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外源5-氨基乙酰丙酸对植物的生理调控及应用

发布日期:2021/12/1 9:30:30

5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid,5-ALA)化学名称为5-氨基-4-氧代戊酸盐酸盐。在高等植物体内,5-ALA作为一种线性五碳复合物,是所有有机杂环四吡咯化合物的合成前体物质,如叶绿素、维生素B12、亚铁血红素和光敏色素等,对植物的生长具有一定的调节作用,是一种潜在的植物生长调节剂。

5-ALA作为生长促进因子,在农业中扮演重要作用,可调节植物体内一系列生理生化进程,促进植物生长和增加作物产量。低浓度5-ALA可提高光合生物体的叶绿素含量,如外源5-ALA处理促进螺旋藻细胞中藻青蛋白和叶绿素生物合成,促进细胞生长。5-ALA对甜瓜幼苗光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)有促进作用,同时减少光呼吸。

5-ALA在低浓度条件下可促进各种作物生长,提高作物的产量。用0.1mg·L-1 5-ALA对水稻幼苗根系浸泡处理,干重增加14%;用30-100mg·L-1对萝卜叶片喷施处理,可使产量增加多达30%;大麦开花前后2次用30mg·L-1的5-ALA处理,可使大麦产量提高40%;对马铃薯施用100mg·L-1 5-ALA处理,其叶片、块茎在单株上数量增多且个体块茎明显生长,产量提高63%;大蒜施用30mg·L-1 5-ALA,可促进鳞茎生长,产量增加40%;100 mg·L-1 5-ALA施用于蚕豆不同生长时期,产量最多可提高30%。外源5-ALA诱导产量提高与CO2固定增加和黑暗条件下CO2释放减少有关。

5-ALA可以缓解非生物胁迫对植物生长、产量和农业生产的影响。5-ALA可有效缓解干旱胁迫、盐胁迫、低温胁迫、高温胁迫、重金属胁迫(铬和铅)和紫外辐射等非生物胁迫造成的损伤。

盐胁迫,5-ALA预处理可以提高棉花幼苗的耐盐性,这主要与5-ALA可减少Na+的积累有关。在向日葵中5-ALA可增加SOD活性而降低H2O2含量,促进盐胁迫下向日葵生长。在绝大多数植物中,5-ALA减缓盐胁迫的伤害主要由于其促进抗氧化防御机制。盐胁迫下,施用0.60-1.80mmol·L-1的5-ALA可显著提高APX和CAT活性。此外,盐胁迫可导致菠菜体内H2O2含量增加,而施用5-ALA可降低盐胁迫下H2O2含量增长幅度。在多数植物中,盐胁迫可降低光合速率主要是因为盐胁迫可诱导气孔的和非气孔的限制。盐胁迫下,外源5-ALA可增加大多数植物光合色素含量、促进光合速率和荧光参数,以促进植物在盐胁迫下生长和增加产量。施用5-ALA提高匍匐剪股颖的耐盐性可促进有机酸(酮戊二酸、琥珀酸和苹果酸)、氨基酸(丙氨酸、天冬氨酸和氨基丁酸)和糖类(葡萄糖、果糖、半乳糖、阿洛糖、来苏糖、木糖、蔗糖和麦芽糖)的积累。

干旱胁迫,在不同程度的干旱胁迫下,施用5-ALA可促进小麦的生长、水分利用效率和增加其产量;在大麦中,外源添加5-ALA可显著增加植株高度,花序长度和籽粒长度,从而增加籽粒产量。干旱胁迫同其他的逆境胁迫一样,能够引起多数植物的氧化胁迫。5-ALA可诱导黄瓜幼苗酶促(SOD、CAT、GPX、GSH-Px、APX、GR、DHAR和MDHAR)和非酶促(GSH、AsA)提高抗氧化剂活性。

植物组织在冷害下受到伤害时5-ALA含量降低。在冷害条件下,外源施用5-ALA可促进植物生长和增加产量。另一方面,外源施用5-ALA可通过降低MDA、O2-和H2O2,提高脯氨酸和可溶性糖含量,从而促进黄瓜幼苗在高温胁迫下的生长。

外源施用5-ALA可缓解重金属(Cd、Pb和Cr)对植物的毒害。Cr胁迫下,外源施用5-ALA可减少Cr的吸收,增加花椰菜叶子气体交换参数和光合色素的含量、降低氧化损伤程度和促进抗氧化系统,从而提高Cr胁迫下花椰菜的生物量和生长参数。此外,外源喷施5-ALA可诱导Cr胁迫下其响应蛋白HSP90-1和MT-1上调表达,从转录水平调控植物的耐铬性。5-ALA还可调控碳同化、光合作用、碳水化合物代谢相关蛋白,从而增加油菜的耐Cr性。外源喷施5-ALA通过促进抗氧化防御系统降低Cd、Cr、Pb对植物细胞的损伤,对细胞的超微结构起到保护作用。

资料来源:牛奎举. 外源5-氨基乙酰丙酸对干旱胁迫下草地早熟禾光合作用的调控机制[D].甘肃农业大学,2018.

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