不同水分胁迫水平对葡萄叶水势及生理指标的影响

齐建波，荣新民，陈虎，刘怀锋

（1石河子大学农学院，石河子832003；2新疆石河子农科中心葡萄研究所，石河子832000）

我国有1／3以上的地区为干旱及半干旱地区，即使在非干旱地区也经常会发生突发性干旱，干旱成为影响果树生产的一种常见环境胁迫。水分胁迫常常对植物的生长发育、生理过程和产量造成极大的影响［1］。通常情况下，植物细胞内自由基的产生与清除处于一种动态平衡，一旦这种平衡遭到破坏，自由基便产生积累，膜内脂双分子层中含有的不饱和脂肪酸就易于氧化分解而造成膜的破坏。体内活性氧增高能启动膜脂过氧化和膜脂脱脂化作用。这种动态平衡被破坏的直接结果就是丙二醛（MDA）含量增加［2－3］。当植物遭受水分胁迫造成生理性缺水时，植物体内脯氨酸（Pro）大量积累［4］，因此植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植株体内的水分状况，可作为植株缺水的参考指标［5］。而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等能够有效地清除自由基，是酶促防御系统的重要组成成分。人们根据这一理论对干旱胁迫下的葡萄［6－7］、无花果和海棠［8］等逆境生理过程进行了大量的研究。由于前人对葡萄节水灌溉方式中水分胁迫的研究在取材的差异性、指标上的单一性以及分析的方法非一致性，使得对葡萄生产的节水灌溉体系并未真正建立，葡萄在干旱胁迫下的生理生化机制还有待进一步的深入研究。为此，本研究针对新疆鲜食品种无核白鸡心的耐旱性，拟通过在干旱胁迫下对该葡萄的生理指标分析，进一步了解葡萄干旱的生理生化机制，以期为完善葡萄的节水灌溉体系和加强葡萄栽培管理措施的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1．1 材料

试验品种为7年生无核白鸡心葡萄，株行距为0．6m×3．5m，连叠式小棚架，东西走向。

1．2 方法

1．2．1 试验处理

试验于2009年5月－2010年12月在新疆石河子葡萄研究所进行。灌溉方式为滴灌，采用一行两管，一管布设在树南距根基部60cm处，一管布设在树北距根基部20cm处，双管间距80cm。毛管直径16mm，滴头间距400mm，滴头流量2．6L／h。土壤类型为沙壤土。

试验共设3个水分胁迫处理，1个对照。处理1（T1）：轻度干旱胁迫，当40cm处土壤水势达到－100kPa时开始灌水，当60cm土壤水势达到0kPa时停止灌水；处理2（T2）：中度干旱胁迫，当40cm处土壤水势达到－150kPa时开始灌水，当60cm土壤水势达到0kPa时停止灌水；处理3（T3）：重度干旱胁迫，当40cm处土壤水土势达到－200kPa开始灌溉，当60cm土壤水势达到0kPa时停止灌水；对照（CK）：常规灌水，当40cm处土壤水势达到－50kPa时充分灌水，当60cm土壤水势达到0 kPa时停止灌水。采用随机区组设计，重复3次。

1．2．2 测定项目与方法

土壤水势测定：采样watermark土壤水势仪测定。在滴灌带下方埋设2个Watermark土壤水势探头，探头间距5cm，深度分别为距地面40cm和60cm。每3d测定1次。

植株水势测定：采用SKPM1400便携式植物压力室水势仪测定。每重复选择新梢中部成熟的六片叶片于07：00开始测定，与土壤水势的测定同步进行。

生理指标的测定：测定方法参照文献［9］。MAD的测定采用TCA－TBA法；Pro含量的测定采用比色法；POD活性的测定采用愈创木酚法；CAT活性的测定采用紫外吸收法；SOD活性的测定采用氮蓝四唑法。

1．2．3 数据统计分析

用Excel 2003及Spss软件进行方差统计分析。

2 结果与分析

2．1 不同水分胁迫处理对灌水频率的影响

由图1可见，随着各处理灌水胁迫指标的增加，灌水频率依次减少，处理1在灌溉后21－26d即达到灌溉临界指标，处理2在灌溉后30－36d达到灌溉临界指标，处理3在灌溉后43－47d达到灌溉临界指标，对照在灌溉后20－22d达到灌溉临界指标，5月31日－8月31日采收葡萄，对照CK灌了4次水，处理1灌了3次水，处理2灌了2次水，处理3仅灌了1次水。

2．2 不同水分胁迫处理对葡萄植株叶片水势的影响

由图2可见，叶片水势值的变化呈波浪型，结合图1可以看出，当土壤水势下降时，叶片水势也同样下降，当土壤水势上升时，叶片水势也渐渐开始回升。叶片水势与土壤水势变化趋势一致，但叶片水势的回升滞后于土壤水势的回升。

图1 不同处理土壤水势随时间的变化Fig．1Soil water potential change with time in different treatments

图2 不同处理叶片水势随时间的变化Fig．2Leaves water potential change with time in different treatments

2．3 不同水分胁迫处理对葡萄叶片生理指标的影响

2．3．1 对葡萄叶片中MDA含量的影响

由图3可见，随着干旱胁迫程度的加剧，MDA的含量呈现上升的趋势，对照的MDA含量最低，处理3即重度水分胁迫下MDA含量最高。水分胁迫前期，到水分胁迫后期，由于长期的重度水分胁迫，处理3叶片的MDA含量极显著高于其他处理，但与前期相比，各处理MDA含量略有降低。

2．3．2 对葡萄叶片中Pro含量的影响

图4显示，随着水分胁迫程度的加据，叶片中Pro含量均呈现明显上升趋势，说明葡萄在水分胁迫条件下，具有明显积累Pro的现象。在水分胁迫前期，即7月5日的测量结果显示，处理3的Pro含量显著高于对照，而处理1和处理2与对照的Pro含量差异不显著。到水分胁迫中期，处理3的Pro含量与处理2差异显著，处理2与处理1差异不显著，而与对照差异显著。到水分胁迫后期，处理3的Pro含量与处理2相比显著减少，与处理1相比显著增加。这表明中度水分胁迫与重度水分胁迫造成葡萄叶片中Pro的大量积累。从整体的测定结果来看，Pro含量随着水分胁迫时间的延长而不断增加。

图3 不同时期不同处理对MDA含量的影响Fig．3Effect of different treatments in different times on MDA content

图4 不同时期不同处理对Pro含量的影响Fig．4Effect of different treatments in differenttimes on Proline content

2．3．3 对葡萄叶片中CAT活性的影响

由图5可见，水分胁迫前期，即7月5日与7月25日，各处理叶片中CAT活性差异不显著；到了胁迫中期，葡萄叶片中CAT的活性随着干旱胁迫程度的加剧呈现上升的趋势，处理2与处理3叶片CAT活性显著高于其他各处理。其中重度胁迫处理的叶片CAT 活性高达435．64（U／g）／min FW，比对照153．12（U／g）／min FW 增加了284．5%。到水分胁迫后期，即8月27日的测定结果显示，处理3的CAT活性较处理2的CAT活性有所下降，但处理3与处理2的差异不显著，处理3与处理1的叶片CAT活性有显著差异，处理2与处理1的差异极显著。这说明水分胁迫可促使葡萄叶片CAT酶活性上升，不同水分胁迫程度下的叶片CAT活性随着水分胁迫时间的延长，其差异越显著。

2．3．4 对葡萄叶片中POD活性的影响

由图6可见，在水分胁迫处理前期（7月5日），处理2叶片中POD的活性显著高于其它各处理，但随着水分胁迫持续时间的延长，7月25日－8月27日，均表现出处理2的POD活性显著高于对照，但3个水分胁迫处理之间POD的活性差异不显著，且呈下降的趋势。

图5 不同时期不同处理对CAT活性的影响Fig．5Effect of different treatments in different times on activity of CAT

图6 不同时期不同处理对POD活性的影响Fig．6Effect of different treatments in differenttimes on activity of POD

3 讨论

3．1 葡萄叶片水势对植株水分胁迫的响应

在植物各部位的水势当中，叶片水势代表植物水分运动的能量水平，是植物组织水分状况的直接表现，反映了植物在生长季节中各种生理的活动受环境水分条件制约的程度。土壤水分、气温、空气相对湿度、光合有效辐射、植物叶片的蒸腾速率等均影响植物叶片水势的变化。作物对土壤水分的吸收状况是，当土壤水势降低时，叶片水势会随着土水势的降低而降低；同样当外界条件变化引起蒸腾速率改变时，即便是土水势没有改变，叶片水势也会随之而发生变化［10－12］。因此，在分析叶片水势与土水势的关系时，必须区分是土壤水分变化还是外界条件的变化引起的叶片水势变化。区分两者引起的作物叶片水势变化规律时，首先应以充分供水的条件下叶片水势随着外界条件变化的规律为基础［13］。

本实验研究结果表明，土壤水势与植株叶片水势变化呈正相关，这与前人［14］的研究结果相符，且叶片水势的变化较土壤水势具有滞后性。

3．2 不同灌水量对MDA含量的影响

MDA是植物细胞膜不饱和脂肪酸发生过氧化作用的中间产物，MDA含量变化是反映细胞膜脂过氧化作用强弱的一个重要指标，即MDA含量越高，膜脂过氧化程度越严重，膜透性越大［15］，其含量高低代表膜脂过氧化的程度，可以作为细胞膜质损伤程度的参数，是衡量植物在逆境中膜脂过氧化程度的重要指标之一。

本实验结果表明，干旱胁迫条件下，叶片中MDA含量增加。且随着胁迫时间的延长，MDA含量持续上升。这一点与前人［16－19］在苹果、板栗、甘薯、烟叶等试验材料上所得的研究结果相同，这说明随着干旱胁迫程度的加剧葡萄幼叶中MDA含量升高，表明干旱引起氧化作用加强积累较多的MDA［20－21］。从本实验的几个时期测定结果中只有处理3显著高于对照，而处理1、处理2与对照在水分胁迫中后期三者之间无显著差异，在重度水分胁迫下的葡萄叶片发生了明显的膜脂过氧化作用。

3．3 不同灌水量对Pro酸含量的影响

植物在干旱胁迫条件下有Pro的累积，积累的Pro有利于维持细胞渗透势，防止水分过度流失，为抗氧化物质的合成创造良好的生理环境，并证明Pro是 植 物 对 干 旱 胁 迫 的 一 种 适 应［22－23］。在 柑橘［23］杏、桃、梅［24］等果树上的研究结果显示，在干旱胁迫条件下，果树体内都积累大量Pro。

本研究表明，随水分胁迫程度的加深，Pro含量逐渐增多，这与前者的研究结果相符合。然而，在水分胁迫中期，重度水分胁迫处理的叶片Pro含量显著高于中度水分胁迫，水分胁迫后期，重度水分胁迫处理的Pro含量却显著低于中度水分胁迫处理，这种明显差异的原因还有待于进一步研究。

3．4 不同灌水量对葡萄植株叶片中保护酶活性的影响

干旱胁迫会激发植物体内的保护酶系统参与清除活性氧的任务，包括POD和CAT。CAT、POD可分解

本研究的结果表明，轻度水分胁迫即可导致葡萄叶片POD及CAT活性显著提高，这与前人［7－8］研究相符。但随着水分胁迫程度的增强，葡萄叶片POD活性呈下降趋势，这可能与植株对水分胁迫的适应性增强有关。

4 结论

叶片水势可以作为衡量植株水分亏缺程度的一个重要指标，土壤水势与叶片水势相结合，能够确定出合适的灌水指标。

通过对葡萄叶片与水分胁迫相关生理指标的测定结果表明，重度水分胁迫对植株造成的生理伤害较明显，而中度水分胁迫的影响不明显。所以可以确定处理2即40cm处土壤水势达到－150kPa可以作为葡萄灌溉的临界指标。

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