外源乙酸对‘玫瑰香’葡萄非生物胁迫抗性的影响

郗慧茹，张一凡，张世昊，王京华，姚玉新*

（山东农业大学园艺科学与工程学院，山东泰安 271018）

干旱、盐碱等非生物胁迫是限制葡萄生产的主要因素，严重影响了葡萄的产量和品质。干旱胁迫下植物体内发生各种生理生化反应，使植物组织生理失水、光合受阻、呼吸紊乱、代谢异常、功能和结构蛋白变性，直至衰亡[1]。盐胁迫主要通过渗透胁迫和离子毒害对植株造成伤害[2]，使植物根系渗透势降低，水分吸收能力下降，叶绿体受损，光合作用减弱，进而抑制植株生长[3]。碱性盐对植物造成的危害要比中性盐更大，这是由于碱性盐不仅导致渗透胁迫和离子毒害，而且还产生pH胁迫，使得植物细胞内离子失衡，膜系统损害[4-5]。

乙酸（Acetic acid，AC），又名醋酸、冰醋酸，是一种简单的化合物，参与植物的基本代谢，如脂肪酸生物合成。在盐胁迫条件下，葡萄根系会分泌多种有机酸来改变其生长环境，以抵御胁迫带来的不良影响，包括乙酸[6-7]。乙酸等酸性物质能够改变盐碱土壤的理化性状，降低土壤pH[8-10]，为植物正常生长提供良好的理化条件。研究发现，低浓度乙酸可以减少一些作物的水分损失，如拟南芥、油菜、玉米、水稻和小麦等[11-12]。本研究主要评价外源乙酸处理对葡萄干旱、NaCl和NaHCO3胁迫抗性的影响，为维持干旱和盐碱条件下的葡萄正常生长提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理

以‘玫瑰香’葡萄为试材，定植于直径17 cm、高25 cm的花盆中，每盆1株，基质比例为土∶沙∶基质＝1∶1∶1，期间进行正常水肥管理。待植株生长至8～10片叶时，选用长势一致的盆栽苗先用AC进行预处理，具体试验方案见表1。除干旱为田间自然干旱外，其余处理于每天下午进行，将土壤浇至饱和。待有轻微表型时，即干旱、NaCl、NaHCO3处理分别于第8、10、13天取样，测定生理指标，每个处理取6株，余下的植株进行后续表型观察及拍照，不再进行处理。乙酸处理浓度为15 mmol·L-1；NaCl处理浓度为100 mmol·L-1；NaHCO3处理浓度为100 mmol·L-1，处理7 d后，改用150 mmol·L-1处理3 d，再用200 mmol·L-1处理3 d。每个处理3个重复，每个重复包含3株葡萄苗。

表1 试验处理具体流程Table 1 Specific process of test treatment

1.2 测定项目及测定方法

选取植株中部健壮叶片和幼嫩根系，清洗干净后用滤纸小心吸干表面的水分，参照赵世杰等[13]的方法立刻用于生理指标的测定。根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法测定，电导率采用电导法测定，丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法测定，叶绿素（Chl）含量采用分光光度法进行测定。

选择晴朗天气于取样前1～2 d，使用CIRAS-3光合作用仪（PP-Systems，美国）测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、蒸腾速率（Tr）和胞间CO2浓度（Ci）。

选择晴朗天气于取样前1～2 d利用上午时间使用FMS-2型荧光仪（Hansatech，英国）测定叶绿素荧光参数，包括最大荧光（Fm）、光下最大荧光（Fm'）、最小荧光（Fo）、光下最小荧光（Fo'）、稳态荧光（Fs）、表观电子传递速率（ETR）。计算求得：可变荧光（Fv-Fm-Fo）、光化学猝灭系数[qP=(Fm'-Fs)/(Fm'-Fo')]、PSII电子传递量子效率[ΦPSII=(Fm'-Fs)/Fm']、PSII最大光化学效率[Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm]、PSII潜在光化学效率（Fv/Fo）。

1.3 数据处理与统计分析

用Microsoft Excel 2010进行数据统计与整理，使用SPSS软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 乙酸预处理提高了葡萄非生物胁迫抗性

与对照相比，干旱处理后，葡萄叶片萎蔫，顶部幼叶干枯；NaCl处理后导致葡萄叶片，尤其是上部叶片萎蔫、失绿和部分脱落；NaHCO3处理后观察到葡萄叶片、尤其是下部叶片变黄和脱落；表明3种胁迫均对葡萄产生较大伤害。相比之下，表型观测表明乙酸预处理降低了胁迫伤害程度（图1）。

图1 不同处理条件下的葡萄表型Figure 1 Grapevine phenotypes under different treatments

2.1.1 乙酸预处理对根系活力和电导率的影响

由图2可知，与对照（CK1、CK2、CK3）相比，干旱、NaCl、NaHCO3三种胁迫下，‘玫瑰香’葡萄根系活力分别降低了72%、53%、66%，而经过乙酸预处理的葡萄植株根系活力仅降低了43%、27%、45%。以上数据表明，外源乙酸处理后，能够显著提高‘玫瑰香’葡萄植株对非生物胁迫的抵抗力。干旱、NaCl、NaHCO3三种胁迫下，‘玫瑰香’葡萄电导率与对照相比差异明显，分别升高了2.27、0.64、2.10倍，经过乙酸预处理的葡萄植株根系电导率仅升高了0.82、0.27、0.62倍，显著减缓了上升趋势，以上数据表明，外源乙酸处理能够显著缓解胞内物质外渗，从而提高葡萄植株对非生物胁迫的抵抗力。

图2 不同处理条件下葡萄根系活力和电导率的变化Figure 2 Changes of root activity and electrical conductivity of grape under different treatment conditions

2.1.2 乙酸预处理后不同胁迫对丙二醛的影响

与对照相比，在干旱、NaCl、NaHCO3三种胁迫下‘玫瑰香’葡萄叶片MDA分别升高了14%、113%、43%；根系MDA升高了63%、114%、136%。而经过乙酸预处理的干旱胁迫下葡萄叶片MDA降低5%，经乙酸预处理的NaCl、NaHCO3胁迫下葡萄叶片MDA仅提高了58%、14%；根系仅提高了43%、11%、66%（表2）。MDA是膜脂过氧化产物，体现了细胞膜受损程度。这些数据表明，外源乙酸处理后，能够显著的减缓细胞膜受损，从而提高葡萄植株对非生物胁迫的抵抗力。

表2 不同处理条件下葡萄丙二醛含量的变化Table 2 Changes of malondialdehyde content in grapevine under different treatment conditions

2.2 乙酸预处理对不同胁迫下叶片光合能力的影响

由图3 得知，与对照相比，干旱、N a C l 和NaHCO3三种胁迫处理使得叶绿素含量分别下降64%、54%、74%，大幅度降低了葡萄叶片的叶绿素含量，进而影响叶片光合能力；相比之下，乙酸预处理后上述变化分别为10%、17%、43%，缓解了叶绿素含量的下降趋势，从而维持了正常生理生化活动。

图3 不同处理条件下葡萄叶片叶绿素含量Figure 3 Chlorophyll content of grape leaves under different treatments

由表3可以看出，干旱、NaCl和NaHCO3三种胁迫处理均大幅度降低了Pn、Tr和Gs。3种胁迫处理‘玫瑰香’葡萄叶片净光合速率仅为对照的2%、13%和10%；蒸腾速率仅为对照的5%、20%、8%；气孔导度仅为对照的3%、15%、5%。相比之下，乙酸预处理后，以上数值为39%、43%、43%；60%、35%、42%；50%、29%、26%，显著缓解了以上3个光合参数在胁迫条件下的下降。同时，3种胁迫处理不同程度提高了Ci参数，分别提高了82%、39%、207%；但是乙酸预处理降低了Ci的上升幅度，分别上升35%、10%、128%。以上结果表明，乙酸预处理有助于维持胁迫条件下叶绿素水平和光合能力。

表3 不同胁迫处理下光合参数的变化Table 3 Changes in photosynthetic parameters under different treatments

2.3 乙酸预处理对不同胁迫条件下叶片叶绿素荧光参数的影响

由表4可以看出，‘玫瑰香’葡萄叶片的Fv/Fm、Fv'/Fm'和ΦPSII在不同胁迫处理后的变化趋势相似，均呈现显著降低。在干旱胁迫下，3个参数分别降低了22%、23%、24%；NaCl胁迫下，3个参数分别降低了17%、24%、21%；NaHCO3胁迫下，3个参数分别降低了18%、37%、28%。相比之下，乙酸预处理后，上述数据变为12%、11%、8%；4%、9%、11%；5%、15%、10%，显著缓解了以上数值的下降，有效减轻了非生物胁迫对‘玫瑰香’葡萄光合能力的伤害。

表4 不同处理条件下葡萄叶片叶绿素荧光参数Table 4 Chlorophyll fluorescence parameters of grape leaves under different treatment conditions

3 讨论与结论

乙酸是一种可在植物体内合成的小分子化合物，有关其调节葡萄非生物胁迫耐受性方面的研究非常有限。已有研究表明，外源乙酸可以触发从糖酵解到乙酸合成的动态代谢流转换，通过促进茉莉酸的合成和组蛋白H4乙酰化的富集，最终提高拟南芥、油菜、小麦等作物的干旱胁迫耐受性[11]。盐胁迫下，乙酸盐处理后扁豆幼苗的鲜质量和干质量显著高于对照，减少了氧化和膜损伤，并降低幼苗体内Na+的积累[14]。乙酸还可通过调节K+、Na+平衡、促进活性氧清除、激活抗逆激素合成和信号转导等途径缓解盐胁迫[15]。碱性盐胁迫下，葡萄砧木品种‘A15’中草酸盐、琥珀酸盐和乙酸盐的合成显著增加[16]；而在‘AB11’葡萄品种中只有乙酸盐显著增加，因此，乙酸可能在葡萄非生物胁迫中起着重要作用[17]。还有研究发现，乙酸通过促进水杨酸合成来增强葡萄对NaHCO3的耐受性[17]。以上研究表明，乙酸通过修饰不同的信号通路来调节不同非生物胁迫条件下的耐受性。本研究通过分析根活、电导率、丙二醛、叶绿素和叶绿素参数等生理指标，进一步揭示了乙酸预处理可以提高葡萄非生物胁迫的耐受性。

当非生物胁迫发生时，根系最先受到感应，表现为根系细胞膜通透性增大，细胞活性降低，幼嫩根系生长受阻，老根发生褐化，吸收能力逐渐变弱[18-19]。为应对胁迫，根系会在形态结构和生理生化层面做出相应的调整[20]，同时导致细胞膜的选择透性发生改变甚至丧失，造成胞内物质渗出，组织浸出液电导率增加[21-24]。MDA是膜脂过氧化产物，当其含量增大到一定程度时能够给细胞膜带来损伤[25]。

叶绿素是影响光合作用速率的主要因素，其与植物叶片光合能力密切相关，是衡量植物胁迫耐受性的重要生理指标之一[26-27]。当干旱、盐碱等非生物胁迫发生时，会造成叶绿体质膜溶解、类囊体解体和片层紊乱等现象[28-29]。本研究结果与前人的结果一致，经过乙酸预处理后，葡萄植株表型的受损程度得到了明显缓解，降低了植株萎蔫、黄化及叶片脱落的程度；从生理指标来看，在干旱胁迫下，根系活力和叶绿素含量比对照下降72%和64%，根系电导率和MDA增加2.27倍和63%；而乙酸预处理后，以上指标变化幅度分别为43%、10%、0.82倍和43%。

综上所述，外源乙酸处理后，能显著提高葡萄的耐旱、耐NaCl和NaHCO3的能力，维持葡萄植株的正常生理代谢和系统平衡。然而对于乙酸提高葡萄非生物胁迫的生理生化作用机制和信号传导途径有待进一步研究。