5-氨基乙酰丙酸對蘋果葉片耐弱光能力的影響

安玉艷，張麗穎，馮新新，田　凡，李　潔，汪良駒*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，南京 210095；2 江蘇省豐縣臨風果蔬專業(yè)合作社，江蘇徐州 221723)

5-氨基乙酰丙酸對蘋果葉片耐弱光能力的影響

安玉艷1，張麗穎1，馮新新1，田凡2，李潔2，汪良駒1*

(1 南京農(nóng)業(yè)大學 園藝學院，南京 210095；2 江蘇省豐縣臨風果蔬專業(yè)合作社，江蘇徐州 221723)

摘要:為了探討5-氨基乙酰丙酸(ALA)對蘋果耐弱光性的影響，以‘潤太2號’和‘鄭優(yōu)3號’兩個品種蘋果為材料，設(shè)置露天對照(CK)、輕度遮蔭(LS)和重度遮蔭(SS)3種光照條件，通過根際澆灌法研究了10 mg·L-1ALA處理對弱光條件下蘋果葉片活性氧代謝與葉綠素熒光特性的影響。結(jié)果顯示：(1)與CK相比，弱光脅迫顯著降低了兩品種蘋果葉片的超氧化物歧化酶(SOD)與過氧化物酶(POD)的活性，增大了超氧陰離子)產(chǎn)生速率以及過氧化氫(H2O2)和丙二醛(MDA)含量，且‘鄭優(yōu)3號’的活性氧產(chǎn)生速率及MDA含量在弱光下的升高幅度更大；ALA處理顯著提高了弱光脅迫下兩品種的保護酶活性，降低了活性氧產(chǎn)生速率和MDA含量，并以耐弱光性較差的‘鄭優(yōu)3號’的變化更顯著。(2)在弱光脅迫下，蘋果葉片的葉綠素含量和葉綠素b/a升高，而ALA處理使二者進一步顯著升高。(3)弱光脅迫下，蘋果葉片的葉綠素熒光參數(shù)VJ、Mo、DIo/RC顯著升高，而ψo、ψEo、ψRo、PIABS、PICS和PItotal顯著降低；ALA處理抑制了葉綠素熒光參數(shù)在弱光脅迫下的變化，甚至使其達到優(yōu)于對照的水平。研究表明，弱光條件下蘋果的抗氧化能力較差，受到明顯的氧化傷害，且‘鄭優(yōu)3號’的耐弱光能力比‘潤太2號’差；ALA處理提高了蘋果在弱光下的抗氧化能力，降低了弱光對蘋果葉片的氧化傷害，同時還提高了弱光條件下蘋果葉片捕捉、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的效率，改善了光合電子傳遞情況，增大了蘋果葉片在弱光脅迫下的光能利用效率，改善了光合性能；根灌ALA可以明顯提高蘋果的耐弱光性。

關(guān)鍵詞:5-氨基乙酰丙酸(ALA)；遮蔭脅迫；活性氧代謝；葉綠素熒光特性；蘋果

蘋果(Malus domesticaBorkh)是一種喜光性比較強的落葉果樹，主要分布于中國干旱或半干旱地區(qū)[1]。但是，江蘇地區(qū)也是中國蘋果的重要產(chǎn)地[2]。然而，由于地處江南，高溫高濕導致江蘇地區(qū)蘋果樹體生長旺盛，病蟲滋生，產(chǎn)量和品質(zhì)都會受到不同程度影響。特別是近年來，人們對食品安全的日益關(guān)注，減少農(nóng)藥施用量已經(jīng)成為刻不容緩的關(guān)鍵問題。避雨栽培是針對雨水過多不利于植物生產(chǎn)而發(fā)展起來的一種簡單、實用的設(shè)施栽培形式。實踐表明，避雨栽培可有效減少果樹病害發(fā)生[3]、降低農(nóng)藥使用、減少果實的農(nóng)藥殘留、提高坐果率[4]。此外，與露地栽培相比，避雨栽培加大了晝夜溫差，有利于著色，并可增加果實含糖量，即具有改善果實品質(zhì)的作用[4]。因此，避雨栽培可能可以作為南緣地區(qū)蘋果生產(chǎn)的重要方式，逐漸得以推廣發(fā)展。但是，避雨栽培也存在負面效應(yīng)，其中最大的問題是削弱光照強度，導致弱光脅迫[3]。弱光會造成植物葉片變薄，光合能力下降，光合積累減少，不利于果樹花果發(fā)育[5]。因此，提高植株耐弱光性是推廣蘋果避雨栽培的前提之一。

5-氨基乙酰丙酸(ALA)是一種天然、無毒、可生物降解且對環(huán)境友好的新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)[6]。近30年來的研究表明，ALA具有多種生理功能，其中最重要的便是提高植物的抗逆性。據(jù)報道，外源ALA可顯著提高水稻(Oryza sativa)[7]、甜瓜(Cucumis melo)[8]、大豆(Glycine max)[9]和胡椒(Capsicum annuum)[10]植株的耐寒性，增強棉花[11]、小白菜(Brassica campestris)[12]、馬鈴薯(Solanum tuberosum)[13]、棗椰樹(Phoenix dactylifera)[14]、油菜(Brassica napus)[15]及黃瓜(Cucumis sativus)[16]植株的耐鹽性。此外，ALA還可以顯著提高植物的抗旱性[17]、抗高溫能力[18]等。這些研究說明，ALA提高植物抵抗非生物脅迫的能力具有普遍性。關(guān)于ALA提高植物耐弱光性的研究也已有報道。Wang等[8]于2004年率先提出ALA顯著提高甜瓜幼苗的耐弱光性。此后，柳翠霞[19]、郭曉青等[20]相繼報道，ALA能顯著改善弱光下黃瓜和番茄的生長。這些研究說明ALA具有提高草本植物耐弱光性的作用。但有關(guān)ALA能否提高木本果樹作物耐弱光能力的研究尚未見報道。

ALA的另一個顯著的生理功能是提高植物的光合能力，其不僅可以提高植物在正常條件下的光合生長能力，而且還可提高冷害[7]、鹽脅迫[21]、弱光[8]、水分虧缺[17]和高溫[18]等多種逆境條件下多種植物的光合作用和生長能力。這些研究表明ALA提高植物光合產(chǎn)量的效應(yīng)也具有普遍性。因此，在避雨栽培條件下，施用ALA可能是改善蘋果光合作用，提高蘋果耐弱光性的一種安全有效措施。

為此，本試驗以‘潤太2號’和‘鄭優(yōu)3號’兩個耐弱光性不同的蘋果品種為試材，以在樹冠頂層之上覆蓋避雨大棚和遮陽網(wǎng)的方式，研究了根際澆灌10mg·L-1ALA對弱光下蘋果葉片葉綠素含量、葉綠素熒光特性、膜脂過氧化水平以及保護酶活性等生理特性的影響，探討了ALA緩解弱光對蘋果生理、生長不利影響的效應(yīng)及其機制，以期為利用ALA提高蘋果耐弱光性提供理論依據(jù)，為蘋果避雨栽培模式推廣奠定理論基礎(chǔ)。

1材料和方法

1.1材料及處理

試驗于2014年7-8月在江蘇省豐縣趙莊鎮(zhèn)田坑村優(yōu)質(zhì)蘋果避雨栽培示范園內(nèi)進行。供試蘋果樹5年生(結(jié)果后第3年)，選擇集約化栽培品種‘潤太2號’柱狀蘋果和常規(guī)大樹冠蘋果品種‘鄭優(yōu)3號’為試材?！疂櫶?號’和‘鄭優(yōu)3號’株行距分別為0.6m×2m和2m×4m，砧木為八棱海棠。大棚高度4m，單棟跨度4m。試驗共設(shè)自然光(Control)、輕度遮蔭脅迫(Lightshading,LS)、重度遮蔭脅迫(Severeshading,SS)、自然光+ALA、LS+ALA和SS+ALA等6個處理。其中，自然光(即露地栽培)為對照，在樹冠頂層之上覆蓋塑料薄膜為輕度弱光脅迫，在樹冠頂層之上同時覆蓋塑料薄膜和遮陽網(wǎng)為重度弱光脅迫；ALA處理為在遮蔭覆蓋實施當天(7月27號)，向每棵蘋果樹的根盤內(nèi)澆灌10kg10mg·L-1ALA，未根灌ALA的處理向每棵蘋果樹的根盤內(nèi)澆灌10kg清水。每個處理重復5次，單株小區(qū)，隨機排列，處理間間隔1株作為隔離區(qū)。其他田間管理完全相同。1個月后，選取樹冠外圍新梢中上部成熟葉片，活體測定葉綠素熒光特性；然后，選取相同部位葉樣，用冰盒保存，快速帶回室內(nèi)，并分為兩組，一組立即測定葉綠素含量，另一組液氮速凍后保存于-80℃，用于抗氧化酶活性和膜脂過氧化水平測定。

1.2環(huán)境因子測定

7月29日(多云-晴)，利用輻照計和溫濕度計檢測不同處理條件下果樹行間1.5m處的光照強度、溫度和濕度。從8:00～18:00，每個小時測定一次，重復4次，取平均值。

1.3生理生化指標測定

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有指標測定均有4次以上生物學重復。經(jīng)單因素或多因素方差分析和Duncan氏測驗，當P< 0.05或0.01時，認為差異顯著或極顯著。

2結(jié)果與分析

2.1遮蔭對蘋果園環(huán)境因子的影響

為了確定遮蔭設(shè)施對蘋果園微環(huán)境的具體影響，我們隨機選擇了一個多云-晴(7月29日)的天氣對蘋果園內(nèi)光照強度、溫度和濕度進行了監(jiān)測(圖1)?？梢钥闯?，在樹冠頂層之上覆蓋塑料薄膜或遮陽網(wǎng)顯著地降低了果園內(nèi)的光照強度，其中覆蓋塑料薄膜使光照強度約降為全自然光的73%，可稱為輕度弱光脅迫(LS)，覆蓋塑料薄膜+遮陽網(wǎng)使光照強度降為全自然光的20%，可稱為重度弱光脅迫(SS)。此外，覆蓋還不同程度影響到果園溫度和相對濕度。與露天條件相比，在LS條件下，果園內(nèi)溫度略有升高，幅度約在0.23～0.87℃之間，但未達到顯著性水平；在SS條件下，果園內(nèi)溫度雖顯著低于露天與LS處理，但下降幅度僅在1.03～2.40℃之間。同時，果園內(nèi)相對濕度在3種光照條件下無顯著性差異。

2.2遮蔭及ALA處理對蘋果葉片膜脂過氧化水平的影響

CK、LS和SS分別代表自然光對照、輕度遮蔭脅迫(73%自然光照)和嚴重遮蔭脅迫(20%自然光照)；誤差線表示生物學重復間的標準偏差 (n = 4)；下同圖1　遮蔭設(shè)施對蘋果園內(nèi)環(huán)境因子的影響CK, LS and SS indicate natural condition (control), light shading stress(73% natural condition) and severe shading stress(20% natural condition), respectively；The error bars means standard deviation (SD) of four biological replicates; The same as belowFig. 1　Effects of shading facilities on environmental factors in apple orchards

處理TreatmentO-·2產(chǎn)生速率O-·2productionrate/(nmol·min-1·g-1)潤太2號Runtai2鄭優(yōu)3號Zhengyou3H2O2含量H2O2content/(μmol·g-1)潤太2號Runtai2鄭優(yōu)3號Zhengyou3MDA含量MDAcontent/(μmol·g-1)潤太2號Runtai2鄭優(yōu)3號Zhengyou3自然光照CK20.32±0.34d15.73±0.96f24.27±0.42d16.15±0.41f19.26±0.67d19.40±0.32d輕度遮蔭LS24.00±0.41c28.60±0.74b26.34±0.84c28.31±0.48b22.62±0.68c25.53±0.47b重度遮蔭SS27.02±0.76b35.04±1.07a28.13±0.85b30.21±0.41a25.17±0.80b30.61±0.63a自然光照+ALACK+ALA12.57±0.78g8.50±0.56h16.22±0.91f8.96±0.35h14.04±0.60f11.59±0.87g輕度遮蔭+ALALS+ALA14.27±0.73fg14.15±0.84fg17.24±0.54ef14.41±0.32g16.96±0.84de15.24±1.39ef重度遮蔭+ALASS+ALA16.66±0.74ef18.70±1.21de18.23±0.72e17.22±0.61ef18.43±0.55d19.23±0.70d

注：同一指標下不同小寫字母表示處理間或品種間在 0.05水平上差異顯著；下同。

Note:Thedifferentlettersbehindthesameparameterindicatesignificantdifferencesbetweentreatmentsorcultivarsat0.05level.Thesameasbelow.

2.3遮蔭及ALA處理對蘋果葉片保護酶活性的影響

表2顯示，在同一光照條件下，‘潤太2號’葉片的SOD和POD活性均高于‘鄭優(yōu)3號’；隨著遮蔭脅迫的加劇，2種蘋果葉片的SOD和POD活性均逐漸降低，但‘鄭優(yōu)3號’在遮蔭脅迫下的降低幅度遠大于‘潤太2號’。與CK相比，LS和SS處理‘潤太2號’SOD活性分別下降2.01%和8.01%，而‘鄭優(yōu)3號’的SOD活性則分別顯著下降30.46%和54.96%；同時，‘潤太2號’POD活性分別顯著下降12.91%和22.88%，而‘鄭優(yōu)3號’的POD活性則分別顯著下降28.38%和39.23%。ALA處理使兩品種在3種光照環(huán)境條件下的SOD和POD活性均顯著性升高；兩品種相比，在同一光照條件下，ALA處理使‘鄭優(yōu)3號’保護酶活性的升高幅度大于‘潤太2號’。以上結(jié)果表明‘鄭優(yōu)3號’的抗氧化酶系統(tǒng)對遮蔭脅迫反應(yīng)更敏感，受遮蔭脅迫影響較大，而‘潤太2號’的抗氧化酶系統(tǒng)在遮蔭脅迫下相對穩(wěn)定，受影響較小；ALA處理可有效激活蘋果葉片抗氧化酶防御系統(tǒng)，提高蘋果在遮蔭脅迫下抗氧化酶活性的能力，且對耐弱光性較差的品種的效果更顯著。

表2　遮蔭與ALA處理下兩蘋果品種葉片SOD和POD活性的變化

每個圖片中的不同字母表示處理間在0.05水平差異顯著圖2　遮蔭脅迫和ALA處理下兩蘋果品種葉片葉綠素含量的變化The different letters in the same figure indicate significant differences between treatments at 0.05 levelFig. 2　Changes of chlorophyll contents in apple leaves of two cultivars under shading stress and ALA treatment

圖3　遮蔭脅迫和ALA處理下兩蘋果品種葉片葉綠素瞬時熒光特性的變化Fig. 3　Changes of chlorophyll prompt fluorescence in apple leaves of two cultivars under shading stress and ALA treatment

2.4遮蔭及ALA處理對蘋果葉片葉綠素含量的影響

圖2顯示，兩蘋果品種間葉片葉綠素a含量在多數(shù)情況下無顯著性差異，但‘潤太2號’的葉綠素b含量顯著高于‘鄭優(yōu)3號’，導致葉綠素總量和葉綠素b/a也表現(xiàn)為‘潤太2號’大于‘鄭優(yōu)3號’。與對照相比，兩品種的葉綠素a含量在LS條件下均顯著升高，在SS條件下無顯著性變化；ALA處理顯著增大了兩蘋果品種在自然光照(CK)及SS條件下的葉綠素a含量，而對LS條件下的葉綠素a含量無顯著性影響。同時，葉綠素b含量、葉綠素總量及葉綠素b/a在遮蔭脅迫及ALA處理下的變化趨勢相似。與對照相比，遮蔭脅迫使兩品種的葉綠素b含量、葉綠素總量及葉綠素b/a均顯著升高，并以LS脅迫條件下最高，在LS條件下，‘潤太2號’這3個指標分別升高50.02%，22.26%和34.33%，‘鄭優(yōu)3號’3個指標分別升高96.45%，35.68%和70.51%；ALA處理使這3個指標均進一步顯著升高，在LS條件下‘潤太2號’3個指標平均升高27.95%，‘鄭優(yōu)3號’平均升高56.66%，而在SS條件下‘潤太2號’3個指標平均升高仍達到27.00%，而‘鄭優(yōu)3號’平均升高僅22.10%，這說明在LS條件下‘鄭優(yōu)3號’的增幅較大，而在SS條件下‘潤太2號’升幅較大。

2.5遮蔭及ALA對蘋果葉片葉綠素熒光特性的影響

2.5.1瞬時熒光特性ALA處理后2個蘋果品種葉片葉綠素快速熒光誘導動力學曲線(OJIP曲線)中，O相為照光后20μs值，J相為2ms值，I相為30ms值，P相在200ms左右(圖3)。兩品種各處理差異最大的地方均為P相；遮蔭脅迫使P相熒光值下降，且脅迫程度越高下降越多。其中，兩品種相比，‘潤太2號’P相熒光值顯著高于‘鄭優(yōu)3號’，且遮蔭處理下‘潤太2號’P相熒光值下降幅度較小，‘鄭優(yōu)3號’較大，這與前面各指標的試驗結(jié)果一致，進一步說明‘鄭優(yōu)3號’對遮蔭脅迫更敏感。ALA處理使兩品種在3種光照條件下的P相熒光值均明顯升高，且兩品種中ALA處理使‘鄭優(yōu)3號’的升高幅度更大。為了更好地了解遮蔭脅迫及ALA處理對蘋果葉片光合能力的影響，下面進一步分析了部分可以反映光能利用、光合電子傳遞、光系統(tǒng)活性及光合性能的參數(shù)。

圖4　遮蔭脅迫和ALA處理下蘋果葉片光能利用及電子傳遞的變化Fig. 4　Changes of light utilization efficiency and electron transfer ability in apple leaves of two cultivars under shading stress and ALA treatment

圖5　遮蔭脅迫和ALA處理下兩蘋果品種葉片光合性能的變化Fig. 5　Changes of photosynthetic performance in apple leaves of two cultivars under shading stress and ALA treatment

2.5.2光能利用及電子傳遞情況首先，VJ反映了照光2ms時有活性的反應(yīng)中心的關(guān)閉程度，Mo反映了反應(yīng)中心的關(guān)閉程度，ψo反映了捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中QA-下游的其他電子受體的概率。與對照相比，遮蔭脅迫顯著增大了兩品種葉片的VJ和Mo，降低了ψo，而ALA處理顯著降低了兩品種VJ和Mo，明顯增大了ψo(圖4)。其次，ψEo反映了PSⅡ反應(yīng)中心吸收光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額，DIo/RC代表單位反應(yīng)中心熱耗散的能量。遮蔭脅迫明顯降低了兩品種葉片的ψEo，顯著增大了DIo/RC，而ALA處理明顯增大了兩品種在3種光照條件下的ψEo，大幅度降低了DIo/RC。兩品種相比，ALA處理對‘鄭優(yōu)3號’的效果更好一些，以Mo和DIo/RC為例，在CK、LS和SS這3種光照條件下，ALA處理使‘鄭優(yōu)3號’Mo分別降低21.98%、28.98%和31.15%，使DIo/RC分別降低11.34%、19.03%和34.36%；而3種光照條件下‘潤太2號’Mo在ALA處理下分別下降12.96%、13.77%和17.55%，DIo/RC分別降低2.97%、8.64%和5.36%。

這些結(jié)果表明，ALA處理降低了蘋果葉片在遮蔭脅迫下反應(yīng)中心關(guān)閉的程度，提高了捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中QA-下游的其他電子受體的概率，即降低了QA電子受體被關(guān)閉的速率。同時，ALA增大了PSⅡ反應(yīng)中心吸收光能用于電子傳遞的量子產(chǎn)額，顯著降低了用于熱耗散的量子比率，表明ALA提高了蘋果葉片在遮蔭脅迫下的光能利用效率。兩品種相比，ALA提高光能利用效率和改善電子傳遞的效果在‘鄭優(yōu)3號’上更明顯。

2.5.3光合性能ψPo是PSⅡ最大光化學效率，兩品種的ψPo在遮蔭脅迫下略有降低，ALA處理逆轉(zhuǎn)了ψPo在遮蔭脅迫下的降低趨勢，使其恢復至對照水平；ψRo反映PSⅠ反應(yīng)中心活性，兩品種的ψRo在遮蔭脅迫下均顯著降低，ALA處理使兩品種ψRo在3種光照條件下均顯著升高；PⅠABS、PICS和PⅠtotal是光合性能指數(shù)，三者在遮蔭脅迫下均大幅度降低，且隨脅迫程度加劇降低幅度加大，ALA處理使兩品種PⅠABS、PⅠCS和PⅠtotal在3種光照條件下均顯著升高(圖5)。兩品種相比，ALA處理使‘鄭優(yōu)3號’的ψRo、PⅠABS、PⅠCS和PⅠtotal升高幅度更大。這些結(jié)果表明，遮蔭脅迫降低了蘋果葉片的最大光化學效率、PSⅠ 反應(yīng)中心活性和光合性能指數(shù)，而ALA處理不僅抑制了這些指標的降低，而且有使其高于對照的趨勢，證明ALA處理增大了蘋果葉片最大光化學效率，提高了PSⅠ反應(yīng)中心活性，改善了光合性能。

3討論

據(jù)統(tǒng)計，2014年6～9月江蘇豐縣蘋果產(chǎn)區(qū)晴天僅占5%，多云天氣占54%，雨天占34%，陰天占7%，可見該區(qū)雨水確實偏多，屬于典型的溫濕多雨天氣，實施避雨栽培對該區(qū)果樹栽培具有積極的意義。然而，除了避開過多雨水，避雨設(shè)施還不可避免地影響果園內(nèi)其他的環(huán)境因子，其中最大的影響是削弱了光照，使果樹處于弱光環(huán)境中[3]。如本試驗中，在蘋果樹冠頂層之上覆蓋1層塑料薄膜使光照強度約降為全自然光的73%，而對溫度和濕度沒有絕對大的影響，再次證明弱光是避雨栽培主要的負面影響。因此，研究蘋果的耐弱光性及增強蘋果耐弱光性的技術(shù)方法是提高蘋果避雨栽培的可行性，從而大規(guī)模推廣蘋果避雨栽培的關(guān)鍵。為此，本試驗隨機選擇了一種集約化栽培品種‘潤太2號’柱狀蘋果和一種常規(guī)大樹冠蘋果品種‘鄭優(yōu)3號’，研究了其在輕度弱光脅迫和嚴重弱光脅迫下的生理響應(yīng)，并重點探討了新型植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)5-氨基乙酰丙酸(ALA)提高蘋果耐弱光性的效應(yīng)。

弱光對植物生長發(fā)育的影響與弱光環(huán)境中植物的光合作用特性有著密切關(guān)系。本研究中，兩蘋果品種葉片葉綠素含量及葉綠素b/a在遮蔭脅迫下均顯著升高，這與戴強等[28]的研究結(jié)果一致，表明蘋果葉片也具備增大葉綠素含量進而提高對有限光量子的吸收、利用能力的適應(yīng)弱光環(huán)境的策略。但與LS條件相比，SS條件下兩品種的葉綠素含量與葉綠素b/a均顯著降低，又表明蘋果的這一適應(yīng)能力有限。根際澆灌ALA顯著提高了遮蔭脅迫下兩品種蘋果葉片的葉綠素含量，這一方面與其作為葉綠素生物合成的關(guān)鍵前體[29]，參與葉綠素合成調(diào)節(jié)有關(guān)；另一方面與其降低ROS產(chǎn)生速率從而減小葉綠素的降解損失有關(guān)[30]。除此之外，汪良駒等提出ALA還可能作為一種植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)參與調(diào)控葉綠素合成進而調(diào)節(jié)植物生長。ALA顯著提高蘋果葉片葉綠素b/a比值，說明ALA對葉綠素b合成的促進效應(yīng)更大。這印證了前人有關(guān)ALA促進葉綠素a向葉綠素b轉(zhuǎn)化的論斷[31]。由于葉綠素b的主要功能是吸收散射光，而弱光下以藍紫光為主的散光所占比例增加，所以ALA處理提高蘋果葉片葉綠素b含量，更有利于植物葉片在弱光下更好地吸收散射光，增強捕獲光能的能力，這對植物提高耐弱光性具有重要意義。

葉綠素熒光是光合作用研究的活體探針。國內(nèi)外在植物逆境生理研究中已廣泛利用葉綠素熒光特性了解植物對光能的吸收、傳遞、耗散以及光化學反應(yīng)等光合性能情況。近年來，快速葉綠素熒光誘導動力學的應(yīng)用，使光合機構(gòu)及其活性的研究更加深入[32]。本試驗中，從OJIP曲線和各葉綠素熒光參數(shù)的變化來看，弱光脅迫下蘋果葉片用于熱耗散的光能比率增大，光合電子傳遞受到抑制，光合性能被削弱，說明弱光脅迫使蘋果葉片的光合光反應(yīng)的能力下降。ALA處理降低了蘋果葉片在遮蔭脅迫下反應(yīng)中心關(guān)閉的程度和QA電子受體被關(guān)閉的速率，改善了電子傳遞情況。同時，ALA顯著降低了用于熱耗散的量子比率，提高了蘋果葉片在遮蔭脅迫下的光能利用能力。而且，ALA處理還增大了蘋果葉片最大光化學效率，提高了PSI反應(yīng)中心活性，改善了光合性能。因此，ALA顯著提高了蘋果在弱光下的光合能力，這與在甜瓜[8]、番茄[20]上的研究結(jié)果一致，ALA提高植物光能捕獲能力，改善光合效率應(yīng)該是其提高植物耐弱光性的重要機制。

從葉片ROS積累及氧化傷害程度來看，‘鄭優(yōu)3號’對遮蔭脅迫的敏感程度大于‘潤太2號’，說明‘鄭優(yōu)3號’更容易受弱光影響，耐弱光性低于‘潤太2號’。從保護酶活性、葉綠素含量及葉綠素熒光特性的變化來看，ALA使兩品種蘋果的耐弱光能力均顯著提高；兩品種相比，ALA對‘鄭優(yōu)3號’氧化傷害的降低程度、保護酶活性的升高程度及光合性能的改善幅度更顯著，這又說明ALA提高蘋果耐弱光性的作用可能具有普遍性，且對耐弱光性差的品種的改善效果更明顯。

綜上所述，在弱光條件下，根灌ALA顯著提高了蘋果葉片的抗氧化活性，降低了氧化傷害程度，提高了其光能捕獲、傳遞、利用的能力，改善了光合電子傳遞、光系統(tǒng)活性并最終提高了光合性能，即ALA處理使蘋果的耐弱光性顯著提升。由于ALA是一種無毒、可生物降解且對環(huán)境友好的天然物質(zhì)，將ALA應(yīng)用于果樹作物不會帶來食品安全問題，且已證實ALA具有顯著提高果實品質(zhì)的作用，因此，可將ALA應(yīng)用于避雨栽培蘋果以降低弱光的不利影響，提高蘋果的產(chǎn)量與品質(zhì)。

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(編輯:裴阿衛(wèi))

Effectof5-AminolevulinicAcidonLowLightToleranceofAppleLeaves

ANYuyan1,ZHANGLiying1,FENGXinxin1,TIANFan2,LIJie2,WANGLiangju1*

(1CollegeofHorticulture,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China; 2FengxianLinfengFruitandVegetableProfessionalCooperativesofJiangsuProvince,Xuzhou,Jiangsu221723,China)

Abstract:In order to provide theoretical basis for improvement of apple production under rain-shelter cultivation, we evaluated the effect of 5-aminolevulinic acid (ALA) on low light tolerance of apple trees in this study. Specifically, the effects of 10 mg·L-1ALA on reactive oxygen metabolism and fast chlorophyll fluorescence characteristics of apple trees under low light conditions were investigated by root ALA application. Two apple cultivars, ‘Runtai 2’ and ‘Zhengyou 3’, were used, and three light conditions including normal natural condition (Control), light shading stress (LS), and severe shading stress (SS), were designed in our experiment. The main results were as follows: (1) Compared to the control, shading stress significantly decreased superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) activities, and increased the production rates of super anion ) and hydrogen dioxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA) content in both apple cultivars. More increases in MDA content and the production rates of and H2O2 were found in ‘Zhengyou 3’. ALA significantly improved antioxidant enzyme activities, and reduced the production rates of and H2O2 and MDA content. The antioxidant capacity of ‘Zhengyou 3’ was improved more significantly by ALA than that in ‘Runtai 2’. (2) Chlorophyll contents and chlorophyll b/a ratio in apple trees increased under shading stress. ALA further promoted chlorophyll contents and chlorophyll b/a ratio in apple trees under shading stress. (3) Chlorophyll fluorescence parameter VJ, Mo, and DIo/RC significantly increased, and ψo, ψEo, ψRo, PIABS, PICS, and PItotaldramatically decreased under shading stress. ALA inhibited changes of these chlorophyll fluorescence parameters under shading stress, even made them recover to the control levels. These results suggested that oxidative damage occurred in apple trees under low light conditions due to their low antioxidant capacities, and antioxidant capacity in ‘Zhengyou 3’ was lower than that in ‘Runtai 2’. ALA enhanced antioxidant capacity of apple trees, decreased low light-induced oxidative damage, and improved ability of trapping and utilization of light energy, photosynthetic electron transfer ability, light use efficiency, and photosynthetic performance in apple trees under shading stress. Taken together, our results demonstrated that ALA improves low light tolerance of apple trees.

Key words:5-aminolevulinic acid (ALA); shading stress; reactive oxygen metabolism; chlorophyll fluorescence characteristics; apple (Malus domestica Borkh)

文章編號:1000-4025(2016)05-0987-09

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.05.0987

收稿日期:2016-01-18;修改稿收到日期:2016-04-15

基金項目:國家自然科學基金(31401820)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金(KJQN201538)；江蘇省自然科學基金(BK20140702)；江蘇省蘇北科技發(fā)展計劃項目(BN2012035)

作者簡介:安玉艷(1983-)，博士，講師，主要從事植物逆境生理以及植物生長調(diào)節(jié)物質(zhì)作用及其機制研究。 E-mail: anyuyan0447@njau.edu.cn; *通信作者:汪良駒，教授，博士生導師，主要從事果樹生理與分子生物學研究。E-mail: wlj@njau.edu.cn

中圖分類號:Q945.79;S661.1

文獻標志碼:A