丁慧芳，楊文莉，代紅軍*，王振平

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021）

葡萄在我國已有數(shù)千年的栽培歷史。近年來，我國葡萄栽培發(fā)展迅速，在世界葡萄產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[1]。由于全球氣候變暖，使得災(zāi)害天氣時有發(fā)生，暴雨天氣頻率也有所增加，全球受澇害影響的土地越來越多。我國是自然災(zāi)害比較嚴(yán)重的幾個國家之一，大部分地區(qū)屬于典型的季風(fēng)型氣候。南方耕地地下水位高，降雨又多，易發(fā)生澇害。北方果園在7、8月進入降雨的高峰期，正值果樹生長旺盛時期，暴雨、排水不良等原因引起的澇害嚴(yán)重影響了果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)。

植物澇害是指土壤水分過多對植物產(chǎn)生的傷害。水分過多引起植物根系缺氧，從而產(chǎn)生一系列危害，例如：爛根、病蟲害蔓延、生長緩慢。澇漬是使農(nóng)作物受害最嚴(yán)重的非生物脅迫之一，它能夠?qū)е掠昙酒咸压麑嵁a(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降，進而影響葡萄酒的質(zhì)量[2]。澇漬災(zāi)害是農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)水土資源利用中最重要的環(huán)境問題和社會經(jīng)濟問題[3]。研究內(nèi)澇防治對控制內(nèi)澇、保障糧食安全具有重要的現(xiàn)實意義[4]。李艷試驗發(fā)現(xiàn)，‘赤霞珠’嫁接苗在淹水后枝條生長量明顯降低，而根系的反應(yīng)大于地上部，表現(xiàn)為根系干物質(zhì)量降低，根冠比降低，根系活力下降，根相對膜透性增加[5]。柳樹是耐澇樹種，在澇漬脅迫下，其氣孔導(dǎo)度短時間內(nèi)下降，但能很快恢復(fù)，而楊樹恢復(fù)能力差，這說明氣孔導(dǎo)度在一定程度上能反映植物的抗?jié)衬芰6]。楊暹等[7]研究表明，水淹脅迫導(dǎo)致菜心菜葉片及根系的過氧化氫酶（CAT）活性、葉片的過氧化物酶（POD）活性出現(xiàn)先降后升，然后再下降的現(xiàn)象；根系的POD活性出現(xiàn)先降后升的現(xiàn)象；葉片的超氧化物歧化酶（SOD）活性先升后降，根系的SOD活性出現(xiàn)先降后升再下降的現(xiàn)象。王三根[8]發(fā)現(xiàn)淹水下植物葉片中的可溶性糖含量逐漸增大，且顯著高于未淹水的植株。葡萄屬于耐澇性植物，國內(nèi)外關(guān)于葡萄的抗逆性研究多集中在抗寒、抗旱性，關(guān)于葡萄抗?jié)承缘难芯坎蛔?。本試驗針對葡萄澇害這一問題，以釀酒葡萄‘美樂’為試驗材料，研究淹水脅迫對其光合作用以及根系生理活動的影響，為葡萄抗?jié)承约皾碀n排水管理提供一定的參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2019年6月在寧夏農(nóng)墾集團玉泉營農(nóng)場，國家葡萄產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系水分生理與節(jié)水栽培崗位科學(xué)家試驗基地溫室中進行，能有效防止自然降雨對淹水試驗的干擾。

春季對溫室中5年生‘美樂’盆栽葡萄進行正常管理，每盆一株。待到葡萄綠果期（6月份）選取生長健壯、長勢均勻的12盆葡萄進行淹水試驗。盆栽容器用上口徑×底徑×高為32 cm×21 cm×23 cm的紅陶粗砂花盆，花盆下部帶有出水口，底部帶有隔水層，供試土壤為珍珠巖、蛭石及草炭灰（體積比為1:1:1）。其中，土壤主要養(yǎng)分含量為：全氮8.42 mg/L、全磷2.75 mg/L、全鉀0.82 mg/L。

1.2 試驗設(shè)計

選3盆葡萄正常澆水，剩余9盆分別進行淹水試驗。淹水處理采用雙層盆法，將盆栽葡萄放置于體積較大的塑料盆（上口徑×底徑×高為41 cm×26 cm×17 cm ），用自然水淹沒至離花盆頂部4 cm處，每3 h添一次水，以維持淹水水層3 cm高度。在淹水結(jié)束當(dāng)日人工將積水排掉，自然恢復(fù)至正常水平。

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，以不淹水盆栽釀酒葡萄為對照（CK），共設(shè)淹水時間為4、6、8 d三個處理（即T1、T2和T3）。以1盆為1個處理，每個處理3個重復(fù)。試驗共取根樣5次，在淹水2、4、6、8、10 d時采集根尖，之后液氮速凍，于-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 測定項目和方法

1.3.1 光合指標(biāo)及葉綠素的測定

（1）光合特性。用德國WALZ公司生產(chǎn)的GFS-3000型便攜式光合儀測定葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）和氣孔導(dǎo)度（Gs）。選用開放式氣路，設(shè)定光強為1000μmol/(m2·s)，采用定點法，以基部向上的第8片葉為光合測定對象。對不同日期的同項指標(biāo)采用定時測定，每2 d測1次，均在上午9:00—11:00時進行。

（2）葉綠素含量測定（乙醇提取法）。取新鮮葡萄葉片，洗凈，剪碎（去掉中脈），混勻后稱取葉片0.1 g，加95%乙醇10 mL，封口，置于暗處浸提48 h，于波長665、649、470 nm下測定吸光度，以95%乙醇為對照。然后計算出葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素含量。

1.3.2 根系生理指標(biāo)的測定

（1）細(xì)胞膜相對透性用電導(dǎo)法測定[9]。取處理后的根用去離子水沖洗數(shù)次后，剪成小段，放入盛有去離子水的試管中，用封口膜封口。在室溫下暗處理置于水浴中保溫，然后用DDS-307型電導(dǎo)率儀測定溶液的電導(dǎo)率，用R1表示；然后于100 ℃水浴20 min，冷卻至室溫后測定電導(dǎo)率，用R2表示。用下列公式計算相對電導(dǎo)率，表示質(zhì)膜相對透性。細(xì)胞膜相對透性/%=R1/R2×100。

（2）丙二醛（MDA)含量的測定參考李合生等的方法[10]。稱取0.5 g根加入磷酸緩沖液（pH7.8)，在冰浴上研磨成勻漿后定容至8 mL，在4 ℃下以12000 r/s轉(zhuǎn)速離心20 min，取上清液用于測定。按照趙世杰等[11]方法，取測定液1.5 mL于帶塞試管中，加入0.5%TBA溶液2.5 mL，混合后于沸水上反應(yīng)20 min，冷卻離心，上清液分別于532，600、450 nm下測定OD值。重復(fù)3次。

MDA/(μmol/g)=6.4×(OD532－OD600)－0.56×OD450

MDA含量=MDA濃度×提取液體積/稱取鮮重

（3）游離脯氨酸含量的測定。選取不同處理的地下部根系，取0.5 g剪碎，使用酸性茚三酮法[12]，以蒸餾水作為參比液，使用UV755B型分光光度計于520 nm波長下比色，并計算根系組織內(nèi)游離脯氨酸含量。

（4）根系活力的測定。采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法測定植株根系活力[13]。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗數(shù)據(jù)采用DPS 7.05進行統(tǒng)計分析，Excel等軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水對葡萄葉片光合指標(biāo)及葉綠素含量的影響

2.1.1 淹水對葡萄葉片光合作用的影響

由圖1A可知，處理T1、T2、T3的光合速率均先降低，后升高，表現(xiàn)出先受影響后恢復(fù)的過程。T1處理在4 d時最低，顯著低于對照，6 d開始有所升高，逐漸恢復(fù)，10 d能夠恢復(fù)到接近CK水平。T2處理6 d最低，8 d開始恢復(fù)，恢復(fù)期延遲。T3處理8 d最低，與T1、T2相比恢復(fù)期繼續(xù)延遲，10 d開始恢復(fù)。在10 d時，CK與T1相近，T1高于T2、T3處理，T2高于T3處理，說明淹水時間越長，恢復(fù)越慢。

由圖1B可知，葡萄葉片的蒸騰速率與光合速率顯現(xiàn)相同的變化規(guī)律，3個處理均先降低，后升高，表現(xiàn)出先影響后恢復(fù)的過程。與CK相比，3個處理均能顯著降低葉片的蒸騰速率，各處理間均達(dá)到顯著差異。T1在第10天時恢復(fù)到CK水平，T2與T3在第10天仍然低于CK，沒有恢復(fù)到正常狀態(tài)。

由圖1C可知，與對照相比，3個處理均能顯著降低葉片的氣孔導(dǎo)度。T1在淹水4 d時最低，T2在6 d時最低，T3在8 d達(dá)到最低值；T1在10 d時恢復(fù)到CK水平，T2、T3恢復(fù)較緩慢。說明淹水能不同程度的降低葉片的氣孔導(dǎo)度。

由圖1D可知，淹水脅迫下胞間CO2濃度各處理均有不同程度的增加。T1在淹水4 d時達(dá)到最大；T2在淹水6 d時，達(dá)到最大值，升幅為13.06%；T3在8 d時受影響最大。說明淹水處理后葡萄的胞間CO2濃度上升。

綜合以上分析，‘美樂’受到淹水脅迫后，葉片氣孔導(dǎo)度降低，胞間CO2濃度升高，葉片光合作用減弱，凈光合速率也隨之下降。

2.1.2 淹水對葡萄葉綠素含量的影響

淹水8 d時，T1、T2已經(jīng)解除脅迫，T3淹水脅迫時間最長，各處理間指標(biāo)變化不同。因此本試驗在8 d采集枝條成熟葉片進行葉綠素含量的測定。淹水脅迫下，植株葉片葉綠素遭到不同程度的破壞。淹水8 d時，T1已解除脅迫4 d，葉綠素a含量較對照減少7.2%，葉綠素b含量減少11.29%；類胡蘿卜素和葉綠素總量也低于CK水平，但與CK無顯著差異。T2處理葉綠素a含量較對照減少8.56%，葉綠素b、類胡蘿卜素和葉綠素總量均呈下降趨勢。T3處理葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及葉綠素總量較對照減少幅度最大，差異顯著。說明淹水脅迫破壞了植株葉片葉綠素，且不同處理間破壞程度不同。

2.2 淹水對葡萄根系生理指標(biāo)的影響

2.2.1 淹水對根系細(xì)胞膜相對透性的影響

相對電導(dǎo)率是衡量細(xì)胞膜透性的重要指標(biāo)，其值越大，表示電解質(zhì)的滲漏越多，細(xì)胞膜受傷害程度越大。如圖2可知，T1相對膜透性在淹水4 d時達(dá)到最大值，在淹水脅迫解除后逐漸降低；T2在淹水6 d時相對膜透性達(dá)到最高值，之后開始下降；T3在淹水8 d時相對膜透性達(dá)到最大值。T2、T3處理根系細(xì)胞膜被破壞較嚴(yán)重，淹水脅迫解除后，膜透性開始下降。說明淹水會使葡萄根系細(xì)胞膜透性增大，細(xì)胞完整性遭到了破壞。

2.2.2 淹水對葡萄根系丙二醛含量的影響

植物器官在逆境條件下，往往發(fā)生膜脂過氧化作用產(chǎn)生丙二醛。丙二醛含量可以表示植物對逆境條件反應(yīng)的強弱。經(jīng)過方差分析，根系丙二醛含量在不同處理間差異顯著。由圖3可知，對照組根系丙二醛含量維持在較低水平。淹水過程中各處理丙二醛含量均呈上升趨勢。在第10天時，T3處理丙二醛含量仍顯著高于其他兩個處理，T2次之，T1已恢復(fù)到CK水平。說明在淹水環(huán)境中，T1根系所受到的傷害程度最小，T2次之，T3最大。

表1 淹水對葉綠素含量的影響Table 1 Effect of flooding on chlorophyll content/(mg/g)

2.2.3 淹水對葡萄根系脯氨酸含量的影響

脯氨酸是最有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，能緩解植物在逆境脅迫下的過度失水。由圖4可知，淹水引起了葡萄根系脯氨酸的積累。通過對試驗數(shù)據(jù)的顯著性分析表明，CK的脯氨酸含量在淹水2、4、6、8、10 d時均無顯著差異。淹水結(jié)束時，3個處理的脯氨酸含量均顯著升高。淹水脅迫解除后，脯氨酸含量降低，表現(xiàn)出先受影響后恢復(fù)的過程。3個處理的脯氨酸含量均在淹水結(jié)束時達(dá)到最大值。T2處理6 d達(dá)到最高值，恢復(fù)時間延遲，恢復(fù)速率變慢。T3處理8 d時達(dá)到最高值，與T1、T2相比恢復(fù)期繼續(xù)延遲，說明淹水時間越長，恢復(fù)越慢。

2.2.4 淹水對葡萄根系活力的影響

由圖5可知，在淹水處理過程中，不同處理根系活力呈下降趨勢。淹水時間為2～4 d時，3個處理與對照之間存在顯著差異，但3個處理間無顯著差異。之后T1根系活力開始恢復(fù)，T2、T3繼續(xù)下降，6 d時較CK下降幅度分別達(dá)到46.8%、49.6%。淹水8 d時，T1可以恢復(fù)到CK水平，T2、T3恢復(fù)時間延長，T3根系活力達(dá)到最低值，根系組織被嚴(yán)重破壞，較難恢復(fù)。說明在淹水處理中，根系活力與淹水脅迫程度緊密相關(guān)，淹水處理時間越長，根系活力越低，根系受傷害越嚴(yán)重，且恢復(fù)越慢。

3 討論與結(jié)論

葉綠素是作物進行光合作用時必不可少的物質(zhì)，其含量的多少可直接反映光合能力的強弱。類胡蘿卜素是光吸收的輔助色素，對光合作用和光保護有著重要作用，它與膜上的抗氧化分子相結(jié)合，通過葉綠素循環(huán)以非輻射的方式耗散光系統(tǒng)過剩的能量來保護葉綠素在高溫強光的環(huán)境中免遭破壞[14]。向永玲等[15]發(fā)現(xiàn)，澇害后小麥頂三葉葉綠素含量較對照下降，澇害時間越長，下降程度越大；不同葉位葉片澇害后下降差值差異顯著，下葉位下降值大，澇害后7 d恢復(fù)，上葉位葉綠素含量較對照差值明顯增加，澇害后下葉位葉片先受害，而后向上葉位葉片擴展。本試驗表明，‘美樂’葡萄葉片中葉綠素及類蘿卜素均隨著淹水時間的增加而顯著下降，這與李艷等[14]研究結(jié)果一致。隨著脅迫解除時間的延長，不同樹種葉綠素含量呈現(xiàn)上升趨勢[16]，說明淹水脅迫解除后植株得到恢復(fù)。本試驗表明，淹水解除后，‘美樂’各處理均得到一定程度地恢復(fù)，且淹水時間越短恢復(fù)越快。

植物淹水脅迫最早受到影響的是氣孔。氣孔的變化是植物對淹水脅迫最為敏感的一個指標(biāo)[17]，在一定程度上能夠反應(yīng)植物的耐澇能力。本試驗表明，隨著淹水天數(shù)的增加，‘美樂’葡萄凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均顯著下降，這與前人研究結(jié)果一致[16-17]。

植物組織在受到逆境傷害時，最敏感的是細(xì)胞膜，由于膜的功能受損或結(jié)構(gòu)破壞，使其透性增大，導(dǎo)致電解質(zhì)外滲量的增加進而影響植物代謝，同時根系活力明顯下降。本試驗中淹水對葡萄根系的影響表現(xiàn)在相對膜透性的增加和根系活力的降低，淹水程度歷時越長，影響越明顯。植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與清除處于平衡狀態(tài)，在正常的生長環(huán)境中，當(dāng)植物處于澇害、干旱、高溫等逆境脅迫條件下，這種平衡會遭到破壞，植物體內(nèi)的超氧化物陰離子自由基（O2-）、羥自由基（OH-）、O2、H2O2等活性氧迅速積累，并由此引發(fā)和加劇膜脂過氧化作用，使植物細(xì)胞損傷，直至植株死亡[18]。丙二醛是細(xì)胞膜脂過氧化作用的直接產(chǎn)物，作為活性氧積累而導(dǎo)致膜傷害的膜脂過氧化物，淹水后作物根系中的丙二醛含量顯著升高[19]。本研究表明，淹水后‘美樂’葡萄根系中丙二醛含量增加且淹水后期較前期增加幅度大，淹水脅迫解除后，各處理均能得到一定程度的恢復(fù)，脅迫時間越短，恢復(fù)越快。

逆境條件下，脯氨酸和可溶性糖含量的增加有助于細(xì)胞的保水和正常代謝的進行，因為積累的脯氨酸和可溶性糖可以降低原生質(zhì)的滲透勢，防止細(xì)胞水分散失，對原生質(zhì)起到保護作用。李艷[20]發(fā)現(xiàn)，淹水脅迫下，各砧木根系中的脯氨酸含量有不同程度的增加。本試驗表明，淹水條件下‘美樂’葡萄根系中的脯氨酸含量均隨著淹水時間的延長而顯著增加。說明葡萄可以通過增加脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量來保持原生質(zhì)體與環(huán)境的滲透平衡，保持膜結(jié)構(gòu)的完整性，從而抵抗逆境，減輕水澇給植物帶來的傷害。

在本研究中，淹水能不同程度地降低‘美樂’葡萄凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，可能會抑制‘美樂’葡萄葉綠素及類胡蘿卜素的合成并促進其分解，最終導(dǎo)致‘美樂’葡萄光合作用受到抑制；淹水脅迫導(dǎo)致根系受到傷害，細(xì)胞膜被破壞，根系活力下降，相對電導(dǎo)率及丙二醛含量上升，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸迅速積累；脅迫解除后，葡萄澇害程度不同，恢復(fù)速率也不同。綜合以上結(jié)論，可在實踐生產(chǎn)中利用本試驗中所測定項目作為研究澇害對葡萄影響的指標(biāo)。