全 文 ：园 艺 学 报 2014，41（10）：1965–1974 http: // www. ahs. ac. cn
Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao@126.com
收稿日期：2014–06–03；修回日期：2014–09–16
基金项目：国家自然科学基金项目（31101505，31401820）；江苏省自然科学青年基金项目（BK20140702）；江苏省苏北科技发展计划
项目（BN2012035）
* 通信作者 Author for correspondence（E-mail：wlj@njau.edu.cn）
外源 5–氨基乙酰丙酸促进苹果叶片气孔开放
机理的初探
陈令会，刘龙博，安玉艳，张治平，汪良驹*
（南京农业大学园艺学院，南京 210095）
摘 要：以‘富士’苹果离体叶片下表皮组织为材料，借助药剂处理、光学显微镜和激光扫描共聚
焦显微镜（LSCM），研究了外源 5–氨基乙酰丙酸（5-ALA）促进气孔开放效应及其可能机制。结果表明，
5-ALA 能够促进光、暗条件下苹果叶片气孔开放，阻止外源 ABA 和 H2O2诱导的气孔关闭，还能逆转 Ca2+
诱导的气孔关闭。5-ALA 处理后，苹果叶片保卫细胞内源 H2O2 和 Ca2+含量显著下降。根据这些结果推测，
5-ALA 可以通过下调苹果叶片保卫细胞 H2O2 和 Ca2+含量来促使气孔开放。
关键词：苹果；ABA；5-ALA；保卫细胞；调节机制；气孔开度
中图分类号：S 661.1 文献标志码：A 文章编号：0513-353X（2014）10-1965-10

Preliminary Studies on the Possible Mechanism Underlying 5-aminolevulinic
Acid-induced Stomatal Opening in Apple Leaves
CHEN Ling-hui，LIU Long-bo，AN Yu-yan，ZHANG Zhi-ping，and WANG Liang-ju*
（College of Horticulture，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）
Abstract：A possible mechanism for 5-aminolevulinic acid（5-ALA）to promote stomatal aperture was
studied with abaxial epidermis of detached leaves of apple（Malus  domenstica Korkh.‘Fuji’）combined
with pharmacology，microscopy and laser-scanning confocal microscopy. It was found that 5-ALA
promoted stomata opening under both light and dark conditions. It also inhibited the stomata closure
induced by exogenous ABA and H2O2，and reversed the closure by Ca2+. Furthermore，5-ALA treatment
was found to reduce the endogenous H2O2 and Ca2+ content in guard cells of apple leaves. Therefore，it can
be deduced that 5-ALA induced stomata opening may be the result of down-regulation of H2O2 and Ca2+
content in the guard cells of apple leaves.
Key words：apple；ABA；5-ALA；guard cells；regulatory mechanism；stomatal aperture

大量研究表明，5–氨基乙酰丙酸（5-aminolevulinic acid，5-ALA）作为一种新型植物生长调节
物质（Akram & Ashraf，2013），其最显著的生理功能是提高逆境条件下植物叶片净光合速率（汪良
驹 等，2004；Ali et al.，2013），因而在提高逆境下作物产量（成学慧 等，2012）与改善产品品质
（郭磊 等，2013；Xie et al.，2013）方面有着广阔应用前景（汪良驹 等，2003）。然而，5-ALA 调

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控植物光合作用的机理并未完全阐明。目前人们将其归结为以下几个方面：第一，作为叶绿素生物
合成的关键前体，可以调节叶绿素合成，并增加光能吸收利用（汪良驹 等，2004；谢荔 等，2013）；
第二，作为亚铁血红生物合成的关键前体，参与光合电子传递（Wang et al.，2010），提高抗氧化酶
活性（Nishihara et al.，2003；刘卫琴 等，2006；李翠 等，2012），光合能量转化效率受到显著促
进（谢荔 等，2013）；第三，可以诱导 RuBP 羧化酶小亚基编码基因表达上调（Shen et al.，2011），
显著提高羧化效应，因而对光合作用调节效应不仅涉及光反应，而且涉及暗反应。除此之外，汪良
驹等（2004）曾经观察到，5-ALA 可以增大甜瓜叶片气孔开度，并且认为这是 5-ALA 促进叶片光
合效率提高的重要原因。这一现象在番茄（苏常红 等，2006；徐晓洁 等，2008）、小麦（姚素梅 等，
2010）和油菜（Ali et al.，2013）等作物上得以证实。然而，迄今为止，有关 5-ALA 促进气孔开放
的机理未见专门报道。本试验以苹果离体叶片为材料，研究了外源 5-ALA 对下表皮保卫细胞运动的
影响及其与光照以及 ABA、H2O2 和 Ca2+的相互作用，以期从气孔运动的角度阐明 5-ALA 提高植物
光合速率的生理机制。
1 材料与方法
1.1 试验材料及气孔开度观察
2 年生‘富士’苹果（Malus  domestica Borkh.‘Fuji’）盆栽幼苗 2013 年春季种植在南京农业
大学卫岗校区避雨温室内。待新生叶片完全展开后，选取 4 ~ 6 片，洗净后平置于盛有 Mes-KCl 缓
冲液（含 KCl 50 mmol · L-1，Mes 10 mmol · L-1，CaCl2 0.1 mmol · L-1，pH 6.4）的培养皿（Φ10 cm）
内，在 25 ℃光照培养箱（240 mol · m-2 · s-1）或暗培养箱中悬浮 4 h，然后用镊子轻轻撕下叶片下
表皮，用刀片和毛刷小心除去粘附的叶肉细胞，切成条块（0.5 cm × 0.5 cm），重置于含有不同试剂
的 Mes-KCl 缓冲液中，在 Nikon TE100 光学显微镜下连续观察气孔开度（400 ×）。利用图像采集系
统（MShot Digital Imaging System）拍摄气孔图片，并用测微尺和 Adobe Photoshop 6.0 软件测定数
据，获得气孔开度值。每个表皮条块选取 7 ~ 8 个视野，每个视野测量 3 ~ 4 个气孔孔径，即每个数
值约为 30 个气孔开度平均值。
1.2 药剂处理
光照下 5-ALA 处理：将新鲜制备的下表皮条块置于添有 0.5 mg · L-1 5-ALA 的 Mes-KCl 溶液中，
以未加 5-ALA 的为对照，在光照培养箱中哺育 1 h 后观察气孔开度。
黑暗下 5-ALA 处理：先将苹果叶片放置于暗培养箱 4 h，再制备表皮条块，然后随机放置于添
加了 0、0.005、0.05、0.5 和 5 mg · L-1 5-ALA 的 Mes-KCl 溶液中，连续观察黑暗中气孔开度变化。
光照下 5-ALA 与 ABA 同时处理：以光下培养的苹果叶片为材料，制备表皮条块，然后分别置
入 Mes-KCl 缓冲液（对照）、添加 10 μmol · L-1 ABA 的 Mes-KCl 缓冲液、添加 0.005 ~ 5 mg · L-1 5-ALA
并含 ABA 的 Mes-KCl 缓冲液，连续观察光下气孔开度变化。
光照下 5-ALA 和 H2O2 同时处理：将光下叶片表皮条块分别置入 Mes-KCl 缓冲液（对照）、添
加 200 μmol · L-1 H2O2 以及添加 0.5 mg · L-1 5-ALA 的含 H2O2 的 Mes-KCl 缓冲液，在光下连续观察
气孔开度变化。
Ca2+处理后再用 5-ALA 处理：将光下叶片表皮条块置于含有 1 mmol · L-1 CaCl2 的 Mes-KCl 缓冲
液中，观察气孔开度变化。1.5 h 后，加入 5-ALA 使其最终浓度为 0.5 mg · L-1，继续观察气孔开度
变化。
10 期 陈令会等：外源 5–氨基乙酰丙酸促进苹果叶片气孔开放机理的初探 1967

1.3 保卫细胞 H2O2 相对含量测定
保卫细胞 H2O2 荧光探针负载：把光下哺育的苹果叶片下表皮条块转移至 5 mL 负载缓冲液（含
10 mmol · L-1 Tris，50 mmol · L-1 KCl，pH 6.5）中，然后加入 2,7–二氯氢化荧光素二乙酸酯（H2DCF-
DA）二甲亚砜（DMSO）母液 5 μL，使得 H2DCF-DA 的最终浓度为 50 μmol · L-1。轻轻摇匀，避光
孵育 30 ~ 60 min，以备激光扫描共聚焦显微镜（Laser scanning confocal microscope，LSCM）观测。
LSCM 观测：将载有 H2DCF-DA 的苹果叶片下表皮组织用负载缓冲液漂洗 3 次，洗去表面多余
探针，转移至小塑料培养皿内，在不同组别中分别加入 ABA 和（或）5-ALA 溶液。5 min 后，把表
皮组织放置于载玻片上，盖上盖玻片，在与透射光图像相对应的荧光图像中选择特定区域，利用激
光共聚焦显微镜（Leica TCS SP2）记录表皮组织保卫细胞荧光变化，使用 TIME-COURSE 软件采集
数据，计算相对荧光强度以表示 H2O2 相对含量。LSCM 的工作条件为激发波长 488 nm，发射波长
（525 ± 15）nm，激光能量 10%，放大 4 倍，分辨率 512 × 512。每组试验至少有 3 次生物学重复，
取平均值。
1.4 保卫细胞 Ca2+相对含量的测定
Ca2+荧光标记参照 Zhang 和 Rengel（1998）及尚忠林等（2001a，2001b）的方法进行。取适量
暗处理后的下表皮块置于 10 mL Mes-KCl 缓冲液中，加入 10 μL 荧光探针 Fluo-3 AM 使其最终浓度
为 1 μmol · L-1。混匀后置 4 ℃暗培养 2 h。用 Mes-KCl 缓冲液洗涤 3 次，去除胞外的 Fluo-3 AM。
将标记后的下表皮组织置于含有 0.05 mg · L-1 5-ALA 的 Mes-KCl 缓冲液中处理 5 min，以不含
药剂的 Mes-KCl 缓冲液作对照，在激光共聚焦显微镜下扫描观察不同处理保卫细胞 Ca2+ 荧光强度
随时间变化动态，通过计算机直接采集图像数据，计算相对荧光值以表示 Ca2+ 相对含量。
所有数据均重复测定 3 次以上，取平均值，并经方差分析和邓肯氏测定。
2 结果与分析
2.1 5-ALA 促进光照条件下苹果叶片气孔开放
如图 1 显示，5-ALA 处理明显增大苹果叶片的气孔开度。在 240 mol · m-2 · s-1 光照条件下培养
的苹果叶片（对照）气孔开度平均值为 3.65 m（图 1，A），而同样条件下经 0.5 mg · L-1 5-ALA 处
理 1 h 后叶片气孔开度平均值为 4.34 m（图 1，B），比对照高出 19%（P < 0.05），说明外源 5-ALA
处理可以显著增大光照条件下苹果叶片气孔开度。
图 1 外源 5-ALA 处理对苹果叶片气孔保卫细胞开度的影响
Fig. 1 Effect of exogenous 5-ALA on stomatal aperture of epidermal guard cells of apple leaves
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图 2 黑暗条件下 0.05 mg · L-1 5-ALA 处理对苹果叶片
气孔开度调节的时间效应
Fig. 2 Time course of 0.05 mg · L-1 5-ALA regulating stomatal
aperture of apple leaves under dark condition
表 1 5-ALA 处理对黑暗条件下苹果叶片气孔开度的影响
Table 1 Effect of 5-ALA with different concentrations on
stomatal aperture of apple leaves under dark
气孔开度/μm Stomatal aperture
5-ALA/（mg · L-1）
0 h 1 h 2 h
0（对照 Control） 2.63 ± 0.06 fg 2.48 ± 0.12 g 2.42 ± 0.13 g
0.005 2.74 ± 0.02 f 3.93 ± 0.03 b 3.45 ± 0.15 cde
0.05 2.53 ± 0.20 fg 4.25 ± 0.09 a 4.29 ± 0.22 a
0.5 2.59 ± 0.10 fg 3.51 ± 0.01 cd 3.23 ± 0.05 de
5 2.54 ± 0.07 fg 3.55 ± 0.14 c 3.16 ± 0.27 e
注：表中数据为 30 个左右气孔开度平均值 ± 标准误，数据
后面相同字母代表在 P = 0.05 水平上差异不显著。下同。
Note：The data in the table were the means ± standard error of
about 30 stomatal apertures，behind which the same letters represent
no significant difference at P = 0.05 level. The same below.
2.2 5-ALA促进黑暗条件下苹果叶片气孔开放
表 1 显示，0.005 ~ 5 mg · L-1 5-ALA 处理
能够显著增大黑暗条件下苹果下表皮气孔开度
（P < 0.05）。在试验观察的 2 h 内，对照叶片
气孔开度始终保持在 2.5 m 左右，而 5-ALA
处理1 h后，所有处理叶片气孔开度均上升35%
以上，其中 0.05 mg · L-1 5-ALA 处理效应最明
显，气孔开度为原初值的 1.68 倍，表明外源
5-ALA 可以诱导黑暗中苹果叶片气孔开放。虽
然其后的 1 h 内，处理叶片气孔开度略有下降，
但仍然显著高于对照叶片。
为了明确 5-ALA 促进气孔开放的时间效
应，利用 0.05 mg · L-1 5-ALA 再次试验。结果
（图 2）表明，5-ALA 处理 10 min 后气孔开度
就显著高于对照；20 ~ 40 min 间，促进效应最
大；以后则逐渐下降，但是 2 h 内仍然显著高
于对照，说明外源 5-ALA 可以快速诱导黑暗条
件下苹果叶片保卫细胞气孔开放。
2.3 5-ALA 抑制 ABA 诱导的气孔关闭
表 2 显示，光照培养下的苹果叶片（对照）
气孔开度约为 4.3 μm，而且在试验的 2 h 内保
持稳定。在培养液中添加 10 μmol · L-1 ABA，
则 1 h 后气孔开度下降 37%，2 h 后下降 50%，
说明外源 ABA 诱导苹果叶片气孔关闭。然而，
在添加 ABA 的同时添加 0.005 ~ 5 mg · L-1
5-ALA，则 ABA 诱导的苹果叶片气孔关闭效应
得到显著缓解。处理 1 h 时，除了 ABA + 5 mg · L-1 5-ALA 处理与单纯 ABA 处理之间差异未达到显
著水平外，其它几个浓度处理的气孔开度均显著高于 ABA 处理（P < 0.05）；处理 2 h 时，所有添加
5-ALA 的叶片气孔开度显著高于 ABA 处理（增幅为 25% ~ 50%），说明 5-ALA 可以显著抑制 ABA
诱导的气孔关闭。另外，从浓度上看，0.005 ~ 5 mg · L-1 5-ALA 的效应差异较小，说明 ALA 作用的
有效浓度范围相当宽。
表 2 外源 5-ALA 对 ABA 诱导的苹果叶片气孔关闭的抑制效应
Table 2 The inhibition of exogenous 5-ALA on the stomata closure of apple leaves induced by ABA
气孔开度/μm Stomatal aperture 处理 Treatment
0 h 1 h 2 h
对照 Control 4.23 ± 0.18 ab 4.29 ± 0.19 ab 4.28 ± 0.20 ab
10 μmol · L-1 ABA 4.39 ± 0.20 ab 2.76 ± 0.19 d 2.22 ± 0.17 e
10 μmol · L-1 ABA + 0.005 mg · L-1 5-ALA 4.11 ± 0.19 ab 3.34 ± 0.16 c 2.77 ± 0.19 d
10 μmol · L-1 ABA + 0.05 mg · L-1 5-ALA 3.98 ± 0.17 b 3.48 ± 0.18 c 2.77 ± 0.17 d
10 μmol · L-1 ABA + 0.5 mg · L-1 5-ALA 4.40 ± 0.25 ab 3.31 ± 0.25 c 3.31 ± 0.14 c
10 μmol · L-1 ABA + 5 mg · L-1 5-ALA 4.57 ± 0.22 a 2.99 ± 0.13 cd 3.06 ± 0.19 cd
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图 3 外源 5-ALA 对 Ca2+诱导的苹果叶片气孔关闭的逆转效应
Fig. 3 The reversion of exogenous 5-ALA on stomata closure
of apple leaves induced by Ca2+

表 3 外源 5-ALA 对 H2O2 诱导的苹果叶片气孔关闭的抑制效应
Table 3 The inhibition of exogenous 5-ALA on the stomatal
closure of apple leaves induced by H2O2
气孔开度/μm Stomatal aperture 处理
Treatment 0 h 1 h 2 h
对照 Control 3.64 ± 0.17 a 3.84 ± 0.18 a 3.61 ± 0.13 a
200 μmol · L-1 H2O2 3.69 ± 0.13 a 2.59 ± 0.13 bc 2.27 ± 0.08 c
200 μmol · L-1 H2O2 +
0.5 mg · L-1 ALA
3.77 ± 0.12 a 2.98 ± 0.12 b 2.58 ± 0.09 bc
2.4 5-ALA 抑制 H2O2 诱导的气孔关闭
表 3 显示，光照下苹果叶片（对照）气孔
开度约为 3.7 μm；添加 200 μmol · L-1 H2O2 1 h
后气孔开度下降 30%，2 h 后下降 39%，说明
H2O2能够诱导苹果叶片气孔关闭。然而，在添
加 H2O2 的同时添加 0.5 mg · L-15-ALA，则气孔
开度比单纯的 H2O2 处理约高出 15%，表明
5-ALA 可以抑制 H2O2 诱导的气孔关闭。
2.5 5-ALA 逆转 Ca2+诱导的气孔关闭
图 3 显示，1 mmol · L-1 Ca2+ 能够诱导苹果
叶片气孔关闭，在 0.5 ~ 1.5 h，气孔开度随着
时间延长而明显下降。然而，此时在培养液中
添加 0.5 mg · L-1 5-ALA，则气孔开度迅速恢复，
在 0.5 h 内达到并且超过未加 Ca2+时水平（3.7
μm），说明 Ca2+诱导苹果叶片气孔关闭，而
5-ALA 能够逆转 Ca2+诱导的气孔关闭。
2.6 5-ALA 对苹果叶片保卫细胞 H2O2 相对含
量的影响
2.6.1 黑暗条件下
激光扫描共聚焦结果（图 4）显示，黑暗
下培养的苹果叶片（对照）下表皮保卫细胞
H2O2 荧光强度（表示 H2O2 相对含量）保持较高水平，并且在观察的 30 min 内相当稳定。但是添加
0.5 mg · L-1 5-ALA，则可在 15 min 内观察到 H2O2 相对含量显著下降（P < 0.05），并且在 20 min 内
一直保持着直线下降趋势；直到 H2O2 荧光强度降低为原初值的 27%后，才略稍上升，但整体上保
持在较低水平，证明 5-ALA 处理促使黑暗中苹果叶片气孔保卫细胞 H2O2 含量下降。
2.6.2 ABA处理下
图 5 显示，光照下苹果叶片（对照）保卫细胞 H2O2 荧光强度相对稳定，在观察的 40 min 内，
基本没有变化。在培养液中添加 10 mol · L-1ABA，则在处理后 22 min 左右保卫细胞 H2O2 荧光强度
极显著增加（P < 0.01），40 min 时大约高出原初 1 倍左右，说明外源 ABA 处理能够诱导保卫细胞
H2O2 含量迅速上升。然而，在添加 ABA 同时添加 0.5 mg · L-1 5-ALA，则 ABA 诱导的 H2O2 荧光强
度上升效应完全消失，而且保卫细胞 H2O2 荧光强度呈持续下降趋势，并在处理 30 min 后显著低于
对照（P < 0.05），最低值只有原初荧光强度的 21%，说明 ALA 能够完全消除 ABA 诱导的 H2O2 积
累，并且导致保卫细胞 H2O2 含量显著低于对照。
2.7 5-ALA 对暗培养中苹果叶片保卫细胞 Ca2+含量的影响
图 6 显示，暗培养中苹果叶片（对照）保卫细胞 Ca2+ 荧光强度在观察的 40 min 内保持相对稳
定的较高水平；在培养液中添加 0.5 mg · L-1 外源 5-ALA，Ca2+荧光强度迅速下降；从作用时间上看，
10 ~ 28 min 内 Ca2+ 浓度呈下降趋势，此时，Ca2+ 仅为原初值的 40%。以后虽有小幅上升，但整体
上只有原初值的一半，说明 5-ALA 处理可以显著降低黑暗中苹果叶片保卫细胞 Ca2+含量。
1970 园 艺 学 报 41 卷
图 4 5-ALA 对暗培养苹果叶片气孔保卫细胞 H2O2 荧光强度的影响
Fig. 4 The effect of 5-ALA on fluorescence intensity of H2O2 in guard cells of dark-cultured apple leaves

图 5 5-ALA 对 ABA 诱导苹果叶片保卫细胞 H2O2 荧光强度的影响
Fig. 5 The effect of 5-ALA on fluorescence intensity of ABA-induced H2O2 in guard cells of apple leaves


图 6 5-ALA 对暗培养苹果叶片保卫细胞 Ca2+荧光强度的影响
Fig. 6 The effect of 5-ALA on fluorescence intensity of Ca2+ in guard cells of apple leaves cultured under darkness
10 期 陈令会等：外源 5–氨基乙酰丙酸促进苹果叶片气孔开放机理的初探 1971

3 讨论
汪良驹等曾于 2004 年观察到外源 5-ALA 可以提高甜瓜叶片气孔开度（汪良驹 等，2004）。其
后证实，5-ALA 处理可以提高多种植物叶片气孔导度（苏常红 等，2006；徐晓洁 等，2008；Youssef
& Award，2008；姚素梅 等，2010；Ali et al.，2013）。张治平等（2008）发现，过量合成 5-ALA 的
转基因烟草叶片气孔导度显著高于野生型，证明无论是外源还是内源 5-ALA 均可以诱导叶片气孔开
放，有利于 CO2 进入叶肉细胞，从而提高植物叶片净光合速率。本研究中利用离体苹果叶片下表皮
组织为材料，研究了外源 5-ALA 对气孔运动的影响，发现 0.5 mg · L-1 5-ALA 可以显著增大光培养
下气孔开度（图 1），0.005 ~ 5 mg · L-1 5-ALA 可以诱导黑暗下苹果叶片气孔开度增大（表 1），抑制
ABA 和 H2O2 诱导的苹果叶片气孔关闭（表 2，表 3），还可以逆转和 Ca2+诱导的气孔关闭（图 3）。
因而，第 1 次用试验数据证明外源 5-ALA 具有诱导植物叶片气孔开放效应。这可能是 5-ALA 促进
植物叶片光合速率增加的重要原因之一（汪良驹 等，2004）。
植物气孔运动是一个高度复杂却受调控的生理过程。黑暗、ABA、H2O2、Ca2+ 等因素均能诱导
气孔关闭。其根本原因是它们都能刺激保卫细胞质膜 K+外流通道和阴离子通道活性，电解质外流，
细胞渗透势下降，水分外流，膨压下降，气孔关闭（李保珠 等，2012）。就目前研究而言，黑暗是
导致气孔关闭最重要的外因之一，ABA 处在调控的上游。它与 ABA 受体结合诱导质膜 NADPH 氧
化酶产生超氧阴离子，后者经 SOD 歧化生产 H2O2（董发才 等，2002），启动依赖于 Ca2+ 或不依赖
于 Ca2+ 的信号通道来调节气孔运动（McAinsh et al.，1996；苗雨晨，2002；权宏 等，2003；杨金
华和杜克久，2011）。但是，黑暗是否导致 ABA 含量上升却很少见报道（张媛华，2012）。鉴于高
等植物 ABA 生物合成仅发生在叶绿体内，并且主要累积其中，汪良驹和周燮（1989）提出，植物
遇到逆境时，叶绿体基质酸化，离子态 ABA-转化为分子态 ABAH，后者透过叶绿体膜扩散到胞质
中。这样，一方面增加胞质 ABA 含量，另一方面，反馈调节 ABA 从头合成。因而可以推测，黑暗
中光合作用停止，光合磷酸化和 NAPDH 生成受阻，即使没有从头合成，ABA 自动重新分配，也会
导致胞质 ABA 含量迅速增加（黄荣峰和王学臣，1996）。因而，黑暗导致气孔关闭可以简单地归纳
为：黑暗→胞质 ABA 上升→ABA 受体激活→NAPDH 氧化酶上升→产生 H2O2→[Ca2+]cyt上升→K+out
和阴离子通道活化→电解质外流→水分外流→膨压下降→气孔关闭。本研究结果显示，5-ALA 可以
促使黑暗或 ABA 诱导的苹果叶片气孔保卫细胞 H2O2 含量下降（图 4，图 5），也能促使黑暗条件下
气孔保卫细胞 Ca2+含量下降（图 6），因而，5-ALA 调控苹果叶片气孔运动的位点应该在 H2O2 生成
之前。再则，黑暗中保卫细胞 H2O2 含量保持较高水平，5-ALA 处理 10 min 后，H2O2 含量直线下降
（图 4），说明 5-ALA 不是抑制 H2O2 生成，而是促使其分解。类似地，光照下外源 ABA 处理 20 min
后，保卫细胞 H2O2 含量急剧上升，而 5-ALA 处理叶片 H2O2 水平始终保持较低水平，而且在处理
30 min 后显著低于对照（图 5），也说明 5-ALA 处理促使光下外源 ABA 诱导的 H2O2 降解。对于这
一现象，作者认为，5-ALA 作为亚铁血红素生物合成的关键前体，可以诱导植物叶片抗氧化酶系统
中 SOD、POD、CAT 和 APX 等活性上升（Nishihara et al.，2003；康琅 等，2006），因而，5-ALA
调控苹果叶片气孔开度时，抗氧化酶活性提高是 H2O2 水平下降的原因。另外，比较图 4 和图 6 的
时间进程发现，5-ALA 显著降低黑暗中叶片保卫细胞 H2O2 的时间在处理后 15 min，效应最大时间
为 20 min，而显著降低 Ca2+的时间约为处理后 16 min，效应最大时间约为 28 min。这暗示着 5-ALA
先作用于 H2O2，而后再影响到细胞质 Ca2+浓度。这与前人报道的 H2O2 诱导保卫细胞游离 Ca2+浓度
增加的研究结果（McAinsh et al.，1996）吻合。然而，图 6 表明，5-ALA 处理快速降低黑暗中苹果
叶表皮保卫细胞胞质 Ca2+浓度。这暗示着，5-ALA 未必需要经过 H2O2，它也可能作用于质膜
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Ca2+-ATPase，直接将 Ca2+泵到胞质外，从而引起气孔开放。段春慧（2013）观察到，5-ALA 提高在
梨花粉管 Ca2+-ATPase 活性，直接降低胞质 Ca2+浓度。这种机制可能也存在于苹果叶片保卫细胞运
动调节。
已有报道 5-ALA 是一种多功能植物生长调节物质（汪良驹 等，2003；Akram & Ashraf，2013），
在组织培养中可以同时诱导愈伤组织形成不定根和不定芽，兼有 IAA 和 CTK 活性（Roy &
Vivekanandan，1998）。最近，Xie 等（2013）系统报道了它诱导苹果果实着色效应，并被中国农业
部批准登记为一种新型全天然植物调节剂。但其调控机理还远未阐明，甚至连它是分子自身还是转
化后再参与生理调节的都不清楚。Wang 等（2005）发现，5-ALA 提高白菜耐盐性效应依赖于其转
化为亚铁血红素。本研究中虽然没有用试验研判它是直接还是间接作用，但是 5-ALA 可以在 10 ~ 20
min 内诱导黑暗中苹果气孔开度增大（图 2）。如果这不是一种直接作用，至少暗示着它可以在黑暗
中迅速转化为代谢产物（如亚铁血红素），并且快速诱导新的生理效应。
5-ALA 能够提高植物多种抗逆性，包括抗寒、抗高温、耐盐、耐弱光（Akram & Ashraf，2013）、
耐缺氮（Wei et al.，2012）等，它也能提高植物抗旱性（Al-Thabet，2006；程菊娥 等，2007）。这
看上去很矛盾，因为 ABA 是一种抗蒸腾剂，而 5-ALA 抑制 ABA 诱导的气孔关闭，那么它就不应
该与抗旱性有关。但实际上，5-ALA 确实可以提高植物抗旱性。本实验室于 2013 年 7 月 12 日利用
5-ALA 溶液处理无花果幼苗，8 月份遇到创记录的晴热高温干旱天气，处理植株叶片出现严重萎蔫
症状，但幼苗出圃时却发现，与对照区相比，处理区不仅出苗量大，而且根系发达，枝条健壮，说
明一定阶段的叶片萎蔫更有利于后期补偿性生长。另外，本实验室还观察到拟南芥幼苗控水 30 d 将
导致幼苗严重失水，一旦复水，5-ALA 预处理植株可以迅速恢复生长，明显超过对照，表明植株耐
旱能力显著增强。据此看来，5-ALA 作为一种新的植物生长调节物质，不仅促进光合作用和呼吸作
用（Wang et al.，2005），而且促进蒸腾作用。由于蒸腾拉力与植物根系吸收能力有关，因而，5-ALA
处理有可能涉及到植物对土壤养分吸收运输和利用等营养生理。5-ALA 具有如此多的调节功能，这
是其它植物生长调节剂很少见的，值得深入研究。
综上所述，本试验证明了 5-ALA 能够促进苹果叶片气孔开放。这是其提高光合速率的重要方面，
但不损害植株抗旱性，甚至更有利于抗旱性提高。其中原因还有待于进一步阐明。

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