第59卷第3期2021年6月
Jun.2021
・1・化肥设计
Chemical Fertilizer Design
丫-氨基丁酸(GABA)在农业生产中的应用
燕子红&，赵彦梁&，范东升&，苗志伟$
!•喀什大学化学与环境科学学院，新疆喀什？44006；2.南开大学化学学院元素有机化学国家重点实验室，天津300071)
摘要厂氨基丁酸在植物生长过程中发挥重要作用。综述了厂氨基丁酸的性质及其合成方法，介绍了厂氨基丁酸作为植物生长调节剂在农业生产中的应用，分析了！-氨基丁酸在逆境条件下对农作物生长发育的促进作用，为推动！-氨基丁酸在农业生产的应用提供参考。
关键词！-氨基丁酸；合成方法；在农业生产中的应用豆腐白菜
doi：10.3969/j.issn.1004—8901.2021.03.001
中图分类号S816.73文献标识码A文章编号1004—8901(2021)03—0001—04
Application of y-Aminobutyric Acid(GABA)in Agricultural Production
YAN Zi-hon g1,ZHAO Yan-liang1,FAN Don g-shen g1,MIAO Zhi-wei2
(1.School of Chemistry and Environmental Sciences of Kashi University,Kashi Xinjiang844006,China；
2.State Key Laboratory of Elemento~organic Chemistry of Nankai University,Tianjin300071,China)
Abstract:y-aminobutyric acid plays a key role in plant growth.This paper reviews the properties and synthesis methods of y-aminobutyric acid, introduces its application as plant growth regulator in agricultural production and analyzes its promotion to the growth and development of crops under adver conditions,so as to provide references for the application of y-aminobutyric acid in agricultural production.
Keywords:y-aminobutyric acid；synthesis methods;agricultural production；application
doi：10.3969(.issn.1004-8901.2021.03.001
-氨基丁酸是一种四碳非蛋白质氨基酸，化学名称是4-氨基丁酸，英文名称是y-aminobutyric acid，缩写为GABA。-氨基丁酸的熔点为197〜204°C，分子式为C4H9NO2，相对分子质量为103.1，颜色为白色或类白色，形状为片状或针状结晶，易溶于水，不溶于乙醇、乙醚和苯等有机溶剂，其分子结构见图1「门。
图1Y-氨基丁酸的分子结构
-氨基丁酸广泛存在于植物体内，其中，豆类、参类、草药、藻类、真菌、藓类、蕨类及开花植物的种
子和根茎中含量较高。-氨基丁酸可以为植物提供营养元素、调控植物的生长发育进程⑵、诱导乙烯
的生成、调节植物体内细胞液浓度，同时可以参与诸多抗逆境胁迫反应，例如抗盐胁迫、抗高温胁迫、
抗低温胁迫和抗干旱胁迫等*3忌。添加和喷施-氨基丁酸可有效降低植物体内的硝酸盐含量：6,7+，加
快发育进程，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，进而提高作物产量和品质民山。-氨基丁酸配合化肥施用，可以达到减肥增效的效果％
1y-氨基丁酸的合成
!-氨基丁酸(GABA)的合成方法主要有3种，分别是植物富集法、微生物发酵法和化学合成法%植物富集法是通过植物组织的应激代谢来富集GABA，通常植物体内富集的GABA含量较低，分离提纯很难％例如，经过富集处理的y-氨基丁酸茶中GABA的质量分数仅有0.401%，发芽的糙米中GABA的质量分数仅有0.042%，因此植物富集法
基金项目：南开大学沧州渤海新区绿色化工研究院基金(NCC2020FH01)项目资助
作者简介：燕子红(1970年一)，女，吉林四平人，2014年毕业于复旦大学有机化学专业，博士，副教授，现主要从事有机合成工作％
通讯作者：苗志伟(1969年一)，男，山东蓬莱人，教授，博士生导师，主要从事有机化学和农业化学研究
％
・2・化肥设计2021年第59卷
不适用于大规模生产GAUA「12+%
微生物发酵法是利用一些微生物体内的谷氨酸(GAA)或谷氨酸钠盐，由谷氨酸脱羧酶(GAD)将其脱羧转化成片氨基丁酸。该方法具有工艺环保、设备简单、成本较低、生产菌种多样且易获得等优点，适用于大规模产业化生产％常见的能够产生GABA的菌种见表1，大肠杆菌发酵液中的GABA 质量浓度最高达到了297g/L，乳酸菌发酵液中GABA质量浓度达到了76.36g/L，而酿酒酵母、红曲霉、屎肠球菌GABA的产量很低，所以目前常用的GABA生产菌种是大肠杆菌和乳酸菌*13+%化学合成法生产制备GABA的工艺见图2，包括以下3种：①碱性条件下，2-毗咯烷酮(GRNO)发生开环反应，再经过脱色、重结晶提纯得到GA-BA「⑷；②高温下以邻苯二甲酰亚胺钾(C?H4 KNO2)和片氯丁氰(C4H'CIN)为原料，经过回流、结晶、提纯得到GABA「15+；③利用片丁内酯(C4H' O2)和氯化亚砜(SOC/)反应，经过氯化、酰化、氨解、皂化合成GABA*16+%
表1能够生产丫-氨基丁酸的菌种及其产量
菌种片氨基丁酸的质量浓度/(g・LT)大肠杆菌297.00
酿酒酵母 2.43
乳酸菌76.36
红曲霉9.18
屎肠球菌7.10
图2化学合成法生产制备氨基丁酸
2在逆境胁迫下施用氨基丁酸对植物的影响
2.1抗低温胁迫
低温是世界上最常见的非生物胁迫之一，严重制约了植物的生长发育和农作物产量％低温会使种子的萌发时间增长，降低幼苗成活比例，降低幼苗的生命力，从而限制植物吸收和养分运输；低温也会影响植物的光合作用，影响植物的育苗健康，最终限制农作物的产量「17+。低温胁迫时，！-氨基丁
酸通过提高作物体内超氧化物歧化酶(SOD)和过
氧化物酶(POD)的活性，保护组织器官，减轻低温对植物的损害，可以提高作物的耐低温性[18]%龚动
庭等人*19+研究了片氨基丁酸对油菜幼苗耐寒性的影响，低温是限制油菜种植分布与播种面积的重要限制因素，当油菜刚刚出苗时，如果突然遭遇低温胁迫，则导致油菜叶片细胞膜受损，从而限制养分运输％研究发现，外源施加片氨基丁酸可以加快油菜叶片内储存的能量物质降解，从而减轻低温对油菜种子萌发的抑制作用％片氨基丁酸还可以促进油菜叶中脯氨酸的积累，减少油菜叶中的水
分损失，增加超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性，减少油菜叶细胞质膜和脂质过氧化，增加抗寒基因的表达，同时增加油菜叶的低温抗性％
2020年，贾琰等人「20+研究粳稻在孕穗期的冷水胁迫下，施用！-氨基丁酸对粳稻功能叶片氮光合效率及粳稻产量的影响％研究发现，外源GABA可以通过提高粳稻叶光保护能力的方式，提高其光合作用效率；通过缓解低温胁迫对粳稻叶面光损伤程度，提高光保护能力进而提高其光合效率％如图3和图4所示，冷水灌溉会影响植物的光合作用，施用外源GABA后，冷水灌溉也可以达到正常灌溉的光合效率％施用外源GABA可以降低冷水灌溉对产量的影响%
2.2抗涝渍胁迫
全世界每年约有1000万公顷农作物受到严重洪灾的影响，在中国长江中下游地区以及华北等小麦主产区，洪水的破坏也最终导致作物减产％王晓冬等「2门研究了涝害胁迫下片氨基丁酸对小麦的影响(见表2)，研究发现，外源施加50mg/L GABA 处理能使小麦株高增加28%，根系总长度增加40%，同时叶
绿素含量维持较高水平％片氨基丁酸通过调节植物光合作用时的叶绿素系统，提高抗氧化酶活性，从而减少涝害胁迫引起的限制植物生长现象，增强小麦的耐涝性
％
第3期
燕子红，赵彦梁，范东升，苗志伟 厂氨基丁酸(GABA )在农业生产中的应用
・3・
________
76543210
O.0.0.0.0.0.0. W 4/A 4
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頼如来
100009 0008 0007 0006 0005 0004 0003 0002 0001 000
指奸是什么意思处理后天数
正常灌溉 冷水灌溉 冷水灌溉+ GABA
图3冷水胁迫下施用GABA 对粳稻
叶片氮光合效率的影响
天
2 第天
第■正常灌溉■冷水灌溉■冷水灌溉+ GABA
2涝害条件下GABA 对小麦苗期株长和总根长的影响
图4冷水胁迫下施用GABA 对寒地粳稻产量的影响品种
GABA 浓度
/(mg ・ L -&)
株高/cm 总根长/ cm 对照组
涝害胁迫
微推推对照组
心死的网名涝害胁迫
27. 1123. 44212. 03130. 33辽春1750
27. 7627. 55216. 33
176. 91
50027. 4524. 21
187. 82173.450
24. 1419. 00169. 03147. 94京都4050
21. 9324. 47192. 21165. 58500
22. 09
24. 18
193. 36
134. 20
郑舒文等*2+研究了渍水胁迫下7-氨基丁酸对
小麦产量的影响，利用5 mg/L GABA 在人为渍水 胁迫条件下喷施小麦叶片，渍水胁迫下小麦叶片内 超氧化物歧化酶(SOD )和过氧化物酶(POD )的含
量升高％与空白对照组相比，7-氨基丁酸处理可以 提高涝渍条件下小麦叶片内超氧化物歧化酶
(SOD)和过氧化物酶(POD)水平。测试结果表明，
GABA 处理可以提高渍水条件下小麦的产量% 2.3抗盐胁迫
土壤盐渍化在世界范围内广泛存在，全世界盐
渍地面积约80亿公顷％全球约有20%的灌溉土地 受到盐碱化的影响，区域内的非灌溉土地会发生次
生盐渍化「23+。我国盐碱化土地面积近1亿公顷，潜 在盐碱地面积达1 733万公顷％盐渍化土壤中生长
的植物会受到离子毒害、渗透胁迫和氧化胁迫等伤 害，引起植物生理功能障碍，阻碍其生长
王泳超「皈等研究盐胁迫下片氨基丁酸(GA
BA ) 对玉米幼苗根系损伤和幼苗内源激素的影响,
研究发现，在盐胁迫下，外源片氨基丁酸能增加玉 米幼苗根表面积、根长、根尖数根体积及根系干物
质质量，玉米幼苗根系平均直径下降9. 32%，可溶
性蛋白含量、根系活力和根系内源GABA 含量都明 显升高，根系电导率明显下降%外源片氨基丁酸能
显著提高根系内过氧化物酶(POD)和超氧化物歧
化酶(SOD)的活性，减少根系的氧化损伤程度，增
加根系的活力，保持细胞膜的完整性，从而增加根 系对营养物质的吸收和运输，改善根系的生长
状况％
赵宏伟等研究了分蘖期和孕穗期叶面喷施
外源！-氨基丁酸(GABA )对盐胁迫下水稻抗氧化 系统的影响，研究发现，盐胁迫下水稻功能叶片中
丙二醛(MDA )、超氧化物歧化酶(SOD )、过氧化物
酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)的含量上升，水稻产 量下降％研究还发现，分蘖期或孕穗期喷施外源7- 氨基丁酸(GABA )能提高盐胁迫下水稻功能叶片超
氧化物歧化酶(SOD )、过氧化物酶(POD)及过氧化
氢酶(CAT)活性，降低丙二醛(MDA)含量，分蘖期
喷施效果优于孕穗期
田小磊等*门研究了盐胁迫条件下7-氨基丁酸 对玉米幼苗超氧化物歧化酶(SOD )、过氧化氢酶
(CAT)及过氧化物酶(POD)活性的影响，研究发
现，外源干旱胁迫下可显著提高玉米种子的萌发 率%外源7-氨基丁酸(GABA )能提高超氧化物歧
化酶(SOD )、过氧化氢酶(CAT )和过氧化物酶
(POD)的活性(见图5)，从而缓解盐胁迫对玉米幼
苗的伤害%
(
点巴n H v u d o d d o s
908070
60
50
4030
2010
SOD PODX100 CAT X 10
■ GABAM®0mmol/L ■ GABA 浓度0.5 mmol/L ■ GAB A 浓度 1 mmol/L ■ GABA 浓度 1.5 mmol/L ■ GABA 浓度2 mmol/L
图5 喷施不同浓度GABA 对NaCl 处理的玉米幼苗的
SOD 、POD 及CAT 酶活性的影响
2. 4抗干旱胁迫
干旱是限制农作物生长和产量的主要非生物
个人工作心得简短胁迫之一，近年来，全球气温变暖和土壤沙漠化等 环境问题日益突出，我国干旱、半干旱地区占陆地
面积的52.5%，干旱缺水对我国农业造成严重影响。干旱胁迫下植物叶片光合作用能力降低，光合作用产物减少，从而使作物体内糖代谢水平发生改变。而蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶和转化酶是糖
代谢过程中的关键酶，对细胞内蔗糖、葡萄糖和果糖的合成与分解起着关键性的作用。因此，确保干旱条件下粮食的高产、稳产是非常重要的，也是急需解决的关键问题，干旱胁迫会影响农作物籽粒的生长，进而导致减产*8如。
表3干旱胁迫下外源氨基丁酸对粳稻产量的影响
品种GABA处理/(mmol・L—1)产量/(kg・hm—2)
CK(空白对照)7577.53
05272.27
0.256423.03
松粳60.507207.02
1.00681
2.66
2.006410.85
4.005441.56
谷海涛等*门研究孕穗期干旱胁迫下，外源y-氨基丁酸对水稻籽粒氮素及产量形成的调控效应%研究发现，与空白对照相比，施用不同浓度GABA 能够显著提高水稻籽粒产量和内源GABA含量%如表3所示，干旱胁迫影响了水稻的产量，加入外源y-氨基丁酸后，水稻产量达到了正常水平，最终缓解干旱胁迫对水稻造成的影响％
尹秀晶等*2+研究新型壳寡糖y-氨基丁酸衍生物对干旱胁迫下小麦产量的影响，研究发现，y-氨基丁酸衍生物明显降低了小麦幼苗叶片丙二醛含量和细胞膜透性，缓解了对小麦叶片细胞的损伤％同时，使用壳寡糖y-氨基丁酸衍生物能够有效增加可溶性糖含量，进而增强小麦对土壤中水分的吸收能力，减少干旱胁迫对生理代谢的影响％
李杰等*3+研究在干旱胁迫下y-氨基丁酸对白三叶幼苗内源激素含量的影响(见图6)，研究结果表明，干旱胁迫下y-氨基丁酸能够使白三叶幼苗内源脱落酸(ABA)含量升高，茉莉酸(JA)、生长素(IAA)和异
戊烯基腺嘌吟(IPA)的含量也显著增加，可有效缓解干旱胁迫对植物生长的抑制％
3结语
y-氨基丁酸(GABA)是一种植物生长调节剂，它既可调节植物正常的生长发育，又可在逆境中缓解逆境胁迫对于植物生长的影响％在外源施加低浓度y-氨基丁酸时，植物的抗逆性能够得到明显改
70 122436486072
时间/h
---------CK—1pimol/L GABA
图61"mol/L GABA对干旱胁迫下白三叶幼苗
内源脱落酸(ABA)含量的影响
善，植物果实的品质和产量也会明显提高，是农业生产中不可多得的农资品种％未来围绕y-氨基丁酸的研究工作将集中在以下3方面：①研究y-氨基丁酸促进作物吸收土壤中养分的机理；②研究开发新型y-氨基丁酸增效复合肥，实现农业生产“减肥增效”目标；③研究环境友好的y-氨基丁酸绿色合成方法％
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(下转第18页
)
的最高压力，以使安全阀不起跳。该整改措施避免了因重新采购安全阀而导致的浪费。该安全阀经调整整定压力并经校验后投入使用％
电热水器工作原理4结语
(1)在设计蒸汽管网安全保护设施时，安全阀是最后的保护措施，工程设计应尽量避免安全阀起跳％为避免更大的损失，仍可将安全阀作为最后一道保护措施％
(2)减温减压器和放空阀的设置，除了考虑其泄放量外，应对不同的事故情景进行分析，结合管网容积、阀门流量特性曲线、阀门开启时间等，来判断当前的设计能否将管网富余蒸汽及时排出，以避
(上接第4页)
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(3)本分析为识别蒸汽管网安全保护设施设置的有效性提供了一种指导方法，也可用于合理确定减温减压器和放空阀的开启时间，既可避免盲目地要求“一秒阀”而导致阀门造价增加，也可避免阀门因开启
时间缓慢而导致泄放能力“虚高.不能真正保护蒸汽管网安全％
参考文献：
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修改稿日期2021—04—15
