水分调亏对“夏黑”葡萄叶片形态及光合特性的影响

毛妮妮， 苏西娅， 任俊鹏， 张奎峰， 刘照亭

(1.江苏丘陵地区镇江农业科学研究所，江苏句容 212400； 2.江苏省句容市白兔镇致富果业专业合作社，江苏句容 212402)

“夏黑”葡萄产于日本，为“巨峰”后代，特点是早熟、无核、高糖、低酸、香味浓郁、肉质细脆、硬度中等，是目前葡萄主栽品种之一。如何增质提效、提高果品竞争力，对葡萄产业的稳定健康发展具有十分重要的意义。

水分调亏指植物生长发育时期的供水量低于需水量，由降水或灌溉不足引起，会对植物生长及产量造成不利影响。为了抵御外界环境造成的伤害，植物在干旱胁迫下会表现出一系列的形态、生理、生物化学变化，产生胁迫耐受性。适度的胁迫，能够使植物有效利用光合产物，促进光合产物积累并向果实中转运提高果实品质。前人研究发现，干旱胁迫可调节果实品质，提高葡萄果实中还原糖含量，降低滴定酸含量，促进果皮中总酚、类黄酮及花青素积累，促进果实着色，水分胁迫也有利于葡萄糖分的积累。同时通过控水还能抑制葡萄过度地营养生长，降低设施内湿度可减少病害的发生，从而减少农药的使用。

本研究以“夏黑”葡萄为试材，通过对葡萄进行水分调亏处理，研究不同水分调亏程度下葡萄叶片的形态指标的变化、叶片光合作用的改变，分析探索“夏黑”葡萄叶片对水分调亏的适应及表现，以期为合理灌溉及改良果实品质提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2021年4—8月在江苏丘陵地区镇江农业科学研究所华阳基地进行。试验材料为6年生的“夏黑”葡萄。苗木均为盆栽苗且避雨栽培。该试验选取生长旺健、长势一致的24株葡萄苗木进行水分调亏试验。每株葡萄苗木上均悬挂土壤温度、湿度监测仪，用于观测土壤含水量变化。

于2021年4月1日，将试验苗统一浇透水分，试验设置4个处理，轻度调亏(T1)、中度调亏(T2)、重度调亏(T3)、对照(CK)。轻度水分调亏处理土壤含水量保持在60%～70%，中度水分调亏土壤含水量保持在50%～60%，重度水分调亏土壤含水量保持在40%～50%，对照处理按日常田间水肥管理进行管理。之后每隔5 d观测盆栽内土壤含水量，各个处理到达含水量下限时补充水分，控制土壤水分。每个处理重复3次，每次重复2株葡萄，除灌水量不同外，其他管理措施保持一致。

4月15日进行第1次采样，每隔10 d采样一次，共计采样4次。采样时从东、南、西、北4个方向的枝条随机选择，采样时均采集枝梢根部第2张叶子，保存于4 ℃冰箱中备用。

1.2 试验方法

采用DL-WS20温湿度记录仪(尽享科技)对土壤温度、湿度进行全天不间断实时监测，记录仪放入土壤10 cm深处，保证高度一致。监测时间段为2021年4—6月。

采用MNT-200数显卡尺[上海美耐特实业(集团)有限公司]测量葡萄叶柄长度；使用烘干机对叶片进行烘干，葡萄叶片鲜质量、干质量的测定使用JJ1000型电子天平(美国双杰)测定；采用分度值为0.001的测厚规(上海艾测电子科技有限公司)测量不同时期葡萄叶片的厚度；不同时期葡萄叶片叶绿素含量使用SPAD-502Plus叶绿素测定仪(浙江托普云农科技股份有限公司)测定；叶面积的测定使用YMJ-B手持叶面积仪(托普)进行扫描计算，所有指标测定重复3次。

选择晴朗具有代表性的一天(2021年8月20日)，使用3051D型植物光合作用测定仪(托普)对不同处理下葡萄叶片净叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度等生理指标进行测定。每盆植株均随机选取葡萄新梢根部第4张叶片，选择3张做好标记进行活体测定。每张叶片重复测定3次。从 08：00—18：00，每隔2 h观测1次，测定光合日变化。

1.3 数据处理

使用Excel进行数据处理、作图；使用SPSS 16.0进行数据统计与分析；使用邓肯氏新复极差法对数据进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水分调亏对葡萄叶片干、鲜质量的影响

通过对4个时期葡萄叶片质量进行分析(表1)，处理10 d后，轻度调亏下叶片鲜质量最大，重度调亏叶片鲜质量最小。轻度和中度调亏下叶片鲜质量明显高于对照，均提高了17.14%和6.43%，重度调亏叶片鲜质量最低，比对照降低了13.57%。处理20 d后，叶片鲜质量由低至高分别为T1>CK>T2>T3，T2和T3处理叶片鲜质量相比于对照降低了1.21%、6.80%。处理30 d后，除T3处理外，各处理葡萄叶片鲜质量和处理20 d后变化趋势一致，T1处理后叶片鲜质量最大，T2处理叶片鲜质量最小。处理前30 d，各个处理对葡萄叶片鲜质量的影响均无显著变化，处理40 d后，T2处理叶片鲜质量最大，显著高于T3处理的叶片(<0.05)，T1、T2处理与CK相比均无显著差异。对不同处理后叶片干质量进行分析，调亏处理叶片不同时期，T3处理叶片干质量均为最低，可进一步推测重度调亏抑制叶片营养物质合成积累，表现为干质量降低。处理20 d后，T3处理显著低于其他处理(<0.05)，处理30 d后，T1处理显著高于T2、T3处理(<0.05)，与对照相比无显著差异(<0.05)。综上分析，轻度调亏(T1)处理在一定程度上可以提高叶片鲜质量，但随着调亏时间的延长，促进作用逐渐减弱，重度调亏明显抑制了叶片鲜质量的增加。适当的水分调亏(T2、T3)，对于葡萄叶片干物质积累影响不大，随着水分调亏程度加剧，叶片干质量降低。

表1 水分调亏下葡萄叶片鲜质量、干质量

2.2 水分调亏对葡萄叶面积及叶片厚度的影响

对水分调亏处理后不同时期叶片的叶面积进行分析(表2)，处理10 d后，轻度和中度调亏均明显高于对照，相比于对照提高了18.92%、12.68%，重度调亏相比于对照降低了5.28%，其中T1处理叶面积显著高于T3处理(<0.05)。处理20 d后，T1处理叶面积高于对照，提高4.39%，其他处理叶片叶面积相比对照均有所降低，分别降低了11.47%、17.05%。处理30 d后，3个处理的叶面积相比于对照提高了6.67%、3.12%、-9.00%。处理40 d后，T1、T2处理叶面积显著高于T3处理(<0.05)，相比于T3处理，分别提高了21.89%、18.66%，T2、T3处理与对照相比无显著差异(<0.05)。除处理20 d外，其他处理时期叶面积由高至低排序均为T1>T2>CK>T3。由表2可知，水分调亏后葡萄叶片的厚度没有显著变化，处理10 d后，T1处理叶片厚度较大，相比对照高 0.011 mm，处理20 d后，对照叶片厚度最大，为0.372 mm，在处理30 d后，T3处理叶片厚度最小，而在处理40 d后T3处理的叶片厚度最大。综上，轻度水分调亏可以提高叶片叶面积，中度水分调亏对叶面积的影响不明显，重度水分调亏抑制叶片面积的生长，叶面积减小，水分调亏对葡萄叶片厚度无显著影响。

表2 干旱胁迫下葡萄的叶面积、厚度

2.3 水分调亏对葡萄叶片叶绿素含量的影响

由表3可知，水分调亏处理在一定程度上可以提高叶片叶绿素含量，处理10、20、30 d后，所有处理叶片叶绿素含量均高于对照，与对照相比无显著差异(<0.05)。处理30 d内对照的叶片叶绿素含量基本没有变化，可能原因为该处理葡萄苗木叶片产量大，造成单位叶面积叶绿素含量变化趋势不明显。处理10 d后，T1处理叶片叶绿素含量最高，相比于对照提高了10.47%，其次是T3和T2处理，分别提高了3.72%、1.05%。处理20 d和 30 d 后，叶绿素含量排序一致，由高至低分别为 T1>T2>T3>CK，处理40 d后，T1处理叶片叶绿素含量显著高于CK及T2处理(<0.05)，提高了11.11%、12.46%，与重度调亏相比无显著差异(<0.05)。对照叶片叶绿素含量在4个时期内变化趋势为前期平缓变化，后期极速增加，水分调亏的3个处理叶绿素含量变化趋势为缓慢上升。

表3 水分调亏下葡萄叶片的叶绿素含量

2.4 水分调亏对葡萄叶片净光合速率的影响

由图1可知，葡萄叶片在水分调亏下净光合日变化均呈先上升后下降的趋势，没有出现明显的双峰现象。与对照相比，T1处理后净光合速率()增加，T2、T3处理后净光合速率降低。T1处理后，在 08：00—18：00内日平均值为9.37 μmol/(m·s)，对照日平均值为8.73 μmol/(m·s)，相比对照提高了7.33%。T2、T3处理后日平均值为8.14、6.68 μmol/(m·s)。相比于对照分别降低了6.76%、23.48%，不同处理值均在12：00时达到最高峰。T3处理后葡萄叶片的净光合速率明显降低，推测轻度水分调亏下叶片值有一定程度提高，有利于葡萄叶片进行光合作用积累养分，重度水分调亏抑制了叶片净光合速率，不利于叶片生长。

由图2可知，对照的蒸腾速率()最高峰在 14：00 出现，达到3.2 mmol/(m·s)。调亏处理后值最高峰均出现在了12：00，T1处理在12：00—16：00时间段内值缓慢下降，在16：00—18：00这一时间段急剧下降，与T1不同的是，T2、T3处理在出现值最高峰后便迅速下降，在08：00时，所有处理值差别最小，在14：00时与对照处理值差别最大，在这一时间内对照处理的值约为T2、T3的2.35倍和5.33倍。

图3是葡萄在不同处理下气孔导度()日变化曲线，气孔导度的变化趋势与净光合速率、蒸腾速率的变化趋势一致，均呈先上升后下降的趋势。所有处理的气孔导度均在12：00时达到最高峰值，T1处理值最大，为76.33 mmol/(m·s)，T3处理值最小，为41.67 mmol/(m·s)。T1、T2、T3和CK的日平均分别为54.66、33.43、22.19、56.00 mmol/(m·s)，T1处理与对照没有明显变化，说明轻度水分调亏不会造成叶片气孔关闭。随着水分调亏程度增加，为减少水分蒸发，部分气孔关闭以应对胁迫伤害。

3 讨论与结论

水分在植物生命活动中扮演着重要作用，参与植物新陈代谢全过程、是植物生长发育、光合作用、呼吸作用等过程中必不可少的介质和成分。水分过多或不足，都会影响植株的果实产量与品质，甚至还会缩短植物的生长寿命。研究表明，葡萄不同生长发育时期对水分敏感性不同，因此，通过在某一生长时段进行水分胁迫处理，之后再复水的方法，达到调节葡萄产量及提高品质的目的，同时还可以提高水分利用率、减少水分浪费。葡萄不同时期水分胁迫对葡萄果实的影响说法不一。杨慧慧等研究发现，葡萄营养生长初期和果实生长膨大期所需水分较多，开花和果实成熟后所需水分较少。王淑杰等研究认为，花期胁迫利于葡萄坐果，果实膨大期后水分胁迫能抑制营养生长，促进促进果实成熟。而邓文生等研究发现，在葡萄果实生长发育期适度胁迫，可以改善葡萄品质，提高葡萄果实中的糖含量。Kennedy等通过对葡萄生长后期进行水分胁迫处理，发现葡萄果实中酚类物质显著提高。本研究通过对葡萄生长后期进行水分调亏，结果表明，轻度水分调亏有利于葡萄叶片积累光合作用增强，叶面积增大，促进营养物质的合成与积累。

葡萄叶片生长初期需要足够的水分，水分供应不足会致使新梢生长速度变缓，Ussahatanonta等通过对赤霞珠葡萄进行水分胁迫研究，结果发现枝条长度、节间数、叶片产量相比对照降低2～3倍。水分调亏后，葡萄叶片表现为叶面积减小、且随胁迫程度的加深，葡萄的叶片逐渐变厚，而在本研究中，对“夏黑”葡萄进行轻度水分调亏，叶面积反而增加，且叶片变厚。重度水分调亏下叶面积会明显下降，在水分调亏处理前期，叶片厚度基本无显著变化，在叶片处理40 d后，重度水分调亏叶片增厚。造成与上述研究结果不一致的原因可能有不同品种的抗旱性不同、叶片感受土壤含水量变化存在一定延后性、干旱处理时期不同、测定叶片成熟度不同等，具体原因可以进一步研究论证。

叶绿素通过吸收光能，将其转化为碳水化合物传递给植物，参与光合作用，其含量多少直接影响叶片的光合能力。本研究通过测定不同程度水分调亏程度下叶片叶绿素含量，可以进一步揭示叶绿素含量对于叶片光合作用强弱的影响。许宏等研究发现随着干旱胁迫程度增加，葡萄叶绿素总量逐渐减少，而本研究结果与之相反，在本试验中水分调亏处理后，在一定程度内叶绿素含量相比于对照提高，轻度水分调亏处理40 d后，叶绿素含量显著高于对照。陈绍莉等通过对葡萄砧木进行抗旱性研究发现，抗旱性较强的品种在水分胁迫下，会促进叶绿素含量的增加，用于抵抗缺水环境，本研究结果与之一致，可以进一步推测“夏黑”葡萄的抗旱性较强。

光合作用是植物生长发育的基础，光合作用的强弱受2个方面因素的影响，一是植物本身，与叶片的大小厚度，成熟度及叶绿素含量有关，二是外界干扰胁迫也会影响植物光合能力。在水分胁迫前期，气孔关闭抑制蒸腾作用，随着胁迫时间的增加，葡萄通过改变基因表达量、控制相关酶活性来调控生长。严巧娣等发现葡萄叶片净光合速率在1 d内先上升后下降，且在光照最强时光合作用有轻微下调趋势。白云岗等通过对葡萄光合作用光响应曲线分析比较，发现光照度大于600 μmol/(m·s)时，净光合速率随光照度增加而减弱出现下降趋势。在本研究中，净光合速率没有出现双峰现象，原因为每2 h测定1次净光合速率，与其他研究者试验相比间隔时间较长，可能在15：00时存在上升趋势，须进一步研究验证。目前有研究发现，通过对葡萄进行水分调亏试验，叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度下降。王生海等通过对不同树形紫香无核葡萄进行水分胁迫，也得出了相同结果。在本研究中，通过对“夏黑”葡萄进行水分调亏，轻度水分调亏后叶片净光合速率反而上升，蒸腾速率、气孔导度与对照无明显差异，随着水分调亏程度增加，所得结果与上述研究结果一致，分析造成该结论的原因可能有试验用苗所处环境湿度大，该试验只考虑了单一控制的土壤含水量这一自变量。

综上所述，轻度水分调亏在不同处理时间内均能够提高叶片的鲜质量、叶面积，重度水分调亏处理明显减低了叶片的干质量、鲜质量和叶面积，重度水分调亏导致处理40 d后叶片厚度增大抵御胁迫，不同水分调亏处理在处理前30 d叶片叶绿素含量均高于对照，调亏处理40 d，轻度水分调亏处理叶片叶绿素含量显著高于其他处理(<0.05)，不同处理净光合速率、蒸腾速率、气孔导度日变化趋势一致，均为先上升后下降，轻度水分调亏处理后促进叶片净光合速率增加不同处理后蒸腾速率和气孔导度均低于对照。轻度调亏为江苏省句容市“夏黑”葡萄最佳的水分调亏程度，可在一定程度上达到提高叶片形态品质和节水效果，重度水分调亏不利于葡萄叶片生长，在形态和生理上表现出一定的胁迫性。