综述:葡萄栽培中的干旱胁迫:影响、机制、耐受策略及缓解方法的最新研究综述
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时间:2025年10月15日
来源:Journal of Soil Science and Plant Nutrition 3.1
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本综述系统阐述了干旱胁迫对葡萄生理形态(如气孔关闭、根系重构)及分子机制(如渗透调节、胁迫响应基因表达)的多层面影响,并探讨了包括优化灌溉、选育抗旱品种、应用植物激素、纳米技术及组学(omics)结合人工智能等前沿缓解策略,为应对气候挑战下的葡萄可持续生产提供重要见解。
干旱胁迫是制约全球葡萄栽培产业可持续发展的关键环境因子之一。当葡萄植株遭遇水分短缺时,会触发一系列复杂的响应机制,这些变化贯穿于生理、形态、生化及分子各个层面。
在生理层面,最显著的反应之一是气孔(stomata)的关闭。这是植株减少水分蒸腾损失的最直接方式,但同时也限制了二氧化碳(CO2)的吸收,从而影响光合作用。形态上,葡萄会进行深刻的适应性调整。地下部分,根系结构会发生重塑,例如优先发展深根系统以探寻深层土壤水分;地上部分,叶片可能变得更小、更厚,或角质层增厚,以减少水分流失。这些变化直接影响植株的活力、生殖发育和坐果率,最终导致产量与品质的下降。
在生化与分子层面,葡萄会启动渗透调节机制,积累脯氨酸(proline)、甜菜碱等相容性溶质,以维持细胞膨压和生物大分子的稳定性。同时,一系列胁迫响应基因的表达被激活,编码诸如脱水素(dehydrins)和活性氧(ROS)清除酶等蛋白,共同抵御干旱引起的氧化损伤。
面对干旱,葡萄自身演化出了多种适应性策略。除了上述的气孔控制和根系构型改变,还包括通过渗透调整来维持细胞水分平衡。
现代葡萄栽培中,更为主动的管理策略被广泛应用以缓解干旱胁迫。优化灌溉(如滴灌、亏缺灌溉)是实现水资源高效利用的核心。农艺管理措施,如土壤覆盖和合理修剪,也有助于保墒。遗传改良途径,即选育和利用抗旱的砧木和品种,是构建长期抗旱能力的根本方法。
近年来,新兴技术为抗旱研究与实践注入了新的活力。植物激素(如脱落酸ABA)在调控气孔运动和胁迫信号通路中发挥关键作用。纳米技术(如纳米载体)和生物基聚合物等智能材料,可用于开发新型保水剂或精准递送系统。高通量的组学(omics)技术(基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学)与人工智能(AI)等计算工具的结合,使得能够系统解析葡萄抗旱的复杂网络,并加速抗旱性状的鉴定与育种进程。
尽管取得了显著进展,但仍存在关键的知识空白。例如,不同基因型间抗旱机制的细微差异、多种胁迫(如干旱伴随高温)的交互效应、以及如何将实验室研究成果高效转化为田间应用等,都是未来研究需要着力解决的挑战。持续深入的探索对于在气候变化加剧的背景下保障葡萄产业的可持续发展至关重要。
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