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Background

研究配景

5-氨基乙酰丙酸（ALA）是一种新型植物生长调理物质，在植物生产中能够起到多种调理作用，其中ALA提高植物光相助用效应尤为引人关注。2023年，我们制订并宣布《5-氨基乙酰丙酸 桃树施用手艺规程》团标(TJAASS 88—2023)，规范了ALA在桃上应用标准。但这个规程是否适用于其它树种尚不清晰，ALA提高植物叶片光合效率的内在机制更需要深入研究。因此，本研究以盛果期‘西岳’梨为质料，参照TJAASS 88—2023要求，在果树着花前一周用ALA稀释液灌根防寒、在盛花后期喷花以去除过多花朵的基础上，于幼果发育期叶片喷施ALA溶液，探讨ALA对梨树叶片光合能力的影响，通过叶片气体交流参数、叶绿素快速荧光特征以及叶绿素合成、光合系统II电子转达载体相关基因表达中剖析，以期阐释ALA对梨叶片光相助用的调控机理。

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Content

研究内容

1. ALA处置惩罚显著增进梨叶片净光合速率(Pn)等光合气体交流参数

梨树叶片喷施外源ALA后1周，叶片Pn就显著高于比照。这种效应至少一连5周。5周间，ALA诱导的净光合速率(Pn)平均增幅29.28%(图1A)，ALA处置惩罚叶片蒸腾速率(Tr)平均比比照横跨13.94%(图1B)。与此类似，ALA处置惩罚后梨叶片气孔导度(Gsw)整体上比比照横跨18.73%(图1C)。并且，梨叶片瞬时羧化效率(Pn/Ci)总平均值比比照增添32.30%(图1E)，水分使用效率提高11.16%(图1F)。由此可见，ALA处置惩罚提高梨树叶片光合性能至少可以坚持3-4周。

图1 ALA处置惩罚对梨叶片光合气体交流参数的影响。

2. ALA处置惩罚显著增进梨叶片内源ALA的合成与代谢

本研究效果显示，外源ALA处置惩罚可以诱导梨树叶片内源ALA含量增添。在ALA处置惩罚后5周内，外源ALA诱导的内源ALA含量增幅达41.99%(图2A)。在此历程中，外源ALA处置惩罚一方面显著提高内源ALA合成能力，5周内的平均值提高54.54%(图2B)；另一方面，在ALA处置惩罚后第2周外源ALA处置惩罚增进梨叶片内源ALA代谢剖析。这意味着，外源ALA喷施梨叶片不但增进内源ALA合成，并且增进ALA代谢。外源ALA对内源ALA合成的增进效应至少坚持5周。

图2 外源ALA对梨叶片内源ALA含量(A)、生物合成(B)和代谢能力(C)的影响

3. ALA处置惩罚显著增进梨叶片光合色素的合成

如图3A所示，ALA处置惩罚后第二周最先，处置惩罚叶片叶绿素相对含量(SPAD)均显著高于比照。从图3B-D看，ALA处置惩罚1周后梨树叶片叶绿素a、叶绿素b以及叶绿素总量均显著高于比照。只管第2周两者Chl b含量没有差别，但其它时间点的差别均抵达显著水平，说明ALA处置惩罚增进梨叶片叶绿素积累，缓解其含量下降。详细来说，ALA处置惩罚叶片五周内Chl a、Chl b和叶绿素总量的平均值划分比比照横跨11.38%、8.59%和10.44%。另外，ALA增进提高梨叶片Chl a/b比值，说明ALA增进叶片叶绿素a积累，但倒运于a转化为b。与此类似，ALA处置惩罚也可以增进叶片类胡萝卜素(Car)含量上升(图3F)，且五周平均值比比照横跨16.25%。

图3 ALA处置惩罚对梨叶片光合色素含量的影响。(A)叶绿素相对含量、(B)叶绿素a、(C)叶绿素b、(D)总叶绿素含量、(E)Chla/b比值、(F)类胡萝卜素含量

4. ALA处置惩罚对叶绿素合成相关基因表达的影响

为探讨外源ALA提高梨叶片叶绿素含量的机理，本研究剖析了叶片喷施ALA后与ALA以及叶绿素生物合成相关的主要基因相对表达量？梢钥闯，催化ALA合成的两个要害基因HEMA和GSA相对表达量在外源ALA处置惩罚后显着上调。并且，ALA处置惩罚的叶片HEMF基因表达量至少在4周内显著高于比照。类似的情形泛起在HEMG(催化原卟啉原Ⅸ天生原卟啉Ⅸ)和CHLH(催化原卟啉Ⅸ螯合Mg2+天生Mg-原卟啉Ⅸ)。CHLH是控制叶绿素生物合因素支的一个基因。从图中看，ALA处置惩罚第1周叶片CHLH相对表达量显著高于比照。这种效应可以维持3周。从整体上看，ALA增进其自身合成、代谢以及转化为叶绿素的编码基因表达，特殊是处置惩罚后4周内，大都基因表达均受到差别水平上调。

图4 叶绿素生物合成途径及ALA处置惩罚对梨叶片相关基因表达的影响

5. ALA提高叶绿素合成要害基因PypHEMA和PypCHLH的启动子活性

为了进一步探讨ALA调控叶绿素合成机制，本研究通过在烟草中举行的GUS染色实验研究ALA对叶绿素合成历程中要害基因启动子的影响。效果批注，外源ALA可以显著增强PypHEMA和PypCHLH基因启动子活性。因而，外源ALA处置惩罚可能通过上调内源ALA合成要害基因HEMA和叶绿素合成要害基因CHLH启动子活性，增进基因表达，从而导致梨叶片叶绿素含量提升。

图5 外源ALA对ALA和叶绿素合成相关基因启动子活性的影响

6. 外源ALA处置惩罚对梨叶片PSII相关基因的影响

我们在叶绿素快速荧光曲线中视察到ALA对梨叶片PSII反应中心(PSII-RC)光合电子转达效率的增进作用。为了探讨其作用机制，我们检测了ALA处置惩罚后5周内PSII-RC主要成员编码基因在梨叶片中的相对表达量。效果批注，ALA处置惩罚可以通过增进PSII-RC焦点结构卵白和其他功效小分子卵白编码基因的表达，来维持PSII反应中心的稳固性，增进植物光相助用。

图6 PSII反应中心结构及ALA处置惩罚对梨叶片相关基因表达的影响

综上所述，参照TJAASS 88—2023团标《5-氨基乙酰丙酸 桃树施用手艺规程》要求用ALA处置惩罚梨树，至少可以在3周以上时间内维持较高的叶片光合效率，并且这种效应可以体现在多个方面。在叶绿素合成历程中，外源ALA不但可以增进内源ALA合成与代谢，还可以增进叶绿素合成，增添光合色素含量；在光合电子转达历程中，ALA增进梨叶片PSII-RC焦点卵白基因表达，提高PSII-RC活性，增进光合电子转达和能量转化。至此，我们证实晰TJAASS 88—2023标准也适合于梨树。并且，没有展示的数据批注，ALA处置惩罚过的梨单果重增添19.7%，果实可溶性糖含量提高14.5%。这些效果为ALA在梨生产上应用提供了理论依据。

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About the author

作者及团队简介

论文作者为南京农业大学果树学硕士生王新清，通讯作者为汪良驹教授。

汪良驹 教授

汪良驹教授是江苏省植物心理学会植物生长物质与生长调控专委会主任。他于2000年起最先从事ALA在农林作物抗逆增产提质效应及其生物学基础研究。其研发的产品“金村秋”、“凯发k8”和“秀果美”等已经大面积应用于20多个省市区农业生产区。其团队先后获得20多项政府专项资金资助，在海内外学术期刊揭晓与ALA有关研究论文100余篇，授权专利20余项，处于5-ALA农业领域研究前沿。