摘要


背景和目的：浆果在成熟过程中的干瘪与栽培品种有关，并与浆果细胞死亡(CD)相关。我们假设，在热胁迫和水胁迫下，设拉子浆果果皮的缺氧区域取决于浆果的孔隙度，这将诱发细胞死亡。


方法和结果：我们测量了在澳大利亚南部巴罗萨谷两种热状态(常温和升温)和两种灌溉状态(灌溉和非灌溉)的因子组合下培育的浆果果皮上的CD和[O2]。升温使灌溉葡萄树的环境温度升高了0.6℃，使非灌溉葡萄树的环境温度升高了1℃，但对水分关系没有影响，而非灌溉则降低了气孔导度和茎干水势。与灌溉相比，非灌溉降低了浆果的[O2]含量，增加了CD和乙醇浓度。中果皮[O2]与CD之间存在关联。浆果呼吸和浆果总孔隙率在浆果成熟过程中下降，但通过X射线微计算机断层扫描测量的子房室相对空气空间在成熟后期增加。升温对[CD]或[O2]几乎没有影响，但会降低浆果的孔隙度，而灌溉对浆果的孔隙度没有影响。


结论：水胁迫增加了浆果的CD，这与缺氧增加有关。


研究的意义：浆果[O2]和CD之间的关系有助于深入了解浆果的成熟过程，对产量和浆果风味都有影响。


注：浆果包括葡萄、猕猴桃、树莓、醋栗、越橘、果桑、无花果、石榴、杨桃、人心果、番木瓜、番石榴、蒲桃、蓝莓、西番莲等。


材料与方法


实验地点、葡萄树和处理


在澳大利亚州南部巴罗萨谷的南澳大利亚研究与发展研究所努里奥特帕研究站，对2004年种植的自根系设拉子葡萄藤进行了两季研究(第1季，2014/15年；第2季，2015/16年)。


每株葡萄树修剪至40-50个芽，并绑在单丝棚架上。行向为西北至东南。行距为3.0米，株距为2.25米。


这项研究基于2010年的一项实验进行。实验结合了两种水分状态(灌溉，I；非灌溉，NI)和两种热状态(环境，A；升温，H)。按照Sadras等人的方法，使用一个敞篷室对葡萄树进行被动升温。采用三个重复的分区设计，主区为热状态，子区为水状态。每个重复包含九株葡萄树，其中七株位于中心位置，用于浆果采样。在处理过的葡萄树两侧还各留了一个保护行，以尽量减少处理干扰。


使用TinyTag Ultra2记录仪，每隔15分钟记录一次环境温度和相对湿度。根据冠层环境温度和相对湿度计算蒸汽压力亏损(VPD)。


采样


在第1季，我们只对对照I和对照NI葡萄藤上的浆果进行采样；在第2季，我们对所有四个因子处理进行采样。每个重复在每个季节分别标记20个果穗，尽可能从树冠中部选择果穗。浆果发育的时间记录为开花后天数(DAA)或开花后生长度日(GDD)。估计50%的花帽开裂之日为花期。每个重复的生长度日是根据实际温度和10℃基准温度计算得出的。在每个生长季节，从葡萄成熟前后开始，每周对每个重复的60个设拉子浆果进行采样。从每个标记果串的顶部、中部和底部小心地切下三个浆果，连同整个花梗。30个浆果在液态N2中速冻，在运往实验室的途中保存在干燥冰中，然后储存在-80℃的冷冻室中。在运输过程中，将装有剩余浆果的拉链塑料袋放入冰冷容器中，并在实验室的4℃冷藏室中保存不超过48小时，然后再进行细胞活力和氧气测量。


气孔导度和叶片气体交换


气孔导度(gs)和叶片气体交换在第1季和第2季都进行了一次测量。在第1季，气孔导度在开花后91天时用气孔仪测量。在第2季，在开花后97天时使用红外气体分析仪(IRGA)(LCpro-SD便携式光合作用系统)测量了光饱和状态下的二氧化碳净同化量Asat[光子通量密度=919μmol/(m2 s)]、叶片蒸发量E和gs。红外气体分析仪测量在叶片封闭2分钟后记录。测量时间为澳大利亚中部夏令时间(ACDT)12:00至14:00，测量条件为环境温度、二氧化碳浓度和湿度。测量在树冠西南侧进行，测量对象是三片完全暴露和展开的中叶。

茎干水势


在第2季的49和119 DAA，使用压力室法测量茎干水势(ψs)。每个重复在冠层的西南侧选择两片充分暴露和展开的中芽叶片，并在测量前用铝箔覆盖的塑料袋密封1小时。测量在12：00-14：00(ACDT)之间进行。从葡萄藤上摘下叶柄后3秒内，将每片装有铝箔袋的叶片放入试验室。


浆果细胞活力、总悬浮固体含量和鲜重


使用双乙酸荧光素(FDA)染色法测定浆果的细胞活力。每个浆果称重后切成两半。一半用于测量总悬浮固体和渗透压，另一半在黑暗中培养15分钟，在切口表面涂抹4.8μmol/L FDA溶液，溶液渗透压与葡萄汁(用蔗糖调节)相似(10%以内)。染色浆果用尼康SMZ800解剖显微镜在紫外光下观察，并放置绿色荧光蛋白滤光片。图像由尼康DS-5Mc数码相机和NISElements F2.30软件拍摄，所有图像的增益和曝光设置相同。使用MATLAB代码对图像进行分析，以确定浆果细胞的活力。


浆果内部[O2]曲线


使用尖端直径为25μm的克拉克型氧气微电极测定浆果的内部[O2]。微电极在零O2溶液(0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L C6H7NaO6)和充气的Milli-Q水(272μmol/L,22 C)中校准，充气的Milli-Q水作为100%O2溶液。单个浆果(平衡至室温)被固定在电动操作台上。为了帮助微电极穿透浆果表皮，首先用不锈钢注射针头(19 G)在浆果赤道处的表皮上刺穿一个洞，深度为200μm。微电极穿过这个窄小的孔，在浆果中心的深度测量氧气含量。先前的工作表明，氧气在皮肤穿透部位的泄漏量很小。氧气的测量深度从皮下0.2毫米到1.5毫米，以0.1毫米为单位。电极不会移动到这一位置以外的地方，以避免电极尖端被种子损坏。每个位置的每次测量持续10秒。在每个位置之间的20秒内记录稳定信号。使用Unisense Suite软件记录测量结果。计算每个步骤(n=3)的平均值和SE，并使用GraphPad Prism 7编制氧气曲线。氧气测量结束后，使用带K型热电偶珠探头的红外温度计(Fluke 80PK-1)测量浆果温度。使用数字卡尺测定浆果赤道处的直径。