石家庄综合试验站

  干旱对葡萄的影响非常广泛，表现在葡萄生长发育的各个阶段，同时可以改变葡萄的生理代谢过程。尽管葡萄属于较为耐旱的果树作物，但我国约一半地区属于干旱及半干旱气候，在这些地区干旱胁迫往往威胁到葡萄的正常生长，是制约葡萄产业发展的主要因素。不过干旱胁迫对葡萄带来的不止是负面效果，有研究证明，合理利用调亏灌溉制度，可提高果实品质，减少修剪量，增加水分利用率。介于此，研究葡萄在干旱胁迫下生长发育过程，对葡萄的抗旱栽培、耐旱品种选育、合理灌溉制度制定具有重要的理论及现实意义。

  1 葡萄的耗水规律

  葡萄干旱胁迫是在没有达到葡萄满足自身生长发育水分时发生的，所以在探讨葡萄水分胁迫之前需要认识到葡萄自身的耗水规律。而葡萄不同生育期的耗水量不尽相同，葡萄在生育期分为萌芽期、新梢生长期、开花期、浆果生长期、浆果成熟期及枝蔓老熟期。在生育期内对水分的消耗量呈现“低-高-低-高-低-低”的趋势，其中按照耗水量的大小排序“浆果生长期>浆果成熟期>新梢生长期>枝蔓老熟期>开花期>萌芽期”。在葡萄的生育期内，葡萄耗水主要体现在蒸腾作用方面，由于在萌芽期葡萄叶片未完全展开，且此时温度较低，所以耗水量最低。随着葡萄的生长发育进入新梢生长期后以及此时气温的升高，蒸腾作用大增，所以该时期出现耗水高峰，葡萄对水分的吸收同时又可以刺激新梢的生长。由于开花期持续时间短，此外，该时期不需要过强的营养生长，否则存在葡萄花授粉不良，落花落果的危险，所以该时期耗水量较低。而进入果实膨大期后生殖生长迅速，且营养生长被抑制，在一般葡萄栽培区域该时期葡萄需水量达极值，但极端干旱区域该时期的耗水量略低于新梢生长期。当进入浆果成熟期后，气温回落，蒸腾作用有所下降，且该时期主梢的生长趋于停止，耗水量有所降低。当葡萄进入枝蔓老熟期后，虽然果实被采收，大量的光合产物运输至枝蔓内部，水分含量逐渐减少，枝蔓逐渐老熟木质化，该时期较低的耗水量有利于枝蔓老熟，预防冻害。

  2 干旱胁迫对葡萄中主要生理指标的影响

  2.1 干旱胁迫降低葡萄叶片光合速率

  干旱胁迫对葡萄的影响是多方面的，对叶片光合作用的影响尤为明显，干旱胁迫对光合作用作用的影响分为气孔与非气孔因素。水分作为光合代谢过程中重要的参与和调节物质，其供应状况将直接影响光合作用的进行，干旱胁迫下，植物得不到充足的水分，而蒸腾作用不会停止，这就使得叶片处于失水状态，导致细胞膨压降低，从而引起保卫细胞的关闭，降低蒸腾作用，但同时随着气孔的关闭，减少CO2进入叶片，光合作用原料的减少，可造成光合速率的降低。干旱胁迫下随着气孔导度的降低，光合速率也随之降低的情况属于气孔因素所导致。有研究表明随着干旱胁迫时间的增长，葡萄叶片气孔导度降低越明显，气孔导度降低导致蒸腾速率降低，及作为光合底物的胞内CO2浓度降低，从而导致光合速率降低。但是随着干旱胁迫的进行，气孔导度不再降低，光合速率依然降低时，非气孔因素将成为限制光合速率的主要因子。在光合作用中叶绿素发挥光能吸收、传递与转化的作用，叶绿体是叶片中对非生物胁迫最为敏感的细胞器之一。干旱胁迫可增加植物细胞中活性氧积累，而叶绿体是植物细胞中活性氧产生的重要场所，活性氧可导致膜结构发生变化，使叶绿体活性降低。随着干旱胁迫的加深，可致使叶绿体膜破裂、基粒类囊体减少或消失、基质片层模糊、淀粉粒畸形，从而丧失功能，Meng等人从形态上研究表明葡萄幼苗在10% PEG 6000模拟干旱处理下，叶片中叶绿体的外在形状趋近圆形，膜系统被破坏，淀粉颗粒消失，叶绿体呈空泡状，大部分基质片层溶解，类囊体呈现扩张、松散、扭曲状态，部分或完全解体，降低或丧失光合作用的功能。

  2.2 干旱胁迫下葡萄的渗透调节

  在遭受干旱胁迫时，植物维持自身渗透平衡是适应干旱胁迫的重要方面，通过渗透调节使细胞内溶质浓度升高，使植物维持一定的膨压，维持生命进程。渗透调节包括无机离子（K+、Ca2+、Na+、Mg2+等）和有机溶质（脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和甜菜碱）的调节，其中盐生植物多针对无机离子研究较多，而葡萄等非盐生植物多对有机溶质研究较多。

  脯氨酸是干旱胁迫状态维持植物渗透平衡的重要物质之一，除了具有渗透调节功能外，由于脯氨酸具有极强的亲水性，可与其他蛋白亲水基相互作用从而维持蛋白结构的稳定性，且脯氨酸还具有调节细胞质pH值，清除自由基的功能，因而脯氨酸含量高低可以作为评价植物抗旱能力的指标。研究表明干旱胁迫下，可明显提升脯氨酸在葡萄低叶龄中的含量，而较高叶龄中无明显变化，由此说明，干旱胁迫下脯氨酸积累主要来自自身合成的增加。除叶片外，根系中脯氨酸也会在干旱胁迫下大量积累。

  可溶性糖在干旱胁迫下同样发挥渗透调节作用，干旱胁迫增加叶片中可溶性糖的积累，一方面由于干旱胁迫促进叶片中的多糖水解为单糖，同时干旱胁迫抑制了叶片中光合产物向其它组织正常转运。王云中等人研究表明干旱胁迫可明显提升葡萄叶片中果糖、葡萄糖、山梨醇、甘露醇、肌醇等可溶性糖含量，且可溶性糖总量的增加主要是由其中肌醇与果糖的增加所致。李予霞研究表明，干旱胁迫可以增加葡萄幼龄叶片中可溶性糖，降低成熟叶片中可溶性糖，说明干旱胁迫下可溶性糖积累是来自物质的重新分配。

  可溶性蛋白是植物渗透调节物质之一，具有维持植物细胞水分、原生质弹性的功能，从而提高细胞的保水能力。可溶性蛋白的变动情况，可反映植物体蛋白质的合成、变性及分解过程，是蛋白质损伤的重要指标。干旱胁迫引起一些蛋白降解的同时，为了降低伤害，植物会诱导一些抗逆相关蛋白的合成。在轻度干旱胁迫下葡萄可溶性蛋白含量有所升高，随着胁迫时间的增长与程度的增加其含量逐渐降低。

  2.3 干旱胁迫下葡萄的活性氧调节

  干旱胁迫往往伴随着氧化胁迫。植物的抗氧化系统是响应干旱胁迫的重要机制之一。在植物正常的生长发育过程中，伴随能量代谢会产生一定量的活性氧，在正常情况下，植物体内活性氧的产生与清除始终处于动态平衡状态。当植物发生干旱胁迫时这种动态平衡被打破，叶绿体、过氧化物酶体、线粒体、内质网、质膜和细胞壁中活性氧含量增加，活性氧的增加有两方面作用，低浓度的活性氧可以作为植物生长发育及逆境胁迫下的信号物质，而过量的活性氧会损伤生物大分子，导致脂质过氧化，破坏蛋白质及DNA等。为了平衡活性氧造成的危害，植物进化出一系列复杂的酶类抗氧化防御机制来维持稳态，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)等等。除了酶类物质，植物中其他物质同样也可以发挥清除自由基的功能，如抗坏血酸(AsA)、谷胱甘肽(GSH)、类胡萝卜素(CAR)、花青素等。

  3 干旱胁迫对葡萄产量与品质的影响

  干旱胁迫下，葡萄光合作用受到抑制，降低同化物质的积累，阻碍葡萄生殖生长的进程，降低葡萄坐果数量，葡萄果粒体积、重量，从而降低葡萄的产量。葡萄果实生长呈现典型的双S形曲线，按照果实发育阶段分为幼果快速生长期（I）、缓慢生长期（II）、成熟期（III）三个阶段，研究表明，葡萄果实细胞的分裂主要发生在I期，此时干旱胁迫可明显降低葡萄果实的体积与单粒重且不可逆转。在果实发育III时期，Cristina等人研究表明在灌溉量低于正常管理的1/2时，果粒直径、重量降低，最终减产21%。但也有研究表明，该时期的干旱不会对产量产生影响，J.M. Faci等人在III期停止灌溉，与正常管理下相比，干旱胁迫基本不降低葡萄的单粒重、果粒直径及产量，甚至在某些年份产量得以提升，说明在果实发育的第III时期，浆果的生长除了受水分影响外，还可能存在其他原因，如品种、产地、栽培模式等。

  葡萄的成熟伴随着糖分、花青素、芳香物质与其他成分的积累，以及酸度的降低，研究表明，葡萄生育期合理的干旱胁迫可以有效提升果实品质。Yang等人研究表明利用正常灌水量的60%进行灌溉管理后，赤霞珠果实中葡萄糖与果糖含量较对照分别提升12.61%及7.41%，利用实时定量分析表明，几个与葡萄果实中糖分积累相关的VvHT1, VvHT2, VvHT3和VvHT4单糖转运蛋白及VvcwINV, VvGIN1和VvGIN2果糖苷酶在干旱胁迫下的转录水平均有不同程度上调。Pascual等人研究表明，从坐果到采收期对莫纳斯特雷尔进行的干旱胁迫处理，可明显提升果实与葡萄酒中花青素含量。Ju等人进一步指出干旱胁迫增加了葡萄中酰基化花青素含量，尤其是经过乙酰化修饰的二甲花翠素3，干旱胁迫上调了一些与花青素合成酶类相关基因的表达，如，VvPAL, VvC4H, VvCHS, VvF3'H, VvF3'5'H, VvLDOX和VvOMT。葡萄果实中的酸主要为酒石酸与苹果酸，苹果酸在果实成熟过程中由于三羧酸循环代谢作用逐渐降低，而葡萄果实中酒石酸含量在花后30d内迅速升高，随着果实成熟而又降低，同时干旱胁迫也可加速酒石酸的代谢。Santesteban等人认为，干旱胁迫导致葡萄含酸量降低是因为苹果酸与酒石酸合成能力减弱，且分解能力增强造成的。除此之外，干旱胁迫还可有效增加葡萄果实中19种氨基酸含量，及脂肪酸等物质。

  4 展望

  目前我国在葡萄生产过程中往往为了追求高产而忽略品质，存在大肥大水的生产现状。随着产业的发展，以及消费者对安全、绿色、高质果品的认可，葡萄生产正在由追求高产式粗放管理，升级为维持合适产量情况下提高果品质量的精细化管理。通过控制灌溉用水，在葡萄关键生育期进行适当的干旱胁迫，可有效提高果品质量，但我们国家由于气候多样，葡萄栽培环境复杂，且葡萄品种繁多，需要针对不同栽培状况下葡萄的灌溉技术做进一步研究。

  由于适度干旱可以有效提升葡萄果品质量，所以如何合理利用干旱胁迫是葡萄栽培过程中比较热门的研究方向，目前主要集中在葡萄施加干旱处理后对光合、生理生化指标的影响，对响应干旱胁迫分子机制的研究较少。可以利用现代分子生物学技术对这一过程中展开研究，如利用转录组测序技术及实时定量技术筛选干旱下变动的基因，利用转基因技术在模式生物中验证基因功能，利用原核表达技术探索蛋白特性，利用酵母杂交技术验证DNA与蛋白、蛋白与蛋白的相互作用等，以期从分子层面揭示葡萄抗旱机制，为葡萄品种选育、抗旱栽培提供理论基础。