秋冬季補(bǔ)光處理對(duì)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片及冬果發(fā)育的影響

馮 洋，黃思浩，謝恒毅，李秀文，楊 玲，陸潔梅，黃旭明

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，廣東 廣州 510520）

【研究意義】葡萄（Vitisspp.）是繼柑橘、蘋果、梨之后我國(guó)第四大果樹。由于抗病品種的引進(jìn)及避雨栽培技術(shù)和單氰胺化學(xué)解除芽休眠技術(shù)的應(yīng)用，葡萄在我國(guó)南方發(fā)展迅猛，近年來廣東省鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)也隨之興起［1］。廣東葡萄產(chǎn)業(yè)起步雖晚，卻正趕上抗病強(qiáng)、品質(zhì)特優(yōu)、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄的引入，進(jìn)一步推動(dòng)了廣東鮮食葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。‘陽(yáng)光玫瑰’屬于中熟歐美雜交葡萄品種（V.vinifera×V.labrusca）［2-3］，是當(dāng)下廣東主栽鮮食葡萄品種，占全省葡萄栽培面積70%以上。研究表明，以10 ℃為基溫，‘陽(yáng)光玫瑰’從萌芽到果實(shí)成熟所需活動(dòng)積溫（Active accumulated temperature）約2 300 ℃［4］，而廣東大于10 ℃的活動(dòng)積溫則在3 100～9 300 ℃之間［5］。因此，除粵北局部地區(qū)外，廣東大部分地區(qū)有充足的活動(dòng)積溫，可滿足‘陽(yáng)光玫瑰’一年兩收的生產(chǎn)需求，且多以春季萌芽形成的夏果和秋季萌芽產(chǎn)生的冬果進(jìn)行一年兩收生產(chǎn)［2］。然而，入秋后，隨著日照時(shí)長(zhǎng)縮短和氣溫降低，溫帶落葉植物會(huì)發(fā)生系統(tǒng)性葉片衰老，導(dǎo)致葉片落盡［6-7］。因此，在反季節(jié)冬果葡萄生產(chǎn)中，會(huì)面臨系統(tǒng)性葉片衰老脫落而導(dǎo)致樹冠光合能力下降，進(jìn)而不利于冬果產(chǎn)量和品質(zhì)形成。【前人研究進(jìn)展】光照對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著影響，體現(xiàn)在光強(qiáng)度效應(yīng)、光質(zhì)（波長(zhǎng)）效應(yīng)和光周期效應(yīng)三方面。有研究表明，適度人工補(bǔ)光可以抑制植物葉片衰老效應(yīng)［8-9］，甚至可以抑制采后蔬菜外圍老葉的衰老［10］。在我國(guó)南方，春夏季多陰雨寡照，以紅、藍(lán)LED 人工補(bǔ)光可以提高‘夏黑’葡萄葉片光合速率，促進(jìn)果實(shí)發(fā)育，提高果重［11］。人工補(bǔ)光還可以促進(jìn)葡萄果實(shí)花青苷和糖分積累，顯著改善果實(shí)著色和內(nèi)在品質(zhì)，其中以藍(lán)光處理效果最佳［12］。【本研究切入點(diǎn)】關(guān)于反季節(jié)冬季葡萄果實(shí)發(fā)育期間人工補(bǔ)光處理對(duì)葉片衰老和果實(shí)發(fā)育的影響目前尚未有報(bào)道。我們推測(cè)冬季延長(zhǎng)光照時(shí)間，可能會(huì)延緩‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片冬季葉片系統(tǒng)性衰老產(chǎn)生，進(jìn)而有利于果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)形成。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究于冬季以紅藍(lán)LED 混合弱光進(jìn)行補(bǔ)光處理，研究對(duì)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片衰老進(jìn)程、果實(shí)發(fā)育及品質(zhì)的影響，探索推遲秋冬季節(jié)葉片衰老的技術(shù)，為秋冬季葡萄生產(chǎn)人工補(bǔ)光技術(shù)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為種植于廣州市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心大棚內(nèi)的8 年生‘5BB’砧‘陽(yáng)光玫瑰’植株，種植密度為3 m×6 m，以直徑2 m、高0.6 m 的限根池種植。栽培架式為“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 葉摘心，副梢保留0～1 葉絕后摘心。于2022年8 月25 日進(jìn)行長(zhǎng)枝修剪（保留6～7 個(gè)節(jié)位），并對(duì)剪口節(jié)位去葉處理，以5%單氰胺處理剪口芽促萌。萌芽后的新梢在花穗后2 葉進(jìn)行第1 次摘心，之后每4～5 葉摘心1 次，副梢留1 葉絕后摘心。盛花前1 周修剪花穗，疏除側(cè)穗，僅保留約4 cm 長(zhǎng)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，誘導(dǎo)無核并保果，10 d 后再以20 mg/L 赤霉酸處理膨大果實(shí)，之后進(jìn)行疏果，每穗果保留40～50 粒。

1.2 補(bǔ)光處理

2022 年10 月14 日，果實(shí)第1 次快速生長(zhǎng)期結(jié)束后開始補(bǔ)光處理（T）。在主蔓兩側(cè)的果穗節(jié)位附近于葉片上方20 cm 處拉LED 燈帶，其中紅光LED 燈和藍(lán)光LED 按5∶1 設(shè)置，燈帶下20 cm處的光照強(qiáng)度為3 μmol/m2·s，每天補(bǔ)光時(shí)間為18 ∶00 —24 ∶00，直至果實(shí)采收，單株小區(qū)，3 次重復(fù)，以無燈帶單株作對(duì)照（CK）。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

補(bǔ)光處理開始后每2 周拍攝記錄樹冠葉幕形態(tài)。每株各標(biāo)記5 個(gè)結(jié)果枝，每2 周測(cè)定標(biāo)記枝上的果穗節(jié)位葉片的葉綠素指數(shù)（SPAD 值）和光合參數(shù)。其中，SPAD 值用 SPAD-502 葉綠素儀（日本 Minolta）測(cè)定；葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）及胞間CO2濃度（Ci）用 CIRAS-3 便攜式光合儀（美國(guó)PP System）測(cè)定，每次測(cè)定于上午9 ∶00 —11 ∶00 完成，為了避免測(cè)定時(shí)間差異的影響，處理組和對(duì)照組植株的光合測(cè)定交替進(jìn)行。

2023 年1 月15 日，各植株隨機(jī)統(tǒng)計(jì)10 個(gè)枝條不同節(jié)位（果穗以上-2、0、1、2、4、6、8、10 節(jié)位）上葉片脫落情況，并測(cè)定、記錄各節(jié)位葉片SPAD 值；在標(biāo)記枝的果穗，各標(biāo)記上、中、下3 粒果實(shí)，每隔1～2 周測(cè)量標(biāo)記果粒的縱橫徑。2023 年2 月10 日，果實(shí)成熟時(shí)采集標(biāo)記枝果穗，每穗隨機(jī)選不同部位5 粒漿果進(jìn)行稱重并測(cè)定可溶性固形物（TSS）含量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 整理、作圖，t測(cè)驗(yàn)和相關(guān)分析采用IBM SPSS 26 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工補(bǔ)光對(duì)葡萄葉片衰老的影響

如圖1 所示，對(duì)照和補(bǔ)光處理植株果穗節(jié)位葉片的葉綠素指數(shù)（SPAD 值）均在在處理6 周后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中，對(duì)照處理8 周后大幅下降，第8 周～10 周葉片平均SPAD 值從45.99 降至24.91，而補(bǔ)光處理期間葉片平均SPAD 值僅從49.91 降至44.63。由此可見，人工補(bǔ)光處理可以明顯延緩葉片SPAD 值下降；處理10 周后，補(bǔ)光處理葉片SPAD 值顯著高于對(duì)照，可見后者葉片已大面積黃化，而補(bǔ)光處理葉片則仍然保持綠色狀態(tài)（圖2）。

圖1 補(bǔ)光處理（T）與對(duì)照(CK)植株果穗節(jié)位葉片葉綠素指數(shù)（SPAD 值）變化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)

圖2 處理后10 周補(bǔ)光處理（T）與對(duì)照（CK）果穗節(jié)位葉片形態(tài)比較Fig.2 Comparison of leaves at berry cluster node at 10 weeks after treatment between the supplementary lighting treatment (T) and the control (CK)

補(bǔ)光處理10 周，各節(jié)位葉片SPAD 值均高于對(duì)照，其中果穗之上-2、0、1、2、6 節(jié)位葉片的SPAD 值差異顯著，說明人工補(bǔ)光處理可以顯著抑制葉片退綠黃化（圖3A）。此外，對(duì)照各節(jié)位落葉率也顯著高于補(bǔ)光處理（圖3B），說明補(bǔ)光處理可以延緩冬季葉片衰老和脫落。

圖3 補(bǔ)光處理（T）與對(duì)照(CK)植株不同節(jié)位葉片SPAD 值（A）及落葉率（B）比較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，補(bǔ)光處理和對(duì)照植株的葉片凈光合速率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在處理4 周后下降明顯，但各時(shí)期補(bǔ)光處理與對(duì)照的差異均不顯著（表1）；從補(bǔ)光處理后4～8 周的葉片光合速率降幅來看，對(duì)照葉片為7.2 μmol/m2·s，高于補(bǔ)光處理（4.8 μmol/m2·s），說明補(bǔ)光處理可以延緩冬季葡萄葉片衰老伴隨的光合能力降低。

表1 補(bǔ)光處理對(duì)葡萄葉片凈光合速率（Pn)、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間二氧化碳濃度（Ci）的影響Table 1 Effect of supplementary lighting treatment on net photosynthetic rate (Pn),stomatal conductance (Gs) and mesophyll CO2 concentration (Ci) of grape leaves

隨著植株生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)照葉片Gs 呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而補(bǔ)光處理Gs 除處理6 周后降低外，其余時(shí)間保持相對(duì)穩(wěn)定，處理8 周時(shí)，補(bǔ)光處理葉片Gs 顯著高于對(duì)照；Ci 總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，且對(duì)照各時(shí)期均高于補(bǔ)光處理，其中，處理8 周后對(duì)照Ci 顯著高于對(duì)照（表1）。Pn 與Gs 和Ci 之間的相關(guān)性分析（表2）顯示，補(bǔ)光處理與對(duì)照的葉片Pn 與Gs 相關(guān)性均不顯著，但與Ci 均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.001）。

表2 Pn 與Gs 和Ci 的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between Pn and Gs or Ci

2.2 補(bǔ)光處理對(duì)葡萄果實(shí)發(fā)育和TSS 含量的影響

補(bǔ)光處理與對(duì)照的果實(shí)縱徑和橫徑變化如圖4 所示，處理8 周內(nèi)兩者果實(shí)縱橫徑同步增加，處理10 周后果徑略有降低；兩者縱徑非常接近，而補(bǔ)光處理果實(shí)橫徑始終高于對(duì)照果，但各時(shí)期處理與對(duì)照果實(shí)縱橫徑差異均不顯著。果實(shí)成熟時(shí)，補(bǔ)光處理平均穗重和平均粒重分別為367.1、10.8 g，而對(duì)照分別為361.5、8.8 g，兩者的粒重差異顯著；補(bǔ)光處理的果實(shí)TSS 含量?jī)H為15.0%，顯著低于對(duì)照的16.7%（表3）。由圖5可知，補(bǔ)光處理的果實(shí)TSS 含量與粒重呈顯著的線性負(fù)相關(guān)性（y=-0.3752x+19.644,R2=0.3003,P＜0.001），而對(duì)照兩者無顯著相關(guān)性。

表3 補(bǔ)光處理對(duì)葡萄冬果穗重、粒重和 可溶性固形物含量影響Table 3 Effect of winter supplementary lighting treatment on cluster weight,berry weight and total soluble solids (TSS)in winter crop of grape

圖4 補(bǔ)光處理與對(duì)照果實(shí)縱橫徑的變化比較Fig.4 Comparison of changes in berry horizontal and vertical diameters between the supplementary lighting treatment and the control

圖5 果實(shí)TSS 含量與果實(shí)重量的相關(guān)性分析Fig.5 Correlation between berry weight and TSS content

3 討論

雖然廣東有充足的熱量可以滿足葡萄一年兩收的熱需求，但入秋后，隨著日照時(shí)長(zhǎng)的縮短和氣溫降低，葡萄植株會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)性葉片衰老，表現(xiàn)為各節(jié)位葉片同步黃化甚至脫落，從而導(dǎo)致植株光合能力喪失，進(jìn)而不利于冬果產(chǎn)量和品質(zhì)形成。本研究重點(diǎn)探索冬季人工補(bǔ)光處理對(duì)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片衰老、果實(shí)發(fā)育和品質(zhì)形成的影響。

3.1 人工補(bǔ)光對(duì)冬季葡萄葉片衰老的影響

入秋后，落葉植物響應(yīng)短日照和低溫信號(hào)而啟動(dòng)系統(tǒng)性葉片衰老［6-7］。夜間人工補(bǔ)光可以消除短日照的影響，理論上可以延遲葉片衰老。本研究證實(shí)了夜間補(bǔ)光，延長(zhǎng)葉片光照時(shí)間可以顯著推遲葡萄冬季葉片系統(tǒng)性衰老，表現(xiàn)為補(bǔ)光處理抑制各節(jié)位葉片黃化和脫落。但有研究表明，在相同光周期下，從地面朝上照射作物的補(bǔ)光處理光可以抑制玫瑰［8］和生菜［9］基部老葉的衰老進(jìn)程，說明人工補(bǔ)光處理不僅通過光周期抑制葉片衰老，還可能直接抑制葉片衰老的發(fā)生。在抑制采后白菜葉片衰老方面，紅光的效應(yīng)較藍(lán)光更為顯著，可以降低乙烯信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)路徑中EIN3基因的表達(dá)［10］。每天2 h 紅光脈沖處理可通過植物色素來抑制羅勒葉片衰老［14］。然而，在小麥上的相關(guān)研究表明，藍(lán)光抑制葉片衰老的效果優(yōu)于紅光和綠光，藍(lán)光可維持小麥葉片中過氧化氫酶活性，從而抑制葉片活性氧積累［13］。本研究采用紅藍(lán)光混合補(bǔ)光處理，對(duì)冬季‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片系統(tǒng)性衰老有明顯抑制作用。

本研究中，補(bǔ)光處理對(duì)‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄葉片衰老的抑制效應(yīng)在處理后10 周才顯著表現(xiàn)出來，處理8 周內(nèi)補(bǔ)光處理對(duì)葉片葉綠素指數(shù)（SPAD值）和凈光合速率（Pn）的影響均不明顯，但能延緩Pn 的降低。本研究采用3 μmol/m2·s 的低光強(qiáng)補(bǔ)光，光照強(qiáng)度相對(duì)于日間的陽(yáng)光強(qiáng)度幾乎可忽略，因此對(duì)日間光合速率的影響也不顯著。反過來也說明人工補(bǔ)光對(duì)葉片衰老的抑制效應(yīng)可能是光的信號(hào)效應(yīng)，涉及光周期和光質(zhì)量共同影響。入冬后，對(duì)照植株葉片的Pn 下降伴隨氣孔導(dǎo)度（Gs）的降低，這與前人在櫟樹屬植物Gs 季節(jié)動(dòng)態(tài)的研究結(jié)果一致［15］。Granda 等［15］認(rèn)為櫟樹入秋后Gs 降低主要受短日照環(huán)境調(diào)控，因此光周期通過Gs 的調(diào)控而影響光合速率的季節(jié)變化［16］。而補(bǔ)光處理葉片Gs 相對(duì)穩(wěn)定，處理后8周，其Gs 顯著高于對(duì)照。補(bǔ)光處理一方面可能消除短日照環(huán)境誘導(dǎo)的氣孔關(guān)閉；另一方面，光質(zhì)與光強(qiáng)均影響氣孔開放，紅光通過啟動(dòng)光合作用，降低葉肉CO2濃度而啟動(dòng)氣孔開放，是通過高光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)；此外，而氣孔保衛(wèi)細(xì)胞還會(huì)特異響應(yīng)藍(lán)光而吸水而使氣孔開放，藍(lán)光響應(yīng)屬于低光強(qiáng)響應(yīng)［17］。因此，補(bǔ)光處理維持較高的Gs 可能與補(bǔ)光中的弱藍(lán)光響應(yīng)有關(guān)。葉片Pn 與Gs 無顯著相關(guān)性，而與Ci 呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明氣孔因素并非顯著影響冬季葡萄葉片光合作用的關(guān)鍵因子。這與Yu 等［16］結(jié)論不同。處理8 周后，對(duì)照葉片Gs 低于補(bǔ)光處理，而其葉肉Ci 卻高于補(bǔ)光處理，說明隨著葉片衰老，葉片光合過程運(yùn)轉(zhuǎn)弱化，固定CO2能力喪失。因此我們認(rèn)為，非氣孔限制（Non-stomatal limitation）是入冬后葡萄光合能力伴隨葉片衰老而降低的關(guān)鍵。這一觀點(diǎn)與Kinoshita 等［18］在銀杏（Gingkobiloba）上的研究結(jié)果一致。

3.2 補(bǔ)光處理對(duì)葡萄果實(shí)發(fā)育與品質(zhì)的影響

已有研究表明，以紅、藍(lán)LED 人工補(bǔ)光可以提高‘夏黑’葡萄葉片光合速率并增加果重［11］。人工補(bǔ)光還可以促進(jìn)葡萄果實(shí)花青苷和糖分的積累，顯著改善果實(shí)著色，其中以藍(lán)光處理效果最佳［12］。本研究中，補(bǔ)光處理促進(jìn)葡萄果實(shí)膨大，顯著提高單果重，說明補(bǔ)光處理可促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)發(fā)育。補(bǔ)光處理主要是通過增加果實(shí)的橫徑實(shí)現(xiàn)增加果重。與Kondo 等［12］補(bǔ)強(qiáng)光照結(jié)果不同，本研究并未觀測(cè)到補(bǔ)光處理提高果實(shí)含糖量，相反，補(bǔ)光處理的果實(shí)TSS 含量顯著低于對(duì)照，這可能有三方面原因：首先，補(bǔ)光處理果實(shí)體積顯著增大，但其稀釋效應(yīng)不利果實(shí)TSS 含量的提高，佐證TSS 含量與粒重顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論。其次，在葡萄始熟時(shí)摘除果穗附近葉片有利于葡萄成熟，促進(jìn)品質(zhì)形成［19］；對(duì)照植株落葉相對(duì)早發(fā)生，使得果穗曝光更充分，這有利于提早轉(zhuǎn)熟，糖分積累也提早，進(jìn)而使其TSS 含量提高。再次，有研究表明，禾谷類作物谷粒充實(shí)過程往往伴隨旗葉衰老，葉鞘儲(chǔ)備的碳素營(yíng)養(yǎng)大量回撤至谷粒中而有利谷物碳素營(yíng)養(yǎng)積累［20-21］。我們推測(cè)，果穗作為強(qiáng)力庫(kù)器官，也可能吸收了衰老的葉片脫落前回撤的營(yíng)養(yǎng)，有利于提高果實(shí)TSS 含量，而補(bǔ)光處理抑制葉片衰老和養(yǎng)分回撤，也使其果實(shí)TSS 含量低于對(duì)照。這一假設(shè)值得進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上，本研究得出以下結(jié)論：（1）入冬后葡萄葉片發(fā)生系統(tǒng)性衰老，光合能力的降低主要是由非氣孔限制導(dǎo)致；（2）以紅藍(lán)混合（5∶1）人工弱光延長(zhǎng)光照可顯著抑制‘陽(yáng)光玫瑰’葡萄系統(tǒng)性葉片衰老的發(fā)生，并促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)；（3）在廣州或類似氣候的地區(qū)生產(chǎn)冬季葡萄可以實(shí)施LED 人工補(bǔ)光措施來提高冬果產(chǎn)量，但仍需要采取配套措施（增強(qiáng)補(bǔ)光強(qiáng)度、漿果始熟時(shí)摘除老葉等）促進(jìn)果實(shí)TSS 積累。