秋冬季补光处理对‘阳光玫瑰’葡萄叶片及冬果发育的影响

冯 洋，黄思浩，谢恒毅，李秀文，杨 玲，陆洁梅，黄旭明

（1.华南农业大学园艺学院，广东 广州 510642；2.广州市农业技术推广中心，广东 广州 510520）

【研究意义】葡萄（Vitisspp.）是继柑橘、苹果、梨之后我国第四大果树。由于抗病品种的引进及避雨栽培技术和单氰胺化学解除芽休眠技术的应用，葡萄在我国南方发展迅猛，近年来广东省鲜食葡萄产业也随之兴起［1］。广东葡萄产业起步虽晚，却正赶上抗病强、品质特优、丰产稳产的‘阳光玫瑰’葡萄的引入，进一步推动了广东鲜食葡萄产业的发展。‘阳光玫瑰’属于中熟欧美杂交葡萄品种（V.vinifera×V.labrusca）［2-3］，是当下广东主栽鲜食葡萄品种，占全省葡萄栽培面积70%以上。研究表明，以10 ℃为基温，‘阳光玫瑰’从萌芽到果实成熟所需活动积温（Active accumulated temperature）约2 300 ℃［4］，而广东大于10 ℃的活动积温则在3 100～9 300 ℃之间［5］。因此，除粤北局部地区外，广东大部分地区有充足的活动积温，可满足‘阳光玫瑰’一年两收的生产需求，且多以春季萌芽形成的夏果和秋季萌芽产生的冬果进行一年两收生产［2］。然而，入秋后，随着日照时长缩短和气温降低，温带落叶植物会发生系统性叶片衰老，导致叶片落尽［6-7］。因此，在反季节冬果葡萄生产中，会面临系统性叶片衰老脱落而导致树冠光合能力下降，进而不利于冬果产量和品质形成。【前人研究进展】光照对植物生长发育具有显著影响，体现在光强度效应、光质（波长）效应和光周期效应三方面。有研究表明，适度人工补光可以抑制植物叶片衰老效应［8-9］，甚至可以抑制采后蔬菜外围老叶的衰老［10］。在我国南方，春夏季多阴雨寡照，以红、蓝LED 人工补光可以提高‘夏黑’葡萄叶片光合速率，促进果实发育，提高果重［11］。人工补光还可以促进葡萄果实花青苷和糖分积累，显著改善果实着色和内在品质，其中以蓝光处理效果最佳［12］。【本研究切入点】关于反季节冬季葡萄果实发育期间人工补光处理对叶片衰老和果实发育的影响目前尚未有报道。我们推测冬季延长光照时间，可能会延缓‘阳光玫瑰’葡萄叶片冬季叶片系统性衰老产生，进而有利于果实发育和品质形成。【拟解决的关键问题】本研究于冬季以红蓝LED 混合弱光进行补光处理，研究对‘阳光玫瑰’葡萄叶片衰老进程、果实发育及品质的影响，探索推迟秋冬季节叶片衰老的技术，为秋冬季葡萄生产人工补光技术应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为种植于广州市农业技术推广中心大棚内的8 年生‘5BB’砧‘阳光玫瑰’植株，种植密度为3 m×6 m，以直径2 m、高0.6 m 的限根池种植。栽培架式为“T”形平棚，棚面距地面1.9 m。植株春季萌芽后，剪除花穗，枝梢每4～5 叶摘心，副梢保留0～1 叶绝后摘心。于2022年8 月25 日进行长枝修剪（保留6～7 个节位），并对剪口节位去叶处理，以5%单氰胺处理剪口芽促萌。萌芽后的新梢在花穗后2 叶进行第1 次摘心，之后每4～5 叶摘心1 次，副梢留1 叶绝后摘心。盛花前1 周修剪花穗，疏除侧穗，仅保留约4 cm 长的穗尖。盛花期以20 mg/L 赤霉酸+2 mg/L 氯吡脲+0.8 mg/L 噻苯隆溶液浸泡花穗，诱导无核并保果，10 d 后再以20 mg/L 赤霉酸处理膨大果实，之后进行疏果，每穗果保留40～50 粒。

1.2 补光处理

2022 年10 月14 日，果实第1 次快速生长期结束后开始补光处理（T）。在主蔓两侧的果穗节位附近于叶片上方20 cm 处拉LED 灯带，其中红光LED 灯和蓝光LED 按5∶1 设置，灯带下20 cm处的光照强度为3 μmol/m2·s，每天补光时间为18 ∶00 —24 ∶00，直至果实采收，单株小区，3 次重复，以无灯带单株作对照（CK）。

1.3 指标测定

补光处理开始后每2 周拍摄记录树冠叶幕形态。每株各标记5 个结果枝，每2 周测定标记枝上的果穗节位叶片的叶绿素指数（SPAD 值）和光合参数。其中，SPAD 值用 SPAD-502 叶绿素仪（日本 Minolta）测定；叶片净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）及胞间CO2浓度（Ci）用 CIRAS-3 便携式光合仪（美国PP System）测定，每次测定于上午9 ∶00 —11 ∶00 完成，为了避免测定时间差异的影响，处理组和对照组植株的光合测定交替进行。

2023 年1 月15 日，各植株随机统计10 个枝条不同节位（果穗以上-2、0、1、2、4、6、8、10 节位）上叶片脱落情况，并测定、记录各节位叶片SPAD 值；在标记枝的果穗，各标记上、中、下3 粒果实，每隔1～2 周测量标记果粒的纵横径。2023 年2 月10 日，果实成熟时采集标记枝果穗，每穗随机选不同部位5 粒浆果进行称重并测定可溶性固形物（TSS）含量。

试验数据用Excel 整理、作图，t测验和相关分析采用IBM SPSS 26 统计软件进行。

2 结果与分析

2.1 人工补光对葡萄叶片衰老的影响

如图1 所示，对照和补光处理植株果穗节位叶片的叶绿素指数（SPAD 值）均在在处理6 周后呈现下降趋势。其中，对照处理8 周后大幅下降，第8 周～10 周叶片平均SPAD 值从45.99 降至24.91，而补光处理期间叶片平均SPAD 值仅从49.91 降至44.63。由此可见，人工补光处理可以明显延缓叶片SPAD 值下降；处理10 周后，补光处理叶片SPAD 值显著高于对照，可见后者叶片已大面积黄化，而补光处理叶片则仍然保持绿色状态（图2）。

图1 补光处理（T）与对照(CK)植株果穗节位叶片叶绿素指数（SPAD 值）变化Fig.1 Changes in the chlorophyll index (SPAD value) of the leaves at berry cluster node between the supplementary lighting treatment (T) and the control (CK)

图2 处理后10 周补光处理（T）与对照（CK）果穗节位叶片形态比较Fig.2 Comparison of leaves at berry cluster node at 10 weeks after treatment between the supplementary lighting treatment (T) and the control (CK)

补光处理10 周，各节位叶片SPAD 值均高于对照，其中果穗之上-2、0、1、2、6 节位叶片的SPAD 值差异显著，说明人工补光处理可以显著抑制叶片退绿黄化（图3A）。此外，对照各节位落叶率也显著高于补光处理（图3B），说明补光处理可以延缓冬季叶片衰老和脱落。

图3 补光处理（T）与对照(CK)植株不同节位叶片SPAD 值（A）及落叶率（B）比较Fig.3 Comparison of SPAD values and leaves abscission rates at different nodes between the supplementary lighting treatment (T) and the control (CK)

入冬后，补光处理和对照植株的叶片净光合速率均呈现下降趋势，在处理4 周后下降明显，但各时期补光处理与对照的差异均不显著（表1）；从补光处理后4～8 周的叶片光合速率降幅来看，对照叶片为7.2 μmol/m2·s，高于补光处理（4.8 μmol/m2·s），说明补光处理可以延缓冬季葡萄叶片衰老伴随的光合能力降低。

表1 补光处理对葡萄叶片净光合速率（Pn)、气孔导度（Gs）和胞间二氧化碳浓度（Ci）的影响Table 1 Effect of supplementary lighting treatment on net photosynthetic rate (Pn),stomatal conductance (Gs) and mesophyll CO2 concentration (Ci) of grape leaves

随着植株生长发育，对照叶片Gs 呈现下降趋势，而补光处理Gs 除处理6 周后降低外，其余时间保持相对稳定，处理8 周时，补光处理叶片Gs 显著高于对照；Ci 总体呈现增加趋势，且对照各时期均高于补光处理，其中，处理8 周后对照Ci 显著高于对照（表1）。Pn 与Gs 和Ci 之间的相关性分析（表2）显示，补光处理与对照的叶片Pn 与Gs 相关性均不显著，但与Ci 均呈极显著负相关（P＜0.001）。

表2 Pn 与Gs 和Ci 的相关性分析Table 2 Correlation analysis between Pn and Gs or Ci

2.2 补光处理对葡萄果实发育和TSS 含量的影响

补光处理与对照的果实纵径和横径变化如图4 所示，处理8 周内两者果实纵横径同步增加，处理10 周后果径略有降低；两者纵径非常接近，而补光处理果实横径始终高于对照果，但各时期处理与对照果实纵横径差异均不显著。果实成熟时，补光处理平均穗重和平均粒重分别为367.1、10.8 g，而对照分别为361.5、8.8 g，两者的粒重差异显著；补光处理的果实TSS 含量仅为15.0%，显著低于对照的16.7%（表3）。由图5可知，补光处理的果实TSS 含量与粒重呈显著的线性负相关性（y=-0.3752x+19.644,R2=0.3003,P＜0.001），而对照两者无显著相关性。

表3 补光处理对葡萄冬果穗重、粒重和 可溶性固形物含量影响Table 3 Effect of winter supplementary lighting treatment on cluster weight,berry weight and total soluble solids (TSS)in winter crop of grape

图4 补光处理与对照果实纵横径的变化比较Fig.4 Comparison of changes in berry horizontal and vertical diameters between the supplementary lighting treatment and the control

图5 果实TSS 含量与果实重量的相关性分析Fig.5 Correlation between berry weight and TSS content

3 讨论

虽然广东有充足的热量可以满足葡萄一年两收的热需求，但入秋后，随着日照时长的缩短和气温降低，葡萄植株会产生系统性叶片衰老，表现为各节位叶片同步黄化甚至脱落，从而导致植株光合能力丧失，进而不利于冬果产量和品质形成。本研究重点探索冬季人工补光处理对‘阳光玫瑰’葡萄叶片衰老、果实发育和品质形成的影响。

3.1 人工补光对冬季葡萄叶片衰老的影响

入秋后，落叶植物响应短日照和低温信号而启动系统性叶片衰老［6-7］。夜间人工补光可以消除短日照的影响，理论上可以延迟叶片衰老。本研究证实了夜间补光，延长叶片光照时间可以显著推迟葡萄冬季叶片系统性衰老，表现为补光处理抑制各节位叶片黄化和脱落。但有研究表明，在相同光周期下，从地面朝上照射作物的补光处理光可以抑制玫瑰［8］和生菜［9］基部老叶的衰老进程，说明人工补光处理不仅通过光周期抑制叶片衰老，还可能直接抑制叶片衰老的发生。在抑制采后白菜叶片衰老方面，红光的效应较蓝光更为显著，可以降低乙烯信号转导路径中EIN3基因的表达［10］。每天2 h 红光脉冲处理可通过植物色素来抑制罗勒叶片衰老［14］。然而，在小麦上的相关研究表明，蓝光抑制叶片衰老的效果优于红光和绿光，蓝光可维持小麦叶片中过氧化氢酶活性，从而抑制叶片活性氧积累［13］。本研究采用红蓝光混合补光处理，对冬季‘阳光玫瑰’葡萄叶片系统性衰老有明显抑制作用。

本研究中，补光处理对‘阳光玫瑰’葡萄叶片衰老的抑制效应在处理后10 周才显著表现出来，处理8 周内补光处理对叶片叶绿素指数（SPAD值）和净光合速率（Pn）的影响均不明显，但能延缓Pn 的降低。本研究采用3 μmol/m2·s 的低光强补光，光照强度相对于日间的阳光强度几乎可忽略，因此对日间光合速率的影响也不显著。反过来也说明人工补光对叶片衰老的抑制效应可能是光的信号效应，涉及光周期和光质量共同影响。入冬后，对照植株叶片的Pn 下降伴随气孔导度（Gs）的降低，这与前人在栎树属植物Gs 季节动态的研究结果一致［15］。Granda 等［15］认为栎树入秋后Gs 降低主要受短日照环境调控，因此光周期通过Gs 的调控而影响光合速率的季节变化［16］。而补光处理叶片Gs 相对稳定，处理后8周，其Gs 显著高于对照。补光处理一方面可能消除短日照环境诱导的气孔关闭；另一方面，光质与光强均影响气孔开放，红光通过启动光合作用，降低叶肉CO2浓度而启动气孔开放，是通过高光强实现；此外，而气孔保卫细胞还会特异响应蓝光而吸水而使气孔开放，蓝光响应属于低光强响应［17］。因此，补光处理维持较高的Gs 可能与补光中的弱蓝光响应有关。叶片Pn 与Gs 无显著相关性，而与Ci 呈极显著负相关，说明气孔因素并非显著影响冬季葡萄叶片光合作用的关键因子。这与Yu 等［16］结论不同。处理8 周后，对照叶片Gs 低于补光处理，而其叶肉Ci 却高于补光处理，说明随着叶片衰老，叶片光合过程运转弱化，固定CO2能力丧失。因此我们认为，非气孔限制（Non-stomatal limitation）是入冬后葡萄光合能力伴随叶片衰老而降低的关键。这一观点与Kinoshita 等［18］在银杏（Gingkobiloba）上的研究结果一致。

3.2 补光处理对葡萄果实发育与品质的影响

已有研究表明，以红、蓝LED 人工补光可以提高‘夏黑’葡萄叶片光合速率并增加果重［11］。人工补光还可以促进葡萄果实花青苷和糖分的积累，显著改善果实着色，其中以蓝光处理效果最佳［12］。本研究中，补光处理促进葡萄果实膨大，显著提高单果重，说明补光处理可促进果实生长发育。补光处理主要是通过增加果实的横径实现增加果重。与Kondo 等［12］补强光照结果不同，本研究并未观测到补光处理提高果实含糖量，相反，补光处理的果实TSS 含量显著低于对照，这可能有三方面原因：首先，补光处理果实体积显著增大，但其稀释效应不利果实TSS 含量的提高，佐证TSS 含量与粒重显著负相关的结论。其次，在葡萄始熟时摘除果穗附近叶片有利于葡萄成熟，促进品质形成［19］；对照植株落叶相对早发生，使得果穗曝光更充分，这有利于提早转熟，糖分积累也提早，进而使其TSS 含量提高。再次，有研究表明，禾谷类作物谷粒充实过程往往伴随旗叶衰老，叶鞘储备的碳素营养大量回撤至谷粒中而有利谷物碳素营养积累［20-21］。我们推测，果穗作为强力库器官，也可能吸收了衰老的叶片脱落前回撤的营养，有利于提高果实TSS 含量，而补光处理抑制叶片衰老和养分回撤，也使其果实TSS 含量低于对照。这一假设值得进一步研究。

4 结论

综上，本研究得出以下结论：（1）入冬后葡萄叶片发生系统性衰老，光合能力的降低主要是由非气孔限制导致；（2）以红蓝混合（5∶1）人工弱光延长光照可显著抑制‘阳光玫瑰’葡萄系统性叶片衰老的发生，并促进果实生长；（3）在广州或类似气候的地区生产冬季葡萄可以实施LED 人工补光措施来提高冬果产量，但仍需要采取配套措施（增强补光强度、浆果始熟时摘除老叶等）促进果实TSS 积累。