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探寻γ氨基丁酸(GABA)的奥秘

时间:2019-07-02 20:04 来源:北方农资网 作者:北方农资

文章导读

近日,江南大学与南宁汉和生物科技股份有限公司就专利名为利用重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物一步法合成-氨基丁酸的方法合作签署专利技术转让合同及校企战略合作协议。 -氨基丁...

 
 

近日,江南大学与南宁汉和生物科技股份有限公司就专利名为“利用重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸的方法”合作签署专利技术转让合同及校企战略合作协议。

γ-氨基丁酸(GABA)究竟是什么?为何被称为“农业黑科技”?请看下面内容,为您揭开γ-氨基丁酸(GABA)的“面纱”。

γ-氨基丁酸是什么

 

γ-氨基丁酸 (GABA)

据了解,江南大学与汉和生物合作,通过基因编辑技术建立转化法生产GABA的分离纯化方法,经分离纯化得到γ-氨基丁酸纯度为98%以上,目前为止,纯度指标全球第一。

γ-氨基丁酸( γ-aminobutyric acid,GABA) 是天然存在于各种生物细胞、体液内的一种非蛋白质氨基酸,它既不是农药、也不是植物生长调节剂,更不是传统肥料,而是一款绿色安全高效的生物刺激素。目前在美国注册的天然存在的生物刺激素活性成分中,包含了γ-氨基丁酸。

研究发现,GABA在人体大脑皮质、海马、丘脑、基底神经节和小脑中起重要作用,并对机体的多种功能具有调节作用。2009年我国卫生部正式批准GABA为新资源食品,并被广泛的应用在保健品、食品、饮料、饲料等领域。

近年来,GABA逐渐被应用到调控植物生长上,特别是在逆境条件下的生长。在植物中,GABA担任着代谢物质和信号物质的双重角色,并参与了植物的pH调节、能源物质调节C/N平衡以及防御系统调节。GABA能提高植物在逆境下的抗性,并具有促进植物生殖生长、营养生长的作用。

据了解,GABA可以按一定的稀释倍数,通过灌根、滴管、叶面喷施应用于作物,也可以添加到液体肥料、水溶性肥料、叶面肥料、复合肥料等各种肥料里面使用,也可以添加到农药里面使用,GABA在酸碱中都比较稳定,易溶于水,与各种介质都有良好的复配性、相容性。

目前,由江南大学与汉和生物联合研制的代表着世界最高水平的GABA目前已试产成功,即将投放市场。相信随着生物刺激素在农业中的不断普及应用,GABA这一绿色高效的产品定能惠及更多农业工作者,造福中国农业。

汉和生物研发技术路线

γ-氨基丁酸的作用

GABA具有促进植物营养生长、生殖生长的作用

 

GABA促进植物营养生长

Alan M. Kinnersley等研究发现,GABA 对浮萍的生长不但具有促进作用,并且还能够增加其对矿质元素的吸收量。图中可以看到GABA对钙(Ca)、镁(Mg)、硼(B)的吸收利用率分别高达68%、57%和65%[1]。

GABA对钙(Ca)、镁(Mg)、硼(B)的吸收利用率分别高达68%、57%和65%

2018年李裕芳等研究发现,GABA能显著提高玉米发育进程,提高硝酸还原酶活性,加快可溶性糖的消耗,促进蛋白质的合成,且能显著吸收多种元素[2]。

 

GABA促进植物生殖生长

张瑞琦等利用拟南芥为实验材料,研究GABA对其开花的影响发现,外源GABA 处理拟南芥,有效调控自主开花途径基因FCA 基因的上调表达,同时下调表达开花抑制因子FLC基因,进而促进拟南芥早开花3-5天[3]。

GABA 促进拟南芥开花

无论长日照和短日照条件下,GABA 均能不同程度促进拟南芥早开花2-5天

GABA提高植物抗逆性

在现有研究中,GABA提高植物抗逆性。主要包括抗盐害胁迫、抗高低温胁迫、抗干旱胁迫以及提高对重金属的耐受性等作用。


 

GABA提高植物抗盐害胁迫

 GABA能提高植物抗盐害胁迫。盐胁迫严重损害玉米幼苗细胞功能,抑制光合作用,尤其是高盐害下。外源施用GABA可以减轻有害物质超氧阴离子(O₂⁻)和丙二醛(MDA)造成的氧化损伤,帮助维持细胞形态,改善光合作用和叶绿素荧光参数。这些作用可以减轻盐胁迫对光合系统的损害,从而增强了玉米幼苗的耐盐性[4]。

GABA增强玉米幼苗的耐盐性

经GABA处理的中度和重度盐胁迫下玉米幼苗的抗氧化酶活性明显高于未经处理的对照组,进而增强玉米幼苗的耐盐性


 

GABA提高植物抗干旱胁迫

谷海涛采取盆栽试验设计,在水稻孕穗期开始进行干旱处理到齐穗期,干旱处理开始同时喷施不同浓度的 GABA,其浓度分别为 0mmol/L、0.25mmol/L、0.5mmol/L、1mmol/L、2mmol/L、4mmol/L,以正常灌溉(CK)为对照,研究不同浓度的GABA对水稻抗旱的影响。在一定范围内,随着喷施 GABA 浓度的增加,籽粒干物质积累量上升,达到一定浓度后下降,在齐穗后第 35 天,松粳 6 与东农 425 籽粒干物质积累量分别在 A3 和 A2 处理下增幅最大,其增幅分别为 32.80%和 27.67%,分别恢复到正常灌溉的 84.79%和 88.62%[4]。

与干旱胁迫相比,喷施 GABA 提高两品种籽粒干物质积累量


 

GABA提高植物抗高温、低温胁迫

从下图1-4可以看到,GABA能在常温条件下和高温逆境条件下增强小麦品种中优9507的千粒重,分别比对照的千粒重增加了9.24%和3.6%,而BR的作用则不太明显。

高温逆境条件下,GABA能提高小麦中优品种9507的千粒重

张华永等人的研究表明,高温处理的玉米幼苗在施加GABA 后叶片内的 SOD、POD 活性缓慢上升,处理后 36h 达到峰值,且 GABA 浓度为5.0 mmol /L时,酶活性最高[5]。Bouche 等研究发现,低温胁迫下高浓度 GABA(15-200 mmol /L)能够清除叶绿体羟自由基,稳定和保护拟南芥离体叶绿体的类囊体[5]。


 

GABA提高植物对重金属的耐受性

外源GABA提高了植物体内GABA的含量,降低了植物体内金属的积累。在目前的研究中, 外源施用GABA (50和100μg/ml)能提高植物内源性GABA水平,同时降低了水稻幼苗中砷(As)的积累[6]。而外源γ-氨基丁酸能减轻铝毒(酸中毒)造成的氧化损伤[7]。

 

 

相关链接

 

 

 

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——江南大学生物工程学院副院长,食品科学与技术国家重点实验室副主任,江苏省产业技术研究院食品生物技术研究所常务副所长 ,受聘为江南大学轻工技术与工程一流学科方向PI,学科带头人,科技部新一代工业生物技术创新团队核心成员。

 

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参考文献(部分):

 

[1]Alan M. Kinnersley, Fang Lin. Receptor modifiers indicate that 4-aminobutyric acid (GABA) is a potential modulator of ion transport in plants[J]. 2000.

 

[2]李裕芳,朱昌华等.γ-氨基丁酸和脲素对玉米幼苗生长的影响[J].生物学杂志.2018,35(3)11-14.

 

[3]张瑞琦.γ-氨基丁酸促进拟南芥开花的机理研究[D].2012.

 

[4]Yongchao Wang, Wanrong Gu etal . γ-Aminobutyric Acid Imparts Partial Protection from Salt Stress Injury to Maize Seedlings by Improving Photosynthesis and Upregulating Osmoprotectants and Antioxidants[J]. 2017.

 

[5]谷海涛,贾琰等.孕穗期干旱胁迫下外源γ-氨基丁酸对寒地粳稻籽粒氮素形成及产量的影响[J].华北农学报.2018.

 

[6]张华永,崔丽娜等.热胁迫诱导玉米幼苗γ-氨基丁酸积累的生理作用[J].山东农业科学.2011.

 

[7]Navin Kumar , Arvind Kumar Dubey etal. GABA accretion reduces Lsi-1 and Lsi-2 gene expressions and modulates physiological responses in Oryza sativa to provide tolerance towards arsenic [J]. 2017.

 

[8]Hongmiao Song etal. Exogenous γ -aminobutyric acid alleviates oxidative damage caused by aluminium and proton stresses on barley seedlings[J].2010.



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