葡萄日灼病發(fā)生機(jī)理研究進(jìn)展

王浩，杜遠(yuǎn)鵬，高振

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018)

日灼病的發(fā)生是過(guò)強(qiáng)的光合有效輻射（PAR）、紫外線（UV）輻射、高氣溫協(xié)同作用的結(jié)果[1]，在番茄、辣椒、蘋(píng)果、柑橘等作物中有很多報(bào)道。不同物種因耐受性、生活習(xí)性等因素在出現(xiàn)日灼的脅迫程度和時(shí)間上會(huì)有一定的差異，但在表觀癥狀上大致都表現(xiàn)為黃褐色或黑色的凹陷或壞死斑點(diǎn)。番茄在轉(zhuǎn)色期前出現(xiàn)日灼病時(shí)，灼傷部位呈白色硬皮狀，轉(zhuǎn)色后則呈黃色凹陷硬塊[2]；蘋(píng)果果實(shí)日灼癥狀主要表現(xiàn)為果皮組織變色、黃化、褐化，最終出現(xiàn)壞死斑點(diǎn)[3]；發(fā)病初的柑橘果皮一般表現(xiàn)為灰青色，隨病癥的加劇形成黃褐色的干疤[4]。日灼病的發(fā)生會(huì)嚴(yán)重影響作物的經(jīng)濟(jì)效益。葡萄對(duì)氣候非常敏感，氣候變暖與世界范圍內(nèi)葡萄的早熟問(wèn)題密切相關(guān)。由于溫室氣體排放情況持續(xù)，并對(duì)全球氣溫造成影響，高溫發(fā)生更加頻繁且持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。目前，日灼病成已成為葡萄中一種常見(jiàn)的生理病害，嚴(yán)重地影響了果實(shí)的外觀及風(fēng)味等內(nèi)在品質(zhì)，極大地降低了市場(chǎng)價(jià)值。

本文主要對(duì)葡萄日灼病發(fā)生的生理機(jī)制、病害發(fā)生后果實(shí)食用品質(zhì)和表觀性狀等方面的變化、漿果受到熱傷害后抗氧化機(jī)制的運(yùn)轉(zhuǎn)、防治方法等方面進(jìn)行闡述，旨在為葡萄生產(chǎn)中日灼病的防治提供參考。

1 葡萄日灼病發(fā)生概況

日灼病一般發(fā)生在果實(shí)快速膨大期，直接暴露在陽(yáng)光下的果穗或者果粒是日灼發(fā)生的主要部位。發(fā)生日灼病的果粒表面遭受破壞，給許多微生物病原體的侵入提供了機(jī)會(huì)，極易發(fā)生病害。

2003年在澳大利亞新南威爾士州調(diào)查發(fā)現(xiàn)，整體暴露在陽(yáng)光下的釀酒葡萄‘霞多麗’的果穗有高達(dá)35%的漿果出現(xiàn)曬傷癥狀，而2004年收獲的漿果中有22%出現(xiàn)中度至重度曬傷[5]。近年來(lái)，葡萄日灼病在我國(guó)多地時(shí)常發(fā)生。2012年在河南商水、長(zhǎng)垣等地的 ‘紅地球’日灼病發(fā)病率為21%～58%，‘美人指’和‘溫克’的發(fā)病率分別為70%和43%[6]。2015年，邵昌余等[7]調(diào)查貴州余慶的‘水晶無(wú)核’‘信濃樂(lè)’葡萄發(fā)現(xiàn)，露地未套袋的發(fā)病率分別為6.5%、9.5%。2016年，廣西興安縣的‘溫克’葡萄果穗日灼發(fā)病率為56.8%，果粒發(fā)病率為23.7%[8]。俞學(xué)文等[9]在2013年6月對(duì)浙江大棚中2年生的‘美人指’葡萄調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度在33 ℃時(shí)受害果穗約30%；氣溫達(dá)到35 ℃以上時(shí)，果穗和果粒受害比例均達(dá)到90%以上。2017年7月，張嘉梅等[10]在陜西渭南調(diào)查5年生的‘紅地球’葡萄發(fā)現(xiàn)，未覆草園區(qū)的葡萄發(fā)生日灼病的果穗數(shù)占比56.7%，果粒發(fā)病率為5.8%；覆草園區(qū)果穗發(fā)病率為30.0%，果粒發(fā)病率為1.9%。

2 日灼病對(duì)葡萄果實(shí)的影響

日灼會(huì)使外果皮蠟的晶體結(jié)構(gòu)降解為無(wú)定形團(tuán)塊，從而導(dǎo)致更高的水滲透性和脫水性[11]；果皮中葉綠體發(fā)生降解，細(xì)胞區(qū)室化功能破壞，多酚發(fā)生氧化導(dǎo)致果皮褐變。發(fā)生日灼病的果粒通常表現(xiàn)為果面顏色變白、變褐，向陽(yáng)面會(huì)出現(xiàn)豆粒大小、淺褐色的病斑，之后斑塊發(fā)皺形成凹陷，變成干疤。隨著果實(shí)膨大，被灼傷的果實(shí)常常裂開(kāi)，當(dāng)遭遇極端條件時(shí)，會(huì)使果實(shí)完全干燥，甚至被曬成葡萄干狀[12-14]。謝兆森等[15]研究表明，當(dāng)‘赤霞珠’發(fā)生日灼后，果實(shí)表面會(huì)變亮發(fā)黃，初期果面出現(xiàn)黃色條紋，繼而呈現(xiàn)為深黃色，被陽(yáng)光直接照射的部位會(huì)出現(xiàn)斑點(diǎn)狀的皺縮。隨病害的加重，果面顏色會(huì)繼續(xù)加深，呈現(xiàn)為黑色，并產(chǎn)生凹陷，甚至出現(xiàn)皺縮干枯的現(xiàn)象。‘霞多麗’果穗向陽(yáng)面常出現(xiàn)黃色、棕色或青銅色斑點(diǎn)，發(fā)生日灼時(shí)會(huì)出現(xiàn)暗褐色或黑色壞死斑點(diǎn)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致漿果破裂和萎縮[16]。發(fā)生日灼的果實(shí)無(wú)論風(fēng)味、色澤以及外觀品質(zhì)等指標(biāo)都會(huì)大打折扣，嚴(yán)重影響其商品價(jià)值。

3 日灼病的病因及活性氧傷害生理機(jī)制

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)科研人員針對(duì)葡萄日灼病的發(fā)生做了較多研究。蒯傳化等[12]將日灼病分為日燒型、氣灼型以及混合型三種類型，日燒型是在果面溫度過(guò)高的基礎(chǔ)上協(xié)同強(qiáng)烈光線的照射導(dǎo)致病癥的發(fā)生；氣灼型是由于氣溫突然的升高，熱空氣的熏蒸引起果面焦縮、失水；混合型則是日燒型和氣灼型共同作用的結(jié)果[12]。有學(xué)者認(rèn)為日灼病是由于強(qiáng)光高溫及紫外輻射造成的灼傷，未被葉片遮蓋的果穗或果粒的向陽(yáng)面更容易發(fā)生日灼??；氣灼病是水分生理病害，在氣溫高的雨季發(fā)病重，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛的植株也較容易得病，發(fā)病部位與陽(yáng)光直射無(wú)關(guān)[17-18]。

研究表明，熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜不穩(wěn)定、蛋白質(zhì)變性和漿果果皮細(xì)胞死亡，葉綠體本身也會(huì)在高溫脅迫下被破壞或降解[19]。當(dāng)快速生長(zhǎng)期的‘紅地球’果面溫度達(dá)到44 ℃以上時(shí)，1～2 h內(nèi)就能出現(xiàn)日灼癥狀[12]。過(guò)強(qiáng)的光照會(huì)促進(jìn)三態(tài)葉綠素（3Chl*）、活性氧（ROS）的大量產(chǎn)生，PAR和UV是參與日灼發(fā)生的兩種主要的光成分，高水平的PAR降低了暴露組織的PSⅡ最大的熒光產(chǎn)量（Fv/Fm），持續(xù)暴露在高水平的PAR下，組織的調(diào)節(jié)機(jī)制就會(huì)受到光抑制，從而出現(xiàn)日灼癥狀[16,20-21]，過(guò)量的UV輻射如果被DNA所吸收就可能會(huì)誘導(dǎo)其發(fā)生突變，導(dǎo)致電子傳遞受阻并破壞膜的完整性[22]。

日灼病的發(fā)生也會(huì)受其他環(huán)境因素的影響，例如：風(fēng)速、濕度、土壤含水量等。風(fēng)可以降低果穗周?chē)肮娴臏囟?，還可以通過(guò)促進(jìn)植物的蒸騰作用來(lái)降低果面溫度。研究表明，無(wú)風(fēng)條件下果粒表面溫度比風(fēng)速3.0 m/s時(shí)高出7～10 ℃[23]，而棚架架勢(shì)由于空氣相對(duì)流通，果穗大多被葉片遮蓋，其發(fā)病率相對(duì)低于籬架[24]；蒯傳化等[25]通過(guò)‘紅地球’葡萄果實(shí)的離體培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，相同的光溫條件下濕度越高日灼病的發(fā)生幾率越高，這與Müller-Thurgau[26]的觀點(diǎn)基本一致；干旱條件下土壤熱容量小，短時(shí)間的陽(yáng)光照射就能使土壤溫度迅速升高，炙烤基部果穗[25]。相同光溫條件下連續(xù)干旱80 d的‘紅地球’葡萄果面最高溫度與澆水后10、3 d相比，分別高出2.2、3.6 ℃[27]，且長(zhǎng)期處于干旱脅迫下漿果會(huì)發(fā)生氧化損傷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。干旱脅迫還導(dǎo)致樹(shù)體的活力下降以及冠幅的減小，增加漿果在強(qiáng)光下的暴露面積[28]。另外，日灼病的發(fā)生還受到品種自身因素的影響，緊密聚簇的果穗比松散聚簇的果穗果面溫度要高，聚簇大的果穗可能比聚簇小的果穗溫度更高[29]；果皮較厚的品種（如巨峰系）發(fā)病率低于薄皮品種（如紅地球）；早熟品種（如夏黑）發(fā)病率也要低于晚熟品種（如美人指、紅地球）[6]。

果實(shí)內(nèi)具有多種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制，可響應(yīng)光熱。高溫會(huì)引起光能吸收和利用之間的不平衡，導(dǎo)致電子傳輸活性損害和無(wú)氧呼吸加重以及ROS積累。過(guò)多的ROS是高溫強(qiáng)光條件下造成PSⅡ光破壞，從而使果實(shí)出現(xiàn)日灼癥狀的主要原因[1,30-31]。在正常情況下，ROS的生成和清除處于動(dòng)態(tài)平衡之中，不會(huì)對(duì)果實(shí)的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。然而，當(dāng)果實(shí)遭受強(qiáng)高溫、強(qiáng)光等脅迫時(shí)，超氧陰離子自由基（O2.-）、羥基自由基（.OH）、過(guò)氧化氫（H2O2）或單線態(tài)氧（1O2.）會(huì)大量產(chǎn)生，其中1O2.是光氧化曬傷產(chǎn)生的首要原因[32]。當(dāng)抗氧化機(jī)制不足以清除過(guò)多的ROS時(shí)，ROS的積累會(huì)導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化以及蛋白質(zhì)失活，甚至誘發(fā)細(xì)胞程序性死亡。當(dāng)類囊體結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷后，ROS的生成會(huì)進(jìn)一步加速并導(dǎo)致丙二醛（MDA）的大量產(chǎn)生，氧化損傷持續(xù)加劇[33]。另外，在高溫脅迫下花青素、酚類等的合成也會(huì)受到抑制[34]。因此，發(fā)生日灼病的果實(shí)一般表現(xiàn)為果皮失綠變白，嚴(yán)重的氧化損傷致使果面呈現(xiàn)出燒焦?fàn)睿罱K導(dǎo)致果粒出現(xiàn)凹陷甚至皺縮干枯。

4 葡萄果實(shí)的抗氧化保護(hù)機(jī)制

果實(shí)可調(diào)節(jié)多種生理和生化過(guò)程，以應(yīng)對(duì)高光高溫環(huán)境，從而最大程度地減少對(duì)光合系統(tǒng)的損害。在遭到熱傷害后，熱休克蛋白（HSPs）和熱休克因子（HSF）的合成會(huì)上調(diào)以保護(hù)膜結(jié)構(gòu)不受損傷[35]，還可以將過(guò)量的能量通過(guò)非光化學(xué)耗散（NPQ）的方式消散，以保護(hù)免受ROS介導(dǎo)的損害[31]，并通過(guò)抗氧化劑和ROS清除劑減輕氧化損傷[36]。葡萄果實(shí)發(fā)生日灼后，抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的含量會(huì)顯著上升[37]，抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環(huán)也會(huì)同步上調(diào)，APX和CAT的合成以及AsA-GSH循環(huán)的運(yùn)轉(zhuǎn)能夠有效的清除H2O2。另外，抗壞血酸（AsA）可以將酚類的初級(jí)氧化物還原為母體態(tài)的氧化物，產(chǎn)生水和脫氫抗壞血酸（DHA），從而抑制更多的O2.-和H2O2的形成，PSⅠ降低ROS含量的水-水循環(huán)中也需要AsA的參與[38-40]。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，發(fā)生日灼的果實(shí)內(nèi)還原型谷胱甘肽（GSH）含量下降，AsA的含量下降到無(wú)法檢測(cè)的水平，這可能由于ROS完全氧化所致[25]。雖然超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、CAT和AsA-GSH循環(huán)等對(duì)日灼能夠發(fā)揮較強(qiáng)的防御作用，但果實(shí)遭受到長(zhǎng)時(shí)間脅迫，調(diào)控能力會(huì)明顯的下降，果實(shí)仍舊會(huì)發(fā)生日灼病害[3]。

果實(shí)次生代謝產(chǎn)物的合成可以提高漿果的抗氧化能力，并利用自身產(chǎn)生的類胡蘿卜素、酚類化合物、黃酮類化合物來(lái)保護(hù)自身免受太陽(yáng)紫外線輻射以及過(guò)高溫度的影響，這些天然的抗氧化劑可以用來(lái)清除自由基，保護(hù)蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)[41]。類胡蘿卜素在葡萄果實(shí)防止光傷害過(guò)程中發(fā)揮重要作用，能夠清除1O2.和過(guò)氧自由基，并具有屏蔽藍(lán)綠色和紫外光的能力。類胡蘿卜素還能夠改變膜的流動(dòng)性，防止膜脂過(guò)氧化作用[42-43]。在綠果階段，紫黃質(zhì)、環(huán)氧玉米黃質(zhì)和玉米黃質(zhì)在過(guò)量光照條件下可快速活化和相互轉(zhuǎn)化，并有助于猝滅1O2.。果皮中酚類化合物具有吸收和屏蔽PAR和UV的能力，可作為光保護(hù)劑，其含量受到環(huán)境變化強(qiáng)烈調(diào)控[44]。日灼發(fā)生后果粒表皮顏色發(fā)生改變是由于葉綠素降解和氧化聚合酚類積累導(dǎo)致，氧化聚合酚類的積累可以降低漿果對(duì)日灼的敏感性，而且死亡細(xì)胞中累積的氧化聚合酚類可以保護(hù)下層的細(xì)胞，增強(qiáng)對(duì)過(guò)量輻射的抵抗能力。多酚醌可調(diào)節(jié)脂氧合酶活性，防止膜損傷[45-46]，α-生育酚也具有猝滅1O2.的作用，還可以與O2.-、脂質(zhì)過(guò)氧化自由基結(jié)合生成生育酚半醌，防止膜脂過(guò)氧化[47]。黃酮醇在紫外線特征波長(zhǎng)下具有高消光系數(shù)，在紫外線刺激后大量合成，可有效屏蔽長(zhǎng)波紫外線（UV-A）[48-49]。

5 葡萄果實(shí)日灼病防治技術(shù)

5.1 培養(yǎng)合理樹(shù)體結(jié)構(gòu)

采用棚架栽培或單干雙臂（Y形）型架式，適當(dāng)提高干高，提高結(jié)果部位，促進(jìn)空氣流通。及時(shí)整枝、綁蔓，防止葉幕層過(guò)厚，發(fā)生冠內(nèi)郁閉。合理去葉、摘心，保障果穗附近的葉片覆蓋量，降低果穗周?chē)墓庹諒?qiáng)度可有效防止日灼發(fā)生[1]。

5.2 規(guī)范套袋

一般選擇在陰天或者是晴天上午10:00之前或下午4:00之后進(jìn)行套袋。如果套袋時(shí)氣溫高，可能會(huì)引起氣灼病的發(fā)生[50-51]。設(shè)施栽培條件下進(jìn)行套袋時(shí)，袋口處可以適當(dāng)保留空隙口，以防止袋內(nèi)溫度過(guò)高，在套袋完成后，要將果袋放置于葉片之下。摘袋時(shí)如果光照較強(qiáng)，不要將果袋立即摘除，可以將袋子底部打開(kāi)撐起，讓袋子呈傘狀遮蓋果穗，避免陽(yáng)光的直接照射。

5.3 加強(qiáng)土肥水管理

避免地面高溫可降低日灼發(fā)生，可采用行間生草、覆蓋秸稈等方式減少地面對(duì)熱量的吸收，降低地面土壤的蒸發(fā)，降低果實(shí)周?chē)h(huán)境的溫度。干旱高溫及時(shí)灌水，保證樹(shù)體含水量，要選在土壤溫度較低的清晨或傍晚進(jìn)行灌溉[17]。生長(zhǎng)季節(jié)結(jié)合噴藥補(bǔ)施鉀、鈣肥，增強(qiáng)樹(shù)體營(yíng)養(yǎng)。

5.4 覆蓋遮陽(yáng)網(wǎng)和配備噴灌

日灼病發(fā)生敏感期采用遮陽(yáng)網(wǎng)可減輕太陽(yáng)輻射。搭蓋遮陽(yáng)網(wǎng)時(shí)，應(yīng)保證樹(shù)冠離遮陽(yáng)網(wǎng)的空間距離不低于50 cm。對(duì)主要坐果部位通行兩面拉遮陽(yáng)網(wǎng)遮擋陽(yáng)光，對(duì)葡萄果穗日灼也具有明顯的防控效果[52]。安裝可移動(dòng)或者固定的噴灌裝置，在夏季高溫時(shí)開(kāi)啟噴灌，可快速降低葉片果實(shí)表面溫度。但噴灌時(shí)濕度較高，增加滋生病害的風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)及時(shí)通風(fēng)。

5.5 藥劑防護(hù)

周詠梅等[53]研究認(rèn)為，在‘巨峰’夏果幼果膨大期用1.5%的硝酸鈣溶液進(jìn)行噴穗處理，10 d后再處理一次，能夠有效降低日灼病的發(fā)病率。陰雨天過(guò)后的高溫天氣可噴施0.2%的磷酸二氫鉀或5%的草木灰浸出液或27%高脂膜乳劑80～100倍液2～3次，可以對(duì)日灼病起到一定的預(yù)防作用[54]。噴施27%高脂膜乳劑80～100倍液或10%高硼活鉀鈣300倍液2～3次，也有一定的預(yù)防效果[55]。

一些新型防護(hù)化學(xué)試劑也被證明具備防治日灼的效果。高嶺土可以反射紫外線和紅外輻射，不僅能夠保護(hù)PSII，而且還能有效地降低葡萄冠層的溫度，避免葉片被曬傷[56-57]。殼聚糖作為一種抗蒸騰劑能夠誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉，引起防御反應(yīng)[58]。從針葉樹(shù)脂中蒸餾而來(lái)的萜烯類聚合物二-1-對(duì)-薄荷烯（Di-1-p-menthene），涂抹‘西拉’葡萄后可以降低葉片蒸騰速率、光合速率、氣孔導(dǎo)度[59-60]。