苹果果实和叶片中1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)渗透影响因素及其调控机制研究

《Journal of Plant Growth Regulation》：Factors Affecting Penetration of 1-aminocyclopropane-1-carboxylic Acid (ACC) into Apple Fruit and Leaves

本研究针对植物生长调节剂(PGRs)应用中性能不稳定的问题，系统探讨了放射性标记的1-氨基环丙烷-[1-14C]羧酸(14C-ACC)在苹果叶片和果实中的渗透特性。研究发现ACC渗透性低且变异性大，但通过添加表面活性剂Tween 20可显著提升渗透率9倍，添加CaCl2等吸湿性盐类也能有效增强渗透。该研究为优化ACC作为疏果剂的应用提供了重要理论依据。

　　

在现代化果园管理中，植物生长调节剂(PGRs)的应用效果常常令人捉摸不定。同一个药剂，在不同果园、不同年份甚至不同天气条件下，其表现可能大相径庭。这种不稳定性严重限制了PGRs在园艺生产中的广泛应用，特别是对于ACC(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid)这种新型疏果剂来说，渗透效果的差异可能直接导致疏果不足或过度疏果，给果农带来显著的经济损失。

为什么ACC在田间的表现如此难以预测？这个问题一直困扰着果树栽培学家。以往的研究多集中于ACC的疏果效果和乙烯释放机制，而对其在植物组织中的吸收渗透过程却知之甚少。正如该研究团队在《Journal of Plant Growth Regulation》上发表的文章所指出的，对于ACC这样一种疏果剂，了解其吸收特性尤为重要，因为使用效果的不确定性可能带来严重的经济后果。

为了揭开ACC渗透之谜，研究人员设计了一系列精巧的实验。他们采用放射性标记技术，使用¹⁴C标记的ACC，通过模拟喷雾液滴的方式，系统研究了ACC在苹果叶片和果实中的渗透规律。研究不仅考察了时间、浓度等基本因素，还深入探讨了pH值、表面活性剂、无机盐类、温湿度等环境因素对ACC渗透的影响。

关键技术方法包括：使用离体表皮圆盘进行吸收测定，通过放射性示踪技术量化ACC渗透；建立有限剂量扩散系统研究ACC透过隔离角质膜的动力学；利用不同吸湿性盐类调控微环境湿度；通过纤维素乙酸酯剥离法区分表面吸附与组织吸收。

时间进程与分布特征

研究发现ACC在叶片和果实中的吸收随时间的延长而增加，呈现出明显的时效关系。

更为重要的是，ACC的吸收呈现出明显的对数正态分布特征，表明大多数样本的渗透性较低，而少数样本表现出异常高的渗透率。

器官与发育阶段差异

叶片背面(远轴面)的ACC吸收能力显著高于正面(近轴面)和果实表面，达到果实吸收的两倍以上。随着果实的发育，ACC吸收在盛花后32天达到峰值(17%)，随后逐渐下降。

而叶片年龄则与ACC吸收呈正相关，基部老叶的吸收能力显著高于顶端嫩叶。

浓度与pH效应

提高ACC浓度虽然增加了绝对吸收量，但对果实的相对吸收率没有影响，而叶片的相对吸收率则随浓度增加而上升。

令人意外的是，pH值在2.0-6.7范围内对ACC吸收没有显著影响，即使在ACC的pKa(pH 2.7)附近也是如此。

添加剂的关键作用

研究发现吸湿性盐类的添加能显著促进ACC吸收，特别是那些潮解点(DQ)低于75%的盐类，如CaCl₂(DQ 28%)效果最为明显。

表面活性剂Tween 20的添加使果实中的ACC吸收提高了9倍，幼叶提高6倍，老叶提高2倍。商业配方ACC的吸收效果也显著优于技术级ACC。

环境因素影响

温度在11-34°C范围内对ACC吸收没有显著影响，而相对湿度则表现出明显的促进作用。

在隔离角质膜实验中，提高湿度至饱和状态能显著促进ACC的渗透。

皮孔与蜡质影响

当液滴施加在皮孔上时，ACC的渗透显著增加，特别是在高湿度条件下效果更为明显。

去除角质层蜡质后，ACC的渗透性大幅提高，表明蜡质层是限制ACC渗透的重要屏障。

研究结论与讨论部分强调了ACC作为一种低渗透性PGR的特性，其渗透受到角质层屏障和药剂本身性质的双重限制。ACC的极性和在干燥沉积物中的低移动性是限制其吸收的关键因素。研究首次系统揭示了微环境湿度通过影响沉积物水合状态来调控ACC渗透的机制，这一发现对优化ACC田间应用具有重要指导意义。

该研究的创新之处在于首次系统阐明了ACC在苹果组织中的渗透规律，发现了沉积物水合状态对ACC吸收的关键调控作用。研究结果为解决ACC田间应用效果不稳定的问题提供了科学依据，指出通过添加吸湿性盐类(如CaCl₂)或表面活性剂来改善沉积物水合状态，可有效提高ACC的渗透性和应用效果。这一发现不仅对ACC的应用优化具有直接指导意义，也为其他极性PGRs的剂型设计提供了重要参考。

值得注意的是，研究观察到ACC渗透的对数正态分布特征，提示植物表面存在的微缺陷可能是导致渗透变异性的重要原因。这些缺陷可能来源于生长应力导致的微裂纹、机械损伤或毛状体基部等特殊结构，为理解植物表面对药剂渗透的调控机制提供了新的视角。

该研究通过多角度、多层次的实验设计，全面揭示了影响ACC渗透的关键因素，为今后开发更高效的PGRs应用技术奠定了坚实基础。研究结果对提高果园管理水平、实现精准农业具有重要的理论和实践意义。