5-氨基乙酰丙酸调节梨树叶片光合特性的研究

【摘要】：光合作用是果树生长发育的基础,果树的光合效率越高,积累的光合产物越多,越有利于树体的健壮生长,根系发育,枝条充实,花芽饱满,最终保证果实的品质与产量。光能是整个光合作用反应的驱动力,光能的捕获与传递过程会直接影响植株光合效率的表现,但过多光能的吸收会引起光化学效率的降低。只有光合作用的光化学反应与碳同化反应相协调,植物的光合作用才会达到最佳状态。5-氨基乙酰丙酸(ALA)是所有生物体内卟啉化合物生物合成的关键前体,在农业生产上有着重要的应用前景。前人研究表明,外源ALA能够提高植物的光合作用,但在木本果树上还未见报道。本研究以梨树品种为材料,研究了梨树自身光合作用的特性以及外源施用ALA或以ALA为主要成份的叶面肥对梨树光合作用的影响,并探讨了ALA促进植物光合作用的机制。主要结果如下。

1.以10年生成年梨树为材料,利用Ciras-2光合仪和PEA植物效率仪测定了两梨品种叶片光合与叶绿素荧光特性的日变化特征,并分析了Rubisco小亚基编码基因表达差异。结果表明,成年期‘中梨1号’叶片净光合速率(Pn)显著高于‘华酥’,而且羧化效率(CE)也显著高于后者。JIP-test分析表明,‘中梨1号’叶片光合性能指数(PIABS)和PSII最大光化学效率(ψPo)均高于‘华酥’,而K相相对荧光Wk(反映PSII反应中心供体侧放氧复合体活性受抑程度)和受体侧QA被完全还原速率Mo(反映PSII反应中心关闭程度)均低于‘华酥’。此外,‘中梨1号’叶片Rubisco小亚基编码基因的表达量明显高于‘华酥’。以上结果说明,‘中梨1号’叶片不仅具有较高的光化学能量转化效率,而且具有较高的CO2同化能力。

2.以8个梨品种叶片为材料,研究了含有0.05-5 mg·L-1 ALA的“爱乐壮”氨基酸叶面肥处理对梨树叶片叶绿素相对含量、光合气体交换参数以及叶绿素快速诱导荧光参数的影响。结果表明,新梢生长期叶面喷施“爱乐壮”叶面肥能不同程度地提高梨树叶片SPAD,增加净光合速率(Pn),提高PSII反应中心供体侧与受体侧光合能量转换活性,减少热能量耗散。相关性分析表明,梨树叶片叶绿素相对含量与Pn相关性并不显著,而光合性能指数(PIABS)、放氧复合体活性(Wk)、PSII反应中心最大关闭速率(Mo)、捕获激子将电子传递到QA-下游其它电子受体的概率(Ψc)、PSII反应中心用于电子传递的量子产额(ψEo)以及用于能量热耗散的量子比率(ψDo)等荧光参数与Pn密切相关,说明“爱乐壮”氨基酸叶面肥是通过提高梨树叶片光化学能量转换效率来促进光合作用。

3.以‘明水’梨叶片为材料,研究以新梢生长期喷施0.5 mg·L-1 ALA对梨树叶片光合作用日变化的影响。结果表明,与对照相比,ALA能够显著提高梨叶片的净光合速率(Pn),PSII最大光化学效率(ψPo),Rubisco初始活性,过氧化氢(H202)含量和抗氧化酶活性(SOD, APX, CAT),同时减少丙二醛(MDA)含量。本实验结果说明,H202可能作为信号分子,参与调控抗氧化酶的活性,从而提高梨叶片光合能力。

4.在‘丰水’梨盛花末期,喷布600、900和1200mg·L-1ALA溶液,可以明显在促进花朵脱落的同时,提高叶片光合性能,增加采收期果实单果重,并改善内在品质。分析ALA处理后梨花器官抗氧化特性表明,高浓度ALA诱导梨花器官超氧阴离子大量生成,并降低超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,说明氧化胁迫是梨花脱落的重要原因。本研究还发现,虽然ALA是在花期喷施的,但仍然可以在相当长时间内提高梨树叶片光合性能,包括叶片净光合速率(Pn)、表观光量子效率(AQY)、PSⅡ最大光化学效率(ψPo)和光合性能指数(PIABS)在内的光合荧光参数均显著高于对照叶片。因而,花期喷施适当浓度ALA,不仅可以疏花,减少人工疏除量,而且可以促进叶片光合作用,促进果实品质提高。这是以前从未报道过的生理功能。