葡萄藤水分状态与物候期对长期差异灌溉处理的分子与水力响应机制研究

为解决气候变化下葡萄园灌溉策略优化问题，研究人员针对8个葡萄品种开展长期差异灌溉试验（FI/DI/NI），系统分析了物候期与水分状态对叶片水力传导（Kleaf）、气孔导度（gs）、水通道蛋白（AQPs）基因表达及激素平衡的影响。研究发现气孔关闭是最早的胁迫响应，而AQPs表达与品种的等水/非等水行为相关，且水力调节主要受物候驱动。该研究为精准灌溉和品种选育提供了分子生理学依据。

　　

随着全球气候变化加剧，地中海地区葡萄栽培面临日益严重的干旱胁迫挑战。葡萄藤（Vitis vinifera L.）虽具备避旱适应性，但极端气候导致的大气需水量增加和降水模式改变，正显著影响其产量与品质。传统灌溉策略往往忽视品种特异性水力调节机制，且对物候期与水分关系的动态关联认知不足。如何通过精准灌溉平衡水分利用效率与果实品质，成为当前葡萄栽培学的核心难题。

针对这一科学问题，葡萄牙国家农业与兽医研究所（INIAV）的研究团队在阿尔entejo地区开展了一项为期三年的田间试验，系统研究了8个红色葡萄品种（包括Alicante Bouschet、Syrah等）在完全灌溉（FI，100% ET_c）、亏缺灌溉（DI，50% FI）和雨养（NI）条件下的生理分子响应。研究成果发表在农林科学顶级期刊《Agricultural Systems》上，首次揭示了物候期驱动的水力调节与基因型特异性水通道蛋白（Aquaporins, AQPs）表达的协同机制。

研究团队采用多尺度技术方法：通过压力室测定黎明前叶水势（Ψ_pd），稳态气孔计量化气孔导度（g_s），XYL'EM栓塞仪分析叶片水力传导（K_leaf）；结合UHPLC-MS技术测定脱落酸（ABA）和生长素（IAA）含量；利用qPCR检测10个AQPs亚型（包括VvPIP1;1、VvTIP2;2等）的表达动态。所有测量在豌豆粒大小（PS）、转色期（VER）、完熟期（FM）和采后（Post-H）四个关键物候期完成。

3.1 气象数据
研究期间阿尔entejo地区呈现典型地中海气候特征，最高蒸汽压亏缺（VPD）达7 kPa。采前罕见降水事件（100 mm）为分析采后水分恢复机制提供了独特条件。

3.2 葡萄藤水分状态
Ψ_pd显示NI处理在所有品种中均达中度胁迫水平（<-0.6 MPa）。值得注意的是，采后降水使所有处理Ψ_pd恢复至-0.05 MPa以上，表明土壤水分完全补充。

3.3 气孔导度
转色期出现g_s峰值（Touriga Nacional除外），而NI处理的Castel?o保持较高g_s，体现其近非等水特性。长期非灌溉植株表现出气孔开度"记忆效应"，暗示干旱驯化的累积影响。

3.4 水力传导
K_leaf在早期物候期（PS-VER）维持高位，完熟期骤降80%，与细胞壁木质化进程相符。采后K_leaf在Syrah等品种中显著恢复，且与VvPIPs上调表达相关。

3.5 激素平衡
VER期[ABA]/[IAA]比值揭示两种响应模式：Syrah和Trincadeira呈现化学信号主导（比值随胁迫加剧而升高），而Petit Verdot和Touriga Nacional则依赖水力信号调控。

3.6 水通道蛋白表达
AQPs表达呈现显著基因型-物候互作：近非等水品种（如Castel?o）在PS期上调VvTIPs（尤其是VvTIP2;1），而近等水品种多表现为下调。采后阶段多数AQPs基因沉默，与叶片衰老程序启动一致。

该研究创新性地构建了葡萄藤水力调节的时空模型：早期生长阶段（PS-VER），AQPs介导的细胞膜水通透性调节与气孔活动协同维持水分运输；果实发育期（FM），程序性AQPs下调引导资源向生殖器官分配；采后阶段则通过选择性激活VvNIPs等亚型促进营养回流。这种动态调控网络解释了品种间水分利用策略的分化——近等水品种通过ABA-AQPs耦合实现早预警式气孔关闭，而近非等水品种则依赖水力反馈的滞后调节。

研究结果对气候变化下的葡萄栽培具有双重指导价值：首先，鉴定出VvTIP2;1等可作为标记基因辅助抗旱品种选育；其次，揭示采后灌溉对Syrah等品种水力恢复的显著益处，为制定物候精准灌溉方案提供理论依据。该工作突破了传统iso/anisohydric二分法的局限，提出基于AQPs表达模式的葡萄藤水力功能分类新框架，为应对全球干旱化趋势的作物适应性研究树立了多组学整合分析范式。