――南京農(nóng)業(yè)大學(xué)汪良駒教授成功將 5-ALA 應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)品質(zhì)生產(chǎn)

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品是人類生活必需品。隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對農(nóng)產(chǎn)品的需求越來越高。這不僅表現(xiàn)在數(shù)量方面，更體現(xiàn)在質(zhì)量追求。但是，隨著人口增多和城市化發(fā)展，農(nóng)村生態(tài)環(huán)境遭到了不同程度的破壞，農(nóng)業(yè)環(huán)境日益嚴峻。極端溫度、旱 / 澇、鹽 / 堿、水 / 土壤 / 空氣污染等影響著農(nóng)作物生長。如何在這些不良環(huán)境條件下增產(chǎn)提質(zhì)，滿足人們?nèi)找嬖鲩L的生活需求，是一個關(guān)系到 14 億人口大國能否持續(xù)穩(wěn)定健康快速向前發(fā)展的重大戰(zhàn)略問題。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)汪良駒教授一直致力于果樹、蔬菜等園藝作物的生長發(fā)育調(diào)節(jié)與新技術(shù)研發(fā)推廣工作。2000年，他赴日本千葉大學(xué)開展訪問研究，接觸到一種名為5- 氨基乙酰丙酸（5-ALA）的氨基酸。由于 5-ALA能顯著提高棉花耐鹽性，這讓他意識到這種小分子物質(zhì)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有巨大應(yīng)用前景。2002 年 1 月，他正式開啟了 5-ALA 在中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用及其理論基礎(chǔ)研究。20 余年來，他先后獲得留學(xué)基金、自然科學(xué)基金、江蘇省農(nóng)業(yè)科技支撐計劃、江蘇省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)、江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金、江蘇省碳達峰碳中和專項資金以及南京市 321 領(lǐng)軍型科技創(chuàng)業(yè)人才引進計劃等項目的資助，積極投身氨基酸生物技術(shù)提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率研究。他帶領(lǐng)的團隊深挖 5-ALA 提高植物多抗性、促進生長發(fā)育、提高產(chǎn)量、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的機理，同時，研究 5-ALA 在不同農(nóng)作物上使用的技術(shù)方法，制定技術(shù)規(guī)程，研發(fā)技術(shù)產(chǎn)品，并將它們推廣于水稻、小麥、蘋果、梨、桃、蘿卜、西葫蘆等近百個物種，取得了顯著的抗逆增產(chǎn)提質(zhì)增效效應(yīng)。

圖1 汪良駒教授參加國內(nèi)商業(yè)科技質(zhì)量大會并獲獎

1 5-ALA 在農(nóng)作物生產(chǎn)上的創(chuàng)新應(yīng)用

5-ALA 是一種含有氮和氧的碳氫化合物，擁有一個氨基和一個羧基，分子量 131.2，存在于所有生物體內(nèi)，是一種氨基酸。但與普通 α- 氨基酸不同，它的氨基位于碳鏈 δ 位，是一種 δ- 氨基酸。它不合成蛋白質(zhì)，而是作為卟啉化合物生物合成的必需前體，參與葉綠素和血紅素合成，與植物光合作用中捕光色素復(fù)合體及光能捕獲、光合電子傳遞與呼吸作用中氧化電子傳遞等生命過程有關(guān)。不同濃度的 5-ALA 具有不同生理功能，它不是植物激素，但同樣能調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，在農(nóng)業(yè)上蘊藏著巨大的生產(chǎn)應(yīng)用潛力。汪良駒教授的研究始于探索 5-ALA 對甜瓜耐低溫弱光能力的提升作用。他發(fā)現(xiàn)，10～100 mg/L 5-ALA 可以提高弱光下幼苗光合能力，并提高植株耐冷性。這一發(fā)現(xiàn)為反季節(jié)瓜果蔬菜生產(chǎn)提供了新的提質(zhì)增效技術(shù)。他把 5-ALA 運用于越冬蘿卜的培育，發(fā)現(xiàn)可以使其直根又粗又長，增產(chǎn) 49%；用于西葫蘆的種植，不僅顯著提升產(chǎn)量，而且防止了病毒病蔓延；用于大棚草莓的栽培，不僅促成花，使果實提早上市，而且品質(zhì)好，產(chǎn)量提高 15% ～ 18%；用于春茶的生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)茶頭早多密，湯色濃香甜；用于冬小麥種植，保證葉色濃綠，根多苗壯，可抵抗后期臺風危害，產(chǎn)量提高13%～26%。在桃樹春季萌芽前 7天用 5-ALA溶液灌根，使得盛開花朵可以忍耐 -3?℃低溫達 6?h，基本解除了倒春寒對開放花朵與幼果的危害，給果樹豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)加上一道科技保險杠。

2 5-ALA 幫助水果增色添香

鑒于 5-ALA 可以提高植物耐弱光性，汪良駒教授推測它應(yīng)該可以促進果實著色，因為果實著色不良的原因往往就是光照不足。如果耐弱光性提高，理應(yīng)改善著色程度。2003 年 10 月，他在徐州果園開展田間試驗。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用 5-ALA 的蘋果果皮著色程度遠遠好于未施用 5-ALA 的對照組，而且果實風味品質(zhì)和耐藏性也得到顯著改善。2010 年，汪良駒教授團隊獲準在5 省 10 地開展田間藥效試驗，以及 12 項動物毒性試驗和 12 項環(huán)境生物毒性試驗。所得數(shù)據(jù)充分證明，5-ALA對動物，對環(huán)境友好，是一種安全綠色的蘋果增色劑，因而獲得新藥品登記。這是我國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)一種氨基酸能夠同時提高果實外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)和貯藏品質(zhì)。該項研究成果被收錄至《中國農(nóng)業(yè)年鑒》（2013）。迄今為止，5-ALA 促進果實著色技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蘋果、梨、葡萄、桃等果樹生產(chǎn)實踐。5-ALA 調(diào)控蘋果花青苷合成的轉(zhuǎn)錄機制研究成果發(fā)表于Molecular Horticulture（圖 2）。

圖2 5-ALA通過MdWRKY71-MdMADS1模塊轉(zhuǎn)錄調(diào)控蘋果花青苷積累的分子機制(發(fā)表于Molecular Horticulture, 2025年)

3 5-ALA 促進抗旱，助力“雙碳”

汪良駒教授團隊的另一項重要發(fā)現(xiàn)是 5-ALA 促進植物葉片氣孔開放。氣孔是植物與大氣間水和二氧化碳交換的主要通道。之前的理論普遍認為，氣孔關(guān)閉可以減少蒸騰失水，從而有利于植株保水抗旱。但是，氣孔關(guān)閉是一種消極抗旱措施，因為它在減少水分耗散的同時也會阻止大氣二氧化碳進入保衛(wèi)細胞，妨礙光合作用。汪良駒教授的研究認為，無論是順境還是逆境（外源 ABA 處理）下，5-ALA 都能促進氣孔開放，從而提高光合效率。更重要的是，5-ALA 處理雖然引起葉片蒸騰失水增多，但它同時誘導(dǎo)細胞質(zhì)膜和液泡膜水通道蛋白AQP 基因表達，根系能夠從難以吸水的基質(zhì)中吸收水分，從而提高葉片光合能力。這是一種主動的抗旱過程，可以把水分利用效率提至最高水平，同時又把缺水危害降到低水平。相關(guān)成果已經(jīng)應(yīng)用于南方季節(jié)性干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和干旱、半干旱地區(qū)的節(jié)水農(nóng)業(yè)，以及設(shè)施葡萄和草莓等水果的節(jié)水栽培。

5-ALA 促進葉片氣孔開放還有更深層次意義，那便是與“雙碳”目標有關(guān)。我國力爭 2030 年前實現(xiàn)碳達峰，2060 年前實現(xiàn)碳中和。處理二氧化碳的主要方法有物理型深海填埋法和化學(xué)反應(yīng)法。除此之外，汪良駒教授提出“生物降碳法”，即利用綠色植物光合作用，將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為人類食品或食品原料，通過生物化學(xué)反應(yīng)，將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機碳。

團隊研究發(fā)現(xiàn)，施用外源 5-ALA 或者通過基因改良以促進內(nèi)源 5-ALA 含量增加或信號增強，都可以增大氣孔開度，增強生物固碳。他們挖掘出一系列與氣孔調(diào)節(jié)有關(guān)的基因，如 MdPHB2、MdPP2AC、MdWRKY71、 MdDGK3-like、MdPTPA 和 MdBAM17 等。 人為調(diào)控基因表達，可以改變?nèi)~片氣孔開度和光合固碳能力。把外源 5-ALA 產(chǎn)品金村秋施用到植物表面，可以顯著促進水稻生長和產(chǎn)量提高，也能顯著提高蘋果、梨、桃等果實含糖量，促進陽光玫瑰葡萄的香氣物質(zhì)積累。2022—2024 年，他們在水稻上累積推廣金村秋 140 萬畝，稻谷畝產(chǎn)平均增加 57.2?kg，總產(chǎn)量增加 8000萬kg。折合降碳量為 146萬 t，相當于 40萬t標準煤釋放的碳量。在水果上，使用金村秋的冬棗糖度最高達 40，中油四號油桃糖度達 27.6，陽光玫瑰葡萄糖度達 27.1，泰山一號獼猴桃糖度達 24，翠冠梨和金陵黃露桃糖度達 16。這里的水稻增產(chǎn)和果實糖度提高均來自大氣二氧化碳轉(zhuǎn)化。可見，5-ALA 可以變廢為寶，美化環(huán)境，在有限的土地上生產(chǎn)出更多糧食和的瓜果。

它是一種新質(zhì)生產(chǎn)力，可以增強果品的市場競爭力，創(chuàng)造出更高的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和效益。

4 5-ALA 幫助農(nóng)作物抵御環(huán)境侵害

汪良駒教授團隊揭示出，5-ALA 能在鹽漬化土壤上通過 FaWKRY40/70 轉(zhuǎn)錄調(diào)控草莓細胞信號分子，將根系吸收的有害離子（如 Na+ 、Cl- ）排出體外，或區(qū)隔化于根系液泡，或從木質(zhì)部汁液中卸載到薄壁細胞，減少向葉片運輸；同時，能促進有益元素向地上部運輸（圖 3）。這樣，葉片生理功能和植株生長得以維持，植物耐鹽性提高。在受到鎘、鉻等重金屬污染的土壤上，5-ALA 也能類似地將有毒元素截留在根系，防止其運輸至葉片影響植株生長，減少其在產(chǎn)品器官積累，避免引起食品安全問題。這一技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于云南受鎘污染地區(qū)水稻降鎘實踐。此外，5-ALA 亦能夠促進植物對土壤中氮、鈣、鋅、硒等必需元素和有益元素吸收和運輸。在氮肥減半情況下，使用外源 5-ALA 可以使水稻增產(chǎn) 10%，同時提高稻米食味品質(zhì)。

圖3 5-ALA誘導(dǎo)草莓耐鹽性的轉(zhuǎn)錄調(diào)控與細胞信號通路(發(fā)表于Journal of Advanced Research, 2025年)

在果園中施用 5-ALA，可以促進鈣離子吸收運輸以及在果實中積累，從而防止因缺鈣引起的蘋果苦痘病、秋月梨木栓病。5-ALA 可以促進益生菌哈茨木霉生長，同時抑制尖孢鐮刀菌、灰霉菌生長，從而控制草莓枯萎病和灰霉病發(fā)生。5-ALA 的綠色防控效應(yīng)不僅降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，而且減少了農(nóng)業(yè)面污染，提高了果品安全性。

5 推廣應(yīng)用前景

汪良駒教授早接觸 5-ALA 是因為其能提高棉花耐鹽性，因而，在該領(lǐng)域投入了大量精力。他的團隊把5-ALA 產(chǎn)品金村秋運用于江蘇沿海灘涂水稻和小麥，普通水稻品種可以獲得 500 kg 畝產(chǎn)，小麥畝產(chǎn)也達到 400 kg。在新疆棉花上，使用金村秋葉面肥的皮棉畝產(chǎn)比對照高出 25 kg。這些結(jié)果說明，5-ALA 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有廣闊應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)有多家企業(yè)利用細胞工程技術(shù)構(gòu)建了廉價5-ALA 生產(chǎn)技術(shù)，為這種 δ- 氨基酸在中國農(nóng)業(yè)上應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。隨著 5-ALA制備技術(shù)優(yōu)化、分子機制層層破譯、應(yīng)用場景持續(xù)拓寬，這種小小的氨基酸將會釋放出巨大能量，助力中國農(nóng)業(yè)綠色健康發(fā)展。

專家簡介

汪良駒，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，南京市棲霞區(qū)政協(xié)委員。發(fā)表與 5-ALA有關(guān)的學(xué)術(shù)論文121篇，其中在期刊發(fā)表論文 64 篇，獲授權(quán)中國發(fā)明專利11件（一種促進果實著色的方法，ZL200410065334.3；一種生物氨基酸液態(tài)肥料，ZL201010204235.4；5-氨基乙酰丙酸在疏除果樹過剩花朵中的應(yīng)用，ZL201010564793.1 等）、 實用新型專利23件（一種翻料結(jié)構(gòu)及肥料烘干設(shè)備ZL202223500319.X; 一種攪拌組件及混料設(shè)備，ZL202223358961.9 等），制定團體標準 1 項。創(chuàng)辦南京禾稼春生物科技有限公司，研發(fā)生產(chǎn)金村秋、禾稼春和秀果美等系列產(chǎn)品，獲得 2023年氨基酸肥業(yè)十大品牌金獎。“5-ALA 抗逆提質(zhì)增效理論的創(chuàng)建與應(yīng)用”成果于 2024 年獲得中國商業(yè)聯(lián)合會技術(shù)發(fā)明獎一等獎、江蘇省園藝學(xué)會技術(shù)創(chuàng)新獎二等獎、江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)領(lǐng)域十大科技進展成果獎