《Scientific Reports》：Kaolin particle film reduces drought stress in grapevines and regulates photosynthesis and antioxidant capacity
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干旱是制约中国干旱半干旱地区葡萄栽培的主要因素之一。本研究探讨了高岭土颗粒膜（KPF）如何缓解葡萄幼苗的自然干旱胁迫。研究发现，叶面喷施KPF能显著降低干旱指数和蒸腾作用，同时提高叶片相对含水量和净光合速率。此外，KPF有效减轻了氧化损伤，并调控了抗氧化系统和渗透调节物质的动态变化。结果表明，KPF主要通过物理抗蒸腾机制维持细胞水分平衡，而非化学激活防御响应，为作物抗旱栽培提供了新的见解和理论依据。
在广袤的干旱与半干旱地区，水资源的匮乏如同一把悬在农业生产头顶的达摩克利斯之剑，严重制约着包括葡萄在内的多种作物的生存与发展。面对日益严峻的干旱挑战，寻找高效、环保的节水抗旱技术成为农业科学研究的当务之急。高岭土颗粒膜作为一种白色的矿物材料，喷洒在作物叶片表面能形成一层反光薄膜，此前已在缓解高温、强光等胁迫方面展现出潜力，但其在缓解作物干旱胁迫的具体生理机制，尤其是在光合作用和抗氧化防御层面的调控细节，仍需要更深入的探究。为了解开这个谜团，研究人员将目光投向了酿酒葡萄的重要品种‘赤霞珠’。
为了揭示高岭土颗粒膜如何帮助葡萄抵御干旱，研究团队设计了一项精细的温室控制实验。他们以‘赤霞珠’幼苗为材料，设置了三种处理条件：自然干旱组、自然干旱加喷施高岭土颗粒膜组，以及正常灌溉的对照组。实验模拟了渐进式的干旱过程，并在处理后的第0、5、9、13和17天，系统性地测定了多项关键生理指标。这些指标涵盖了植株的干旱受害程度、水分状况、光合性能、氧化损伤标志物、以及一系列抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量变化。
通过这项研究，主要采用了以下关键技术方法：在受控温室环境下进行渐进式自然干旱胁迫处理，并设置对比组；使用叶绿素荧光仪或光合作用测定系统，对叶片净光合速率（An）、气孔导度（gs）和蒸腾速率（E）等气体交换参数进行动态监测；采用生理生化方法测定叶片相对含水量（RWC）、干旱指数，以及氧化应激标志物如过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）的含量；并通过分光光度法或酶联免疫法等技术，分析超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）的活性，以及谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸（ASA）、脯氨酸和可溶性蛋白等渗透调节物质的积累情况。
研究结果
KPF缓解了干旱胁迫对葡萄幼苗的生长抑制和水分亏缺
数据显示，在干旱进程中，喷施KPF显著降低了幼苗的干旱指数，降幅在10.98%至38.30%之间。更重要的是，KPF处理提高了叶片的相对含水量（RWC），增幅达5.12%至10.03%，这表明KPF有效帮助植株维持了更好的组织水合状态。
KPF调控光合作用并降低蒸腾耗水
在光合特性方面，KPF处理显着提升了叶片的净光合速率（An），增幅高达48.40%至134.75%。与此同时，它降低了气孔导度（gs），进而使得叶片蒸腾速率（E）大幅下降了24.05%至59.83%。这一“开源节流”的组合效应，即在增强碳同化的同时减少水分散失，是KPF提高植株水分利用效率、缓解干旱胁迫的核心生理表现之一。
KPF减轻了干旱诱导的氧化损伤
干旱常引发活性氧积累，导致氧化损伤。本研究發現，KPF处理显著降低了叶片中过氧化氢（H2O2）和膜脂过氧化终产物丙二醛（MDA）的含量，降幅分别为8.73–31.22%和19.89–21.79%。这说明KPF有效减轻了干旱胁迫造成的氧化应激水平和对细胞膜的伤害。
KPF调节了抗氧化防御和渗透调节系统
研究人员进一步分析了植株的主动防御响应。在干旱胁迫的早期和中期，KPF处理下的植株，其超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，以及谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸（ASA）、脯氨酸和可溶性蛋白等渗透调节物质的积累量，均低于单纯干旱处理的植株。然而，在胁迫最严重的时期（第17天），KPF处理帮助维持了这些物质一定水平的代谢活性。这种动态模式提示，KPF的作用可能并非强烈化学性地激活这些耗能的防御通路。
研究结论与意义
本研究的结论明确指出，叶面喷施高岭土颗粒膜能够有效缓解葡萄幼苗遭受的自然干旱胁迫。其核心机制并非通过生物化学途径强烈激活抗氧化酶系统等传统防御反应，而是主要依靠一种物理机制发挥作用。这层颗粒膜很可能扮演了“抗蒸腾剂”的角色，通过反射部分光能和缩小气孔开度，显著降低叶片蒸腾作用，从而在干旱环境中帮助植株维持更有利的细胞水分状况。这种改善的水分状态间接减轻了氧化应激，并使得植株无需在胁迫早期就过度启动高耗能的防御系统，将资源更多地用于维持基本代谢和生长。最终，这种“节流保水”的策略增强了植株的整体耐旱性。
这项研究发表于《Scientific Reports》，其重要意义在于从生理学层面深入阐释了高岭土颗粒膜这一物理防护措施缓解作物干旱胁迫的作用机理，明确了其“以物理保水为主，而非化学激防”的核心特性。这为在干旱半干旱地区推广使用这种环境友好型农业技术提供了坚实的理论支撑，对于发展节水农业、保障葡萄及其他作物的稳定生产具有重要的实践参考价值。
