯提高（圖7E）。

圖6 對照組、堿處理組、BABA組煙草幼苗的脯氨酸含量(A),可溶性糖含量(B)和可溶性蛋白含量(C)Fig. 6 Prolinecontent (A), soluble sugar content(B) and soluble protein content content(C) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

圖7 對照組、堿處理組、BABA組的煙草幼苗Na+(A)、K+(B)、Ca2+(C)、Mg2+(D)含量和K+/Na+(E)Fig. 7 Na+ content(A), K+ content(B), Ca2+ content(C) , Mg2+ content(D) and K+/Na+(E) in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

圖8 對照組、堿處理組、BABA組煙草幼苗NtCaM(A)、ABC(B)和PROX和GSH1(C)基因相對表達(dá)量Fig. 8 Expression of NtCaM(A),ABC(B),PROX andGSH1(C) genes in tobacco seedlings of the control, alkaline stress and BABA groups

堿脅迫后，煙草幼苗根部和地上部分Ca2+含量與對照組相比分別提高了35.18%和18.53%，而在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，其根部Ca2+含量分別提高了55.14%和67.66%，地上部分分別提高了27.00%和36.41%（圖7C）。堿脅迫下，煙草幼苗根部Mg2+含量大量積累，而地上部分Mg2+卻出現(xiàn)降低。在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，較堿脅迫組相比，根部Mg2+含量分別降低了7.22%和2.87%，地上部分Mg2+含量分別提高了3.15%和26.75%（圖7D）。

2.8 BABA對堿脅迫下煙草幼苗相關(guān)基因表達(dá)的影響

鈣調(diào)蛋白(CaM)在參與Ca2+調(diào)節(jié)過程中起重要作用，本文主要研究了4種NtCaM家族基因表達(dá)情況，如圖8A所示，堿脅迫下，煙草幼苗NtCaM基因只有NtCaM1表達(dá)上調(diào)，其余均下調(diào)，而在0.2mmol/L BABA處理下，除NtCaM9和NtCaM13有所下調(diào)外，NtCaM1和NtCaM3表達(dá)均上調(diào)。在0.5mmol/LBABA處理下除NtCaM9外，NtCaM1、NtCaM3和NtCaM13均表達(dá)上調(diào)。ABC是一類龐大跨膜轉(zhuǎn)運蛋白家族，我們主要研究了NtWBC1、NtPDR5a和NtPDR5b三種ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因的相對表達(dá)量，如圖8B所示，外源施加0.2mmol/L和0.5mmol/L的BABA處理后，三種基因上調(diào)更加顯著。GSH可以通過抗壞血酸-谷胱甘肽(AsA-GSH)循環(huán)清除葉綠體內(nèi)的活性氧，如圖8C所示，在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，煙草幼苗GSH1基因表達(dá)上調(diào)。脯氨酸含量則是植物受脅迫程度的指標(biāo)，如圖8C所示，在堿脅迫下，在0.2mmol/L和0.5mmol/L BABA處理后，脯氨酸脫氫酶基因PROX1表達(dá)顯著上調(diào)，PROX2基因表達(dá)下調(diào)。

3 討論

植物受到脅迫時會產(chǎn)生SOD、POD、CAT和APX等抗氧化酶和抗氧化分子清除多余的ROS以保護(hù)自己免受氧化傷害[14]。BABA處理可以提高堿脅迫下煙草幼苗SOD、POD、CAT和APX酶的活性，降低煙草幼苗的氧化損傷，這與張清莉等的實驗結(jié)果是相同的[6]。同時BABA還可以促進(jìn)AsA和類胡蘿卜素的合成，誘導(dǎo)GSH1表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)GSH合成，而Chen等報道過GSH可提高鹽脅迫下葉片抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量[15]；在葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中，ASA通過APX催化將H2O2還原成H2O，從而消除活性氧脅迫，保護(hù)葉綠體進(jìn)行光合作用[16]；而類胡蘿卜素具有抗光敏化作用、清除自由基等重要功能[17]。

植物受到鹽堿脅迫時會伴隨著滲透脅迫[4]，可溶性糖和可溶性蛋白是一類滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，王川等認(rèn)為可溶性糖含量的多少直接反應(yīng)植物抗旱能力的強弱[18]，Singh等得到煙草細(xì)胞受到滲透脅迫時可產(chǎn)生新的可溶性蛋白參與滲透調(diào)節(jié)[19]。BABA可以促進(jìn)可溶性糖和可溶性蛋白的產(chǎn)生來提高煙草幼苗的抗?jié)B透脅迫能力。Lutts等認(rèn)為，脯氨酸積累的多少是一個受脅迫傷害的指標(biāo)[20]，宗會等也得到逆境脅迫下抗逆性較強的比抗逆性較弱的水稻品種脯氨酸積累少[21]，結(jié)果表明BABA處理后脯氨酸含量降低，因為BABA可以誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的可溶性糖和可溶性蛋白參與滲透調(diào)節(jié)，降低對脯氨酸調(diào)節(jié)的需求。此外BABA還可以誘導(dǎo)脯氨酸脫氫酶基因PROX1表達(dá)顯著上調(diào)，加速降解脯氨酸，而脯氨酸降解又可以產(chǎn)生大量能量，快速補充煙草對碳、氮和能量的需求[22]。

植物維持較低濃度Na+和較高濃度K+是許多酶促反應(yīng)的基礎(chǔ)條件，堿脅迫下，Na+可以通過競爭K+通道被植物吸收[23]，降低植物對K+的吸收。植物根部受到堿脅迫時會導(dǎo)致細(xì)胞膜喪失離子選擇的能力從而導(dǎo)致Mg2+累積[24]。BABA可以誘導(dǎo)ABC轉(zhuǎn)運蛋白基因的表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)金屬離子和次生代謝物轉(zhuǎn)運[25-26]，從而促進(jìn)Ca2+和Mg2+的吸收和轉(zhuǎn)運。而Ca2+的吸收不僅可以維持細(xì)胞的穩(wěn)定性，還可以通過SOS途徑促進(jìn)Na+外排[27]，增強其對堿脅迫的適應(yīng)能力。此外BABA還可以通過誘導(dǎo)NtCaM家族中部分基因（主要是NtCaM1和NtCaM3）表達(dá)上調(diào)來促進(jìn)Ca2+信號傳導(dǎo)，從而增強煙草堿抗能力。而Mg2+的吸收可以促進(jìn)葉綠素的合成，從而促進(jìn)煙草生長。同時，BABA還可以促進(jìn)有機酸的合成，有機酸在滲透調(diào)節(jié)、離子平衡及pH穩(wěn)定中起著重要作用[28-29]。實驗中，地上部分的有機酸含量遠(yuǎn)大于根部，這與Chen等關(guān)于沙棘的研究結(jié)果相同[30]。結(jié)果表明，外源BABA通過調(diào)節(jié)煙草幼苗有機酸合成來穩(wěn)定pH，調(diào)節(jié)滲透壓來降低堿脅迫的危害。關(guān)于各種有機酸的具體作用機理還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

堿脅迫下煙草生長受到明顯抑制，葉片發(fā)黃，根長變短，生物量下降，膜脂質(zhì)過氧化作用加劇，導(dǎo)致細(xì)胞膜受到損害，細(xì)胞膜通透性增加，電解質(zhì)外泄，產(chǎn)生滲透脅迫等；而高pH則導(dǎo)致金屬元素沉淀，不易轉(zhuǎn)運利用，并且加劇損害煙草細(xì)胞膜系統(tǒng)，形成活性氧脅迫。外源施加BABA后，上述癥狀得到明顯緩解，促進(jìn)了煙草幼苗的生長，煙草的生物量增加，含水量提高，光和色素含量增加。本研究結(jié)果表明，外源施用BABA可以抵御堿脅迫的部分危害，是一個高效抗逆性調(diào)節(jié)物質(zhì)。

[1] Paz RC, Rocco RA, Reinoso H, et al. Comparative Study of Alkaline, Saline and Mixed Saline–Alkaline Stresses with Regard to Their E ff ects on Growth, Nutrient Accumulation,and Root Morphology of Lotus tenuis[J].Journal of Plant Growth Regulation, 2012, 31(3):448-459.

[2] GAO Zhanwu, HAN Jiayu, LIXiaoyu, et al.E ff ects of Saline and Alkaline Stresses on Growth and Physiological Changes in Oat (Avena sativa L) Seedlings[J].Not Bot Horti Agrobo,2014, 42(42):357-362.

[3] 曲元剛, 趙可夫. NaCl 和 Na2CO3 對鹽地堿蓬脅迫效應(yīng)的比較[J]. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報, 2003 (5): 387-394.QU Yuangang, ZHAO KeFu. Comparison of the Stress Effects of NaCl and Na2CO3 on Suaeda salsa L[J]. Acta Photophysiologica Sinica, 2003(5)387-395.

[4] Shi D, Sheng Y. E ff ect of various salt–alkaline mixed stress conditions on sunflower seedlings and analysis of their stress factors[J]. Environmental and Experimental Botany,2005, 54(1): 8-21.

[5] Yang C W, Jianaer A, Li C Y, et al. Comparison of the effects of salt-stress and alkali-stress on photosynthesis and energy storage of an alkali-resistant halophyte Chloris virgata[J]. Photosynthetica, 2008, 46(2): 273-278.

[6] 張清莉，劉再強，鐘玉德等.BABA誘導(dǎo)煙草抵御高鹽脅迫的初步研究[J].中國煙草學(xué)報, 2015, 21(23):72-81.ZHANG Qingli, LIU Zaiqiang，ZHONG Yude, et al.A preliminary study on BABA-induced resistance to high salt stress in tobacco[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(23):72-81.

[7] 朱奎正，彭耀東，陳祝等.β－氨基丁酸對銅脅迫下煙草生長的影響 [J].煙草科技, 2015, 48(4):4-12.ZHU Kuizheng, PENG Yaodong, CHEN Zhu, et al. E ff ects of β-Aminobutyric Acid on Tobacco Growth Under Copper Stress[J]. Tobacco Science & Technology, 2015, 48(4):4-12.

[8] 劉松, 肖先儀, 劉紫薇, 等. BABA 誘導(dǎo)煙草幼苗抵御干旱脅迫的研究[J]. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2016, 43(2): 288-293.LIU Song, XIAO Xianyi, LIU Ziwei,et al.Study on BABA-induced resistance to drought stress in tobacco[J].Journal of Anhui Agricultural University, 2016, 43(2): 288-293.

[9] 陸雪蓮, 顧厚武, 陳祝, 等. BABA 誘導(dǎo)煙草抵御高鋅脅迫的初步研究[J]. 中國煙草學(xué)報, 2015, 21(6): 40-49.LU Xuelian, GU Houwu, CHEN Zhu, et al .A preliminary research on BABA induced resistance to high Zn2+ stress of tobacco[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2015, 21(6): 40-49.

[10] 盧云峰. β-氨基丁酸誘導(dǎo)煙草抗低鉀脅迫和抗 TMV 侵染的研究[D]. 合肥工業(yè)大學(xué), 2012.LU Yunfeng. Study on BABA-induced resistance to low stress of potassium and to TMV infection[D]. Hefei University of Technology, 2012.

[11] 李玲.植物生理學(xué)模塊實驗指導(dǎo)[M]， 北京:科學(xué)出版社.2009.LI Ling. Plant physiology experiment module[M]. Beijing:Science press.2009.

[12] Stewart R R, Bewley J D.Lipid peroxidation associated with accelerated aging of soybean axes[J].Plant Physiology,1980, 65(62):245-248

[13] Michael P I, Krishnaswamy M.The effect of zinc stress combined with high irradiance stress on membrane damage and antioxidative response in bean seedlings [J].Environmental and Experimental Botany, 2011, 74:171-177

[14] Mittler R, Vanderauwera S, Gollery M, et al. Reactive oxygen gene network of plants[J]. Trends in plant science,2004, 9(10): 490-498.

[15] CHEN Q, ZHANG W H, Liu Y L. Effect of NaCl,glutathione and ascorbic acid on function of tonoplast vesicles isolated from barley leaves[J]. Journal of plant physiology, 1999, 155(6): 685-690.

[16] Foyer C H, Halliwell B. The presence of glutathione and glutathione reductase in chloroplasts: a proposed role in ascorbic acid metabolism[J].Planta, 1976, 133(131):121-125

[17] 周麗，粱新樂，勵建榮.類胡蘿卜素抗氧化作用研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā), 2003, 24(22):21-23 ZHOU Li, LIANG Xinle, LI Jianrong. Research developments of anti-oxidant e ff ect of carotenoid[J]. Food Research and Development. 2003, 24(22):21-23

[18] 王川，謝惠民，王娜等.小麥品種可溶性糖和保護(hù)性酶與抗旱性關(guān)系研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2011,29(25):94-99.WANG Chuan, XIE Huimin, WANG Na, et al. Study on the relation of soluble sugar, ptotective enzyme and drought resistance in wheat[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2011, 29(25):94-99.

[19] Singh N K, Bracker C A, Hasegawa P M, et al.Characterization of osmotin A thaumatin-like protein associated with osmotic adaptation in plant cells[J]. Plant physiology, 1987, 85(2): 529-536.

[20] Lutts S, Majerus V, Kinet J M. NaCl effects on proline metabolism in rice (Oryza sativa) seedlings[J]. Physiologia Plantarum, 1999, 105(103):450-458

[21] 宗會，劉娥娥，郭振飛等.干旱鹽脅迫下LaCl3和CPZ對稻苗脯氨酸積累的影響[J].作物學(xué)報, 2001,27(22):173-177.ZONG Hui, LIU E′e, GUO ZhenFei, et al. E ff ects of LaCl3 and CPZ on Proline Accumulation of Rice Seedling under Drought and Salt Stresses[J]. Acta agronomica sinica, 2001,27(22):173-177.

[22] Ashraf M, Harris P J C. Potential biochemical indicators of salinity tolerance in plants[J]. Plant science, 2004, 166(1):3-16.

[23] Munns R, Tester M. Mechanisms of salinity tolerance[J].Annu. Rev. Plant Biol., 2008, 59: 651-681.

[24] Guo R, Zhou J, Hao W, et al.Germination,growth,photosyn thesis and ionic balance inSetaria viridisseedlings subjected to saline and alkaline stress[J].Canadian Journal of Plant Science, 2011, 91(6):1077-1088

[25] Sánchez-Fernández R, Davies T G E, Coleman J O D, et al. The Arabidopsis thaliana ABC protein superfamily, a complete inventory[J]. Journal of Biological Chemistry,2001, 276(32): 30231-30244.

[26] Sugiyama A, Shitan N, Sato S, et al. Genome-wide analysis of ATP-binding cassette (ABC) proteins in a model legume plant, Lotus japonicus: comparison with Arabidopsis ABC protein family[J]. DNA research, 2006, 13(5): 205-228.

[27] Parida A K, Das A B. Salt tolerance and salinity effects on plants: a review[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2005, 60(3): 324-349.

[28] López-Millán A F, Morales F, Andaluz S, et al. Responses of sugar beet roots to iron deficiency. Changes in carbon assimilation and oxygen use[J]. Plant Physiology, 2000,124(2): 885-898.

[29] Lopez-Bucio J, Nieto-Jacobo M F, Ram?rez-Rodr?guez V,et al. Organic acid metabolism in plants: from adaptive physiology to transgenic varieties for cultivation in extreme soils[J]. Plant Science, 2000, 160(1): 1-13.

[30] Chen W, Cui P, Sun H, et al.Comparative effects of salt and alkali stresses on organic acid accumulation and ionic balance of seabuckthorn (Hippophae rhamnoides L)[J].Industrial Crops and Products, 2009, 30(3):351-358

：YOU Benwu, DONG Jianjiang , LIU Ziwei, et al. Preliminary study on BABA-induced resistance to alkaline stress in tobacco[J]. Acta Tabacaria Sinica, 2017, 23(1)

*Corresponding author. Email：chenxp08@ ustc. edu. cn

Preliminary study on BABA-induced resistance to alkaline stress in tobacco

YOU Benwu1, DONG Jianjiang2, LIU Ziwei1, YANG Bo3, GUO Jiaming1,CHEN Xueping1*
1 Tobacco and Health Research Center, University of Science and Technology of China, Hefei 230051, China;2 Anhui Provincial Tobacco Company, Hefei 230071, China;3 China Tobacco Anhui Industrial Co. Ltd., Hefei 230088, China

This study introduced the function of BABA in regulating tobacco on alkaline stress and attempted to explore the mechanism through antioxidant system, iontransport and related genes expression. Results showed that both 0.2mmol/L and 0.5mmol/L BABA could significantly increase root length and fresh weight of tobacco under alkaline stress. BABA could increase contents of GSH, ASA, chlorophyll, carotenoid and activities of SOD, APX, POD and CAT while decrease contents of H2O2, proline, MDA and relatively conductivity rate. Decreasing Na+content and increasing K+content were to defense ion toxicity and increasing organic acid content could defend high pH toxicity under BABA treatment. Result of real-time relative quantitative PCR showed that BABA could induce NtCaM and ABC translocator genes up-regulated expression to regulate transport and signal transduction and it also induced GSH1and PROX1 genes up-regulated expression to promote the GSH synthesis and proline metabolism. The above evidences suggested that BABA-induced resistance to alkaline stress in tobacco resulted from integrated effect of antioxidant, organic acid synthesis, ion transport and gene expression.

β-aminobutyric acid; tobacco; alkaline stress

尤本武,董建江,劉紫薇，等. β-氨基丁酸誘導(dǎo)煙草抗堿初步研究[J]. 中國煙草學(xué)報，2017,23（1）

江西省煙草公司“提高煙草抗逆性的新型調(diào)節(jié)物質(zhì)研制及應(yīng)用”（贛2011.01.001號）和“基于氯化血紅素的高效生長調(diào)節(jié)劑的研制”（皖0920140421003號）

尤本武（1992—），碩士，主要研究方向：植物抗逆性研究， Email：sa520250@ mail. ustc. edu. cn

陳學(xué)平（1956—），博士，教授，主要研究方向：植物生物技術(shù)及遺傳改良， Email: chenxp08@ ustc. edu. cn

2016-08-22；< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期：

日期：2017-01-25