5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 调控原理及其在农林生产中的应用
2023-11-14 来自: MDPI情况与地球科学民众号 浏览次数:783
5-氨基乙酰丙酸 (Aminolevuinic Acid, ALA) 是一种保存于所有生物体中的化合物 。它加入光相助用、呼吸作用和许多其他生理历程 。ALA 不但可以增进植物生长，还可以提高植物对生物和非生物胁迫的对抗力，提高作物产量并改善产品质量 。除了作为一种常见的生化代谢产品，ALA 还可以用于人体医学、动物营养和植物生产 。2003年，ALA 已成为现代农林业实践中的热门话题，目前每年有数十篇研究结果果真宣布 � ；诖�，南京农业大学汪良驹教授及其团队在 Forests 期刊宣布了文章，综述了5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 的自然保存、理化性质和生物合成，介绍了其在种植业中的诸多应用及其可能机理 。
当浓度高于838 mg/L (约5 mmol/ L) 时，ALA 可作为生物杀虫剂、杀菌剂和除草剂 。当 ALA 浓度为100~300 mg/L时，可用于疏除春季果园过� ；ǘ�，增进幼果发育，增进成熟前果实着色 。当浓度低于100 mg/L (特别是不高于10 mg/L)，ALA 可以作为一种新的植物生长调理剂来增进种子萌发，增进植株 (包括根和茎) 生长，增强胁迫耐受性，提高作物产量，提高产品质量 。在抗逆性中，ALA 可以提高植物对抗高温、低温、强光、弱光、干旱、水涝、盐碱、贫瘠、重金属污染、矿物油污染、交通尾气污染、CO2 升高、化学农药中毒等非生物胁迫能力，还能提高植物对抗病原真菌侵染、根结线虫危害等生物逆境胁迫 。在光相助用中，ALA 加入了整个历程的调控 。在胁迫耐受性中，ALA 通过 NO/H2O2 信号网络诱导植物的预防和� ；は低� 。在次生代谢中，ALA 调理多种编码转录因子或功效卵白的基因表达，以增进花青素和黄酮醇的生物合成 。别的，作者还介绍了 ALA 在改善植物光相助用、耐盐性、耐旱性和苹果着色方面可能的调理机制 。这些内容对该领域的进一步研究以及 ALA 在现代农林业中的应用具有参考意义 。
图1. 为ALA 生物合成和代谢途径，左侧为 C4 途径，爆发在线粒体中，右为 C5 途径，爆发在质体中 。
图2. 为 ALA 诱导草莓根系拦截 Na+/Cl- 向上运输避免叶片盐损伤的信号通路模型 。
图3. ALA 诱导苹果花青苷和黄酮醇积累的转录调控网络模型 。
ALA 在农业生物学中的潜在应用当初由美国学者提出，日本学者将其推广至植物生产 。目前是中国的许多研究团队正在深入开展相关研究，已经宣布了数百篇研究文章 。由此，人们关于 ALA 的生理调理活性有了更多了解，关于其在差别剂量下在农林业中的应用有了更辽阔前景 �？梢运�，ALA 对所有生命都是至关重要的 。它环保，可以应用于从螺旋藻和海带到草本植物和高峻树木的险些所有植物 。
近二十年来，作者的研究团队测试了近100种作物/植物 。它可以喷洒在叶子或果实外貌，也可以浇灌到根部，或通过水肥一体系统进行滴灌、喷灌 。它可用于处理种子、幼苗、发育中的植物或收获前产品 。它可以与常见的酸性或中性剂混淆使用，不增加用工本钱，深受用户接待 。然而，ALA 的使用量并不需要太大 。过多了，反而会杀死生命 (如杂草、昆虫、病原微生物)，而适当的剂量则可改善生命状态，提高生命活力 。在植物生产中，ALA 可以增进初级代谢和次级代谢，增进根系和地上部生长，增进生长和生殖生长，增进增产与改善品质，在逆境中既能维持生长，又能提高存活 。ALA 增进营养元素吸收，同时限制有毒或有害离子摄入以及运输到敏感器官 。经过 ALA 处理的植物生长得更为健壮，从而有利于减少化肥和农药的使用 。最近研究证实，ALA 能增进逆境中植物叶片气孔开放，有利于大气 CO2 进入叶肉细胞，包管光相助用顺利进行，有利于大面积植物的生物降碳 。这些都是以前从未想象过的 。目前，ALA 可以通过微生物发酵的方法生产，其本钱已经降低到农林生产需求 。然而，高浓度 ALA 作为除草剂或杀虫剂的使用尚不可熟 。相反，低浓度 ALA 作为植物生长调理剂在农林业生产中的应用已成为现实的可能 。
图4. ALA 在农林生产中增进植物生长，提高产量，改善品质，提高抗逆性，降低大气 CO2，减少农药、化肥使用以及提高食品宁静性的多种应用偏向
