葡萄转色初期干旱胁迫促进果实着色的研究

牛帅科，赵艳卓，魏建国，陈 展，宣立锋，王广海，牛早柱，褚凤杰，杨丽丽

(河北省农林科学院石家庄果树研究所，石家庄 050061)

葡萄是一种在全世界范围内广泛种植的重要果树类经济作物，而我国属于葡萄栽培大国，栽培面积居世界第2位。据统计，至2017年我国从事葡萄栽培行业人员高达290 万[1]。随着葡萄产业发展以及全球气候变化，葡萄栽培过程中常常会遇到干旱、盐、低温等非生物胁迫，其中干旱胁迫是限制葡萄果实、根系、叶幕、芽等组织器官生长发育的重要原因[2, 3]。但并不是任何时期和任何程度的干旱胁迫都会对葡萄生长造成不良影响，适当的干旱胁迫会平衡葡萄结实率，提高葡萄浆果中糖分、花青素积累[4, 5]。有报道指出中度干旱胁迫可提升赤霞珠果实中糖分及花青素含量[6]。黄学春等人研究表明，在蛇龙珠葡萄的果实膨大期和转色期适当的干旱胁迫不会降低产量，但可显著提高果实中的总糖含量[7]。基于此，研究干旱胁迫对葡萄果实的影响，可以达到指导生产、减少灌溉水量、提升葡萄品质等目的。

葡萄果皮颜色可以彰显果实品质，着色靓丽、均一的果实往往具有较高的果品质量及商品价值。而赋予葡萄果皮颜色的物质主要为花青素，属酚类化合物[8]。伴随着葡萄的成熟，果实中花青素逐渐积累。影响花青素积累的原因有很多，如品种、栽培技术、生长环境等[9]。针对生长环境，有报道指出，花青素的积累可以响应多种胁迫[10]，如盐胁迫可提高红叶石楠老叶中的花青素含量，降低新叶中花青素含量，赤霞珠果实成熟过程中干旱胁迫可有效提升果实中总酚及原花青素含量[11]。因此研究干旱胁迫下对果皮着色的影响，对改善葡萄品质具有重要意义。

葡萄的需水量是随着葡萄的生长发育而持续变化的，所以在不同发育阶段的干旱胁迫对葡萄生长的影响也不尽相同。前期研究表明抽蔓期的干旱胁迫会在不影响产量与品质的前提下降低新梢生长量，减少用水量，而果实转色期的干旱胁迫会明显提升果实品质[12]。转色期是葡萄果实成熟的关键时期，随着果皮中花青素等物质积累与叶绿素分解以及果实中糖分的增加与酸类物质的降低，葡萄逐渐成熟。该过程中，葡萄在转色初期的变化尤为迅猛。而目前干旱胁迫对果实在葡萄转色初期的影响报道较少，尤其是对着色的影响鲜有研究，基于此本试验聚焦干旱胁迫对葡萄转色初期果皮着色的影响进行了研究，为提高葡萄果品质量，减少栽培过程中用水量提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

供试材料为9 a生设施栽培夏黑葡萄，每公顷土地栽培约3 330 颗。利用滴灌方式进行灌溉，采用“厂”字形整形方式，平均15～20 cm留一个结果枝，短梢修剪，7月上旬采收。供试地位于河北省农林科学院石家庄果树研究所。该地区年总日照时数为1 916.4～2 571.2 h，平均最冷月份为1月份，平均温度为-2.9 ℃，平均最热月份为7月份，平均温度为26.5 ℃，土壤为沙壤土。

1.2 试验设计

本试验设2个试验组。在葡萄生育期进行正常灌溉管理的对照组，以及于葡萄坐果21 d后停止灌溉的处理组。利用TRIME-PICO-IPH TDR时域反射仪监测土壤水分状况，每组进行3次重复，共计6个区域。于对照组葡萄进入转色初期，果穗着色程度达5%、50%、100%时分别采样。采集到的样品立即置于液氮中进行速冻，并转移至-80 ℃冰箱保存，待用。

1.3 项目测定

(1)土壤体积含水量的测定。分别取对照组与处理组3个区域的中间位置，将测量管埋于40 cm深处，在取样同时利用TRIME-PICO-IPH TDR时域反射仪对土壤体积含水量进行测量。

(2)果皮丙二醛(MDA)含量的测定。采用硫代巴比妥酸法进行检测[13]。

(3)果皮超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性的测定。根据李合生的方法检测葡萄果皮中SOD、POD活性[13]，根据高俊凤的方法检测葡萄果皮中CAT活性[14]。

(4)果实中还原糖、可滴定酸的测定。利用斐林试剂滴定法测定果实中的还原糖，利用氢氧化钠滴定法测定果实中的可滴定酸。

(5)果皮酚类物质的测定。根据曹建康紫外分光光度计法测定果皮中总酚、类黄酮及花青素含量[15]。

2 结果与讨论

2.1 土壤体积含水量的测定结果

为了使葡萄在果实转色初期处于干旱胁迫状态，处理组在果实坐果后21 d停止灌溉，而对照组进行正常灌溉，监测2组的土壤体积含水量(见图1)。结果表明，相较正常灌溉的对照组，处理组土壤体积含水量在葡萄转色初期降至1/2。

图1 葡萄不同着色程度时土壤体积含水量

2.2 干旱胁迫对转色初期葡萄果皮中MDA的影响

为了探索干旱胁迫是否诱导了转色初期葡萄果皮细胞的脂质过氧化，将不同着色程度的对照组与处理组果皮中MDA进行了检测。图2表明处理组MDA含量在5%、50%、100%不同着色程度时均要高于对照组。此外，2试验组在50%、100%着色程度时，果皮组织中MDA含量皆高于5%着色程度，这可能在此阶段存在高温的影响。

图2 干旱胁迫对不同着色程度葡萄果皮中MDA含量的影响

干旱胁迫会刺激植物产生活性氧，而活性氧除了作为信号外，还可造成脂质过氧化，MDA是脂质过氧化的主要产物之一[16]，MDA含量的高低可以反应植物细胞受伤害的大小，但超过其极限后，反而可能由于细胞死亡造成MDA含量的降低。植物组织中MDA可响应多种形式的胁迫。有研究表明，干旱胁迫可促进葡萄根系中MDA的积累，并且，相对抗旱品种中MDA含量积累较少[17]。低温环境同样可以增加葡萄叶片的MDA含量[18]。而本试验证明果实转色初期干旱胁迫可增加果皮细胞中MDA的含量。

2.3 干旱胁迫对转色初期葡萄果皮中抗氧化酶类活性的影响

为了进一步分析干旱胁迫对葡萄转色初期葡萄果皮中抗氧化酶类物质活性的影响，对2试验组抗氧化酶类物质的活性进行了检测。干旱胁迫明显提升了抗氧化酶类物质的活性(见图3)。在不同的转色阶段，处理组相较对照组SOD、POD及CAT的酶活性分别高出15%～41%，25%～42%与24%～79%。

干旱胁迫会刺激植物产生活性氧，植物体内存在一些抗氧化酶类物质如SOD、POD、CAT等可以平衡增加的活性氧物质，降低由此带来的伤害[19, 20]。有研究表明高温下会提高夏黑叶片中的POD与CAT酶活性，但SOD酶活性无明显变化[21]。此外，长期干旱会导致葡萄叶片中抗氧化酶类物质活性呈现先增高后降低的变化趋势[22]，干旱胁迫不仅可以改变葡萄叶片的抗氧化酶类活性，还会导致葡萄果肉SOD及POD酶活性增高[23]。本研究表明果实转色初期干旱胁迫可提升果皮中抗氧化酶类物质的活性。

图3 干旱胁迫对不同着色程度葡萄果皮中SOD、POD、CAT酶活性的影响

2.4 干旱胁迫对转色初期葡萄果实中还原糖、可滴定酸的影响

干旱胁迫往往会影响葡萄的果品质量，而葡萄果实的含糖量与含酸量决定其果实品质。通过对转色初期果实中还原糖、可滴定酸的测定表明(见图4)，在5%与50%着色程度阶段，干旱胁迫下还原糖含量显著高于对照组，尤其是在50%着色程度时，而在100%着色程度时差异不明显。可滴定酸在5%与100%着色程度时无明显差异，但在50%着色程度时处理组明显低于对照组。

糖分是氨基酸、色素及香气成分的前体物质，是体现葡萄果品质量的关键因素。研究表明，花后65 d轻度的干旱胁迫可以促进葡萄果实中还原糖的积累，而重度干旱胁迫减少还原糖的积累[24]。葡萄果实中可滴定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30 d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[25]。有研究表明，葡萄生育期内轻度及中度的干旱胁迫可明显提升果实含糖量，降低含酸量，提升糖酸比[26]。结合本试验结果，可以看出在果实转色初期干旱胁迫呈现加速葡萄果实中还原糖的积累、可滴定酸分解的趋势。

图4 干旱胁迫对不同着色程度葡萄果实中还原糖及可滴定酸的影响

2.5 干旱胁迫对转色初期葡萄果皮中酚类物质的影响

总酚、类黄酮及花青素均属于酚类物质，主要存在于葡萄果皮、果梗及种子中[27]，花青素是赋予葡萄果皮颜色的主要物质。由图5可知在葡萄转色初期随着葡萄着色程度增加这些酚类物质也随之增加，而干旱胁迫会促进果皮中总酚、类黄酮及花青素含量的积累，且随着着色加深，干旱胁迫下酚类物质的积累越明显。其中花青素含量的增加极为明显，类黄酮、总酚次之。当葡萄着色达100%时处理组较对照组花青素增加了152%，类黄酮增加了34.2%，总酚增加了30.4%。

葡萄酚类物质的功能除了赋予葡萄颜色，还具有较强的自由基清除能力[28]。有研究证明轻度与中度的干旱胁迫会提升葡萄果实的总酚及花青素含量[29]。此外，白三叶在干旱胁迫下一定时间范围内叶片中总酚、类黄酮、原花青素含量显著增加[30]。本试验结果表明葡萄转色初期的干旱胁迫会提升葡萄果皮中总酚、类黄酮及花青素含量，尤其是花青素，这可能是果实转色初期干旱胁迫促进果实着色的主要原因。

图5 干旱胁迫对不同着色程度葡萄果皮中总酚、类黄酮、花青素含量的影响

3 结 语

通过对转色初期的夏黑葡萄进行干旱胁迫处理，可以看出干旱胁迫能够增加果皮中丙二醛含量，这可能是由于干旱胁迫引起活性氧增加从而造成脂质过氧化而产生的，并且在这一过程中果皮抗氧化酶类物质的活性相应提升，从而应对干旱胁迫带来的活性氧的增加。干旱胁迫可加速葡萄果实中还原糖的积累、可滴定酸分解，促进果实成熟。此外，由于干旱胁迫增加了果皮酚类物质含量，尤其是影响果皮颜色的花青素物质含量，从而导致了果皮颜色的加深。

果实转色初期干旱胁迫促进果皮花青素的积累可能存在2方面的原因：一方面干旱胁迫下加速葡萄果实中还原糖的积累、可滴定酸分解，促进了果实成熟，因而增加了葡萄果皮中花青素的含量；另一方面，作为酚类物质，干旱胁迫下花青素的积累可以协同抗氧化酶类物质发挥抗氧化作用。

本研究结果表明干旱胁迫能够调控果实的生长发育，葡萄转色初期合理利用干旱胁迫可以有效提升果实内在品质与外观着色，在实际生产过程中可以尝试在此时期进行适当的干旱胁迫，从而达到降低灌溉用水量，提升果实品质，实现增收的目的。