葡萄日灼病發生機理研究進展

王浩，杜遠鵬，高振

（山東農業大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018)

日灼病的發生是過強的光合有效輻射（PAR）、紫外線（UV）輻射、高氣溫協同作用的結果[1]，在番茄、辣椒、蘋果、柑橘等作物中有很多報道。不同物種因耐受性、生活習性等因素在出現日灼的脅迫程度和時間上會有一定的差異，但在表觀癥狀上大致都表現為黃褐色或黑色的凹陷或壞死斑點。番茄在轉色期前出現日灼病時，灼傷部位呈白色硬皮狀，轉色后則呈黃色凹陷硬塊[2]；蘋果果實日灼癥狀主要表現為果皮組織變色、黃化、褐化，最終出現壞死斑點[3]；發病初的柑橘果皮一般表現為灰青色，隨病癥的加劇形成黃褐色的干疤[4]。日灼病的發生會嚴重影響作物的經濟效益。葡萄對氣候非常敏感，氣候變暖與世界范圍內葡萄的早熟問題密切相關。由于溫室氣體排放情況持續，并對全球氣溫造成影響，高溫發生更加頻繁且持續時間更長。目前，日灼病成已成為葡萄中一種常見的生理病害，嚴重地影響了果實的外觀及風味等內在品質，極大地降低了市場價值。

本文主要對葡萄日灼病發生的生理機制、病害發生后果實食用品質和表觀性狀等方面的變化、漿果受到熱傷害后抗氧化機制的運轉、防治方法等方面進行闡述，旨在為葡萄生產中日灼病的防治提供參考。

1 葡萄日灼病發生概況

日灼病一般發生在果實快速膨大期，直接暴露在陽光下的果穗或者果粒是日灼發生的主要部位。發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會，極易發生病害。

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

2 日灼病對葡萄果實的影響

日灼會使外果皮蠟的晶體結構降解為無定形團塊，從而導致更高的水滲透性和脫水性[11]；果皮中葉綠體發生降解，細胞區室化功能破壞，多酚發生氧化導致果皮褐變。發生日灼病的果粒通常表現為果面顏色變白、變褐，向陽面會出現豆粒大小、淺褐色的病斑，之后斑塊發皺形成凹陷，變成干疤。隨著果實膨大，被灼傷的果實常常裂開，當遭遇極端條件時，會使果實完全干燥，甚至被曬成葡萄干狀[12-14]。謝兆森等[15]研究表明，當‘赤霞珠’發生日灼后，果實表面會變亮發黃，初期果面出現黃色條紋，繼而呈現為深黃色，被陽光直接照射的部位會出現斑點狀的皺縮。隨病害的加重，果面顏色會繼續加深，呈現為黑色，并產生凹陷，甚至出現皺縮干枯的現象?！级帑悺胂蜿柮娉３霈F黃色、棕色或青銅色斑點，發生日灼時會出現暗褐色或黑色壞死斑點，嚴重時會導致漿果破裂和萎縮[16]。發生日灼的果實無論風味、色澤以及外觀品質等指標都會大打折扣，嚴重影響其商品價值。

3 日灼病的病因及活性氧傷害生理機制

近些年來，國內科研人員針對葡萄日灼病的發生做了較多研究。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高的基礎上協同強烈光線的照射導致病癥的發生；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果[12]。有學者認為日灼病是由于強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面更容易發生日灼病；氣灼病是水分生理病害，在氣溫高的雨季發病重，營養生長旺盛的植株也較容易得病，發病部位與陽光直射無關[17-18]。

研究表明，熱應力會導致細胞膜不穩定、蛋白質變性和漿果果皮細胞死亡，葉綠體本身也會在高溫脅迫下被破壞或降解[19]。當快速生長期的‘紅地球’果面溫度達到44 ℃以上時，1～2 h內就能出現日灼癥狀[12]。過強的光照會促進三態葉綠素（3Chl*）、活性氧（ROS）的大量產生，PAR和UV是參與日灼發生的兩種主要的光成分，高水平的PAR降低了暴露組織的PSⅡ最大的熒光產量（Fv/Fm），持續暴露在高水平的PAR下，組織的調節機制就會受到光抑制，從而出現日灼癥狀[16,20-21]，過量的UV輻射如果被DNA所吸收就可能會誘導其發生突變，導致電子傳遞受阻并破壞膜的完整性[22]。

日灼病的發生也會受其他環境因素的影響，例如：風速、濕度、土壤含水量等。風可以降低果穗周圍及果面的溫度，還可以通過促進植物的蒸騰作用來降低果面溫度。研究表明，無風條件下果粒表面溫度比風速3.0 m/s時高出7～10 ℃[23]，而棚架架勢由于空氣相對流通，果穗大多被葉片遮蓋，其發病率相對低于籬架[24]；蒯傳化等[25]通過‘紅地球’葡萄果實的離體培養發現，相同的光溫條件下濕度越高日灼病的發生幾率越高，這與Müller-Thurgau[26]的觀點基本一致；干旱條件下土壤熱容量小，短時間的陽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]，且長期處于干旱脅迫下漿果會發生氧化損傷，最終導致細胞死亡。干旱脅迫還導致樹體的活力下降以及冠幅的減小，增加漿果在強光下的暴露面積[28]。另外，日灼病的發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）發病率低于薄皮品種（如紅地球）；早熟品種（如夏黑）發病率也要低于晚熟品種（如美人指、紅地球）[6]。

果實內具有多種細胞內信號傳導機制，可響應光熱。高溫會引起光能吸收和利用之間的不平衡，導致電子傳輸活性損害和無氧呼吸加重以及ROS積累。過多的ROS是高溫強光條件下造成PSⅡ光破壞，從而使果實出現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態平衡之中，不會對果實的組織結構產生損傷。然而，當果實遭受強高溫、強光等脅迫時，超氧陰離子自由基（O2.-）、羥基自由基（.OH）、過氧化氫（H2O2）或單線態氧（1O2.）會大量產生，其中1O2.是光氧化曬傷產生的首要原因[32]。當抗氧化機制不足以清除過多的ROS時，ROS的積累會導致膜脂過氧化以及蛋白質失活，甚至誘發細胞程序性死亡。當類囊體結構發生損傷后，ROS的生成會進一步加速并導致丙二醛（MDA）的大量產生，氧化損傷持續加劇[33]。另外，在高溫脅迫下花青素、酚類等的合成也會受到抑制[34]。因此，發生日灼病的果實一般表現為果皮失綠變白，嚴重的氧化損傷致使果面呈現出燒焦狀，最終導致果粒出現凹陷甚至皺縮干枯。

4 葡萄果實的抗氧化保護機制

果實可調節多種生理和生化過程，以應對高光高溫環境，從而最大程度地減少對光合系統的損害。在遭到熱傷害后，熱休克蛋白（HSPs）和熱休克因子（HSF）的合成會上調以保護膜結構不受損傷[35]，還可以將過量的能量通過非光化學耗散（NPQ）的方式消散，以保護免受ROS介導的損害[31]，并通過抗氧化劑和ROS清除劑減輕氧化損傷[36]。葡萄果實發生日灼后，抗壞血酸過氧化物酶（APX）和過氧化氫酶（CAT）的含量會顯著上升[37]，抗壞血酸-谷胱甘肽（AsA-GSH）循環也會同步上調，APX和CAT的合成以及AsA-GSH循環的運轉能夠有效的清除H2O2。另外，抗壞血酸（AsA）可以將酚類的初級氧化物還原為母體態的氧化物，產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-水循環中也需要AsA的參與[38-40]。有報道發現，發生日灼的果實內還原型谷胱甘肽（GSH）含量下降，AsA的含量下降到無法檢測的水平，這可能由于ROS完全氧化所致[25]。雖然超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、CAT和AsA-GSH循環等對日灼能夠發揮較強的防御作用，但果實遭受到長時間脅迫，調控能力會明顯的下降，果實仍舊會發生日灼病害[3]。

果實次生代謝產物的合成可以提高漿果的抗氧化能力，并利用自身產生的類胡蘿卜素、酚類化合物、黃酮類化合物來保護自身免受太陽紫外線輻射以及過高溫度的影響，這些天然的抗氧化劑可以用來清除自由基，保護蛋白質、核酸和脂質[41]。類胡蘿卜素在葡萄果實防止光傷害過程中發揮重要作用，能夠清除1O2.和過氧自由基，并具有屏蔽藍綠色和紫外光的能力。類胡蘿卜素還能夠改變膜的流動性，防止膜脂過氧化作用[42-43]。在綠果階段，紫黃質、環氧玉米黃質和玉米黃質在過量光照條件下可快速活化和相互轉化，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，可作為光保護劑，其含量受到環境變化強烈調控[44]。日灼發生后果粒表皮顏色發生改變是由于葉綠素降解和氧化聚合酚類積累導致，氧化聚合酚類的積累可以降低漿果對日灼的敏感性，而且死亡細胞中累積的氧化聚合酚類可以保護下層的細胞，增強對過量輻射的抵抗能力。多酚醌可調節脂氧合酶活性，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.-、脂質過氧化自由基結合生成生育酚半醌，防止膜脂過氧化[47]。黃酮醇在紫外線特征波長下具有高消光系數，在紫外線刺激后大量合成，可有效屏蔽長波紫外線（UV-A）[48-49]。

5 葡萄果實日灼病防治技術

5.1 培養合理樹體結構

采用棚架栽培或單干雙臂（Y形）型架式，適當提高干高，提高結果部位，促進空氣流通。及時整枝、綁蔓，防止葉幕層過厚，發生冠內郁閉。合理去葉、摘心，保障果穗附近的葉片覆蓋量，降低果穗周圍的光照強度可有效防止日灼發生[1]。

5.2 規范套袋

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

5.3 加強土肥水管理

避免地面高溫可降低日灼發生，可采用行間生草、覆蓋秸稈等方式減少地面對熱量的吸收，降低地面土壤的蒸發，降低果實周圍微環境的溫度。干旱高溫及時灌水，保證樹體含水量，要選在土壤溫度較低的清晨或傍晚進行灌溉[17]。生長季節結合噴藥補施鉀、鈣肥，增強樹體營養。

5.4 覆蓋遮陽網和配備噴灌

日灼病發生敏感期采用遮陽網可減輕太陽輻射。搭蓋遮陽網時，應保證樹冠離遮陽網的空間距離不低于50 cm。對主要坐果部位通行兩面拉遮陽網遮擋陽光，對葡萄果穗日灼也具有明顯的防控效果[52]。安裝可移動或者固定的噴灌裝置，在夏季高溫時開啟噴灌，可快速降低葉片果實表面溫度。但噴灌時濕度較高，增加滋生病害的風險，因此應及時通風。

5.5 藥劑防護

周詠梅等[53]研究認為，在‘巨峰’夏果幼果膨大期用1.5%的硝酸鈣溶液進行噴穗處理，10 d后再處理一次，能夠有效降低日灼病的發病率。陰雨天過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，可以對日灼病起到一定的預防作用[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，也有一定的預防效果[55]。

一些新型防護化學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氣孔關閉，引起防御反應[58]。從針葉樹脂中蒸餾而來的萜烯類聚合物二-1-對-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、氣孔導度[59-60]。