5-氨基乙酰丙酸在玉露香梨上的應(yīng)用研究

劉慧芳，賈語秀，馮新新，李六林

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801）

5-氨基乙酰丙酸（5-Aminolevulinic acid，ALA）是生物體內(nèi)卟啉類化合物（如葉綠素、亞鐵血紅素）生物合成的關(guān)鍵前體，廣泛存在于動(dòng)植物和微生物細(xì)胞中[1]。1997 年，HOTTA 等[2]率先將 ALA 應(yīng)用于促進(jìn)蘿卜生長，開啟了ALA 農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究大門。多年研究表明，ALA不僅可以增強(qiáng)植物葉片光合作用[3-4]、促進(jìn)作物開花[5]、提高果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)[6-9]、增加作物產(chǎn)量[10-13]，還可以提高植物抗鹽、抗旱、抗?jié)骋约翱购瓤鼓婺芰14-17]、改善果實(shí)著色[7,18-20]，是一種具有多種生理功能的植物生長調(diào)節(jié)劑。目前，ALA的農(nóng)業(yè)應(yīng)用大部分集中在蔬菜等草本植物，對于多年生木本植物研究報(bào)道相對較少。

玉露香梨是山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所以庫爾勒香梨為母本、雪花梨為父本雜交選育而成的優(yōu)質(zhì)、耐藏、中熟梨新品種[21]。玉露香梨在大面積生產(chǎn)栽培過程中，往往因生長條件、栽培技術(shù)和環(huán)境等因素導(dǎo)致果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)變劣，出現(xiàn)著色不良，甚至幾乎不著色現(xiàn)象。筆者通過研究噴施不同質(zhì)量濃度的ALA 溶液對玉露香梨葉片光合作用和果實(shí)品質(zhì)的影響，旨在為ALA在玉露香梨上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料及試劑

試驗(yàn)于2019年4—9月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝實(shí)驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行。梨（Pyrus bretschneideriRehd）品種選用6年生玉露香梨，砧木為杜梨，株行距3 m×4 m，常規(guī)管理，選擇地形及管理一致的地塊，樹勢中庸、負(fù)載量相對一致的樹體進(jìn)行試驗(yàn)。

5-氨基乙酰丙酸（5-Aminolevulinic acid，ALA）購自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 果樹營養(yǎng)生長時(shí)期試驗(yàn) ALA 質(zhì)量濃度設(shè)0.1、1.0、10.0 mg/L 共 3 個(gè)水平，以清水為對照。于落花后（4月20日）、幼果套袋前（5 月30 日），分2 次噴施低質(zhì)量濃度的ALA 溶液。以同一株上一個(gè)大枝為處理小區(qū)，單株區(qū)組，隨機(jī)排列，4次重復(fù)。

1.2.2 果實(shí)轉(zhuǎn)色期試驗(yàn) 在果實(shí)轉(zhuǎn)色期（7月25日、8月10日），分2次向果實(shí)噴施質(zhì)量濃度為50、100、150、200 mg/L 的 ALA 溶液，以清水為對照，每個(gè)處理10~15個(gè)果實(shí)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 葉片葉綠素的測定 ALA 處理15 d 后測定葉片的葉綠素含量。參照劉連玲等[3]的方法，取0.2 g 葉片，用丙酮-乙醇混合液浸提，再分別測定445、645、663 nm處吸光值，計(jì)算葉片中的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素含量。每個(gè)處理采摘10～15 片葉。

1.3.2 氣體交換參數(shù)的測定 ALA 處理15 d 后測定葉片的光合參數(shù)。參照郭連金等[22]的方法，在晴朗無風(fēng)的天氣，8：00—10：00 采用 Li-6400 型便攜式光合儀測定葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等氣體交換參數(shù)。每個(gè)處理測定15～20片葉。

1.3.3 果實(shí)品質(zhì)的測定 果實(shí)成熟后采摘果實(shí)，測定品質(zhì)指標(biāo)?？扇苄怨绦挝锸褂肞AL-1 型手持折光儀上進(jìn)行測定；可溶性糖含量用蒽酮比色法測定[23]；可滴定酸含量用酸堿滴定法測定[24]。ALA 處理后20 d采摘果實(shí)，測定果皮中花青苷的含量。花青苷含量參考UBI 等[25]的方法，使用鹽酸-甲醇溶液（體積比為1∶99）浸提后測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2017 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表制作，SPSS 21.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用AVONA進(jìn)行各處理間的顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同質(zhì)量濃度ALA對玉露香梨葉片葉綠素含量的影響

由表1可知，噴施低質(zhì)量濃度（0.1～10.0 mg/L）ALA 能夠顯著提高葉片的葉綠素a、葉綠素b 和總?cè)~綠素的含量。與對照相比較，0.1、1.0、10.0 mg/L ALA 分別增加了35.5%、45.4%和28.9%的葉綠素a含量；39.6%、54.5%和30.7%的葉綠素b 含量；36.7%、48.0%和29.4%的總?cè)~綠素含量。然而，噴施不同質(zhì)量濃度的ALA溶液后，玉露香梨葉片的葉綠素a/b 與對照相比沒有顯著差異。綜上，對玉露香梨葉片噴施低質(zhì)量濃度的ALA 可以顯著提高其葉綠素含量，其中，1.0 mg/L ALA處理增加量最多。

表1 不同質(zhì)量濃度ALA處理對玉露香梨葉片葉綠素的影響Tab.1 Effects of different concentrations of ALA on chlorophyll in leaves of Yuluxiang pear

2.2 不同質(zhì)量濃度ALA對玉露香梨葉片氣體交換參數(shù)的影響

從圖 1 可以看出，0.1～10.0 mg/L ALA 處理后，葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和胞間CO2濃度均不同程度的升高，且達(dá)到顯著差異水平。其中，凈光合速率在10.0 mg/L ALA 處理后達(dá)到最大值，且顯著高于其他2 種ALA 處理，增幅達(dá)27.5%。氣孔導(dǎo)度在0.1、1.0 mg/L ALA處理后分別比對照增加了62.5%和58.1%，顯著高于10.0 mg/L 的ALA處理的增幅（41.3%）。蒸騰速率在3個(gè)ALA處理間沒有顯著差異。胞間CO2濃度在0.1 mg/L的ALA處理后達(dá)到最大值，之后隨著ALA質(zhì)量濃度的增加而降低?？傊?，噴施低質(zhì)量濃度的ALA可以顯著提高葉片的光合速率。

2.3 不同質(zhì)量濃度ALA對玉露香梨果實(shí)品質(zhì)的影響

低質(zhì)量濃度（0～10.0 mg/L）ALA處理對玉露香梨果實(shí)品質(zhì)的影響如表2所示。

表2 不同質(zhì)量濃度ALA對玉露香梨果實(shí)品質(zhì)的影響Tab.2 Effects of different mass concentrations of ALA on fruit quality of Yuluxiang pear

從表2可以看出，噴施低質(zhì)量濃度的ALA溶液后可不同程度降低果實(shí)中可滴定酸的含量，其中，1.0 mg/L ALA 處理效果最好，可滴定酸含量降低了30.7%。3個(gè)ALA處理可增加果實(shí)中可溶性固形物含量，其中，噴施0～1.0 mg/L ALA 溶液效果明顯，達(dá)到了顯著水平。同時(shí)，噴施3 種低質(zhì)量濃度的ALA溶液后顯著提高了果實(shí)中可溶性糖的含量，增幅為2.7%～8.8%。噴施低質(zhì)量濃度的ALA溶液可以顯著提高果實(shí)的固酸比，噴施0.1、1.0、10.0 mg/L ALA 溶液的果實(shí)中固酸比與對照相比分別提高了26.3%、42.9%和29.9%。噴施不同質(zhì)量濃度ALA溶液果實(shí)的糖酸比差異顯著，由高到低分別是噴施1.0、10.0、0.1 mg/L ALA 溶液，其中，噴施1.0 mg/L ALA 溶液的果實(shí)中糖酸比比對照提高42.1%，達(dá)到極顯著水平，噴施0.1、10.0 mg/L ALA溶液的固酸比比對照分別提高了22.2%和33.1%。綜上，在玉露香梨營養(yǎng)生長期的葉片上噴施低質(zhì)量濃度的ALA溶液后，尤其是噴施1.0 mg/L ALA溶液可以顯著提高其果實(shí)品質(zhì)。

2.4 不同質(zhì)量濃度ALA對玉露香梨果實(shí)花青苷含量的影響

由圖2可知，除了50 mg/L ALA處理外，噴施高質(zhì)量濃度的ALA 均顯著增加玉露香梨果皮花青苷含量。隨著質(zhì)量濃度的增加，ALA誘導(dǎo)果實(shí)花青苷增加量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。其中，100 mg/L的ALA誘導(dǎo)玉露香梨果皮花青苷積累的效果最佳，比對照提高了161.6%。因此，噴施高質(zhì)量濃度ALA溶液可以顯著提高玉露香梨的果實(shí)中花青苷的含量，改善果實(shí)的著色能力。

3 結(jié)論與討論

施用植物生長調(diào)節(jié)劑和內(nèi)源植物激素是提高植物光合作用的有效途徑。據(jù)報(bào)道，在正常條件[2]

和各種脅迫條件（如低溫[26]、高鹽[14-15]、弱光[27-28]、澇害[16]和高溫[29]）下，外源施用ALA 均能顯著提高和改善植物的光合能力。本研究證實(shí)，營養(yǎng)生長階段噴施ALA 能夠顯著提高玉露香梨葉片的光合作用和果實(shí)品質(zhì)，表明ALA在梨樹生產(chǎn)上有著重要的應(yīng)用前景。

外源ALA 處理的植株凈光合速率一般較高[30-31]。本研究中，隨著ALA 質(zhì)量濃度的增加，葉片凈光合速率呈增加趨勢，而胞間CO2濃度呈現(xiàn)下降趨勢。這一結(jié)果表明，ALA誘導(dǎo)的梨葉片凈光合速率的增加主要與非氣孔因素有關(guān)，與SUN等[32]在西瓜中的研究結(jié)果相一致。雖然ALA 是葉綠素生物合成的關(guān)鍵前體[33-34]，本研究也發(fā)現(xiàn)外源噴施ALA 的一個(gè)顯著作用就是提高作物葉片葉綠素含量（包括葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素），尤其是對葉片噴施1.0 mg/L ALA 溶液后，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量與對照相比分別增加了45.4%、54.5%和48.0%，但很難將ALA 促進(jìn)植物光合作用完全歸因于葉綠素的大量積累。劉衛(wèi)琴等[35]研究發(fā)現(xiàn)，外源ALA 處理不影響草莓葉片葉綠素含量，卻提高了草莓葉片的光合速率。此外，HOTTA等[2，26]研究表明，單獨(dú)使用ALA 可以促進(jìn)植物體內(nèi)Chl的積累；然而，利用ALA促進(jìn)光合作用也需要綜合營養(yǎng)供應(yīng)。因此，除了葉綠素含量外，ALA 促進(jìn)光合作用的潛在機(jī)制可能與增加光合作用電子傳遞活性[28]、抗氧化活性[14,32]、Rubisco活性[31]和促進(jìn)養(yǎng)分利用效率[31]有關(guān)。今后還需要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究。

在果樹營養(yǎng)生長時(shí)期，噴施低質(zhì)量濃度的ALA溶液，不僅可以提高葉片的光合作用，還可以影響果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)。本研究表明，ALA溶液質(zhì)量濃度為1 mg/L時(shí)，對玉露香梨果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的改善效果最顯著，果實(shí)中可滴定酸含量降低了31%，可溶性固形物以及可溶性糖的含量分別增加了9.5%和8.8%，同時(shí)固酸比和糖酸比分別增加了42.9%和42.1%。這些效果與以前在蘋果[20]、葡萄[9]、桃[6]的研究結(jié)果相類似。

ALA促進(jìn)果實(shí)花青苷積累的效應(yīng)已在蘋果[20]、桃[19]、葡萄[3]、荔枝[36]等果樹上得到驗(yàn)證，證明其在改善果實(shí)外觀品質(zhì)也具有重要的應(yīng)用潛力。但是與營養(yǎng)器官需要的ALA處理濃度相比較，果實(shí)更耐高質(zhì)量濃度的ALA。因此，一般選用較高質(zhì)量濃度ALA 溶液誘導(dǎo)果實(shí)花青苷積累。在對玉露香梨用較高質(zhì)量濃度（＞50 mg/L）的ALA 溶液噴施后，果實(shí)的花青苷含量有了顯著的提高。其中，100 mg/L ALA 溶液促進(jìn)玉露香梨果實(shí)花青苷積累的效果最為顯著，花青苷含量與對照相比提高了161.6%，有效的改善了果實(shí)著色。目前，有關(guān)ALA誘導(dǎo)果實(shí)花青苷積累的機(jī)制研究主要集中于蘋果，與果實(shí)成熟轉(zhuǎn)錄因子MdMADS1[37]、內(nèi)源激素[38]等密切相關(guān)。然而，蘋果與梨的果實(shí)在花青苷積累上存在調(diào)控差異[39]，ALA誘導(dǎo)梨果實(shí)花青苷積累的機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

綜上所述，在玉露香梨生長階段噴施1 mg/L ALA能夠顯著提高玉露香梨葉片的光合能力，從而增加光合產(chǎn)物積累，提高果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)。在果實(shí)轉(zhuǎn)色期噴施100 mg/L ALA誘導(dǎo)花青苷的積累，改善果實(shí)外在品質(zhì)。本研究不僅為ALA 提高玉露香梨果實(shí)品質(zhì)提供支撐，同時(shí)對ALA促進(jìn)玉露香梨果實(shí)著色的研究也奠定了理論基礎(chǔ)。