干旱胁迫下嫁接葡萄的生理生化与元素响应：耐旱机制新解 —— 对干旱地区可持续葡萄栽培的启示

《BMC Plant Biology》：Physiological, biochemical and elemental responses of grafted grapevines under drought stress: insights into tolerance mechanisms

为解决阿联酋干旱地区葡萄栽培受环境条件制约、缺乏耐旱嫁接品种和优化灌溉策略的问题，研究人员开展了不同灌溉条件下 5 种嫁接葡萄生理生化及元素响应的研究。结果表明，调节灌溉显著影响葡萄生理参数和水分利用效率。该研究为干旱地区葡萄生产提供了重要参考。

　　葡萄，这种深受大众喜爱的水果，在全球饮食和文化中占据着重要地位。然而，随着全球气候的变化，干旱问题日益严峻，葡萄种植面临着前所未有的挑战。在阿联酋这样的干旱地区，极高的气温使得土壤水分迅速蒸发，葡萄生长受到极大限制。一方面，传统的葡萄种植方式难以适应干旱环境，产量和品质都大打折扣；另一方面，缺乏耐旱的葡萄品种和高效的灌溉策略，也成为制约当地葡萄产业发展的瓶颈。因此，探寻能够适应干旱环境的葡萄种植方法，提高葡萄的耐旱能力和水分利用效率，成为了科研人员亟待解决的问题。为了解决这些问题，阿联酋大学（UAE University）等机构的研究人员开展了一项关于 “Physiological, biochemical and elemental responses of grafted grapevines under drought stress: insights into tolerance mechanisms” 的研究。该研究成果发表在《BMC Plant Biology》上，为干旱地区葡萄种植提供了宝贵的参考。研究人员采用了一系列技术方法来开展此项研究。在实验设计上，运用了析因随机完全区组设计，将实验分为三个灌溉水平（100% 田间持水量（FC）作为对照（WW）、75% FC（WS-I）和 50% FC（WS-S）），并设置了 9 个重复，以确保实验结果的可靠性。在测量指标方面，利用 LI-6400 便携式光合作用系统和红外气体分析仪等设备，对叶片气体交换进行测量，获取净光合速率（Pn）、气孔导度（gs）、胞间二氧化碳浓度（Ci）和蒸腾速率（Tr）等数据；通过烘干称重等方式测定葡萄枝条的生物量；运用特定的实验方法测量相对水含量（RWC）、叶片矿物质含量和光合色素含量；借助扫描电子显微镜（SEM）观察叶片微观结构变化。此外，研究中使用的葡萄嫁接材料来自南非，经过精心挑选和培育。

研究结果

1. 叶片生理测量：干旱胁迫下，不同嫁接品种的净光合速率（Pn）受到显著影响。V4（Crimson Seedless × Ramsey）在各灌溉处理下 Pn 均较低，而 V1（Flame Seedless × Ramsey）、V2（Thompson Seedless × Ramsey）和 V3（Crimson Seedless × R110）在 50% FC 时 Pn 有所增加。蒸腾速率（Tr）在 75% 和 50% FC 时显著下降，这是植物应对水分亏缺的一种保护机制。气孔导度（gs）在干旱条件下降低，不同品种下降幅度不同。胞间二氧化碳浓度（Ci）在各品种中也有所降低，表明干旱影响了二氧化碳的供应。水分利用效率（WUE）在 75% 和 50% FC 时，五个嫁接品种均高于对照，其中 V1 的 WUE 最高，这表明葡萄嫁接品种对水分亏缺有一定的适应性。
2. 总枝条生物量：50% FC 时，所有嫁接品种的总干物质（TDM）和鲜重（FW）均显著降低。V2 的总枝条生物量最高，其次是 V3，这表明它们具有较强的耐旱能力。
3. 枝条数量和长度：不同品种在 50% FC 时枝条数量和长度表现各异。V1 的枝条数量最多，具有较强的营养生长潜力；V2 的枝条长度最长，说明其伸长能力较强。
4. 色素：不同灌溉水平下，各嫁接品种的叶绿素 a（Chl a）和叶绿素 b（Chl b）含量变化不同。部分品种 Chl a 和 Chl b 含量增加，部分减少，这反映了不同品种对干旱的响应差异。叶黄素含量在不同品种和灌溉水平下也有显著变化，表明其在应对干旱胁迫中可能发挥重要作用。
5. 元素：干旱胁迫下，嫁接葡萄叶片中的氮（N）、磷（P）、钾（K）等多种元素含量发生显著变化。不同品种对元素含量的响应不同，反映了根砧和接穗之间的相互作用以及对干旱的适应性差异。例如，V1、V2、V4 和 V5 中 N 含量在 75% FC 和 50% FC 时增加，而 V3 中则下降。
6. 扫描电子显微镜观察：通过 SEM 观察发现，干旱胁迫下，气孔孔径变窄，保卫细胞和副卫细胞形态改变，部分叶片出现表皮适应性变化，如形成表皮蜡质（ECW）和毛状体，这些变化有助于植物减少水分散失，适应干旱环境。

研究结论与讨论

该研究表明，调节灌溉至不同田间持水量（100%、75% 和 50% FC）对嫁接葡萄的关键光合参数和水分利用效率有显著影响。50% FC 时蒸腾速率显著降低，体现了嫁接葡萄应对有限水分的适应性机制。研究结果强调了选择耐旱葡萄嫁接品种对干旱地区可持续葡萄栽培的重要性，为未来葡萄生产的研究和实践提供了有价值的见解。推荐 Thomson seedless（接穗）× Ramsey（根砧）组合，并采用 50% FC（26 L 水）的灌溉制度，有助于提高葡萄种植的效率和可持续性。研究还发现，根砧在调节葡萄对干旱胁迫的响应中起着关键作用。它不仅影响水分和养分的吸收，还影响叶片气体交换、光合作用、色素含量和元素平衡。不同的根砧 - 接穗组合表现出不同的耐旱能力，这为进一步筛选和培育耐旱葡萄品种提供了理论依据。此外，研究中观察到的各种生理和生化变化，有助于深入理解葡萄在干旱胁迫下的适应机制，为开发更有效的灌溉策略和农业管理措施提供了基础。总的来说，这项研究为干旱地区葡萄产业的发展指明了方向，通过合理选择嫁接品种和优化灌溉策略，可以提高葡萄的耐旱性和水分利用效率，实现干旱地区葡萄种植的可持续发展，对全球葡萄种植应对气候变化具有重要的借鉴意义。