5-氨基乙酰丙酸在玉露香梨上的应用研究

刘慧芳，贾语秀，冯新新，李六林

（山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801）

5-氨基乙酰丙酸（5-Aminolevulinic acid，ALA）是生物体内卟啉类化合物（如叶绿素、亚铁血红素）生物合成的关键前体，广泛存在于动植物和微生物细胞中[1]。1997 年，HOTTA 等[2]率先将 ALA 应用于促进萝卜生长，开启了ALA 农业应用研究大门。多年研究表明，ALA不仅可以增强植物叶片光合作用[3-4]、促进作物开花[5]、提高果实内在品质[6-9]、增加作物产量[10-13]，还可以提高植物抗盐、抗旱、抗涝以及抗寒等抗逆能力[14-17]、改善果实着色[7,18-20]，是一种具有多种生理功能的植物生长调节剂。目前，ALA的农业应用大部分集中在蔬菜等草本植物，对于多年生木本植物研究报道相对较少。

玉露香梨是山西省农业科学院果树研究所以库尔勒香梨为母本、雪花梨为父本杂交选育而成的优质、耐藏、中熟梨新品种[21]。玉露香梨在大面积生产栽培过程中，往往因生长条件、栽培技术和环境等因素导致果实内在品质变劣，出现着色不良，甚至几乎不着色现象。笔者通过研究喷施不同质量浓度的ALA 溶液对玉露香梨叶片光合作用和果实品质的影响，旨在为ALA在玉露香梨上的应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料及试剂

试验于2019年4—9月在山西农业大学园艺实验站内进行。梨（Pyrus bretschneideriRehd）品种选用6年生玉露香梨，砧木为杜梨，株行距3 m×4 m，常规管理，选择地形及管理一致的地块，树势中庸、负载量相对一致的树体进行试验。

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

1.2 试验设计

1.2.1 果树营养生长时期试验 ALA 质量浓度设0.1、1.0、10.0 mg/L 共 3 个水平，以清水为对照。于落花后（4月20日）、幼果套袋前（5 月30 日），分2 次喷施低质量浓度的ALA 溶液。以同一株上一个大枝为处理小区，单株区组，随机排列，4次重复。

1.2.2 果实转色期试验 在果实转色期（7月25日、8月10日），分2次向果实喷施质量浓度为50、100、150、200 mg/L 的 ALA 溶液，以清水为对照，每个处理10~15个果实。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 叶片叶绿素的测定 ALA 处理15 d 后测定叶片的叶绿素含量。参照刘连玲等[3]的方法，取0.2 g 叶片，用丙酮-乙醇混合液浸提，再分别测定445、645、663 nm处吸光值，计算叶片中的叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素含量。每个处理采摘10～15 片叶。

1.3.2 气体交换参数的测定 ALA 处理15 d 后测定叶片的光合参数。参照郭连金等[22]的方法，在晴朗无风的天气，8：00—10：00 采用 Li-6400 型便携式光合仪测定叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率等气体交换参数。每个处理测定15～20片叶。

1.3.3 果实品质的测定 果实成熟后采摘果实，测定品质指标。可溶性固形物使用PAL-1 型手持折光仪上进行测定；可溶性糖含量用蒽酮比色法测定[23]；可滴定酸含量用酸碱滴定法测定[24]。ALA 处理后20 d采摘果实，测定果皮中花青苷的含量。花青苷含量参考UBI 等[25]的方法，使用盐酸-甲醇溶液（体积比为1∶99）浸提后测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2017 进行数据整理和图表制作，SPSS 21.0 软件进行统计分析，采用AVONA进行各处理间的显著性检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度ALA对玉露香梨叶片叶绿素含量的影响

由表1可知，喷施低质量浓度（0.1～10.0 mg/L）ALA 能够显著提高叶片的叶绿素a、叶绿素b 和总叶绿素的含量。与对照相比较，0.1、1.0、10.0 mg/L ALA 分别增加了35.5%、45.4%和28.9%的叶绿素a含量；39.6%、54.5%和30.7%的叶绿素b 含量；36.7%、48.0%和29.4%的总叶绿素含量。然而，喷施不同质量浓度的ALA溶液后，玉露香梨叶片的叶绿素a/b 与对照相比没有显著差异。综上，对玉露香梨叶片喷施低质量浓度的ALA 可以显著提高其叶绿素含量，其中，1.0 mg/L ALA处理增加量最多。

表1 不同质量浓度ALA处理对玉露香梨叶片叶绿素的影响Tab.1 Effects of different concentrations of ALA on chlorophyll in leaves of Yuluxiang pear

2.2 不同质量浓度ALA对玉露香梨叶片气体交换参数的影响

从图 1 可以看出，0.1～10.0 mg/L ALA 处理后，叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度均不同程度的升高，且达到显著差异水平。其中，净光合速率在10.0 mg/L ALA 处理后达到最大值，且显著高于其他2 种ALA 处理，增幅达27.5%。气孔导度在0.1、1.0 mg/L ALA处理后分别比对照增加了62.5%和58.1%，显著高于10.0 mg/L 的ALA处理的增幅（41.3%）。蒸腾速率在3个ALA处理间没有显著差异。胞间CO2浓度在0.1 mg/L的ALA处理后达到最大值，之后随着ALA质量浓度的增加而降低。总之，喷施低质量浓度的ALA可以显著提高叶片的光合速率。

2.3 不同质量浓度ALA对玉露香梨果实品质的影响

低质量浓度（0～10.0 mg/L）ALA处理对玉露香梨果实品质的影响如表2所示。

表2 不同质量浓度ALA对玉露香梨果实品质的影响Tab.2 Effects of different mass concentrations of ALA on fruit quality of Yuluxiang pear

从表2可以看出，喷施低质量浓度的ALA溶液后可不同程度降低果实中可滴定酸的含量，其中，1.0 mg/L ALA 处理效果最好，可滴定酸含量降低了30.7%。3个ALA处理可增加果实中可溶性固形物含量，其中，喷施0～1.0 mg/L ALA 溶液效果明显，达到了显著水平。同时，喷施3 种低质量浓度的ALA溶液后显著提高了果实中可溶性糖的含量，增幅为2.7%～8.8%。喷施低质量浓度的ALA溶液可以显著提高果实的固酸比，喷施0.1、1.0、10.0 mg/L ALA 溶液的果实中固酸比与对照相比分别提高了26.3%、42.9%和29.9%。喷施不同质量浓度ALA溶液果实的糖酸比差异显著，由高到低分别是喷施1.0、10.0、0.1 mg/L ALA 溶液，其中，喷施1.0 mg/L ALA 溶液的果实中糖酸比比对照提高42.1%，达到极显著水平，喷施0.1、10.0 mg/L ALA溶液的固酸比比对照分别提高了22.2%和33.1%。综上，在玉露香梨营养生长期的叶片上喷施低质量浓度的ALA溶液后，尤其是喷施1.0 mg/L ALA溶液可以显著提高其果实品质。

2.4 不同质量浓度ALA对玉露香梨果实花青苷含量的影响

由图2可知，除了50 mg/L ALA处理外，喷施高质量浓度的ALA 均显著增加玉露香梨果皮花青苷含量。随着质量浓度的增加，ALA诱导果实花青苷增加量呈现先上升后下降趋势。其中，100 mg/L的ALA诱导玉露香梨果皮花青苷积累的效果最佳，比对照提高了161.6%。因此，喷施高质量浓度ALA溶液可以显著提高玉露香梨的果实中花青苷的含量，改善果实的着色能力。

3 结论与讨论

施用植物生长调节剂和内源植物激素是提高植物光合作用的有效途径。据报道，在正常条件[2]

和各种胁迫条件（如低温[26]、高盐[14-15]、弱光[27-28]、涝害[16]和高温[29]）下，外源施用ALA 均能显著提高和改善植物的光合能力。本研究证实，营养生长阶段喷施ALA 能够显著提高玉露香梨叶片的光合作用和果实品质，表明ALA在梨树生产上有着重要的应用前景。

外源ALA 处理的植株净光合速率一般较高[30-31]。本研究中，随着ALA 质量浓度的增加，叶片净光合速率呈增加趋势，而胞间CO2浓度呈现下降趋势。这一结果表明，ALA诱导的梨叶片净光合速率的增加主要与非气孔因素有关，与SUN等[32]在西瓜中的研究结果相一致。虽然ALA 是叶绿素生物合成的关键前体[33-34]，本研究也发现外源喷施ALA 的一个显著作用就是提高作物叶片叶绿素含量（包括叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素），尤其是对叶片喷施1.0 mg/L ALA 溶液后，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量与对照相比分别增加了45.4%、54.5%和48.0%，但很难将ALA 促进植物光合作用完全归因于叶绿素的大量积累。刘卫琴等[35]研究发现，外源ALA 处理不影响草莓叶片叶绿素含量，却提高了草莓叶片的光合速率。此外，HOTTA等[2，26]研究表明，单独使用ALA 可以促进植物体内Chl的积累；然而，利用ALA促进光合作用也需要综合营养供应。因此，除了叶绿素含量外，ALA 促进光合作用的潜在机制可能与增加光合作用电子传递活性[28]、抗氧化活性[14,32]、Rubisco活性[31]和促进养分利用效率[31]有关。今后还需要进一步加强这方面的研究。

在果树营养生长时期，喷施低质量浓度的ALA溶液，不仅可以提高叶片的光合作用，还可以影响果实的内在品质。本研究表明，ALA溶液质量浓度为1 mg/L时，对玉露香梨果实内在品质的改善效果最显著，果实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别增加了9.5%和8.8%，同时固酸比和糖酸比分别增加了42.9%和42.1%。这些效果与以前在苹果[20]、葡萄[9]、桃[6]的研究结果相类似。

ALA促进果实花青苷积累的效应已在苹果[20]、桃[19]、葡萄[3]、荔枝[36]等果树上得到验证，证明其在改善果实外观品质也具有重要的应用潜力。但是与营养器官需要的ALA处理浓度相比较，果实更耐高质量浓度的ALA。因此，一般选用较高质量浓度ALA 溶液诱导果实花青苷积累。在对玉露香梨用较高质量浓度（＞50 mg/L）的ALA 溶液喷施后，果实的花青苷含量有了显著的提高。其中，100 mg/L ALA 溶液促进玉露香梨果实花青苷积累的效果最为显著，花青苷含量与对照相比提高了161.6%，有效的改善了果实着色。目前，有关ALA诱导果实花青苷积累的机制研究主要集中于苹果，与果实成熟转录因子MdMADS1[37]、内源激素[38]等密切相关。然而，苹果与梨的果实在花青苷积累上存在调控差异[39]，ALA诱导梨果实花青苷积累的机制还需进一步研究。

综上所述，在玉露香梨生长阶段喷施1 mg/L ALA能够显著提高玉露香梨叶片的光合能力，从而增加光合产物积累，提高果实内在品质。在果实转色期喷施100 mg/L ALA诱导花青苷的积累，改善果实外在品质。本研究不仅为ALA 提高玉露香梨果实品质提供支撑，同时对ALA促进玉露香梨果实着色的研究也奠定了理论基础。