外源γ-氨基丁酸（GABA）缓解水稻镍毒性的机制：生长促进、抗氧化防御与金属稳态调控

本研究针对镍污染土壤中水稻生长受抑的关键问题，通过外源施加γ-氨基丁酸（GABA），系统揭示了其通过激活GABA分流途径（OsGAD/OsGABA-T/OsSSADH）、上调金属转运蛋白（OsMTP1/OsMTP8）及增强抗氧化酶（CAT/SOD/APX/GSH）活性等多重机制，显著降低镍积累并恢复钙镁稳态。该成果为重金属污染农田的生态修复提供了创新策略，发表于《Plant Stress》。

　　

随着工业活动加剧，农田土壤镍污染已成为威胁全球粮食安全的重要环境问题。镍虽是植物必需的微量元素，但过量积累会引发水稻叶片黄化、生物量下降及氧化应激，最终导致减产。更严峻的是，镍通过食物链进入人体后可能诱发呼吸系统疾病甚至癌症。目前针对镍毒性的缓解策略多集中于物理修复或转基因技术，存在成本高或生态风险等问题。因此，开发安全高效的农艺调控手段成为研究热点。

韩国庆北国立大学的研究团队在《Plant Stress》发表了一项突破性研究，首次证实外源γ-氨基丁酸（GABA）能通过多靶点协同作用缓解水稻镍毒性。研究发现，GABA处理使受镍胁迫的水稻株高恢复25%，千粒重增加41%，并通过上调OsMTP1和OsMTP8基因表达使镍积累降低43%。更重要的是，GABA激活了GABA分流途径关键基因（OsGAD/OsGABA-T/OsSSADH），促进抗氧化酶系统活性提升63-97%，显著降低H₂O₂和O₂^-水平。该研究为重金属污染农田的绿色治理提供了新思路。

研究采用温室盆栽实验，设置对照（C）、GABA处理、镍胁迫（Ni）及镍+GABA（Ni+GABA）四组。通过ICP-MS测定镍含量，qRT-PCR分析基因表达，并系统评估了生长参数、抗氧化酶活性（CAT/SOD/APX）、光合色素及电解质泄漏等生理指标。

3.1 GABA调控镍胁迫下水稻生长
镍胁迫导致水稻株高降低35%，有效分蘖减少50%，而GABA处理使这些参数显著恢复。尤为关键的是，GABA使镍胁迫下的结实率提升21%，表明其对生殖生长的保护作用。

3.2 GABA改善水分平衡与膜稳定性
镍胁迫使相对含水量（RWC）下降52%，电解质泄漏激增316%。GABA通过维持细胞膜完整性，使RWC回升42%， MDA（膜脂过氧化标志物）水平降低46%。

3.3 GABA调控ROS代谢
GABA处理使镍胁迫下的H₂O₂和O₂^-含量分别下降50%和39%，同时显著提升SOD（75%）、CAT（63%）等抗氧化酶活性，形成高效ROS清除网络。

3.5 GABA恢复矿质营养平衡
镍胁迫导致钙镁吸收分别减少61%和58%，而GABA处理通过调控离子转运使这两种元素含量回升45-58%，证实其对营养竞争的缓解作用。

3.7 GABA激活金属解毒通路
时间序列分析显示，GABA使OsMTP1和OsMTP8基因在24小时内的表达量最高提升77%和68%，促进镍向液泡区隔化。同步激活的GAD基因表达量增加245%，推动GABA分流与TCA循环耦联，为抗逆提供能量支持。

这项研究首次系统阐释了GABA通过"金属转运-抗氧化协同-代谢重塑"三位一体机制缓解镍毒性的分子蓝图。其创新性体现在：发现OsMTP8在镍解毒中的新功能；揭示GABA分流途径与重金属抗性的直接关联；提出GABA作为绿色生物刺激素的应用潜力。该成果不仅为作物抗逆育种提供靶点，更为中轻度污染农田的安全生产提供了经济可行的解决方案。未来研究可进一步探索GABA与其他重金属的互作机制，推动其在复合污染治理中的应用。