5-氨基乙酰丙酸調節梨樹葉片光合特性的研究

【摘要】：光合作用是果樹生長發育的基礎,果樹的光合效率越高,積累的光合產物越多,越有利于樹體的健壯生長,根系發育,枝條充實,花芽飽滿,最終保證果實的品質與產量。光能是整個光合作用反應的驅動力,光能的捕獲與傳遞過程會直接影響植株光合效率的表現,但過多光能的吸收會引起光化學效率的降低。只有光合作用的光化學反應與碳同化反應相協調,植物的光合作用才會達到最佳狀態。5-氨基乙酰丙酸(ALA)是所有生物體內卟啉化合物生物合成的關鍵前體,在農業生產上有著重要的應用前景。前人研究表明,外源ALA能夠提高植物的光合作用,但在木本果樹上還未見報道。本研究以梨樹品種為材料,研究了梨樹自身光合作用的特性以及外源施用ALA或以ALA為主要成份的葉面肥對梨樹光合作用的影響,并探討了ALA促進植物光合作用的機制。主要結果如下。

1.以10年生成年梨樹為材料,利用Ciras-2光合儀和PEA植物效率儀測定了兩梨品種葉片光合與葉綠素熒光特性的日變化特征,并分析了Rubisco小亞基編碼基因表達差異。結果表明,成年期‘中梨1號’葉片凈光合速率(Pn)顯著高于‘華酥’,而且羧化效率(CE)也顯著高于后者。JIP-test分析表明,‘中梨1號’葉片光合性能指數(PIABS)和PSII最大光化學效率(ψPo)均高于‘華酥’,而K相相對熒光Wk(反映PSII反應中心供體側放氧復合體活性受抑程度)和受體側QA被完全還原速率Mo(反映PSII反應中心關閉程度)均低于‘華酥’。此外,‘中梨1號’葉片Rubisco小亞基編碼基因的表達量明顯高于‘華酥’。以上結果說明,‘中梨1號’葉片不僅具有較高的光化學能量轉化效率,而且具有較高的CO2同化能力。

2.以8個梨品種葉片為材料,研究了含有0.05-5 mg·L-1 ALA的“愛樂壯”氨基酸葉面肥處理對梨樹葉片葉綠素相對含量、光合氣體交換參數以及葉綠素快速誘導熒光參數的影響。結果表明,新梢生長期葉面噴施“愛樂壯”葉面肥能不同程度地提高梨樹葉片SPAD,增加凈光合速率(Pn),提高PSII反應中心供體側與受體側光合能量轉換活性,減少熱能量耗散。相關性分析表明,梨樹葉片葉綠素相對含量與Pn相關性并不顯著,而光合性能指數(PIABS)、放氧復合體活性(Wk)、PSII反應中心最大關閉速率(Mo)、捕獲激子將電子傳遞到QA-下游其它電子受體的概率(Ψc)、PSII反應中心用于電子傳遞的量子產額(ψEo)以及用于能量熱耗散的量子比率(ψDo)等熒光參數與Pn密切相關,說明“愛樂壯”氨基酸葉面肥是通過提高梨樹葉片光化學能量轉換效率來促進光合作用。

3.以‘明水’梨葉片為材料,研究以新梢生長期噴施0.5 mg·L-1 ALA對梨樹葉片光合作用日變化的影響。結果表明,與對照相比,ALA能夠顯著提高梨葉片的凈光合速率(Pn),PSII最大光化學效率(ψPo),Rubisco初始活性,過氧化氫(H202)含量和抗氧化酶活性(SOD, APX, CAT),同時減少丙二醛(MDA)含量。本實驗結果說明,H202可能作為信號分子,參與調控抗氧化酶的活性,從而提高梨葉片光合能力。

4.在‘豐水’梨盛花末期,噴布600、900和1200mg·L-1ALA溶液,可以明顯在促進花朵脫落的同時,提高葉片光合性能,增加采收期果實單果重,并改善內在品質。分析ALA處理后梨花器官抗氧化特性表明,高濃度ALA誘導梨花器官超氧陰離子大量生成,并降低超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)活性,說明氧化脅迫是梨花脫落的重要原因。本研究還發現,雖然ALA是在花期噴施的,但仍然可以在相當長時間內提高梨樹葉片光合性能,包括葉片凈光合速率(Pn)、表觀光量子效率(AQY)、PSⅡ最大光化學效率(ψPo)和光合性能指數(PIABS)在內的光合熒光參數均顯著高于對照葉片。因而,花期噴施適當濃度ALA,不僅可以疏花,減少人工疏除量,而且可以促進葉片光合作用,促進果實品質提高。這是以前從未報道過的生理功能。