葡萄轉色初期干旱脅迫促進果實著色的研究

牛帥科，趙艷卓，魏建國，陳 展，宣立鋒，王廣海，牛早柱，褚鳳杰，楊麗麗

(河北省農林科學院石家莊果樹研究所，石家莊 050061)

葡萄是一種在全世界范圍內廣泛種植的重要果樹類經濟作物，而我國屬于葡萄栽培大國，栽培面積居世界第2位。據統計，至2017年我國從事葡萄栽培行業人員高達290 萬[1]。隨著葡萄產業發展以及全球氣候變化，葡萄栽培過程中常常會遇到干旱、鹽、低溫等非生物脅迫，其中干旱脅迫是限制葡萄果實、根系、葉幕、芽等組織器官生長發育的重要原因[2, 3]。但并不是任何時期和任何程度的干旱脅迫都會對葡萄生長造成不良影響，適當的干旱脅迫會平衡葡萄結實率，提高葡萄漿果中糖分、花青素積累[4, 5]。有報道指出中度干旱脅迫可提升赤霞珠果實中糖分及花青素含量[6]。黃學春等人研究表明，在蛇龍珠葡萄的果實膨大期和轉色期適當的干旱脅迫不會降低產量，但可顯著提高果實中的總糖含量[7]?；诖?，研究干旱脅迫對葡萄果實的影響，可以達到指導生產、減少灌溉水量、提升葡萄品質等目的。

葡萄果皮顏色可以彰顯果實品質，著色靚麗、均一的果實往往具有較高的果品質量及商品價值。而賦予葡萄果皮顏色的物質主要為花青素，屬酚類化合物[8]。伴隨著葡萄的成熟，果實中花青素逐漸積累。影響花青素積累的原因有很多，如品種、栽培技術、生長環境等[9]。針對生長環境，有報道指出，花青素的積累可以響應多種脅迫[10]，如鹽脅迫可提高紅葉石楠老葉中的花青素含量，降低新葉中花青素含量，赤霞珠果實成熟過程中干旱脅迫可有效提升果實中總酚及原花青素含量[11]。因此研究干旱脅迫下對果皮著色的影響，對改善葡萄品質具有重要意義。

葡萄的需水量是隨著葡萄的生長發育而持續變化的，所以在不同發育階段的干旱脅迫對葡萄生長的影響也不盡相同。前期研究表明抽蔓期的干旱脅迫會在不影響產量與品質的前提下降低新梢生長量，減少用水量，而果實轉色期的干旱脅迫會明顯提升果實品質[12]。轉色期是葡萄果實成熟的關鍵時期，隨著果皮中花青素等物質積累與葉綠素分解以及果實中糖分的增加與酸類物質的降低，葡萄逐漸成熟。該過程中，葡萄在轉色初期的變化尤為迅猛。而目前干旱脅迫對果實在葡萄轉色初期的影響報道較少，尤其是對著色的影響鮮有研究，基于此本試驗聚焦干旱脅迫對葡萄轉色初期果皮著色的影響進行了研究，為提高葡萄果品質量，減少栽培過程中用水量提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

供試材料為9 a生設施栽培夏黑葡萄，每公頃土地栽培約3 330 顆。利用滴灌方式進行灌溉，采用“廠”字形整形方式，平均15～20 cm留一個結果枝，短梢修剪，7月上旬采收。供試地位于河北省農林科學院石家莊果樹研究所。該地區年總日照時數為1 916.4～2 571.2 h，平均最冷月份為1月份，平均溫度為-2.9 ℃，平均最熱月份為7月份，平均溫度為26.5 ℃，土壤為沙壤土。

1.2 試驗設計

本試驗設2個試驗組。在葡萄生育期進行正常灌溉管理的對照組，以及于葡萄坐果21 d后停止灌溉的處理組。利用TRIME-PICO-IPH TDR時域反射儀監測土壤水分狀況，每組進行3次重復，共計6個區域。于對照組葡萄進入轉色初期，果穗著色程度達5%、50%、100%時分別采樣。采集到的樣品立即置于液氮中進行速凍，并轉移至-80 ℃冰箱保存，待用。

1.3 項目測定

(1)土壤體積含水量的測定。分別取對照組與處理組3個區域的中間位置，將測量管埋于40 cm深處，在取樣同時利用TRIME-PICO-IPH TDR時域反射儀對土壤體積含水量進行測量。

(2)果皮丙二醛(MDA)含量的測定。采用硫代巴比妥酸法進行檢測[13]。

(3)果皮超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)酶活性的測定。根據李合生的方法檢測葡萄果皮中SOD、POD活性[13]，根據高俊鳳的方法檢測葡萄果皮中CAT活性[14]。

(4)果實中還原糖、可滴定酸的測定。利用斐林試劑滴定法測定果實中的還原糖，利用氫氧化鈉滴定法測定果實中的可滴定酸。

(5)果皮酚類物質的測定。根據曹建康紫外分光光度計法測定果皮中總酚、類黃酮及花青素含量[15]。

2 結果與討論

2.1 土壤體積含水量的測定結果

為了使葡萄在果實轉色初期處于干旱脅迫狀態，處理組在果實坐果后21 d停止灌溉，而對照組進行正常灌溉，監測2組的土壤體積含水量(見圖1)。結果表明，相較正常灌溉的對照組，處理組土壤體積含水量在葡萄轉色初期降至1/2。

圖1 葡萄不同著色程度時土壤體積含水量

2.2 干旱脅迫對轉色初期葡萄果皮中MDA的影響

為了探索干旱脅迫是否誘導了轉色初期葡萄果皮細胞的脂質過氧化，將不同著色程度的對照組與處理組果皮中MDA進行了檢測。圖2表明處理組MDA含量在5%、50%、100%不同著色程度時均要高于對照組。此外，2試驗組在50%、100%著色程度時，果皮組織中MDA含量皆高于5%著色程度，這可能在此階段存在高溫的影響。

圖2 干旱脅迫對不同著色程度葡萄果皮中MDA含量的影響

干旱脅迫會刺激植物產生活性氧，而活性氧除了作為信號外，還可造成脂質過氧化，MDA是脂質過氧化的主要產物之一[16]，MDA含量的高低可以反應植物細胞受傷害的大小，但超過其極限后，反而可能由于細胞死亡造成MDA含量的降低。植物組織中MDA可響應多種形式的脅迫。有研究表明，干旱脅迫可促進葡萄根系中MDA的積累，并且，相對抗旱品種中MDA含量積累較少[17]。低溫環境同樣可以增加葡萄葉片的MDA含量[18]。而本試驗證明果實轉色初期干旱脅迫可增加果皮細胞中MDA的含量。

2.3 干旱脅迫對轉色初期葡萄果皮中抗氧化酶類活性的影響

為了進一步分析干旱脅迫對葡萄轉色初期葡萄果皮中抗氧化酶類物質活性的影響，對2試驗組抗氧化酶類物質的活性進行了檢測。干旱脅迫明顯提升了抗氧化酶類物質的活性(見圖3)。在不同的轉色階段，處理組相較對照組SOD、POD及CAT的酶活性分別高出15%～41%，25%～42%與24%～79%。

干旱脅迫會刺激植物產生活性氧，植物體內存在一些抗氧化酶類物質如SOD、POD、CAT等可以平衡增加的活性氧物質，降低由此帶來的傷害[19, 20]。有研究表明高溫下會提高夏黑葉片中的POD與CAT酶活性，但SOD酶活性無明顯變化[21]。此外，長期干旱會導致葡萄葉片中抗氧化酶類物質活性呈現先增高后降低的變化趨勢[22]，干旱脅迫不僅可以改變葡萄葉片的抗氧化酶類活性，還會導致葡萄果肉SOD及POD酶活性增高[23]。本研究表明果實轉色初期干旱脅迫可提升果皮中抗氧化酶類物質的活性。

圖3 干旱脅迫對不同著色程度葡萄果皮中SOD、POD、CAT酶活性的影響

2.4 干旱脅迫對轉色初期葡萄果實中還原糖、可滴定酸的影響

干旱脅迫往往會影響葡萄的果品質量，而葡萄果實的含糖量與含酸量決定其果實品質。通過對轉色初期果實中還原糖、可滴定酸的測定表明(見圖4)，在5%與50%著色程度階段，干旱脅迫下還原糖含量顯著高于對照組，尤其是在50%著色程度時，而在100%著色程度時差異不明顯?？傻味ㄋ嵩?%與100%著色程度時無明顯差異，但在50%著色程度時處理組明顯低于對照組。

糖分是氨基酸、色素及香氣成分的前體物質，是體現葡萄果品質量的關鍵因素。研究表明，花后65 d輕度的干旱脅迫可以促進葡萄果實中還原糖的積累，而重度干旱脅迫減少還原糖的積累[24]。葡萄果實中可滴定酸主要為酒石酸與蘋果酸，蘋果酸在果實成熟過程中由于三羧酸循環代謝作用逐漸降低，而葡萄果實中酒石酸含量在花后30 d內迅速升高，隨著果實成熟而又降低，同時干旱脅迫也可加速酒石酸的代謝[25]。有研究表明，葡萄生育期內輕度及中度的干旱脅迫可明顯提升果實含糖量，降低含酸量，提升糖酸比[26]。結合本試驗結果，可以看出在果實轉色初期干旱脅迫呈現加速葡萄果實中還原糖的積累、可滴定酸分解的趨勢。

圖4 干旱脅迫對不同著色程度葡萄果實中還原糖及可滴定酸的影響

2.5 干旱脅迫對轉色初期葡萄果皮中酚類物質的影響

總酚、類黃酮及花青素均屬于酚類物質，主要存在于葡萄果皮、果梗及種子中[27]，花青素是賦予葡萄果皮顏色的主要物質。由圖5可知在葡萄轉色初期隨著葡萄著色程度增加這些酚類物質也隨之增加，而干旱脅迫會促進果皮中總酚、類黃酮及花青素含量的積累，且隨著著色加深，干旱脅迫下酚類物質的積累越明顯。其中花青素含量的增加極為明顯，類黃酮、總酚次之。當葡萄著色達100%時處理組較對照組花青素增加了152%，類黃酮增加了34.2%，總酚增加了30.4%。

葡萄酚類物質的功能除了賦予葡萄顏色，還具有較強的自由基清除能力[28]。有研究證明輕度與中度的干旱脅迫會提升葡萄果實的總酚及花青素含量[29]。此外，白三葉在干旱脅迫下一定時間范圍內葉片中總酚、類黃酮、原花青素含量顯著增加[30]。本試驗結果表明葡萄轉色初期的干旱脅迫會提升葡萄果皮中總酚、類黃酮及花青素含量，尤其是花青素，這可能是果實轉色初期干旱脅迫促進果實著色的主要原因。

圖5 干旱脅迫對不同著色程度葡萄果皮中總酚、類黃酮、花青素含量的影響

3 結 語

通過對轉色初期的夏黑葡萄進行干旱脅迫處理，可以看出干旱脅迫能夠增加果皮中丙二醛含量，這可能是由于干旱脅迫引起活性氧增加從而造成脂質過氧化而產生的，并且在這一過程中果皮抗氧化酶類物質的活性相應提升，從而應對干旱脅迫帶來的活性氧的增加。干旱脅迫可加速葡萄果實中還原糖的積累、可滴定酸分解，促進果實成熟。此外，由于干旱脅迫增加了果皮酚類物質含量，尤其是影響果皮顏色的花青素物質含量，從而導致了果皮顏色的加深。

果實轉色初期干旱脅迫促進果皮花青素的積累可能存在2方面的原因：一方面干旱脅迫下加速葡萄果實中還原糖的積累、可滴定酸分解，促進了果實成熟，因而增加了葡萄果皮中花青素的含量；另一方面，作為酚類物質，干旱脅迫下花青素的積累可以協同抗氧化酶類物質發揮抗氧化作用。

本研究結果表明干旱脅迫能夠調控果實的生長發育，葡萄轉色初期合理利用干旱脅迫可以有效提升果實內在品質與外觀著色，在實際生產過程中可以嘗試在此時期進行適當的干旱脅迫，從而達到降低灌溉用水量，提升果實品質，實現增收的目的。