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外源GABA对温度胁迫下黄瓜生长的调控机制与应用研究

一、引言

1.1研究背景

1.1.1黄瓜的经济价值与种植现状

黄瓜（CucumissativusL.）作为葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物，在全球蔬菜市场中占据重要地位。其营养丰富，口感清脆，富含维生素C、维生素K、钾等多种营养成分，且热量低，深受消费者青睐。黄瓜不仅广泛应用于生食、烹饪，还在食品加工、医药、化妆品等行业有着重要用途，例如用于制作黄瓜汁、黄瓜面膜等产品。

从种植规模来看，全球黄瓜种植面积呈现出持续增长的态势。据联合国粮农组织（FAO）数据显示，2020年世界黄瓜生产总面积达226.1万公顷，总产量高达9125.8万吨。亚洲是全球黄瓜的主要生产地，产量占全球总产量的70%左右，其中中国、印度等国家的种植规模较大。欧洲、北美和拉丁美洲也是重要的产区，各地区依据自身的气候和土壤条件，发展出了各具特色的种植模式。

中国作为世界上最大的黄瓜生产国，在黄瓜种植领域表现卓越。2020年，中国黄瓜生产面积达128万公顷，产量为7283.3万吨，总产量和种植面积分别占世界的79.8%和56.6%。中国黄瓜种植区域广泛，遍布全国各省市地区。华北地区是首要生产重地，播种面积占全国黄瓜种植总面积的一半以上，以温室和大棚黄瓜种植为主导，为市场稳定供应做出重要贡献；华中和华南地区种植规模也较为可观，分别占全国黄瓜播种面积的约15%和13%；东北地区凭借多层覆盖的大棚技术和日光温室系统，成功培育出适应本地环境的品种，播种面积约占全国的7%；西南地区利用高原复杂多变的气候与地理环境，采取露地及大棚种植方式，播种面积约占全国的8%；西北地区虽然在黄瓜栽培方面基础相对薄弱，但近年来保护地黄瓜的种植面积快速增长，展现出巨大的发展潜力。

1.1.2温度胁迫对黄瓜生长的危害

黄瓜是喜温性蔬菜，对温度要求较为严格，其生长的适宜温度范围一般为10-32℃，白天最适温度为25-32℃，夜间为15-18℃，地温最适为20-25℃。当温度超出这一范围，黄瓜就会遭受温度胁迫，包括高温胁迫和低温胁迫，这对其生长发育会产生严重的负面影响。

在高温胁迫下，黄瓜种子萌发受到抑制。研究表明，当温度超过35℃时，黄瓜种子的发芽率显著降低，40℃以上时，种子萌发受到严重阻碍，胚根和胚芽的生长速度减缓，畸形苗比例增加。对于植株生长而言，高温会破坏黄瓜植株的光合和呼吸平衡。当温度达到35℃以上时，光合作用减弱，呼吸作用增强，导致植株体内有机物质积累减少，生长发育不良。植株表现为叶片发黄、卷曲，茎蔓细弱，生长缓慢，严重时甚至会出现萎蔫、死亡现象。在果实发育方面，高温会导致黄瓜果实发育异常，出现畸形瓜、化瓜等问题，果实品质下降，口感变差，糖分和维生素含量降低，商品价值大幅降低。

低温胁迫同样对黄瓜生长造成诸多危害。黄瓜植株不耐寒，当气温下降到10-13℃时，生长就会停止。在黄瓜种子萌发阶段，低温会使种子萌发时间延长，发芽率降低，甚至导致种子腐烂。幼苗期遭遇低温，会使黄瓜幼苗生长缓慢，叶片发黄，根系发育不良，抗逆性减弱。在开花结果期，低温会影响黄瓜的授粉受精过程，导致落花落果现象严重，果实生长缓慢，产量大幅下降。同时，低温还会使黄瓜果实的品质变差，果实表面出现斑点，口感变淡，耐储存性降低。

1.1.3外源GABA在植物抗逆中的研究进展

γ-氨基丁酸（GABA）是一种广泛存在于植物体内的自由态四碳非蛋白质氨基酸，在植物的生长发育调控、信号传导、逆境调节等生理生化过程中发挥着至关重要的作用。在植物遭受干旱、盐碱、冷害、缺氧等逆境胁迫时，体内GABA含量会大幅增加，以增强植物对逆境的抗性。

在干旱胁迫方面，研究发现外源GABA处理能够增强植物的抗旱性。例如，在对伊朗神香草的研究中，外源性GABA可以增强其抗氧化酶活性，减少活性氧（ROS）对植物细胞的损伤，提高光合色素含量，增强渗透调节能力，从而显著提高植物对干旱胁迫的耐受性。在盐碱胁迫下，外源GABA同样发挥重要作用。胡晓辉教授课题组的研究表明，SlNF-YC1-SlMYBI模块诱导GABA的积累，通过清除活性氧和调控乙烯信号通路来提高番茄耐盐碱的能力。在冷害胁迫中，有研究发现根源产生的GABA可能通过长距离运输调控接穗抗冷性，例如黑籽南瓜砧木通过提高嫁接黄瓜苗根系、木质液及叶片中GABA的含量，增强了嫁接黄瓜苗的抗冷性。

然而，尽管外源GABA在多种植物应对不同逆境胁迫中的作用已得到广泛研究，但在黄瓜应对温度胁迫方面的研究仍存在不足。目前关于外源GABA对黄瓜在高温和低温胁迫下的生长发育、生理生化指标以及分子机制等方面的研究还不够