不同灌溉方式对旱区葡萄脯氨酸及渗透胁迫相关基因的影响

陈郁，张清涛*，袁利兵，陈拓，陈晓宏

不同灌溉方式对旱区葡萄脯氨酸及渗透胁迫相关基因的影响

陈郁1,2,3，张清涛1,2,3*，袁利兵4，陈拓1,2,3，陈晓宏1,2,3

（1.中山大学 土木工程学院，广东 珠海 519082；2.中山大学 华南地区水循环与水安全广东省普通高校重点实验室，广州 510275；3.广东省海洋土木工程重点实验室，广东 珠海 519082；4.中山大学 生命科学学院，广州 510275）

【】评估不同灌溉方式的适用性。以摩尔多瓦葡萄为试验材料，试验设置6个处理，分为2组。不同灌溉方式（灌溉水量相同），即常规沟灌（CK1）、滴灌（D）和超纤埋深渗灌（超纤毛细芯埋深10 cm）（C）；不同水分梯度的超纤表面渗灌（超纤毛细芯放置土壤表面），即普通灌溉量（CK2）；普通灌溉量的1/3（W1），低灌溉量；普通灌溉量的2/3（W2），中灌溉量。通过测量土壤含水率、叶水势、果实脯氨酸量、5基因的相对表达量及产量，比较了6个处理下的摩尔多瓦葡萄受旱情况及各种指标。不同灌溉方式下，CK1受旱时间最多，约占总时间的73%，C处理和D处理分别为67%和40%，同时，CK1脯氨酸量一直大于D处理，且产量、总用水效率及灌溉水利用效率均为C处理>D处理>CK1。不同水分梯度下，葡萄受旱情况差异不显著，另外，5次采样中，有4次W2处理脯氨酸量均明显高于CK2，且分别为CK2的1.5、1.1、1.1、1.8倍，且总用水效率及灌溉水利用效率均为W1处理>W2处理>CK2。不同灌溉方式下，D处理维持土壤含水率的能力最强，C处理土壤含水率适中的时间最多，且D处理和C处理水分利用效率均大于CK1，表明超纤埋深渗灌和滴灌都是较好的节水灌溉方式；不同水分梯度下，W1处理在某些阶段的5基因相对表达量是6种处理中最高的，显示该处理下葡萄受到的水分胁迫较严重，但其产量和水分利用效率较高。因此，“超细纤维”渗灌在保持土壤有效含水量方面体现出了优越性和应用价值，是一种较优的灌溉方式。

超纤渗灌；水分胁迫；摩尔多瓦；脯氨酸；5；水分利用效率

0 引言

【研究意义】在气候变化的大背景下，干旱对全球生态系统产生重大影响[1]。全球每年灌溉用水量约为2 500 km3[2]；2013年，我国用水总量为6 183.4亿m3，其中农业用水量为3 920.3亿m3，约为用水总量的63.4%[3]，而我国农业用水效率仅43%左右[4]。Martina等[5]提出，如果灌溉用水效率适度提高10%，即在50 a的时间内用水效率每年提高0.3%，可以减少城市地表水赤字约26.18亿m³，能帮助78%的水脆弱城市及2.36亿居民缓解水危机，因此提高灌溉效率具有重要意义。【研究进展】美国气象学会[6]将干旱分为4种类型，即气象干旱、农业干旱、水文干旱以及社会经济干旱[7]。农业干旱指标涉及土壤、作物、大气等因素。一般认为，当土壤相对含水率小于40%时，作物受旱严重；当土壤相对含水率为40%～60%时，作物呈干旱现象；60%～80%时为作物生长适宜含水率[8]。当植物蒸腾失水超过土壤供水时，植物就会出现水分胁迫现象[9]。水分胁迫是限制农作物产量的主要因素[10]。当葡萄受到干旱胁迫时，其新陈代谢将会发生变化[11-12]，促进类胡萝卜素[13]、酚类[14-15]等特定挥发性有机化合物的合成。同时，葡萄果实也会受到影响[16]。植物脯氨酸的合成有2条途径：一条途径是以谷氨酸（Glu）为底物合成，另一条途径是以鸟氨酸（Orn）为底物合成[17]。通常在植物受到胁迫或氮素缺乏的情况下，脯氨酸的主要来源是谷氨酸合成途径[18]。吡咯啉-5-羧酸还原酶（5）和吡咯啉-5-羧酸合成酶（5）是脯氨酸合成过程中2个重要的酶。5基因由干旱胁迫、盐和ABA诱导，而5基因则不被干旱胁迫、盐和ABA诱导[19]。

【切入点】作为一种新的节水灌溉技术，“超细纤维毛细芯渗灌”（超纤渗灌）基于毛细作用的原理，通过超细纤维材料制成的渗灌装置给植物根区供水[20]，以达到节水目的。“超细纤维”材料吸水性能优越，“超纤渗灌”可以有效提高水分利用效率，提高生产力[21]。晚熟葡萄摩尔多瓦既可鲜食又可酿酒，具有高产稳产、抗病性强的优点，在全国各地均有种植[22]。但是，“超细纤维”渗灌对摩尔多瓦葡萄脯氨酸及渗透胁迫相关基因影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过测量土壤含水率、叶水势、果实脯氨酸量、5基因的相对表达量及产量，比较了不同灌溉方式下的摩尔多瓦葡萄受旱情况及各种指标，评估不同灌溉方式的适用性。

1 材料和方法

1.1 研究概况

试验于2019年5—9月葡萄生长季进行。试验基地位于国家葡萄酒原产地保护区“宁夏贺兰山东麓”的宁夏农垦集团玉泉营农场。农场位于黄河冲积平原与贺兰山冲积扇之间的洪积平原地带, 属中温带干旱气候，年平均气温8.7 ℃，田间持水率为16%。年均降水量为201.4 mm，年平均蒸发量1 470.1 mm。贺兰山作为天然屏障可抵御寒流，又引黄河水为灌溉之用[23]，以此优越的自然资源，宁夏贺兰山东麓是我国第3个“葡萄酒原产地域产品保护地区”（地理标志产区），在全国酿酒葡萄产业中具有重要的地位[24]。试验地所在的鲜食葡萄园面积达0.67 hm2，四周绵延的酿酒葡萄园面积超过2万hm2。试验选取9 a生鲜食葡萄品种摩尔多瓦（Lcv. Moldova），葡萄园种植方向为东西行向，行距为2.5 m，株间距为75 cm。渗灌环状毛细芯选用超细纤维材料，内环直径约为15 cm，宽3 cm，厚2 mm，在其外部采用无纺布包裹缝合。

1.2 试验设计

葡萄园中葡萄植株为垄作，垄高20 cm，在中部位置随机选取54棵长势均一的葡萄植株进行实验。每3株放置1个容量为90 L的塑料桶，连接PVC管，并通过阀门控制出水，PVC管上方设置3个细槽口供3个毛细芯穿入，毛细芯与PVC管连接紧密，无漏水现象。每个毛细芯对应1棵葡萄植株，并放置于葡萄主根部（图1（a））。试验共设置6个处理，每个处理3个重复，每个重复内有3棵葡萄树（每个处理9棵葡萄植株）。试验设置不同灌溉方式（灌溉水量相同），即常规沟灌（CK1）、滴灌（D）和超纤埋深渗灌（超纤毛细芯埋深10 cm，C）（图1（b））；又设不同水分梯度（超纤毛细芯放置土壤表面）（图1（a）），即超纤表面渗灌普通灌溉量（CK2）；低灌溉量：即普通灌溉量的1/3（W1）；中灌溉量：即普通灌溉量的2/3（W2）。W1处理每次水桶补充水量为满桶的1/3，即30 L水，W2处理每次水桶补充水量为满桶的2/3，即60 L水，其余处理每次补充水量为满桶，即90 L水。试验灌水周期（水桶水耗完后再次向水桶补充水的周期）为1个月左右，受天气影响，灌水日期有所调整，各处理灌溉次数相同。本次试验供水时期从5月15日至收获前9月30日为止。如图2所示，试验期内，总降水量为109 mm，5—9月降水量分别为0.3、86.7、4.8、2.7、14.5 mm。结合试验期内的日降水量，同时考虑桶内水的余量及葡萄生长状况，在整个试验期内，在5月28日、7月18日、8月15日、9月14日，共进行了4次灌水。

图1 超细纤维渗灌处理现场图

图2 试验地2019年5月18日—9月30日的每日降水量

1.3 测定指标与方法

土壤含水率：采用土壤温湿度传感器（济南仁硕公司）RK-TR-I20测量根区土壤体积含水率，测定位置为超纤毛细芯下方10 cm。每个重复放置2个传感器，每小时记录1次数据。选取每天06:00土壤含水率的数值并计算平均值。

叶片水势：观测日期05:00采集葡萄植株阴面中部成熟叶片用塑封袋保存，用压力室法测量，仪器为兰州大学生产的ZLZ-4型植物水分状况测定仪[25]。

脯氨酸量：采用茚三酮法测定果实脯氨酸量。

脯氨酸合成基因的测定：通过实时荧光定量PCR[26]，采用SYBR GREEN染料法，以7为内参基因[27]，做相对定量检测。分别以CK1、CK2处理为对照。对试验结果，采用2-△△Ct法对数据进行相对定量分析：△=（目的基因）-（内参基因），△△=△（检测组）-△（对照组），2-△△Ct=检测组目的基因的相对表达量[28]。引物设计如表1所示。

表1 脯氨酸相关合成基因的特异性引物设计

水分利用效率（）和灌溉水利用效率（WUE）：（water production）=产量/（灌溉水量+降水总量），WUE=产量/灌溉水量[29]。

1.4 数据处理

采用Excel软件进行数据整理与绘图，SPSS17.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理下摩尔多瓦葡萄的受旱情况

由图3、图4可知，2019年5月18日—9月30日，6个处理均出现了不同程度的受旱情况。

图3 不同灌溉方式及水分梯度下土壤含水率

图4 不同灌溉方式及水分梯度下葡萄的受旱情况

不同灌溉方式下，CK1受旱严重的时间最长，为38 d，主要集中在8月3日后；C处理为9 d，主要集中在7月初，D处理未出现严重受旱现象。C处理土壤含水量率为40%～60%的时间最多，为82 d，CK1、D处理次之。在整个试验周期内，CK1受旱时间最长，约占总时间的73%，C处理D处理分别为67%和40%。此外，在试验中后期，C处理和D处理的土壤含水率一直高于CK1。

不同水分梯度下葡萄植株受旱情况差异不大，CK2、W1处理和W2处理严重受旱时间分别为3、2 d和0 d，差别很小。在整个试验周期内，CK2、W1处理和W2处理的受旱时间分别占整个周期的64%、61%、57%。

2.2 不同处理下摩尔多瓦葡萄叶水势及脯氨酸量

在不同灌溉方式和不同水分梯度下，6个处理叶水势的变化呈现出相似的趋势（图5）。不同灌溉方式下，7月23日、8月2日、13日、22日共4次采样中，CK1叶水势值最小，C处理次之，D处理最大。7月13日，CK1叶水势最小，C处理最大。6次采样中，CK1叶水势的值均低于D处理，分别降低了11.8%、18.1%、25.5%、71.2%、18.9%、2.6%。不同水分梯度下，各处理差异并不显著。除7月23日外，W2处理叶水势值均为最小。在7月13日、8月2日、13日、22日4次采样中，叶水势值从小到大依次为W2处理

图5 不同灌溉方式及水分梯度下的叶水势

如图6所示，不同灌溉方式下，CK1脯氨酸量均大于D处理，但是在8月25日和9月28日，2个处理之间的差异并不明显。7月25日和8月25日，C处理脯氨酸量明显高于CK1的，9月4日和28日CK1脯氨酸量明显高于C处理的。不同水分梯度下，8月4日、25日、9月4日、28日，W1处理脯氨酸量明显高于CK2的，特别是9月28日，W1处理脯氨酸量约为CK2的1.8倍。除8月25日外，W2处理脯氨酸量均明显高于CK2，且分别为CK2的1.5、1.1、1.1、1.8倍。

2.3 不同处理下摩尔多瓦葡萄P5CS基因量

如图7所示，不同灌溉方式下，8月4日、25日、9月28日CK1的5基因的相对表达量明显高于D和C处理，但是在7月25日和9月4日，CK1、D、C处理之间的差异不显著。不同水分梯度下，7月25日、8月25日和9月28日W1处理的5基因相对表达量明显低于CK2，而其余2次采样则明显高于CK2。与CK2相比，在7月25日和9月4日，W2处理明显低于CK2，其余几次采样中CK2与W2处理的5基因相对表达量差异不显著。

图7 不同灌溉方式和水分梯度下果实P5CS基因相对表达量

表2 不同处理下摩尔多瓦葡萄产量和水分利用效率

2.4 不同处理下摩尔多瓦葡萄的产量及水分利用效率

如图2所示，5月15日—9月30日，试验期内，总降水量为109 mm。不同灌溉方式下，产量、总用水效率及灌溉水利用效率均表现为C处理>D处理>CK1。不同水分梯度下，产量W1处理>CK2>W2处理，总用水效率及灌溉水利用效率均为W1处理>W2处理>CK2，且W1处理的灌溉水利用效率约为W2处理的2.6倍，约为CK2的3.7倍。

3 讨论

植物水势的测定被认为是了解植物水分亏缺程度的最直接方法，其中叶水势被多数研究作为衡量植物水分状况的指标[30]。在本试验中，由于8月13日各处理水势均小于-0.4 MPa，且8月以来日平均最高气温达到了31.3 ℃，自8月10日起也出现了连续干旱。因此在8月15日进行1次灌水。8月22日叶水势除D处理为-0.48 MPa外，其余各处理水势均小于-0.5 MPa。据此可以发现，由于气温高、辐射强，葡萄园蒸散强烈，此次灌水对叶水势的影响不大；但8月25日CK1、D、C、CK2、W1、W2处理这6个处理脯氨酸量较8月13日分别下降了38.7%、31.3%、33.4%、22.0%、44.2%、22.6%，说明灌溉缓解了水分胁迫。自8月10日以来，持续的高温少雨天气使得各处理均受到了不同程度的水分胁迫，这也导致了叶片水势的持续降低，以及9月脯氨酸量大幅反弹增加（尤其是水分胁迫程度较重、胁迫时间较长的CK1），这与曹帮华等[31]的研究结果相似。刘瑞香等[32]也发现，不同的干旱胁迫条件下，沙棘叶内脯氨酸量随着干旱胁迫程度和干旱胁迫时间的延长而增加。

葡萄成熟期的最后2次采样结果表明，CK1比C处理的脯氨酸量高，是因为葡萄生长后期CK1受到的水分胁迫较严重，这与Stewart等[33]、Halloran等[34]的研究结果是一致的。有的植物随着干旱时间的延长，脯氨酸量逐渐增加，Saglam等[35]发现银羽斑竹芋（）在70 d时的脯氨酸量较20 d时明显增加。因此，在胁迫条件下，脯氨酸质量分数的增高是植物的一种适应性, 能够控制自身的水分平衡，保证植物不受或少受胁迫的危害，脯氨酸积累是植物为了对抗干旱胁迫而采取的一种保护性响应[36]。

不同水分梯度下，3个处理受旱时间差异不大，但收获前CK2的脯氨酸量最低，表明普通灌溉量的超纤渗灌下葡萄植株所受的水分胁迫较小。在8月4日和9月4日2次采样中，W1处理的5基因相对表达量远远高于CK2，表明W1处理在该阶段的水分胁迫较严重，这是由于其灌溉量最小。其余采样中，CK2、W1、W2处理水势、脯氨酸量、5基因相对表达量之间的差异不大。Schultz等[37]在比较了多种试验方法的结果后认为，葡萄叶片具有明显的渗透调节能力，其渗透调节可达数百kPa。Taylor等[9]发现在水分胁迫下，赤霞珠果实脯氨酸量增加，同时这也诱导了脯氨酸合成的关键基因，如5表达量的增加。这是由于脯氨酸是水溶性最大的氨基酸[38]，表明具有易于水合的趋势或具有较强的水合能力。在植物受旱时脯氨酸的增加有助于细胞或组织的持水作用，防止脱水[39]。杨素铀等[40]发现在水分胁迫下，不同品种的小麦幼苗及谷子幼苗中游离脯氨酸量明显的增高，且随着胁迫时间的延长，游离脯氨酸量成10倍或几十倍地增加。不同水分梯度下，W1处理灌溉量最少，受到的水分胁迫最为严重，但其产量和灌溉水利用效率大于CK2和W2处理，这与于文颖等[41]的研究结果相似，即适度的水分胁迫能够提高玉米叶片的水分利用效率，从而增强叶片对水分的利用能力，抵御干旱的环境。

超纤渗灌通过毛细芯浸润方式给作物根部供水，较好地减轻了传统渗灌的堵塞问题，同时不需要额外的灌溉动力即可达到灌溉的目的[34,42]。谭圣林等[42]报道环状毛细芯渗灌可以大幅提升灌水均匀度；孙伊博等[20]利用棉质毛细芯等材料作为引水介质在野外大田中的试验结果表明，环状毛细芯渗灌可以大幅节约水资源。本试验表明，与常规沟灌相比，滴灌和超纤渗灌可以有效地减少作物受旱时间，使作物免受严重的干旱胁迫伤害。

4 结论

不同灌溉方式下，滴灌维持土壤含水量的能力最好，其次是超纤埋深渗灌，且滴灌和超纤埋深渗灌水分利用效率均大于CK1，表明超纤埋深渗灌和滴灌都是较好的节水灌溉方式；不同水分梯度下，W1的低水处理在某些阶段的5基因相对表达量最高，显示该处理水分胁迫较严重，但其产量和水分利用效率较高。与CK1相比，超纤渗灌在保持土壤水分方面体现出了优越性和应用价值，其缓慢渗水特性使得土壤含水率较为稳定，减少了大量的土壤深层渗漏和蒸发损失，节约水资源。在葡萄生长后期，CK1比C处理的脯氨酸量高，是因为CK1水分胁迫时间较长，受旱较重。因此，“超细纤维”渗灌可以较好地稳定土壤含水率，使葡萄植株免于长时间的水分胁迫，是一种较优的灌溉方式。

[1] CARTWRIGHT J M, LITTLEFIELD C E, MICHALAK J L, et al. Topographic, soil, and climate drivers of drought sensitivity in forests and shrublands of the Pacific Northwest, USA[J]. Scientific Reports, 2020, 10(1): 18 486.

[2] ROST S, GERTEN D, BONDEAU A, et al. Agricultural green and blue water consumption and its influence on the global water system[J]. Water Resources Research, 2008, 44(9).

[3] KANG S Z, HAO X M, DU T S, et al. Improving agricultural water productivity to ensure food security in China under changing environment: From research to practice[J]. Agricultural Water Management, 2017, 179: 5-17.

[4] 侯波. 提高农业灌溉用水效率研究[J]. 水利科技与经济, 2020, 26(6): 55-58.

HOU Bo. Study on improving agricultural irrigation water efficiency[J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy, 2020, 26(6): 55-58.

[5] FLÖRKE M, SCHNEIDER C, MCDONALD R I. Water competition between cities and agriculture driven by climate change and urban growth[J]. Nature Sustainability, 2018, 1(1): 51-58.

[6] American Meteorological Society. Meteorological drought Policy statement[J]. Bulletin of American Meteorological Society, 1997, 78: 847-849.

[7] 袁文平, 周广胜. 干旱指标的理论分析与研究展望[J]. 地球科学进展, 2004, 19(6): 982-991.

YUAN Wenping, ZHOU Guangsheng. Theoratical study and research prospect on drought indices[J]. Advance in Earth Sciences, 2004, 19(6): 982-991.

[8] 王密侠, 马成军, 蔡焕杰. 农业干旱指标研究与进展[J]. 干旱地区农业研究, 1998, 16(3): 122-127.

WANG Mixia, MA Chengjun, CAI Huanjie. Research progress in agricultural drought index[J]. Agricultural Reseach in the Arid Areas, 1998, 16(3): 122-127.

[9] TAYLOR C B. Proline and water deficit: Ups, Downs, ins, and outs[J]. The Plant Cell, 1996, 8(8): 1 221-1 224.

[10] JAIN R, CHANDRA A, VENUGOPALAN V K, et al. Physiological changes and expression of SOD and P5CS genes in response to water deficit in sugarcane[J]. Sugar Tech, 2015, 17(3): 276-282.

[11] BINDON K A, DRY P R, LOVEYS B R. Influence of plant water status on the production of C13-norisoprenoid precursors in vitis vinifera L. cv. cabernet sauvignon grape berries[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2007, 55(11): 4 493-4 500.

[12] SAVOI S, WONG D C J, ARAPITSAS P, et al. Transcriptome and metabolite profiling reveals that prolonged drought modulates the phenylpropanoid and terpenoid pathway in white grapes (Vitis vinifera L.)[J]. BMC Plant Biology, 2016, 16(1): 1-17.

[13] DELUC L G, QUILICI D R, DECENDIT A, et al. Water deficit alters differentially metabolic pathways affecting important flavor and quality traits in grape berries of Cabernet Sauvignon and Chardonnay[J]. BMC Genomics, 2009, 10(1): 1-33.

[14] CASTELLARIN S D, MATTHEWS M A, GASPERO G, et al. Water deficits accelerate ripening and induce changes in gene expression regulating flavonoid biosynthesis in grape berries[J]. Planta, 2007, 227(1): 101-112.

[15] HOCHBERG U, DEGU A, CRAMER G R, et al. Cultivar specific metabolic changes in grapevines berry skins in relation to deficit irrigation and hydraulic behavior[J]. Plant Physiology and Biochemistry, 2015, 88: 42-52.

[16] SAVOI S, WONG D C J, DEGU A, et al. Multi-omics and integrated network analyses reveal new insights into the systems relationships between metabolites, structural genes, and transcriptional regulators in developing grape berries (Vitis vinifera L.) exposed to water deficit[J]. Front Plant Sci, 2017, 8: 1 124.

[17] DELAUNEY A J, VERMA D P S. Proline biosynthesis and osmoregulation in plants[J]. The Plant Journal, 1993, 4(2): 215-223.

[18] 王丽媛, 丁国华, 黎莉. 脯氨酸代谢的研究进展[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报, 2010, 26(2): 84-89.

WANG Liyuan, DING Guohua, LI Li. Progress in synthesis and metabolism of proline[J]. Natural Science Journal of Harbin Normal University, 2010, 26(2): 84-89.

[19] 郭春芳, 孙云. 干旱胁迫下植物的渗透调节及脯氨酸代谢研究进展[J]. 福建教育学院学报, 2015, 16(1): 114-118, 128.

GUO Chunfang, SUN Yun. Progress in the study of plants' osmotic adjustment and proline metabolism under drought stress[J]. Journal of Fujian Institute of Education, 2015, 16(1): 114-118, 128.

[20] 孙伊博, 张清涛, 王垚, 等. 旱区“环状毛细芯渗灌”对葡萄生长发育和果实品质的影响研究[J]. 干旱地区农业研究, 2018, 36(3): 1-8.

SUN Yibo, ZHANG Qingtao, WANG Yao, et al. Influence research on infiltration irrigation by annular capillary wicking to growing development and fruit quality of grape in arid region[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2018, 36(3): 1-8.

[21] 袁学冬. 超纤渗灌对干旱区葡萄生长及果实品质的影响研究[D]. 广州：中山大学, 2019.

YUAN Xuedong. Study on effects of the Microfiber Wicking Infiltration Irrigation (MWII) on table grape growth and berry quality in arid areas[D]. Guangzhou: Sun Yat-Sen University, 2019.

[22] 王珊, 苏玲, 宫磊, 等. 避雨栽培下行间生草对‘摩尔多瓦’葡萄果实品质的影响[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2020(2): 20-24.

WANG Shan, SU Ling, GONG Lei, et al. Effects of cover crops on berry quality of ‘Moldova’ under rain-shelter cultivation[J]. Sino-Overseas Grapevine & Wine, 2020(2): 20-24.

[23] 李玉鼎, 李欣, 张光弟, 等. 宁夏葡萄酒产业持续发展的思考与技术创新[J]. 中外葡萄与葡萄酒, 2010(3): 74-77.

LI Yuding, LI Xin, ZHANG Guangdi, et al. Thinking on sustainable development of Ningxia wine industry and technical innovation[J]. Sino-Overseas Grapevine & Wine, 2010(3): 74-77.

[24] 张春芝, 江志国. 贺兰山东麓地区酵母菌资源优势的研究进展初探[J]. 农产品加工(学刊), 2014(3): 46-48, 51.

ZHANG Chunzhi, JIANG Zhiguo. Discussion on yeast' resource advantages in eastern region of Helan mountain[J]. Academic Periodical of Farm Products Processing, 2014(3): 46-48, 51.

[25] 高俊凤. 植物生理学实验指导[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006: 19, 142, 210, 228.

GAO Junfeng. Experimental guidance for plant physiology[M]. Beijing: Higher Education Press, 2006: 19, 142, 210, 228.

[26] 赵晓, 马会勤, 陈尚武, 等. 葡萄果实发育后期半定量RT-PCR内参基因的优选[J]. 中国农业大学学报, 2010, 15(3): 7-14.

ZHAO Xiao, MA Huiqin, CHEN Shangwu, et al. Internal reference gene selection for semi quantitative RT-PCR of genes in the second half of grape berry development[J]. Journal of China Agricultural University, 2010, 15(3): 7-14.

[27] GUTHA L R, CASASSA L F, HARBERTSON J F, et al. Modulation of flavonoid biosynthetic pathway genes and anthocyanins due to virus infection in grapevine (Vitis vinifera L.) leaves[J]. BMC Plant Biology, 2010, 10: 187.

[28] HASHIMOTO K, ECKERT C, ANSCHÜTZ U, et al. Phosphorylation of calcineurin B-like (CBL) calcium sensor proteins by their CBL-interacting protein kinases (CIPKs) is required for full activity of CBL-CIPK complexes toward their target proteins[J]. The Journal of Biological Chemistry, 2012, 287(11): 7 956-7 968.

[29] 秦军红, 陈有君, 周长艳, 等. 膜下滴灌灌溉频率对马铃薯生长、产量及水分利用率的影响[J]. 中国生态农业学报, 2013, 21(7): 824-830.

QIN Junhong, CHEN Youjun, ZHOU Changyan, et al. Effects of frequency of drip irrigation frequency under mulch on potato growth, yield and water use efficiency[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(7): 824-830.

[30] 肯吉古丽•苏力旦, 袁森. 不同渗灌深度对设施葡萄种植的影响[J]. 中国果菜, 2020, 40(11): 55-58.

SULIDAN·Kenjiguli, YUAN Sen. Effect of different depth of infiltration irrigation on grape planting in facility[J]. Chinese Fruit and Vegetable, 2020, 40(11): 55-58.

[31] 曹帮华, 张明如, 翟明普, 等. 土壤干旱胁迫下刺槐无性系生长和渗透调节能力[J]. 浙江林学院学报, 2005, 22(2): 161-165.

CAO Banghua, ZHANG Mingru, ZHAI Mingpu, et al. Growth and osmotic regulation of Robinia pseudoacacia clones under soil drought stress[J]. Journal of Zhejiang Forestry University, 2005, 22(2): 161-165.

[32] 刘瑞香, 杨劼, 高丽. 中国沙棘和俄罗斯沙棘叶片在不同土壤水分条件下脯氨酸、可溶性糖及内源激素含量的变化[J]. 水土保持学报, 2005, 19(3): 148-151, 169.

LIU Ruixiang, YANG Jie, GAO Li. Changes of proline, soluble sugar and endogenous hormones in leaves of Chinese hippophae rhamnoides and Russian hippophae rhamnoides under different soil water conditions[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2005, 19(3): 148-151, 169.

[33] STEWART G R, LEE J A. The role of proline accumulation in halophytes[J]. Planta, 1974, 120(3): 279-289.

[34] HALLORAN G M, PENNELL A L. Duration and rate of development phases in wheat in two environments[J]. Annals of Botany, 1982, 49(1): 115-121.

[35] SAGLAM A, KADIOGLU A, TERZI R, et al. Physiological changes in them in post-stress emerging Ctenanthe setosa plants under drought conditions[J]. Russian Journal of Plant Physiology, 2008, 55(1): 48-53.

[36] ASHRAF M, FOOLAD M R. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance[J]. Environmental and Experimental Botany, 2007, 59(2): 206-216.

[37] SCHULTZ H R, MATTHEWS M A. Vegetative growth distribution during water deficits in vitis vinifera L[J]. Functional Plant Biology, 1988, 15(5): 641.

[38] SZABADOS L, SAVOURÉ A. Proline: a multifunctional amino acid[J]. Trends in Plant Science, 2010, 15(2): 89-97.

[39] 朱虹, 祖元刚, 王文杰, 等. 逆境胁迫条件下脯氨酸对植物生长的影响[J]. 东北林业大学学报, 2009, 37(4): 86-89.

ZHU Hong, ZU Yuangang, WANG Wenjie, et al. Effect of proline on plant growth under different stress conditions[J]. Journal of Northeast Forestry University, 2009, 37(4): 86-89.

[40] 杨素铀, 张仲明. 水分和盐胁迫对几种禾本科作物幼苗体内脯氨酸含量的影响[J]. 西北师范大学学报(自然科学版), 1983, 19(2): 48-51, 47.

YANG Suyou, ZHANG Zhongming. Effects of water and salt stress on proline content in several grasses seed[J]. Journal of Northwest Normal University, 1983, 19(2): 48-51, 47.

[41] 于文颖, 纪瑞鹏, 冯锐, 等. 不同生育期玉米叶片光合特性及水分利用效率对水分胁迫的响应[J]. 生态学报, 2015, 35(9): 2 902-2 909.

YU Wenying, JI Ruipeng, FENG Rui, et al. Responses of photosynthetic characteristics and water use efficiency of maize leaves to water stress at different growth stages[J]. Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(9): 2 902-2 909.

[42] 谭圣林, 张清涛, 邱国玉, 等. 渗灌技术助力水资源节约[J]. 高科技与产业化, 2014(5): 66-69.

TAN Shenglin, ZHANG Qingtao, QIU Guoyu, et al. Infiltration irrigation technology helps save water resources[J]. High Technology and Industrialization, 2014(5): 66-69.

The Effects of Irrigation Methods on Proline- and Osmotic Stress-Related Genes of Grape (L.cv. Moldova) in Arid Regions

CHEN Yu1,2,3, ZHANG Qingtao1,2,3*, YUAN Libing4, CEHN Tuo1,2,3, CHEN Xiaohong1,2,3

(1.School of Civil Engineering, Sun Yat-sen University, Zhuhai 519028, China; 2.Key Laboratory of Marine Civil Engineering of Guangdong Province, Guangzhou 510275, China; 3 .Guangdong University Key Laboratory of Water Cycle and Security in South China, Sun Yat-sen University, Guangzhou 519082, China; 4.School of life sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China)

【】Metabolic activities and the genes coding them are modulated by soil water, and the aim of this paper is to study how a new irrigation technology - microfiber capillary core infiltration irrigation (MII) –affects soil water content, leaf water potential, expression of proline- and osmotic stress-related genes of grape in comparison with conventional irrigation methods.【】We used the Moldovan variety (L. cv. Moldova) as the model plant and conducted the experiment from May to September in 2019 in Yuquanying Farm at the eastern foot of Helan Mountain in Ningxia province. We compared three irrigation methods: conventional ditch irrigation (CK1), drip irrigation (D), and the new microfiber capillary core infiltration irrigation by burying the fibers at the depth of 10 cm; the irrigation amount in all of them was the same. To study the efficacy of MII in saving water, we also laid the capillary fibers over the soil surface and compared three irrigation accounts: the amount used in conventional irrigation (CK2), and reducing it by 2/3 (W1) and 1/3 (W2) respectively. In each treatment, we measured soil water content, leaf water potential, proline content of the fruits, and relative expression of5genes. 【】All treatments resulted in water stress though the degree of the stress varied. The water stress in CK1 was most severe persisting in 73% of the growing season, followed by C and D with the crop in the former and the latter suffering from water stress in 67% and 40% of its growth season respectively. The effects of the irrigation method on fruit yield, water use efficiency and irrigation water use efficiency were ranked in the order of C > D > CK1, and in the middle and later growth stage, the soil water content in C and D was higher than that in CK1. For MII, we did not find difference in water stress between the three irrigation amounts at significant level. The leaf water potential in CK1 was less than that in D, meaning that CK1 was more likely to have given rise to water stress, while its proline content was greater than that in D. For all data we measured, the leaf water potential was least in CK1 and largest in D, with that in C in between. Under different irrigation amounts in MII, the leaf water potential was ranked in the order of W2 W2 >CK2. Coding proline synthesis, the content of5gene reflects the water stress and their relative expression in CK1 was significantly higher than those in D and C only from 4 to 28 August. Outside this window, there was no insignificant difference between them based on the data measured on July 25 and September 4.【】Water use efficiency of D and MII was higher than that of CK1, indicating both microfiber infiltration irrigation and drip irrigations were water-saving. Among all treatments, the relative expression of5gene was the highest in W1, indicating grapes in this treatment had been subjected to serious water stress despite achieving high yield and water use efficiency. Therefore, the superfine fiber infiltration is an improved irrigation method for grape production in arid regions as studied in this paper.

microfiber irrigation; water stress;LcvMoldova; proline;5; water use efficiency

S562

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021206

1672 - 3317（2021）11 - 0009 - 08

陈郁, 张清涛, 袁利兵, 等. 不同灌溉方式对旱区葡萄脯氨酸及渗透胁迫相关基因的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(11): 9-16.

CHEN Yu, ZHANG Qingtao, YUAN Libing, et al. The Effects of Irrigation Methods on Proline- and Osmotic Stress-related Genes of Grape (L.cv. Moldova) in Arid Regions[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(11): 9-16.

2021-05-15

国家自然科学基金面上项目（31270748，31470707）；深圳市科技研发资金基础研究项目（JCYJ20150331160617771）；海绵城市建设水系统科学湖北省重点实验室开放基金项目（武汉大学）（2020-05）

陈郁，女，硕士研究生，研究方向为水资源高效利用。E-mail:cheny779@mail2.sysu.edu.cn

张清涛，男，副教授，研究方向为水资源高效利用。E-mail: zhangqt6@mail.sysu.edu.cn

责任编辑：赵宇龙