ALA叶面肥对春小麦光合特性和灌浆速率的影响

程红玉，肖占文，宗盈晓 ，任玉琴，马 燕

(1.河西学院农业与生物技术学院，甘肃张掖 734000；2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室，甘肃张掖 734000；3.河西学院化学化工学院，甘肃张掖 734000)

5-氨基乙酰丙酸(5-aminolevulinic acid，ALA)是一种非蛋白质氨基酸类五碳化合物，广泛存在于动物、植物和微生物细胞中，是生物合成叶绿素、血红素、卟啉和维生素B12等四吡咯化合物的前体物质，与植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等过程关系密切[1-2]。研究表明，低浓度的ALA具有调节植物生长发育、增强抗逆性以及提高产量和改善产品品质的作用，如外源ALA能够增强番茄[3]、辣椒[4]、西瓜[5]、西葫芦[6]、菠菜[7-9]等植株抵抗低温、高温、强光、弱光、干旱、盐渍等环境胁迫的能力，提高苹果树[10]、梨树[11-12]、枣树[13]等叶片的光合能力，提高产量和改善果实品质。由于目前研究所用ALA主要为其纯品，价格较高，主要应用于蔬菜、果树、花卉[14]、药用植物[15]等经济效益较高的作物，很少在粮食作物生产中应用。本研究团队将微量的ALA与植物生长所需的营养元素复配，研制出了一种价格较低的新型ALA叶面肥。本试验抑研究叶面喷施不同浓度ALA叶面肥对春小麦灌浆期光合特性、灌浆速率和产量的影响，旨在为该叶面肥在小麦生产中的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2016年4-9月在甘肃省张掖市河西学院农业与生物技术学院教学科研示范园(38°32′N，100°06′E)进行。该区地处河西走廊中部，属大陆性荒漠气候。海拔1 472 m，年均温7.6 ℃，无霜期150～170 d，年均降水量160 mm左右，前茬作物为马铃薯。试验地土壤为灌漠土，耕层(0～20 cm)土壤有机质7.525 g·kg-1，全氮0.584 g·kg-1，碱解氮166.5 mg·kg-1，速效磷33.43 mg·kg-1，速效钾87.65 mg·kg-1，pH值8.4。

1.2 试验材料

参试小麦品种为宁春15号，由宁夏科丰种业有限公司生产；供试ALA叶面肥由张掖市科欣生化科技有限公司提供(ALA含量0.6 g·L-1)。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，将ALA叶面肥分别稀释2 000倍、1 500倍、1 000倍和500倍(ALA 浓度分别为0.30、0.45、0.60 、1.20 mg·L-1)，对照为清水，分别命名为T1、T2、T3、T4和CK，3次重复。小区面积6.3 m2(3.0 m×2.1 m)，保护行1 m，田间走道40 cm。于2016年3月12 日采用条播方式播种，种植密度600万株·hm-2，行距15 cm。施尿素300 kg·hm-2(含N 46.0%)，其中，50%基施，50%在拔节期结合灌水追施；磷二铵450 kg·hm-2(含N18%，P2O546%)全部作基肥一次性施入。小麦拔节期在晴朗天气傍晚时，按相应浓度叶面喷施ALA叶面肥，喷施量为每次3 000 L·hm-2，每隔10 d喷施一次，共喷施3次，其他管理同当地大田。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 光合特性的测定

在春小麦开花期(6月2日)、乳熟期(6月14日)、蜡熟期(7月5日)采用TPS-2便携式光合系统分析仪测定叶片光合特性。各处理随机选取具代表性植株3株，于观测日的上午9:00-11:00进行，测定旗叶的净光合速率(Pn， μmol CO2·m-2·s-1) 、蒸腾速率(Tr， mmol H2O·m-2·s-1)、胞间CO2浓度(Ci，μmol CO2·mol-1)。

1.4.2 小麦籽粒灌浆速率的测定

于小麦开花期每小区选择长势一致的麦穗200个，挂牌标记。自小麦开花后5 d起，每隔5 d随机取标记穗10个，在每个穗中部取籽粒10粒，共100粒，105 ℃下杀青20 min，80 ℃烘干至恒重，测定千粒重，直至成熟，计算灌浆速率。

K=(M2-M1)/N

式中，K为灌浆速率，M2为本次测定的千粒重，M1为前一次测定的千粒重，N为两次测定的间隔日数。

1.4.3 产量及其构成因素测定

成熟期,每小区选2个有代表性的1 m2样方调查成穗数，每小区随机取20株小麦，室内考种，测定穗粒数、穗粒重、千粒重。成熟期每小区单独收获计产。

1.5 数据分析

采用Excel 2003和SPSS 17.0进行数据处理和差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 ALA叶面肥对春小麦光合特性的影响

2.1.1 对光合速率(Pn) 的影响

由图1可知，各处理小麦旗叶的Pn均在开花期最大，之后呈逐渐下降趋势。ALA叶面肥处理小麦旗叶的Pn极显著或显著高于对照(蜡熟期T1和T4处理除外)，小麦旗叶Pn随着ALA叶面肥浓度的增大呈先升高后降低的趋势，均以T2处理最大。开花期T2处理Pn达到23.02 μmol·m-2·s-1，T1、T2、T3 和T4处理分别较CK提高15.11%、38.59%、33.29%和14.09%，T2与T3差异不显著，二者极显著高于其他处理。说明喷施ALA叶面肥促进了春小麦叶片的光合速率，以T2处理效果最佳。

图柱上不同大、小写字母表示处理间差异分别达到0.01和0.05显著水平。下同。

Different capital and lowercase letters above columns mean significant difference at 0.01 and 0.05 levels among treatments,respectively. The same in other figures.

图1ALA叶面肥对春小麦旗叶净光合速率(Pn)的影响

Fig.1EffectofALAfertilizeronPn

ofspringwheatflagleaves

2.1.2 对蒸腾速率(Tr) 的影响

由图2可知，拔节期喷施ALA叶面肥能够提高小麦旗叶蒸腾速率(Tr)，且随着灌浆进程推移Tr降低。在开花期，以T2处理的Tr最高(12.53 mmol·m-2·s-1)，T1、T2、T3和T4处理分别较CK增加87.58%、99.52%、69.90%和35.03%，与CK差异均达极显著水平。蜡熟期CK的Tr下降到4.78 mmol·m-2·s-1，ALA叶面肥处理的Tr仍保持在6.40～8.80 mmol·m-2·s-1之间，与CK差异达极显著或显著水平。

2.1.3 对胞间CO2浓度(Ci) 的影响

由图3可知，拔节期喷施ALA叶面肥使小麦旗叶的胞间CO2浓度(Ci)增加，增加了光合作用的碳源。在开花期，各处理的Ci较低，之后随着籽粒灌浆进程的推移，叶肉细胞间CO2浓度上升。在开花期和乳熟期，各喷施ALA叶面肥处理的Ci均极显著高于对照。在蜡熟期，T1、T2、T3 和T4处理的Ci分别较CK增加6.84%、9.32%、12.11%和3.86%，与CK差异均达显著或极显著水平；T2与T3处理间差异不显著。

图2 ALA叶面肥对春小麦旗叶蒸腾速率(Tr)的影响Fig.2 Effect of ALA fertilizer on Trof spring wheat flag leaves

图3 ALA叶面肥对春小麦旗叶胞间CO2(Ci)的影响Fig.3 Effect of ALA fertilizer on Ciof spring wheat flag leaves

2.2 不同浓度ALA叶面肥对春小麦灌浆的影响

2.2.1 对灌浆期千粒重的影响

由图4可知，拔节期叶面喷施ALA叶面肥能够提高小麦千粒重，开花后0～15 d千粒重增加缓慢，15～30 d千粒重迅速增加，后期缓慢增加。在灌浆15～40 d，T2处理的千粒重明显高于其他处理；在灌浆第20天，千粒重达到22.989 g，较CK增加了3.985 g，T1、T3和T4处理分别较CK增加了1.015、1.991和1.065 g，差异均显著(P<0.05)。

图4 ALA叶面肥对春小麦灌浆期千粒重的影响Fig.4 Effect of ALA fertilizer on 1 000-grain weight ofspring wheat during filling stage

图5 ALA叶面肥对春小麦灌浆速率的影响Fig.5 Effect of ALA fertilizer on grainfilling rate of spring wheat

2.2.2 对灌浆速率的影响

由图5可知，小麦的灌浆速率呈先升高后降低的变化趋势，开花后20 d达到峰值。花后15 d,叶面喷施ALA叶面肥处理小麦灌浆速率显著高于对照(P<0.05)，T2、T3处理的灌浆速率显著高于其他处理，说明拔节期喷施ALA叶面肥能够提高春小麦灌浆中前期的灌浆速率。在花后10～15 d,CK平均灌浆速率为1.060 g·1 000-1·d-1，而T1、T2、T3和T4处理分别达到1.171、1.470、1.379和1.097 g·1 000-1·d-1，以T2、T3处理效果最好。峰值后不同处理间平均差异不显著。

2.3 不同浓度ALA叶面肥对春小麦产量及其构成因素的影响

由表1知，T1、T2、T3和T4处理分别较CK增产1.03%、5.13%、10.74%和3.86%，以T3处理产量最高(1 1276.8 kg·hm-2)，与CK差异显著。ALA叶面肥处理使小麦成穗数、穗粒数、穗粒重和千粒重均不同程度提高，其中T3处理的成穗数最高，与CK差异显著；不同处理间穗粒数差异不显著；T1、T2处理的穗粒重与CK间差异显著，以T2处理最高，较CK增加12.36%。随着喷施ALA叶面肥浓度的增加，小麦千粒重呈先增后降的趋势，以T3处理最高(46.34 g)，较CK增加1.43 g，差异显著，ALA叶面肥不同处理间差异不显著。

表1 不同浓度氨基酸叶面肥对春小麦产量及其构成因素的影响Table 1 Effect of different concentration of amino-acid fertilizers concentrationon yield components and yield of spring wheat

同列数值后不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著。

Different letters within same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level.

3 讨 论

5-氨基乙酰丙酸(ALA)作为一种生长调节剂，在农作物栽培生产中的应用备受关注。李美善等[16]研究表明，始穗期喷施低浓度的ALA(2.5～5.0 mg·L-1)能够提高水稻籽粒的增长速率和籽粒重量。魏中伟等[17]研究表明，1 mg·L-1ALA的叶面肥能够提高水稻的光合作用，使产量增加3.2%～4.0%。姚素梅等[18]研究发现， ALA能够提高小麦光合速率、叶片水分利用效率，增产显著。本研究中，喷施ALA叶面肥能够提高春小麦叶片的净光合速率(Pn)，且随着浓度的升高呈先升高后降低的变化趋势，这与前人在小麦[18]、草莓[19]和梨[11]等作物上的研究结果一致。该ALA叶面肥也能够提高春小麦蒸腾速率(Tr)，在开花期，小麦旗叶的光合速率较高，胞间CO2浓度(Ci)较低，随着籽粒灌浆进程推移，叶肉细胞间CO2浓度上升。说明随着生育进程推移，Pn的下降主要是由于非气孔因素阻碍了CO2的利用，从而造成细胞间CO2的积累[20]。

灌浆是小麦产量形成过程，不同栽培措施和品种均对籽粒的灌浆特性有不同的影响[21]。本研究结果表明，喷施稀释1 500倍ALA叶面肥(ALA浓度0.45 mg·L-1)，小麦灌浆速率增幅最大，这与姚素梅等[22]研究结果基本一致。

本研究发现，春小麦拔节期喷施ALA叶面肥，可以提高小麦籽粒产量，随着喷施浓度的增加呈先增高后降低的趋势，以稀释1 000倍处理(ALA浓度0.60 mg·L-1)产量最高，较CK增产10.74%。增产的主要原因是成穗数和千粒重的增加，而姚素梅等[18]研究认为，小麦喷施ALA对成穗数影响不大，主要增加了穗粒数和千粒重。这可能与喷施时期、所用小麦品种和生长环境有关。

综上所述，春小麦喷施一定浓度的ALA叶面肥能够提高叶片的光合作用，增加籽粒灌浆速率，提高成穗率及千粒重，从而增加产量。该ALA叶面肥在春小麦生产中较佳施用浓度为稀释1 000～1 500倍(ALA浓度0.45～0.60 mg·L-1)。本研究结果将为含一定浓度ALA的氨基酸叶面肥在春小麦生产中的应用提供理论依据。

参考文献：

[1]HOTTA Y,TANAKA T,TAKAOKA H,etal.New physiological effects of 5-aminorevulinic acid in plants:The increase of photosynthesis,chlorophyll content,and plant growth [J].BiosciBiotechBiochem,1997,61:2025.

[2] 俞建良,郭孝孝,熊结青.5-氨基乙酰丙酸的应用研究进展[J].化学与生物工程,2015(9):10.

YU J L,GUO X X,XIONG J Q.Research progress of application of 5-aminolevulinic acid [J].ChemistryandBioengineering,2015(9):10.

[3] 赵艳艳,燕 飞,胡立盼,等.5-氨基乙酰丙酸对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响[J].应用生态学报,2014,25(10):2919.

ZHAO Y Y,YAN F,HU L P,etal.Effect of 5-aminolevulinic acid on photosynthetic characteristics of tomato seedlings under NaCl stress [J].ChineseJournalofAppliedEcology,2014,25(10):2919.

[4] 刘 涛,郭世荣,徐 刚,等.5-氨基乙酰丙酸对辣椒植株低温胁迫伤害的缓解效应[J].西北植物学报,2010,30(10):2047.

LIU T,GUO S R,XU G,etal.Mitigative effect of 5-aminolevulinic acid in pepper under low temperature stress[J].ActaBotanicaBoreali-occidentaliaSinica,2010,30(10):2047.

[5] 孙永平,魏震宇,张治平,等.ALA对遮荫条件下西瓜幼苗强光抑制的保护效应[J].西北植物学报,2008,28(7):1384.

SUN Y P,WEI Z Y,ZHANG Z P,etal.Protection of 5-aminolevulinic acid(ALA) on high light photoinhibition of watermelon grown under shade condition [J].ActaBotanicaBoreali-occidentaliaSinica,2008,28(7):1384.

[6] 童金珠,邹志荣.外源ALA对NaCl胁迫下不同品种西葫芦生理特性及产量的影响[J].干旱地区农业研究,2009,27(4):116.

TONG J Z,ZOU Z R.Effects of exogenous ALA on some physiological characteristics and yield of pumpkin under NaCl stress [J].AgriculturalResearchintheAridArea,2009,27(4):116.

[7] 王 魏,邹志荣,乔 飞,等.外源ALA对NaCl胁迫下菠菜生理特性的影响[J].西北农业学报,2008,17(1):138.

WANG W,ZOU Z R,QIAO F,etal.Effects of exogenous ALA on physiological characteristics of spinach under NaCl stress [J].ActaAgriculturaeBoreali-occidentalisSinica,2008,17(1):138.

[8] KARINA B B,MARIA L T,ALCIRA B,etal.The role of 5-aminolevulinic acid in the response to cold stress in soybean plants [J].Phytochemistry,2010,71:2039.

[9] 汪良驹,姜卫兵,黄保健.5-氨基乙酰丙酸对弱光下甜瓜幼苗光合作用和抗冷性的促进效应[J].园艺学报,2004,31(3):321.

WANG L J,JIANG W B,HUANG B J.Promotion of photosynthesis by 5-aminolevulinic acid(ALA) during and after chilling stress in melon seedlings grown under low light condition [J].ActaHorticulturaeSinica,2004,31(3):321.

[10] 高晶晶，冯新新，段春慧,等.ALA提高苹果叶片光合性能与果实品质的效应[J].果树学报,2013,30(6):948.

GAO J J,FENG X X,DUAN C H,etal.Effects of 5-aminolevulinic acid(ALA) on leaf photosynthesis and fruit quality of apples [J].JournalofFruitScience,2013,30(6):948.

[11] 申 明,成学慧,谢 荔,等.氨基酸叶面肥对砂梨叶片光合作用的促进效应[J].南京农业大学学报,2012,35( 2):83.

SHEN M,CHENG X H,XIE L,etal.Effects of amino-acid fertilizers on photosynthesis in leaves of pear cultivars [J].JournalofNanjingAgriculturalUniversity,2012,35(2):83.

[12] 申 明,段春慧,张治平,等.外源 ALA 处理对‘丰水’梨疏花与果实品质的影响[J].园艺学报,2011,38(8):1519.

SHEN M，DUAN C H,ZHANG Z P,etal.Effects of exogenous ALA on thinning and fruit quality in ‘Hosui’ pear(Pyruspyrifoli)[J].ActaHorticulturaeSinica,2011,38(8):1519.

[13] 郭 珍,徐福利,汪有科.5-氨基乙酰丙酸对枣树生长发育、产量和品质的影响[J].西北林学院学报,2010,25(3):95.

GUO Z,XU F L,WANG Y K.Effects of 5-aminolevulinic aacid on the growth,the yield and quality of compact jujube in mountainous region [J].JournalofNorthwestForestryUniversity,2010,25(3):95.

[14] 康博文,李文华,刘建军,等.ALA 对红掌叶片光合作用及叶绿素荧光参数的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2009,37(4):99.

KANG B W,LI W H,LIU J J,etal.Effects of ALA treatment on photosynthetic and chlorophyII fluorescence dynamics ofAnthuriumandraeanum[J].JournalofNorthwestScienceTechnologyUniversityofAgricultureandForest(NaturalScienceEdition),2009,37(4):99.

[15] 汪牧耘,李雨晴,朱毅斌,等.外源 5-氨基乙酰丙酸( ALA) 对菘蓝苗期生长及有效成分含量的影响[J].植物资源与环境学报,2013,22( 2) :49.

WANG M Y,LI Y Q,ZHU Y B,etal.Effect of exogenous 5-aminolevulinic acid(ALA) on seedling growth and active component content ofIsatisindigotica[J].JournalofPlantResourcesandEnvironment,2013,22(2):49.

[16] 李美善,刘宪虎,许明子,等.5-氨基乙酰丙酸处理对水稻籽粒增重的影响[J].安徽农业科学,2010,38(33):18654.

LI M S,LIU X H,XU M Z.Effects of 5-aminolevulinic acidon on grain weighting of rice [J].JournalofAnhuiAgriculturalSciences,2010,38(33):18654.

[17] 魏中伟,马国辉,龙继锐,等.5-氨基乙酰丙酸叶面肥对杂交晚稻光合作用和产量的影响[J].湖南农业科学,2013(7):66.

WEI Z W,MA G H,LONG J R,etal.Effects of 5-aminolevulinic acid on photosynthesis and yield of hybrid late rice [J].HunanAgriculturalSciences,2013(7):65.

[18] 姚素梅,刘明久,茹振钢,等.ALA对冬小麦叶片气体交换和水分利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报,2010,16(1):243.

YAO S M,LIU M J,RU Z G,etal.Effects of 5-aminolevulinic acid on leaf gas exchange and water use efficiency in winter wheat [J].JournalofPlantNutritionandFertilizer,2010,16(1):243.

[19] 刘卫琴,康 琅,汪良驹.ALA对草莓光合作用的影响及其与抗氧化酶的关系[J].西北植物学报,2006,26(1):59

LIU W Q,KANG L,WANG L J.Effects on strawberry photosynthesis and relations to anti-oxidant enzymes of ALA [J].ActaBotanicaBoreali-occidentaliaSinica2006,26(1):59.

[20] 张志刚,尚庆茂.低温、弱光及盐胁迫下辣椒叶片的光合特性[J].中国农业科学,2010,43(1):129.

ZHANG Z G,SHANG Q M.Photosynthetic characteristics of pepper leaves under low temperature,weak light and salt stress [J].ScientiaAgriculturaSinica,2010,43(1):129.

[21] 刘建华,牛俊义,闫志利,等.肥密水平对不同基因型冬小麦籽粒灌浆特性的影响[J].中国生态农业学报,2009,17(4):660.

LIU J H,NIU J Y,YAN Z L,etal.Effect of fertilization dose and sowing density on grain-filling in different winter wheat cultivars[J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2009,17(4):660.

[22] 姚素梅,茹振钢,刘明久,等.AlA对冬小麦不同粒位籽粒灌浆影响的动态模拟及特征分析[J].生物数学学报,2010,25(2):369.

YAO S M,RU Z G,LIU M J,etal.Dynamic simulation and characteristic analysis of the effects of ALA on grain filling of winter wheat in various grain position [J].JournalofBiomathematics,2010,25(2):369.