葡萄日灼病发生机理研究进展

王浩，杜远鹏，高振

（山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018)

日灼病的发生是过强的光合有效辐射（PAR）、紫外线（UV）辐射、高气温协同作用的结果[1]，在番茄、辣椒、苹果、柑橘等作物中有很多报道。不同物种因耐受性、生活习性等因素在出现日灼的胁迫程度和时间上会有一定的差异，但在表观症状上大致都表现为黄褐色或黑色的凹陷或坏死斑点。番茄在转色期前出现日灼病时，灼伤部位呈白色硬皮状，转色后则呈黄色凹陷硬块[2]；苹果果实日灼症状主要表现为果皮组织变色、黄化、褐化，最终出现坏死斑点[3]；发病初的柑橘果皮一般表现为灰青色，随病症的加剧形成黄褐色的干疤[4]。日灼病的发生会严重影响作物的经济效益。葡萄对气候非常敏感，气候变暖与世界范围内葡萄的早熟问题密切相关。由于温室气体排放情况持续，并对全球气温造成影响，高温发生更加频繁且持续时间更长。目前，日灼病成已成为葡萄中一种常见的生理病害，严重地影响了果实的外观及风味等内在品质，极大地降低了市场价值。

本文主要对葡萄日灼病发生的生理机制、病害发生后果实食用品质和表观性状等方面的变化、浆果受到热伤害后抗氧化机制的运转、防治方法等方面进行阐述，旨在为葡萄生产中日灼病的防治提供参考。

1 葡萄日灼病发生概况

日灼病一般发生在果实快速膨大期，直接暴露在阳光下的果穗或者果粒是日灼发生的主要部位。发生日灼病的果粒表面遭受破坏，给许多微生物病原体的侵入提供了机会，极易发生病害。

2003年在澳大利亚新南威尔士州调查发现，整体暴露在阳光下的酿酒葡萄‘霞多丽’的果穗有高达35%的浆果出现晒伤症状，而2004年收获的浆果中有22%出现中度至重度晒伤[5]。近年来，葡萄日灼病在我国多地时常发生。2012年在河南商水、长垣等地的 ‘红地球’日灼病发病率为21%～58%，‘美人指’和‘温克’的发病率分别为70%和43%[6]。2015年，邵昌余等[7]调查贵州余庆的‘水晶无核’‘信浓乐’葡萄发现，露地未套袋的发病率分别为6.5%、9.5%。2016年，广西兴安县的‘温克’葡萄果穗日灼发病率为56.8%，果粒发病率为23.7%[8]。俞学文等[9]在2013年6月对浙江大棚中2年生的‘美人指’葡萄调查发现，当温度在33 ℃时受害果穗约30%；气温达到35 ℃以上时，果穗和果粒受害比例均达到90%以上。2017年7月，张嘉梅等[10]在陕西渭南调查5年生的‘红地球’葡萄发现，未覆草园区的葡萄发生日灼病的果穗数占比56.7%，果粒发病率为5.8%；覆草园区果穗发病率为30.0%，果粒发病率为1.9%。

2 日灼病对葡萄果实的影响

日灼会使外果皮蜡的晶体结构降解为无定形团块，从而导致更高的水渗透性和脱水性[11]；果皮中叶绿体发生降解，细胞区室化功能破坏，多酚发生氧化导致果皮褐变。发生日灼病的果粒通常表现为果面颜色变白、变褐，向阳面会出现豆粒大小、浅褐色的病斑，之后斑块发皱形成凹陷，变成干疤。随着果实膨大，被灼伤的果实常常裂开，当遭遇极端条件时，会使果实完全干燥，甚至被晒成葡萄干状[12-14]。谢兆森等[15]研究表明，当‘赤霞珠’发生日灼后，果实表面会变亮发黄，初期果面出现黄色条纹，继而呈现为深黄色，被阳光直接照射的部位会出现斑点状的皱缩。随病害的加重，果面颜色会继续加深，呈现为黑色，并产生凹陷，甚至出现皱缩干枯的现象。‘霞多丽’果穗向阳面常出现黄色、棕色或青铜色斑点，发生日灼时会出现暗褐色或黑色坏死斑点，严重时会导致浆果破裂和萎缩[16]。发生日灼的果实无论风味、色泽以及外观品质等指标都会大打折扣，严重影响其商品价值。

3 日灼病的病因及活性氧伤害生理机制

近些年来，国内科研人员针对葡萄日灼病的发生做了较多研究。蒯传化等[12]将日灼病分为日烧型、气灼型以及混合型三种类型，日烧型是在果面温度过高的基础上协同强烈光线的照射导致病症的发生；气灼型是由于气温突然的升高，热空气的熏蒸引起果面焦缩、失水；混合型则是日烧型和气灼型共同作用的结果[12]。有学者认为日灼病是由于强光高温及紫外辐射造成的灼伤，未被叶片遮盖的果穗或果粒的向阳面更容易发生日灼病；气灼病是水分生理病害，在气温高的雨季发病重，营养生长旺盛的植株也较容易得病，发病部位与阳光直射无关[17-18]。

研究表明，热应力会导致细胞膜不稳定、蛋白质变性和浆果果皮细胞死亡，叶绿体本身也会在高温胁迫下被破坏或降解[19]。当快速生长期的‘红地球’果面温度达到44 ℃以上时，1～2 h内就能出现日灼症状[12]。过强的光照会促进三态叶绿素（3Chl*）、活性氧（ROS）的大量产生，PAR和UV是参与日灼发生的两种主要的光成分，高水平的PAR降低了暴露组织的PSⅡ最大的荧光产量（Fv/Fm），持续暴露在高水平的PAR下，组织的调节机制就会受到光抑制，从而出现日灼症状[16,20-21]，过量的UV辐射如果被DNA所吸收就可能会诱导其发生突变，导致电子传递受阻并破坏膜的完整性[22]。

日灼病的发生也会受其他环境因素的影响，例如：风速、湿度、土壤含水量等。风可以降低果穗周围及果面的温度，还可以通过促进植物的蒸腾作用来降低果面温度。研究表明，无风条件下果粒表面温度比风速3.0 m/s时高出7～10 ℃[23]，而棚架架势由于空气相对流通，果穗大多被叶片遮盖，其发病率相对低于篱架[24]；蒯传化等[25]通过‘红地球’葡萄果实的离体培养发现，相同的光温条件下湿度越高日灼病的发生几率越高，这与Müller-Thurgau[26]的观点基本一致；干旱条件下土壤热容量小，短时间的阳光照射就能使土壤温度迅速升高，炙烤基部果穗[25]。相同光温条件下连续干旱80 d的‘红地球’葡萄果面最高温度与浇水后10、3 d相比，分别高出2.2、3.6 ℃[27]，且长期处于干旱胁迫下浆果会发生氧化损伤，最终导致细胞死亡。干旱胁迫还导致树体的活力下降以及冠幅的减小，增加浆果在强光下的暴露面积[28]。另外，日灼病的发生还受到品种自身因素的影响，紧密聚簇的果穗比松散聚簇的果穗果面温度要高，聚簇大的果穗可能比聚簇小的果穗温度更高[29]；果皮较厚的品种（如巨峰系）发病率低于薄皮品种（如红地球）；早熟品种（如夏黑）发病率也要低于晚熟品种（如美人指、红地球）[6]。

果实内具有多种细胞内信号传导机制，可响应光热。高温会引起光能吸收和利用之间的不平衡，导致电子传输活性损害和无氧呼吸加重以及ROS积累。过多的ROS是高温强光条件下造成PSⅡ光破坏，从而使果实出现日灼症状的主要原因[1,30-31]。在正常情况下，ROS的生成和清除处于动态平衡之中，不会对果实的组织结构产生损伤。然而，当果实遭受强高温、强光等胁迫时，超氧阴离子自由基（O2.-）、羟基自由基（.OH）、过氧化氢（H2O2）或单线态氧（1O2.）会大量产生，其中1O2.是光氧化晒伤产生的首要原因[32]。当抗氧化机制不足以清除过多的ROS时，ROS的积累会导致膜脂过氧化以及蛋白质失活，甚至诱发细胞程序性死亡。当类囊体结构发生损伤后，ROS的生成会进一步加速并导致丙二醛（MDA）的大量产生，氧化损伤持续加剧[33]。另外，在高温胁迫下花青素、酚类等的合成也会受到抑制[34]。因此，发生日灼病的果实一般表现为果皮失绿变白，严重的氧化损伤致使果面呈现出烧焦状，最终导致果粒出现凹陷甚至皱缩干枯。

4 葡萄果实的抗氧化保护机制

果实可调节多种生理和生化过程，以应对高光高温环境，从而最大程度地减少对光合系统的损害。在遭到热伤害后，热休克蛋白（HSPs）和热休克因子（HSF）的合成会上调以保护膜结构不受损伤[35]，还可以将过量的能量通过非光化学耗散（NPQ）的方式消散，以保护免受ROS介导的损害[31]，并通过抗氧化剂和ROS清除剂减轻氧化损伤[36]。葡萄果实发生日灼后，抗坏血酸过氧化物酶（APX）和过氧化氢酶（CAT）的含量会显著上升[37]，抗坏血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循环也会同步上调，APX和CAT的合成以及AsA-GSH循环的运转能够有效的清除H2O2。另外，抗坏血酸（AsA）可以将酚类的初级氧化物还原为母体态的氧化物，产生水和脱氢抗坏血酸（DHA），从而抑制更多的O2.-和H2O2的形成，PSⅠ降低ROS含量的水-水循环中也需要AsA的参与[38-40]。有报道发现，发生日灼的果实内还原型谷胱甘肽（GSH）含量下降，AsA的含量下降到无法检测的水平，这可能由于ROS完全氧化所致[25]。虽然超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、CAT和AsA-GSH循环等对日灼能够发挥较强的防御作用，但果实遭受到长时间胁迫，调控能力会明显的下降，果实仍旧会发生日灼病害[3]。

果实次生代谢产物的合成可以提高浆果的抗氧化能力，并利用自身产生的类胡萝卜素、酚类化合物、黄酮类化合物来保护自身免受太阳紫外线辐射以及过高温度的影响，这些天然的抗氧化剂可以用来清除自由基，保护蛋白质、核酸和脂质[41]。类胡萝卜素在葡萄果实防止光伤害过程中发挥重要作用，能够清除1O2.和过氧自由基，并具有屏蔽蓝绿色和紫外光的能力。类胡萝卜素还能够改变膜的流动性，防止膜脂过氧化作用[42-43]。在绿果阶段，紫黄质、环氧玉米黄质和玉米黄质在过量光照条件下可快速活化和相互转化，并有助于猝灭1O2.。果皮中酚类化合物具有吸收和屏蔽PAR和UV的能力，可作为光保护剂，其含量受到环境变化强烈调控[44]。日灼发生后果粒表皮颜色发生改变是由于叶绿素降解和氧化聚合酚类积累导致，氧化聚合酚类的积累可以降低浆果对日灼的敏感性，而且死亡细胞中累积的氧化聚合酚类可以保护下层的细胞，增强对过量辐射的抵抗能力。多酚醌可调节脂氧合酶活性，防止膜损伤[45-46]，α-生育酚也具有猝灭1O2.的作用，还可以与O2.-、脂质过氧化自由基结合生成生育酚半醌，防止膜脂过氧化[47]。黄酮醇在紫外线特征波长下具有高消光系数，在紫外线刺激后大量合成，可有效屏蔽长波紫外线（UV-A）[48-49]。

5 葡萄果实日灼病防治技术

5.1 培养合理树体结构

采用棚架栽培或单干双臂（Y形）型架式，适当提高干高，提高结果部位，促进空气流通。及时整枝、绑蔓，防止叶幕层过厚，发生冠内郁闭。合理去叶、摘心，保障果穗附近的叶片覆盖量，降低果穗周围的光照强度可有效防止日灼发生[1]。

5.2 规范套袋

一般选择在阴天或者是晴天上午10:00之前或下午4:00之后进行套袋。如果套袋时气温高，可能会引起气灼病的发生[50-51]。设施栽培条件下进行套袋时，袋口处可以适当保留空隙口，以防止袋内温度过高，在套袋完成后，要将果袋放置于叶片之下。摘袋时如果光照较强，不要将果袋立即摘除，可以将袋子底部打开撑起，让袋子呈伞状遮盖果穗，避免阳光的直接照射。

5.3 加强土肥水管理

避免地面高温可降低日灼发生，可采用行间生草、覆盖秸秆等方式减少地面对热量的吸收，降低地面土壤的蒸发，降低果实周围微环境的温度。干旱高温及时灌水，保证树体含水量，要选在土壤温度较低的清晨或傍晚进行灌溉[17]。生长季节结合喷药补施钾、钙肥，增强树体营养。

5.4 覆盖遮阳网和配备喷灌

日灼病发生敏感期采用遮阳网可减轻太阳辐射。搭盖遮阳网时，应保证树冠离遮阳网的空间距离不低于50 cm。对主要坐果部位通行两面拉遮阳网遮挡阳光，对葡萄果穗日灼也具有明显的防控效果[52]。安装可移动或者固定的喷灌装置，在夏季高温时开启喷灌，可快速降低叶片果实表面温度。但喷灌时湿度较高，增加滋生病害的风险，因此应及时通风。

5.5 药剂防护

周咏梅等[53]研究认为，在‘巨峰’夏果幼果膨大期用1.5%的硝酸钙溶液进行喷穗处理，10 d后再处理一次，能够有效降低日灼病的发病率。阴雨天过后的高温天气可喷施0.2%的磷酸二氢钾或5%的草木灰浸出液或27%高脂膜乳剂80～100倍液2～3次，可以对日灼病起到一定的预防作用[54]。喷施27%高脂膜乳剂80～100倍液或10%高硼活钾钙300倍液2～3次，也有一定的预防效果[55]。

一些新型防护化学试剂也被证明具备防治日灼的效果。高岭土可以反射紫外线和红外辐射，不仅能够保护PSII，而且还能有效地降低葡萄冠层的温度，避免叶片被晒伤[56-57]。壳聚糖作为一种抗蒸腾剂能够诱导气孔关闭，引起防御反应[58]。从针叶树脂中蒸馏而来的萜烯类聚合物二-1-对-薄荷烯（Di-1-p-menthene），涂抹‘西拉’葡萄后可以降低叶片蒸腾速率、光合速率、气孔导度[59-60]。