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)國家重點實驗室，山東泰安 271018)

日灼病的發(fā)生是過強的光合有效輻射（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、蘋果、柑橘等作物中有很多報道。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間上會有一定的差異，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。番茄在轉(zhuǎn)色期前出現(xiàn)日灼病時，灼傷部位呈白色硬皮狀，轉(zhuǎn)色后則呈黃色凹陷硬塊[2]；蘋果果實日灼癥狀主要表現(xiàn)為果皮組織變色、黃化、褐化，最終出現(xiàn)壞死斑點[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)生會嚴(yán)重影響作物的經(jīng)濟(jì)效益。葡萄對氣候非常敏感，氣候變暖與世界范圍內(nèi)葡萄的早熟問題密切相關(guān)。由于溫室氣體排放情況持續(xù)，并對全球氣溫造成影響，高溫發(fā)生更加頻繁且持續(xù)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(yán)重地影響了果實的外觀及風(fēng)味等內(nèi)在品質(zhì)，極大地降低了市場價值。

本文主要對葡萄日灼病發(fā)生的生理機制、病害發(fā)生后果實食用品質(zhì)和表觀性狀等方面的變化、漿果受到熱傷害后抗氧化機制的運轉(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)生在果實快速膨大期，直接暴露在陽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會，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，葡萄日灼病在我國多地時常發(fā)生。2012年在河南商水、長垣等地的 ‘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‘水晶無核’‘信濃樂’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 ℃時受害果穗約30%；氣溫達(dá)到35 ℃以上時，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 日灼病對葡萄果實的影響

日灼會使外果皮蠟的晶體結(jié)構(gòu)降解為無定形團(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，向陽面會出現(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。隨著果實膨大，被灼傷的果實常常裂開，當(dāng)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(dāng)‘赤霞珠’發(fā)生日灼后，果實表面會變亮發(fā)黃，初期果面出現(xiàn)黃色條紋，繼而呈現(xiàn)為深黃色，被陽光直接照射的部位會出現(xiàn)斑點狀的皺縮。隨病害的加重，果面顏色會繼續(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?！级帑悺胂蜿柮娉３霈F(xiàn)黃色、棕色或青銅色斑點，發(fā)生日灼時會出現(xiàn)暗褐色或黑色壞死斑點，嚴(yán)重時會導(dǎo)致漿果破裂和萎縮[16]。發(fā)生日灼的果實無論風(fēng)味、色澤以及外觀品質(zhì)等指標(biāo)都會大打折扣，嚴(yán)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(nèi)科研人員針對葡萄日灼病的發(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高的基礎(chǔ)上協(xié)同強烈光線的照射導(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(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，營養(yǎng)生長旺盛的植株也較容易得病，發(fā)病部位與陽光直射無關(guān)[17-18]。

研究表明，熱應(yīng)力會導(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，葉綠體本身也會在高溫脅迫下被破壞或降解[19]。當(dāng)快速生長期的‘紅地球’果面溫度達(dá)到44 ℃以上時，1～2 h內(nèi)就能出現(xiàn)日灼癥狀[12]。過強的光照會促進(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)機制就會受到光抑制，從而出現(xiàn)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(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)可以降低果穗周圍及果面的溫度，還可以通過促進(jìn)植物的蒸騰作用來降低果面溫度。研究表明，無風(fēng)條件下果粒表面溫度比風(fēng)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(fā)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(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(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]，且長期處于干旱脅迫下漿果會發(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(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]。

果實內(nèi)具有多種細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)機制，可響應(yīng)光熱。高溫會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(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態(tài)平衡之中，不會對果實的組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損傷。然而，當(dāng)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(tài)氧（1O2.）會大量產(chǎn)生，其中1O2.是光氧化曬傷產(chǎn)生的首要原因[32]。當(dāng)抗氧化機制不足以清除過多的ROS時，ROS的積累會導(dǎo)致膜脂過氧化以及蛋白質(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、酚類等的合成也會受到抑制[34]。因此，發(fā)生日灼病的果實一般表現(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)?，最終導(dǎo)致果粒出現(xiàn)凹陷甚至皺縮干枯。

4 葡萄果實的抗氧化保護(hù)機制

果實可調(diào)節(jié)多種生理和生化過程，以應(yīng)對高光高溫環(huán)境，從而最大程度地減少對光合系統(tǒng)的損害。在遭到熱傷害后，熱休克蛋白（HSPs）和熱休克因子（HSF）的合成會上調(diào)以保護(hù)膜結(jié)構(gòu)不受損傷[35]，還可以將過量的能量通過非光化學(xué)耗散（NPQ）的方式消散，以保護(hù)免受ROS介導(dǎo)的損害[31]，并通過抗氧化劑和ROS清除劑減輕氧化損傷[36]。葡萄果實發(fā)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(huán)也會同步上調(diào)，APX和CAT的合成以及AsA-GSH循環(huán)的運轉(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]。有報道發(fā)現(xiàn)，發(fā)生日灼的果實內(nèi)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(huán)等對日灼能夠發(fā)揮較強的防御作用，但果實遭受到長時間脅迫，調(diào)控能力會明顯的下降，果實仍舊會發(fā)生日灼病害[3]。

果實次生代謝產(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、黃酮類化合物來保護(hù)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(hù)蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)[41]。類胡蘿卜素在葡萄果實防止光傷害過程中發(fā)揮重要作用，能夠清除1O2.和過氧自由基，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性，防止膜脂過氧化作用[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，增強對過量輻射的抵抗能力。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)過氧化自由基結(jié)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(shù)，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(shù)

5.1 培養(yǎng)合理樹體結(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。及時整枝、綁蔓，防止葉幕層過厚，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，降低果穗周圍的光照強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。如果套袋時氣溫高，可能會引起氣灼病的發(fā)生[50-51]。設(shè)施栽培條件下進(jìn)行套袋時，袋口處可以適當(dāng)保留空隙口，以防止袋內(nèi)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(fā)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(fā)，降低果實周圍微環(huán)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(jìn)行灌溉[17]。生長季節(jié)結(jié)合噴藥補施鉀、鈣肥，增強樹體營養(yǎng)。

5.4 覆蓋遮陽網(wǎng)和配備噴灌

日灼病發(fā)生敏感期采用遮陽網(wǎng)可減輕太陽輻射。搭蓋遮陽網(wǎng)時，應(yīng)保證樹冠離遮陽網(wǎng)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(wǎng)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(fēng)險，因此應(yīng)及時通風(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(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(dǎo)度[59-60]。