乙酰丙酸对红富士苹果叶片生长和产量品质的影响

杨莉莉，张金水，李 娜，同延安

(西北农林科技大学 资源环境学院，陕西杨凌 712100)

乙酰丙酸(Levulinic acid，LA)，又名左旋糖酸、戊隔酮酸，它的分子中有一个羰基和一个羧基，有良好的反应性，广泛用于食品、医药、农药、化工等领域，被认为是一种非常有潜力的绿色平台化合物[1-3]。它主要是通过生物质的水解来制得，工艺简单，生产成本低，原料来源广泛[4]。5-氨基乙酰丙酸(5-Aminolevulinic Acid，5-ALA)是广泛存在于动植物及微生物体内的天然氨基酸，是生物化学中至关重要的化合物，它是四氢吡咯(构成血红素、细胞色素、维生素B12的物质)的前缀化合物，也是生物体合成叶绿素、血红素、维生素B12等必不可少的物质，被广泛用于农业、医药等领域[5-6]。在农业上，5-ALA主要被用作除草剂和植物生长调节剂。目前，国内外分别研究建立了化学合成和微生物发酵制生产ALA的工艺路线[7-10]，两种工艺均有LA的参与，在化学合成方法中，LA是初始原料；在微生物发酵法中，LA起到ALA脱氢酶抑制剂的作用，促进ALA的积累。国内外已有不少研究认为ALA可以提高植物叶绿素含量、促进光合作用[11-14]、增加作物产量[6，15-16]、提高作物的抗逆性[17-20]等，但是由于ALA产业生产主要通过高成本、高污染和得率低的化学法合成，导致ALA价格较高[5，21-22]，2015年价格为每克2 500元左右，这限制了其广泛使用，目前用ALA进行试验的较多，还未见大面积推广应用；而与ALA关系密切的LA作为一种非常有潜力的绿色平台化合物，生产工艺简单，价格较低，2013年的价格仅为每千克5～8美元。LA是否可以作为植物生长调节剂对作物产生类似ALA的作用仅见于葡萄[23]和蔬菜[24]上的研究，为了探究LA的作用，本研究以苹果为研究对象，通过叶面喷施不同浓度的LA，探究LA对苹果生长和产量的影响，以期为LA在植物上的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的苹果为‘红富士’，供试喷施药品有效成分是乙酰丙酸，质量浓度为5.3 g/L。

1.2 试验设计

试验共设10个处理，分为3个不同的喷施时期(5、6月，5、6、7月，5、6、7、8月)和3个不同的喷施稀释倍数(稀释600倍、800倍、1 000倍)及对照处理，每个处理选择长势均匀且无病害的5棵‘红富士’果树，重复3次，田间随机区组排列。即在5、6月中旬分别选择45棵树喷施稀释600倍、800倍、1 000倍的乙酰丙酸，对其中的15棵做标记，7、8月份不再喷施乙酰丙酸，仅喷施等量清水；7月中旬每个喷施稀释倍数下的其余30棵树继续喷施相应稀释倍数的乙酰丙酸，其中15棵做标记，8月份仅喷等量清水；8月中旬给每个稀释倍数处理的最后15棵树喷施相应质量浓度的乙酰丙酸，对照处理分别在5、6、7、8月中旬喷施等量清水(表1)。为了探究不同环境及不同树龄是否影响乙酰丙酸的效果，试验在陕西蒲城和凤翔两地同时进行，蒲城地区为7 a生‘红富士’，凤翔地区为9 a生‘红富士’。果园施肥、灌溉、修剪等其他措施均与当地农民习惯一致。

表1 苹果乙酰丙酸喷施方案Table 1 Spray concentration and time of levulinic acid in apple orchards

1.3 样品采集与测定

9月中旬测定叶绿素SPAD值和百叶鲜质量。采样方法为：沿果树四周采集当年新生枝条中上部叶片，每株20～30片，采后立即用便携式SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素SPAD值；将每个处理按重复混匀后随机选取100片，用电子天平测定百叶鲜质量。果实收获时，从果树的东南西北4个方向采集果实，每个小区采集30个，带回实验室用于品质测定；每个小区实际收获的果实为每个小区的总产量。可溶性糖质量分数用蒽酮比色法测定，可滴定酸用NaOH滴定法测定。

1.4 数据分析

用SPSS 20.0 和Excel 2007处理数据和 作图。

2 结果与分析

2.1 不同稀释倍数和喷施时间对苹果叶片叶绿素SPAD值的影响

喷施不同稀释倍数(不同时期平均值)和同一稀释倍数不同喷施时间的苹果叶片在成熟期的叶绿素SPAD值如表2。两地均是喷施乙酰丙酸处理的叶片叶绿素SPAD值显著高于对照处理，但随着稀释倍数的增加，叶绿素SPAD值又呈现降低的趋势，喷施稀释600倍处理的叶绿素SPAD值最高，凤翔和蒲城两地分别为62.40和57.77，显著高于稀释1 000倍的处理。同一稀释倍数不同喷施时间的叶绿素SPAD值均表现为5、6、7月和5、6、7、8月喷施处理显著高于5、6月喷施处理，5、6、7与5、6、7、8月喷施间无显著性差异。表明喷施乙酰丙酸可以增加苹果叶片叶绿素SPAD值，且增加的幅度与稀释倍数和喷施时间有关。

2.2 不同稀释倍数和喷施时间对苹果百叶鲜质量的影响

从表3可以看出，喷施不同稀释倍数对苹果百叶鲜质量的影响与对叶绿素SPAD值的影响呈现相同特点，喷施乙酰丙酸处理的百叶鲜质量均显著高于对照处理。不同稀释倍数处理的百叶鲜质量表现为：稀释600倍>稀释800倍>稀释1 000倍>对照。不同喷施时间对百叶鲜质量的影响以5、6月份喷施的效果明显比5、6、7月和5、6、7、8月份喷施的效果好。表明百叶鲜质量同叶绿素类似，也会因喷施乙酰丙酸而增加，且与喷施时期和稀释倍数有关。

表2 乙酰丙酸不同稀释倍数和喷施时间下叶片叶绿素SPAD值Table 2 Chlorophyll SPAD value in apple leaves of spraying concentration and time of levulinic acid

注：同列同一稀释倍数中不同字母表示差异达显著水平(P<0.05)；其余同列不同字母表示不同稀释倍数处理差异显著(P<0.05)。 下同。

Note:Different letters in the same dilution multiple of the same column indicate significant difference atP<0.05 level,and other different letters in the same column indicate significant difference atP<0.05 levels under different treatments.The same below.

表3 乙酰丙酸不同稀释倍数和喷施时间下苹果百叶鲜质量Table 3 Fresh mass of onehundred leaves of spraying concentration and time of levulinic acid

2.3 不同稀释倍数和喷施时间对苹果产量的 影响

由表4可见，与对照相比，两地喷施不同稀释倍数乙酰丙酸均增加了苹果产量，且稀释600倍处理的产量最高，分别高于对照16.48%和 12.41%(P<0.05)；稀释600倍与800、1 000倍之间的差异不显著。凤翔地区，不同喷施时期对苹果产量无显著性影响；蒲城地区，在稀释600倍和800倍条件下，5、6、7月和5、6、7、8月喷施的产量显著高于5、6月的。

两地试验结果表明，与喷施时间相比，喷施不同稀释倍数对苹果产量的影响较大，且不同树龄不同生长环境的果树对不同喷施时期的产量效应有差异。

表4 乙酰丙酸不同稀释倍数和喷施时间下苹果产量Table 4 Apple yield of spraying concentration and time of levulinic acid

2.4 不同稀释倍数和喷施时间对苹果品质的 影响

从表5可以看出，两地不同时期喷施相同稀释倍数的乙酰丙酸对果实可溶性糖质量分数均无显著性影响，且蒲城地区的可溶性糖质量分数整体高于凤翔地区。凤翔地区喷施乙酰丙酸处理的果实可溶性糖质量分数均显著高于对照处理，但不同稀释倍数之间差异不显著；蒲城地区喷施稀释600倍、1 000倍乙酰丙酸的处理果实可溶性糖质量分数显著高于对照。表明任何时期喷施任何稀释倍数的乙酰丙酸均可以增加苹果果实可溶性糖质量分数。

凤翔地区苹果果实可滴定酸质量分数不受乙酰丙酸喷施时期和喷施不同稀释倍数的影响；蒲城地区稀释800和1 000倍的浓度下，5、6月喷施处理的果实可滴定酸质量分数显著低于5、6、7月和5、6、7、8月份喷施处理的(表5)。影响果实风味及口感的主要是糖酸比，两地区不同处理间糖酸比差异均不显著，但喷施乙酰丙酸的处理略高于对照，其中以稀释600倍的糖酸比较对照增加最多。表明喷施乙酰丙酸可以一定程度改善苹果果实品质。

3 讨 论

大量研究表明5-ALA可以提高作物叶绿素含量，增强植物的光合能力[25-28]，这与ALA是叶绿素合成的前提物质[6，29]有关。而LA是5-ALA的脱氢酶抑制剂[22，30]，在植物体内，LA会抑制 5-ALA合成叶绿素，促使植物体内5-ALA积累[31-32]；在微生物培养中，增加LA，会使5-ALA合成酶活性增加、脱氢酶活性降低，达到增加 5-ALA产量的效果[33]。杨莉莉等[23]和王小英等[24]分别在葡萄和叶菜上的研究发现喷施LA能增加植物叶片的叶绿素SPAD值，且葡萄和生菜叶片叶绿素SPAD值均在稀释600倍时最高。本研究中发现喷施LA显著提高苹果叶片叶绿素SPAD值和百叶鲜质量，且受喷施稀释倍数和喷施时期的影响，原因可能是喷施LA后，使植物体内的5-ALA脱氢酶活性受抑制，使5-ALA在植物体内短暂积累，且可能使5-ALA活性增加，随后积累的5-ALA再促使叶绿素合成的增加[23]或通过改变四吡咯代谢和转录[34]，从而使光合效应增强，促进叶片中物质的积累，增加叶片鲜质量。这与5-AlA的作用类似[35-36]，可以增加叶绿素、叶片鲜质量，促进植物生长。

关于5-ALA对作物产量的影响，已经有大量研究报道[6，15，37]。5-ALA增加作物产量的原因被认为与ALA增加叶绿素，提高叶片光合能力，从而促进干物质积累有关[25，27，34，38]。本研究中，LA处理均能提高两地的苹果产量，且以稀释600倍处理的增产效果最好。这与杨莉莉等[23]和王小英等[24]分别在葡萄和叶菜上的研究结果一致，原因可能与LA是5-ALA的脱氢酶抑制剂，通过影响5-ALA来影响产量。5-ALA对产量的影响报道较多的是对作物可溶性糖质量分数的影响[28，39]，本研究通过对果实可溶性糖质量分数的分析表明，与对照相比，不同施用时期对其影响不显著，不同喷施稀释倍数的影响较显著。这可能是由于光合速率的增加导致碳水化合物的增加[28]或者促进可溶性糖合成途径中重要酶的合成或提高酶的活性[38]而促使可溶性糖质量分数增加。

5-ALA对作物的作用效果与其施用的稀释倍数、时间及作物种类等有关[6，40]，本研究中同一稀释倍数水平下，均以5、6、7月份喷施和5、6、7、8月份喷施对苹果生长和产量的影响效果优于5、6月喷施的效果，可能与LA效果维持的时间有关。LA对两地苹果生长和产量品质的影响差异除了与稀释倍数和喷施时期有关外，还可能与两地树龄和生长环境不同有关，但总体均是以5、6、7月份喷施稀释600倍LA的处理作用效果最佳，这可能是LA对ALA影响的原因，但具体的作用机制还需进一步研究。

4 结 论

喷施适宜浓度的乙酰丙酸能提高苹果叶片叶绿素SPAD值、增加叶片鲜质量、增加苹果产量和改善品质，且以5、6、7月和5、6、7、8月份喷施稀释600倍乙酰丙酸的处理作用效果最佳，考虑到人工成本和时间成本，建议生产上在5、6、7月份喷施稀释600倍的乙酰丙酸来改善苹果生长状况和提高产量品质。