一种小小氨基酸，蕴藏着巨大的农业生产能量

――南京农业大学汪良驹教授成功将 5-ALA 应用于现代农业品质生产

农业是国民经济产业，农产品是人类生活必需品。随着我国经济快速发展，人们对农产品的需求越来越高。这不仅表现在数量方面，更体现在质量追求。但是，随着人口增多和城市化发展，农村生态环境遭到了不同程度的破坏，农业环境日益严峻。极端温度、旱 / 涝、盐 / 碱、水 / 土壤 / 空气污染等影响着农作物生长。如何在这些不良环境条件下增产提质，满足人们日益增长的生活需求，是一个关系到 14 亿人口大国能否持续稳定健康快速向前发展的重大战略问题。

南京农业大学汪良驹教授一直致力于果树、蔬菜等园艺作物的生长发育调节与新技术研发推广工作。2000年，他赴日本千叶大学开展访问研究，接触到一种名为5- 氨基乙酰丙酸（5-ALA）的氨基酸。由于 5-ALA能显著提高棉花耐盐性，这让他意识到这种小分子物质在农业生产上具有巨大应用前景。2002 年 1 月，他正式开启了 5-ALA 在中国农业生产上应用及其理论基础研究。20 余年来，他先后获得留学基金、自然科学基金、江苏省农业科技支撑计划、江苏省农业科技攻关、江苏省农业科技自主创新资金、江苏省碳达峰碳中和专项资金以及南京市 321 领军型科技创业人才引进计划等项目的资助，积极投身氨基酸生物技术提升农业生产效率研究。他带领的团队深挖 5-ALA 提高植物多抗性、促进生长发育、提高产量、改善农产品品质的机理，同时，研究 5-ALA 在不同农作物上使用的技术方法，制定技术规程，研发技术产品，并将它们推广于水稻、小麦、苹果、梨、桃、萝卜、西葫芦等近百个物种，取得了显著的抗逆增产提质增效效应。

图1 汪良驹教授参加国内商业科技质量大会并获奖

1 5-ALA 在农作物生产上的创新应用

5-ALA 是一种含有氮和氧的碳氢化合物，拥有一个氨基和一个羧基，分子量 131.2，存在于所有生物体内，是一种氨基酸。但与普通 α- 氨基酸不同，它的氨基位于碳链 δ 位，是一种 δ- 氨基酸。它不合成蛋白质，而是作为卟啉化合物生物合成的必需前体，参与叶绿素和血红素合成，与植物光合作用中捕光色素复合体及光能捕获、光合电子传递与呼吸作用中氧化电子传递等生命过程有关。不同浓度的 5-ALA 具有不同生理功能，它不是植物激素，但同样能调节植物生长发育，在农业上蕴藏着巨大的生产应用潜力。汪良驹教授的研究始于探索 5-ALA 对甜瓜耐低温弱光能力的提升作用。他发现，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。这一发现为反季节瓜果蔬菜生产提供了新的提质增效技术。他把 5-ALA 运用于越冬萝卜的培育，发现可以使其直根又粗又长，增产 49%；用于西葫芦的种植，不仅显著提升产量，而且防止了病毒病蔓延；用于大棚草莓的栽培，不仅促成花，使果实提早上市，而且品质好，产量提高 15% ～ 18%；用于春茶的生产，发现茶头早多密，汤色浓香甜；用于冬小麦种植，保证叶色浓绿，根多苗壮，可抵抗后期台风危害，产量提高13%～26%。在桃树春季萌芽前 7天用 5-ALA溶液灌根，使得盛开花朵可以忍耐 -3 ℃低温达 6 h，基本解除了倒春寒对开放花朵与幼果的危害，给果树丰产稳产加上一道科技保险杠。

2 5-ALA 帮助水果增色添香

鉴于 5-ALA 可以提高植物耐弱光性，汪良驹教授推测它应该可以促进果实着色，因为果实着色不良的原因往往就是光照不足。如果耐弱光性提高，理应改善着色程度。2003 年 10 月，他在徐州果园开展田间试验。

结果发现，施用 5-ALA 的苹果果皮着色程度远远好于未施用 5-ALA 的对照组，而且果实风味品质和耐藏性也得到显著改善。2010 年，汪良驹教授团队获准在5 省 10 地开展田间药效试验，以及 12 项动物毒性试验和 12 项环境生物毒性试验。所得数据充分证明，5-ALA对动物，对环境友好，是一种安全绿色的苹果增色剂，因而获得新药品登记。这是我国科学家首次发现一种氨基酸能够同时提高果实外观品质、内在品质和贮藏品质。该项研究成果被收录至《中国农业年鉴》（2013）。迄今为止，5-ALA 促进果实着色技术已经广泛应用于苹果、梨、葡萄、桃等果树生产实践。5-ALA 调控苹果花青苷合成的转录机制研究成果发表于Molecular Horticulture（图 2）。

图2 5-ALA通过MdWRKY71-MdMADS1模块转录调控苹果花青苷积累的分子机制(发表于Molecular Horticulture, 2025年)

3 5-ALA 促进抗旱，助力“双碳”

汪良驹教授团队的另一项重要发现是 5-ALA 促进植物叶片气孔开放。气孔是植物与大气间水和二氧化碳交换的主要通道。之前的理论普遍认为，气孔关闭可以减少蒸腾失水，从而有利于植株保水抗旱。但是，气孔关闭是一种消极抗旱措施，因为它在减少水分耗散的同时也会阻止大气二氧化碳进入保卫细胞，妨碍光合作用。汪良驹教授的研究认为，无论是顺境还是逆境（外源 ABA 处理）下，5-ALA 都能促进气孔开放，从而提高光合效率。更重要的是，5-ALA 处理虽然引起叶片蒸腾失水增多，但它同时诱导细胞质膜和液泡膜水通道蛋白AQP 基因表达，根系能够从难以吸水的基质中吸收水分，从而提高叶片光合能力。这是一种主动的抗旱过程，可以把水分利用效率提至最高水平，同时又把缺水危害降到低水平。相关成果已经应用于南方季节性干旱地区的农业生产和干旱、半干旱地区的节水农业，以及设施葡萄和草莓等水果的节水栽培。

5-ALA 促进叶片气孔开放还有更深层次意义，那便是与“双碳”目标有关。我国力争 2030 年前实现碳达峰，2060 年前实现碳中和。处理二氧化碳的主要方法有物理型深海填埋法和化学反应法。除此之外，汪良驹教授提出“生物降碳法”，即利用绿色植物光合作用，将大气中的二氧化碳转化为人类食品或食品原料，通过生物化学反应，将大气中的二氧化碳转化为有机碳。

团队研究发现，施用外源 5-ALA 或者通过基因改良以促进内源 5-ALA 含量增加或信号增强，都可以增大气孔开度，增强生物固碳。他们挖掘出一系列与气孔调节有关的基因，如 MdPHB2、MdPP2AC、MdWRKY71、 MdDGK3-like、MdPTPA 和 MdBAM17 等。 人为调控基因表达，可以改变叶片气孔开度和光合固碳能力。把外源 5-ALA 产品金村秋施用到植物表面，可以显著促进水稻生长和产量提高，也能显著提高苹果、梨、桃等果实含糖量，促进阳光玫瑰葡萄的香气物质积累。2022—2024 年，他们在水稻上累积推广金村秋 140 万亩，稻谷亩产平均增加 57.2 kg，总产量增加 8000万kg。折合降碳量为 146万 t，相当于 40万t标准煤释放的碳量。在水果上，使用金村秋的冬枣糖度最高达 40，中油四号油桃糖度达 27.6，阳光玫瑰葡萄糖度达 27.1，泰山一号猕猴桃糖度达 24，翠冠梨和金陵黄露桃糖度达 16。这里的水稻增产和果实糖度提高均来自大气二氧化碳转化。可见，5-ALA 可以变废为宝，美化环境，在有限的土地上生产出更多粮食和的瓜果。

它是一种新质生产力，可以增强果品的市场竞争力，创造出更高的农业产值和效益。

4 5-ALA 帮助农作物抵御环境侵害

汪良驹教授团队揭示出，5-ALA 能在盐渍化土壤上通过 FaWKRY40/70 转录调控草莓细胞信号分子，将根系吸收的有害离子（如 Na+ 、Cl- ）排出体外，或区隔化于根系液泡，或从木质部汁液中卸载到薄壁细胞，减少向叶片运输；同时，能促进有益元素向地上部运输（图 3）。这样，叶片生理功能和植株生长得以维持，植物耐盐性提高。在受到镉、铬等重金属污染的土壤上，5-ALA 也能类似地将有毒元素截留在根系，防止其运输至叶片影响植株生长，减少其在产品器官积累，避免引起食品安全问题。这一技术已经应用于云南受镉污染地区水稻降镉实践。此外，5-ALA 亦能够促进植物对土壤中氮、钙、锌、硒等必需元素和有益元素吸收和运输。在氮肥减半情况下，使用外源 5-ALA 可以使水稻增产 10%，同时提高稻米食味品质。

图3 5-ALA诱导草莓耐盐性的转录调控与细胞信号通路(发表于Journal of Advanced Research, 2025年)

在果园中施用 5-ALA，可以促进钙离子吸收运输以及在果实中积累，从而防止因缺钙引起的苹果苦痘病、秋月梨木栓病。5-ALA 可以促进益生菌哈茨木霉生长，同时抑制尖孢镰刀菌、灰霉菌生长，从而控制草莓枯萎病和灰霉病发生。5-ALA 的绿色防控效应不仅降低了农业生产成本，而且减少了农业面污染，提高了果品安全性。

5 推广应用前景

汪良驹教授早接触 5-ALA 是因为其能提高棉花耐盐性，因而，在该领域投入了大量精力。他的团队把5-ALA 产品金村秋运用于江苏沿海滩涂水稻和小麦，普通水稻品种可以获得 500 kg 亩产，小麦亩产也达到 400 kg。在新疆棉花上，使用金村秋叶面肥的皮棉亩产比对照高出 25 kg。这些结果说明，5-ALA 在农业生产上具有广阔应用前景。目前，国内有多家企业利用细胞工程技术构建了廉价5-ALA 生产技术，为这种 δ- 氨基酸在中国农业上应用奠定了良好基础。随着 5-ALA制备技术优化、分子机制层层破译、应用场景持续拓宽，这种小小的氨基酸将会释放出巨大能量，助力中国农业绿色健康发展。

专家简介

汪良驹，南京农业大学教授，南京市栖霞区政协委员。发表与 5-ALA有关的学术论文121篇，其中在期刊发表论文 64 篇，获授权中国发明专利11件（一种促进果实着色的方法，ZL200410065334.3；一种生物氨基酸液态肥料，ZL201010204235.4；5-氨基乙酰丙酸在疏除果树过剩花朵中的应用，ZL201010564793.1 等）、 实用新型专利23件（一种翻料结构及肥料烘干设备ZL202223500319.X; 一种搅拌组件及混料设备，ZL202223358961.9 等），制定团体标准 1 项。创办南京禾稼春生物科技有限公司，研发生产金村秋、禾稼春和秀果美等系列产品，获得 2023年氨基酸肥业十大品牌金奖。“5-ALA 抗逆提质增效理论的创建与应用”成果于 2024 年获得中国商业联合会技术发明奖一等奖、江苏省园艺学会技术创新奖二等奖、江苏省现代农业领域十大科技进展成果奖