乙酰丙酸對(duì)紅富士蘋果葉片生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響

楊莉莉，張金水，李 娜，同延安

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100)

乙酰丙酸(Levulinic acid，LA)，又名左旋糖酸、戊隔酮酸，它的分子中有一個(gè)羰基和一個(gè)羧基，有良好的反應(yīng)性，廣泛用于食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化工等領(lǐng)域，被認(rèn)為是一種非常有潛力的綠色平臺(tái)化合物[1-3]。它主要是通過(guò)生物質(zhì)的水解來(lái)制得，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，原料來(lái)源廣泛[4]。5-氨基乙酰丙酸(5-Aminolevulinic Acid，5-ALA)是廣泛存在于動(dòng)植物及微生物體內(nèi)的天然氨基酸，是生物化學(xué)中至關(guān)重要的化合物，它是四氫吡咯(構(gòu)成血紅素、細(xì)胞色素、維生素B12的物質(zhì))的前綴化合物，也是生物體合成葉綠素、血紅素、維生素B12等必不可少的物質(zhì)，被廣泛用于農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等領(lǐng)域[5-6]。在農(nóng)業(yè)上，5-ALA主要被用作除草劑和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。目前，國(guó)內(nèi)外分別研究建立了化學(xué)合成和微生物發(fā)酵制生產(chǎn)ALA的工藝路線[7-10]，兩種工藝均有LA的參與，在化學(xué)合成方法中，LA是初始原料；在微生物發(fā)酵法中，LA起到ALA脫氫酶抑制劑的作用，促進(jìn)ALA的積累。國(guó)內(nèi)外已有不少研究認(rèn)為ALA可以提高植物葉綠素含量、促進(jìn)光合作用[11-14]、增加作物產(chǎn)量[6，15-16]、提高作物的抗逆性[17-20]等，但是由于ALA產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)主要通過(guò)高成本、高污染和得率低的化學(xué)法合成，導(dǎo)致ALA價(jià)格較高[5，21-22]，2015年價(jià)格為每克2 500元左右，這限制了其廣泛使用，目前用ALA進(jìn)行試驗(yàn)的較多，還未見大面積推廣應(yīng)用；而與ALA關(guān)系密切的LA作為一種非常有潛力的綠色平臺(tái)化合物，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，2013年的價(jià)格僅為每千克5～8美元。LA是否可以作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑對(duì)作物產(chǎn)生類似ALA的作用僅見于葡萄[23]和蔬菜[24]上的研究，為了探究LA的作用，本研究以蘋果為研究對(duì)象，通過(guò)葉面噴施不同濃度的LA，探究LA對(duì)蘋果生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響，以期為L(zhǎng)A在植物上的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的蘋果為‘紅富士’，供試噴施藥品有效成分是乙酰丙酸，質(zhì)量濃度為5.3 g/L。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)10個(gè)處理，分為3個(gè)不同的噴施時(shí)期(5、6月，5、6、7月，5、6、7、8月)和3個(gè)不同的噴施稀釋倍數(shù)(稀釋600倍、800倍、1 000倍)及對(duì)照處理，每個(gè)處理選擇長(zhǎng)勢(shì)均勻且無(wú)病害的5棵‘紅富士’果樹，重復(fù)3次，田間隨機(jī)區(qū)組排列。即在5、6月中旬分別選擇45棵樹噴施稀釋600倍、800倍、1 000倍的乙酰丙酸，對(duì)其中的15棵做標(biāo)記，7、8月份不再噴施乙酰丙酸，僅噴施等量清水；7月中旬每個(gè)噴施稀釋倍數(shù)下的其余30棵樹繼續(xù)噴施相應(yīng)稀釋倍數(shù)的乙酰丙酸，其中15棵做標(biāo)記，8月份僅噴等量清水；8月中旬給每個(gè)稀釋倍數(shù)處理的最后15棵樹噴施相應(yīng)質(zhì)量濃度的乙酰丙酸，對(duì)照處理分別在5、6、7、8月中旬噴施等量清水(表1)。為了探究不同環(huán)境及不同樹齡是否影響乙酰丙酸的效果，試驗(yàn)在陜西蒲城和鳳翔兩地同時(shí)進(jìn)行，蒲城地區(qū)為7 a生‘紅富士’，鳳翔地區(qū)為9 a生‘紅富士’。果園施肥、灌溉、修剪等其他措施均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣一致。

表1 蘋果乙酰丙酸噴施方案Table 1 Spray concentration and time of levulinic acid in apple orchards

1.3 樣品采集與測(cè)定

9月中旬測(cè)定葉綠素SPAD值和百葉鮮質(zhì)量。采樣方法為：沿果樹四周采集當(dāng)年新生枝條中上部葉片，每株20～30片，采后立即用便攜式SPAD-502葉綠素儀測(cè)定葉綠素SPAD值；將每個(gè)處理按重復(fù)混勻后隨機(jī)選取100片，用電子天平測(cè)定百葉鮮質(zhì)量。果實(shí)收獲時(shí)，從果樹的東南西北4個(gè)方向采集果實(shí)，每個(gè)小區(qū)采集30個(gè)，帶回實(shí)驗(yàn)室用于品質(zhì)測(cè)定；每個(gè)小區(qū)實(shí)際收獲的果實(shí)為每個(gè)小區(qū)的總產(chǎn)量?？扇苄蕴琴|(zhì)量分?jǐn)?shù)用蒽酮比色法測(cè)定，可滴定酸用NaOH滴定法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 20.0 和Excel 2007處理數(shù)據(jù)和 作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間對(duì)蘋果葉片葉綠素SPAD值的影響

噴施不同稀釋倍數(shù)(不同時(shí)期平均值)和同一稀釋倍數(shù)不同噴施時(shí)間的蘋果葉片在成熟期的葉綠素SPAD值如表2。兩地均是噴施乙酰丙酸處理的葉片葉綠素SPAD值顯著高于對(duì)照處理，但隨著稀釋倍數(shù)的增加，葉綠素SPAD值又呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)，噴施稀釋600倍處理的葉綠素SPAD值最高，鳳翔和蒲城兩地分別為62.40和57.77，顯著高于稀釋1 000倍的處理。同一稀釋倍數(shù)不同噴施時(shí)間的葉綠素SPAD值均表現(xiàn)為5、6、7月和5、6、7、8月噴施處理顯著高于5、6月噴施處理，5、6、7與5、6、7、8月噴施間無(wú)顯著性差異。表明噴施乙酰丙酸可以增加蘋果葉片葉綠素SPAD值，且增加的幅度與稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間有關(guān)。

2.2 不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間對(duì)蘋果百葉鮮質(zhì)量的影響

從表3可以看出，噴施不同稀釋倍數(shù)對(duì)蘋果百葉鮮質(zhì)量的影響與對(duì)葉綠素SPAD值的影響呈現(xiàn)相同特點(diǎn)，噴施乙酰丙酸處理的百葉鮮質(zhì)量均顯著高于對(duì)照處理。不同稀釋倍數(shù)處理的百葉鮮質(zhì)量表現(xiàn)為：稀釋600倍>稀釋800倍>稀釋1 000倍>對(duì)照。不同噴施時(shí)間對(duì)百葉鮮質(zhì)量的影響以5、6月份噴施的效果明顯比5、6、7月和5、6、7、8月份噴施的效果好。表明百葉鮮質(zhì)量同葉綠素類似，也會(huì)因噴施乙酰丙酸而增加，且與噴施時(shí)期和稀釋倍數(shù)有關(guān)。

表2 乙酰丙酸不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間下葉片葉綠素SPAD值Table 2 Chlorophyll SPAD value in apple leaves of spraying concentration and time of levulinic acid

注：同列同一稀釋倍數(shù)中不同字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)；其余同列不同字母表示不同稀釋倍數(shù)處理差異顯著(P<0.05)。 下同。

Note:Different letters in the same dilution multiple of the same column indicate significant difference atP<0.05 level,and other different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05 levels under different treatments.The same below.

表3 乙酰丙酸不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間下蘋果百葉鮮質(zhì)量Table 3 Fresh mass of onehundred leaves of spraying concentration and time of levulinic acid

2.3 不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間對(duì)蘋果產(chǎn)量的 影響

由表4可見，與對(duì)照相比，兩地噴施不同稀釋倍數(shù)乙酰丙酸均增加了蘋果產(chǎn)量，且稀釋600倍處理的產(chǎn)量最高，分別高于對(duì)照16.48%和 12.41%(P<0.05)；稀釋600倍與800、1 000倍之間的差異不顯著。鳳翔地區(qū)，不同噴施時(shí)期對(duì)蘋果產(chǎn)量無(wú)顯著性影響；蒲城地區(qū)，在稀釋600倍和800倍條件下，5、6、7月和5、6、7、8月噴施的產(chǎn)量顯著高于5、6月的。

兩地試驗(yàn)結(jié)果表明，與噴施時(shí)間相比，噴施不同稀釋倍數(shù)對(duì)蘋果產(chǎn)量的影響較大，且不同樹齡不同生長(zhǎng)環(huán)境的果樹對(duì)不同噴施時(shí)期的產(chǎn)量效應(yīng)有差異。

表4 乙酰丙酸不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間下蘋果產(chǎn)量Table 4 Apple yield of spraying concentration and time of levulinic acid

2.4 不同稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)間對(duì)蘋果品質(zhì)的 影響

從表5可以看出，兩地不同時(shí)期噴施相同稀釋倍數(shù)的乙酰丙酸對(duì)果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均無(wú)顯著性影響，且蒲城地區(qū)的可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體高于鳳翔地區(qū)。鳳翔地區(qū)噴施乙酰丙酸處理的果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于對(duì)照處理，但不同稀釋倍數(shù)之間差異不顯著；蒲城地區(qū)噴施稀釋600倍、1 000倍乙酰丙酸的處理果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照。表明任何時(shí)期噴施任何稀釋倍數(shù)的乙酰丙酸均可以增加蘋果果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

鳳翔地區(qū)蘋果果實(shí)可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不受乙酰丙酸噴施時(shí)期和噴施不同稀釋倍數(shù)的影響；蒲城地區(qū)稀釋800和1 000倍的濃度下，5、6月噴施處理的果實(shí)可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著低于5、6、7月和5、6、7、8月份噴施處理的(表5)。影響果實(shí)風(fēng)味及口感的主要是糖酸比，兩地區(qū)不同處理間糖酸比差異均不顯著，但噴施乙酰丙酸的處理略高于對(duì)照，其中以稀釋600倍的糖酸比較對(duì)照增加最多。表明噴施乙酰丙酸可以一定程度改善蘋果果實(shí)品質(zhì)。

3 討 論

大量研究表明5-ALA可以提高作物葉綠素含量，增強(qiáng)植物的光合能力[25-28]，這與ALA是葉綠素合成的前提物質(zhì)[6，29]有關(guān)。而LA是5-ALA的脫氫酶抑制劑[22，30]，在植物體內(nèi)，LA會(huì)抑制 5-ALA合成葉綠素，促使植物體內(nèi)5-ALA積累[31-32]；在微生物培養(yǎng)中，增加LA，會(huì)使5-ALA合成酶活性增加、脫氫酶活性降低，達(dá)到增加 5-ALA產(chǎn)量的效果[33]。楊莉莉等[23]和王小英等[24]分別在葡萄和葉菜上的研究發(fā)現(xiàn)噴施LA能增加植物葉片的葉綠素SPAD值，且葡萄和生菜葉片葉綠素SPAD值均在稀釋600倍時(shí)最高。本研究中發(fā)現(xiàn)噴施LA顯著提高蘋果葉片葉綠素SPAD值和百葉鮮質(zhì)量，且受噴施稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)期的影響，原因可能是噴施LA后，使植物體內(nèi)的5-ALA脫氫酶活性受抑制，使5-ALA在植物體內(nèi)短暫積累，且可能使5-ALA活性增加，隨后積累的5-ALA再促使葉綠素合成的增加[23]或通過(guò)改變四吡咯代謝和轉(zhuǎn)錄[34]，從而使光合效應(yīng)增強(qiáng)，促進(jìn)葉片中物質(zhì)的積累，增加葉片鮮質(zhì)量。這與5-AlA的作用類似[35-36]，可以增加葉綠素、葉片鮮質(zhì)量，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

關(guān)于5-ALA對(duì)作物產(chǎn)量的影響，已經(jīng)有大量研究報(bào)道[6，15，37]。5-ALA增加作物產(chǎn)量的原因被認(rèn)為與ALA增加葉綠素，提高葉片光合能力，從而促進(jìn)干物質(zhì)積累有關(guān)[25，27，34，38]。本研究中，LA處理均能提高兩地的蘋果產(chǎn)量，且以稀釋600倍處理的增產(chǎn)效果最好。這與楊莉莉等[23]和王小英等[24]分別在葡萄和葉菜上的研究結(jié)果一致，原因可能與LA是5-ALA的脫氫酶抑制劑，通過(guò)影響5-ALA來(lái)影響產(chǎn)量。5-ALA對(duì)產(chǎn)量的影響報(bào)道較多的是對(duì)作物可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響[28，39]，本研究通過(guò)對(duì)果實(shí)可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的分析表明，與對(duì)照相比，不同施用時(shí)期對(duì)其影響不顯著，不同噴施稀釋倍數(shù)的影響較顯著。這可能是由于光合速率的增加導(dǎo)致碳水化合物的增加[28]或者促進(jìn)可溶性糖合成途徑中重要酶的合成或提高酶的活性[38]而促使可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加。

5-ALA對(duì)作物的作用效果與其施用的稀釋倍數(shù)、時(shí)間及作物種類等有關(guān)[6，40]，本研究中同一稀釋倍數(shù)水平下，均以5、6、7月份噴施和5、6、7、8月份噴施對(duì)蘋果生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響效果優(yōu)于5、6月噴施的效果，可能與LA效果維持的時(shí)間有關(guān)。LA對(duì)兩地蘋果生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)的影響差異除了與稀釋倍數(shù)和噴施時(shí)期有關(guān)外，還可能與兩地樹齡和生長(zhǎng)環(huán)境不同有關(guān)，但總體均是以5、6、7月份噴施稀釋600倍LA的處理作用效果最佳，這可能是LA對(duì)ALA影響的原因，但具體的作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

噴施適宜濃度的乙酰丙酸能提高蘋果葉片葉綠素SPAD值、增加葉片鮮質(zhì)量、增加蘋果產(chǎn)量和改善品質(zhì)，且以5、6、7月和5、6、7、8月份噴施稀釋600倍乙酰丙酸的處理作用效果最佳，考慮到人工成本和時(shí)間成本，建議生產(chǎn)上在5、6、7月份噴施稀釋600倍的乙酰丙酸來(lái)改善蘋果生長(zhǎng)狀況和提高產(chǎn)量品質(zhì)。