非生物胁迫是一个多层面领域，包括环境中不同的非生物因素或胁迫，对各种各样物种施加压力。植物在生命周期中经常要面对多重非生物胁迫，严重影响它们生长发育。在农业生产系统中，作物生产力可能是最易受非生物胁迫，因此在气候变化背景下，研究作物植株遭受不同非生物胁迫的响应的生态学意义十分重要。香稻，一个小但质量最佳的水稻组，因其特殊香气和独有味道举世闻名。香稻多产于亚洲和中东国家，也向全国各地的国际市场出口。香稻品种产量相对于其他品种的产量较低，要是受到任何非生物胁迫，香稻产量和品质更是严重下降。总体而言，香稻对重金属、盐分和干旱胁迫敏感，专门去应对多个受到的非生物胁迫的响应机制难以评估。植物信号转导机制胞间胞内的联系，一般负责一系列植物系统遭受胁迫环境的响应。单分子和（或）胁迫代谢产物将外界刺激转化为生理输出，最后控制植物的生长发育和产量活力。γ-氨基丁酸（GABA）是一种四碳结构的非蛋白氨基酸，被认为是内生的植物信号分子，调控植物对一系列胁迫的响应。尽管过量的文献研究了在非生物胁迫下不同生长调控或植物激素外源性应用的积极影响，使用外源 GABA对不同非生物胁迫下香稻生理生化响应、产量和品质特征的作用及其危害却鲜有报道。为了探讨香稻在不同非生物胁迫下生理生化、产量及品质的响应，光合速率和气体交换量的变化，研究外源 GABA在非生物胁迫耐受中可能的作用，本研究通过盆栽实验，在不同的生长阶段设置铅（Pb400-1200 mg kg-1土）、铅（Pb，800 mg·kg-1土）、镉（Cd，75 mg·kg-1土）、铅和镉（Pb400-1200 mg kg-1土，Cd，75 mg·kg-1土）、铅和镉（Pb，800 mg·kg-1土，Cd，75 mg·kg-1土），干湿交替（土壤水势?25/?30 kPa）、盐度（EC、10 dS m-1）和干旱（土壤水势?40/?45 kPa，）的处理，于华南农业大学农场遮雨网室内进行。外源 GABA有减少水稻非生物胁迫耐性潜力，通过调控植物生理生化机制，减少氧化性损伤，保护光合作用及光合色素，调节抗氧化防御机制，来减少产量损失。实验主要结果总结如下：
　　（1）Pb毒害显著抑制所有香稻品种，美香占2号(MXZ-2)、象牙香占(XYXZ)、桂香占(GXZ)、巴斯马蒂-385(B-385)和农香-18(NX-18)的早期生长，提高氧化应激。Pb在某程度上提高了脯氨酸和可溶性糖含量，但是严重地抑制蛋白质含量。超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，还原型谷胱甘肽（GSH）和氧化型谷胱甘肽（GSSG）含量表现不同，但是，相对其他品种，GXZ对 Pb胁迫有更好的抗氧化能力。水稻根系贮藏Pb量最大，其次是茎叶。尽管茎到叶的易位因子（TF）值比根到茎的高，所有品种株高、每株分蘖数和干物质含量与 Pb含量呈显著负相关。总之，本实验反映对比其他品种，GXZ能更耐Pb胁迫。
　　（2）Pb毒害提高过氧化氢含量、脂质过氧化和电解质渗漏，同时抑制光合色素合成，但是 NX-18的增量比 GXZ高。而且，Pb变化地影响各种香稻品种的蛋白质、脯氨酸和可溶性糖含量，SOD、POD、CAT、APX活性，GSH，GSSG含量。但是， NX-18渗透物积累和抗氧化活性的降低比 GXZ严重。在 Pb胁迫下，水稻产量、品质和干重都有所下降，相比 GXZ，NX-18下降得更明显。此外，对比 GXZ，NX-18根积累 Pb少，转运更多 Pb到茎、叶、穗（抽穗期（ PH）），籽粒（成熟期（MAT）。因此，相比 NX-18，GXZ根系含铅量更高，转运到地上部能力较低，渗透物积累和抗氧化活性强，降低减产，这种情况可能是 GXZ在 Pb毒害下的适应性响应。
　　（3）对比MXZ-2和B-385，XYXZ受Pb毒害后显著降低光合色素，增加H2O2、丙二醛（MDA）和叶浸出液含量来诱导氧化应激。Pb胁迫对蛋白质、脯氨酸和可溶性糖的影响不定，同时在抽穗期和成熟期，各水稻品种的酶和非酶抵抗机制都作出反应。Pb显著降低产量及其构成因素，然而，减产程度为XYXZ> MXZ-2> B-385，品质随之下降。水稻产量与产量、穗粒数和籽粒数呈显著正相关，而与不育率呈负相关。XYXZ植株部分含有更高比例的Pb，有可能导致严重的减产和品质下降。
　　（4）以GZX和NX-18为材料，土壤含Pb为800 mg kg-1，四个不同控水程度， a）CP：持续积水；b）AWD：BF：开花期前交替灌溉（AWD）；c）AWD-AF：开花期后 AWD；d）AWD-TM：交替灌溉直到成熟期（所有交替灌溉土壤水势保持在?25到?30 kPa之间）。研究发现，水分动态导致氧化应激，同时控制所有水稻品种的酶促和非酶促系统活力，NX-18氧化损伤更严重，同时 GXZ的抗氧化系统更有效应对 Pb胁迫。对比 CP，AWD条件下显著减少 Pb含量和根、茎、叶、穗（灌浆期）和籽粒（成熟期）之间的易位因子。相对于CP，在AWD处理下，GXZ和NX-18籽粒 Pb含量相应减少28.15%和17.33%。GXZ的AWD-TM处理和 NX-18所有的AWD处理下，籽粒产量显著下降，尽管其相对变化（RC）与穗粒数有显著相关性。
　　（5）在植物生长、生育阶段及生长发育全阶段，AWD处理下的净光合速率和气体交换统计学相似（P>0.05），然而基本影响可溶性糖、脯氨酸、蛋白质积累，酶和非酶系统抗氧化活性。AWD处理对产量及其构成因素、干物重、品质特性影响不定，但平均而言，相比于 NX-18，AWD能提高 GXZ产量及相关因素。而且，该处理还能提高籽粒2-AP含量，AWD-RS处理含量最高。因此，无论是 VS还是 RS的AWD处理，都能在不影响产量品质下提高香稻香气。
　　（6）Pb胁迫提高GXZ，NX-18的MDA、EL和H2O2含量，从而修复氧化损伤。同时，喷施外源 GABA能对抗氧化应激，保持叶片叶绿素含量，明显调节了铅毒下SOD、POD、CAT、APX和 GSH等抗氧化酶系统活性。Pb胁迫下添加外源 GABA影响谷氨酰胺合成酶（GS）、硝酸还原酶（NR）活性，同时显著增加 GXZ，NX-18的脯氨酸、蛋白质和 GABA含量，也提高所有香稻品种的光合作用和气体交换量。外源 GABA大大提高产量及其构成因素，暴露于 Pb中的没有 GABA的植株减少量高于靠本体GABA的植株。对照无GABA，喷施GABA减少水稻Pb含量。
　　（7）尽管单一 Pb、Cd和两者结合毒害都能提高 ROS引起的氧化应激，外源GABA在这方面依然有效。时态数据显示在单一或混合Pb、Cd毒害下，GABA能抑制香稻叶片叶绿素降解，诱导渗透调节。在无 GABA情况下，Pb+Cd毒害降低植株蛋白质含量，受损度亦严重。外源 GABA提高叶片 GABA含量以及调节抗氧化系统酶活性。不管有无GABA，Pb或Cd胁迫均提高GS活性，同时在Pb+Cd+GABA处理下 NR活性最大值高于其他处理。Pb/Cd毒害降低水稻光合作用及气体交换，外源GABA则能减轻该危害。水稻植株暴露于Pb、Cd中，容易增加成熟期根、茎、叶、籽粒里面重金属含量，喷施 GABA则降低植株各部位重金属含量。外源 GABA被证实可以提高重金属胁迫下籽粒产量。
　　（8）外源 GABA对抗氧化应激以保护盐胁迫下 GXZ、NX-18的叶绿素、内胡萝卜素含量。外源 GABA和相对水含量（RWC）提高胁迫与非胁迫下的光合作用能力、脯氨酸、蛋白质含量。应用 GABA显著影响盐胁迫下的酶促系统和非酶促系统抗氧化酶活性。盐度改变各品种水稻 GS、NR活性从而促进碳氮新陈代谢，GABA则协助稳定两者酶活性。盐胁迫大大增加水稻叶片 Na+含量，影响 K+含量，导致NX-18的Na+ K+比高于GXZ。无论有无盐胁迫，叶片喷施GABA明显提高产量及其构成因素、籽粒2-AP含量，S+GABA处理尤为突出。
　　（9）干旱胁迫明显提高脂质过氧化程度、细胞膜损伤和 H2O2含量，GABA则抑制该氧化应激作用。外源 GABA提高水稻分蘖/孕穗期、开花期灌水、干旱处理下叶片叶绿素含量，在灌水处理下施用 GABA的叶绿素增量最高。外源 GABA显著增强干旱条件下水稻抗氧化酶活性。干旱胁迫扰乱水稻 GS、NR活性，喷施 GABA则能提高该酶活性。在干旱胁迫和灌溉条件下，GABA均能提脯氨酸、蛋白质含量、净光合速率、气孔导度、胞间 CO2浓度以及蒸腾速率。干旱胁迫下，水稻各时期产量及其构成因素均显著下降，GABA则能提高其产量及相关因素。