番茄果实-母体植株水分传输对亏缺灌溉的响应机制及水分-品质关系研究

Deficit irrigation (DI) has been widely adopted in agriculture and its effects on crop fruit quality have been extensively investigated. Nevertheless, the physiological basis of fruit quality response to DI is unclear and few studies have investigated how fruit-parent plant water transport contributes to fruit quality under DI. This project aims to study the structure and function of the water transport pathway between the fruit and the parent plant using microscopy and dye tracer and determine the hydraulic conductance of this pathway; to obtain the water potential difference between the stem and the fruit as the driving force for water transport; and to investigate the osmotic adjustment associated with sucrose metabolism in the fruit under DI. This project establishes relationships between water deficit, hydraulic conductance, fruit osmotic potential and main fruit quality attributes, serving as a theoretical basis for high-efficient water-saving irrigation strategies.

亏缺灌溉在农业生产上应用广泛，其对作物果实品质的表观影响已有大量报道，但亏缺灌溉影响果实品质的生理机制尚不明确，考虑果实-母体植株水分传输对果实品质影响机制的研究鲜有报道。本项目以果实-母体植株水分传输过程为切入点，采用显微观测和染料示踪研究水分运输通路的结构和功能，测定果实-母体植株连接部分的水力学导度和果实水势、母体植株水势，探明果实-母体植株水分传输通路的水力学性质和驱动力对亏缺灌溉的响应机制；以果实的蔗糖分解代谢为核心，通过研究果实的渗透调节过程，揭示果实的糖含量等品质指标对亏缺灌溉的响应机制。在此基础上，将明晰水分亏缺-水力导度-果实渗透势-果实品质的定量关系，为基于水分-品质响应关系的节水调质高效灌溉提供理论支持。

农业生产中，许多农作物的果实对食品安全和人类健康具有重要意义，在全球水资源短缺的情况下，亏缺灌溉不仅是节约水资源、维持环境可持续发展的重要策略，也是调控果实品质的有效方法。果实的品质参数对亏缺灌溉的响应已经有广泛的报道，番茄果实主要的品质参数（含水量、干重、鲜重等）对亏缺灌溉的响应，受到品种、水分亏缺程度和时间、果实发育阶段、作物生长条件等相关因素的影响。但是这些反应的机理还不清楚。本项目研究了亏缺灌溉影响果实品质的水力学机制。.水分是大多数肉质多汁果实中含量最高的成分，含水量是果实重要的加工储运品质。含水量是果实水分运输的结果，水分通过木质部和韧皮部由植株运输至果实，通过果实表皮蒸腾作用散失。本研究系统总结了水分亏缺对果实水分积累的影响，重点探讨了木质部的水力学特性、水分运输的驱动力以及水分的跨膜运输。.本研究通过水力学测定、果实吸水实验、染料示踪、光学和电子显微镜观测木质部水流模拟、 水量平衡-差减等方法，研究了番茄果实和果柄在充分灌溉和水分亏缺条件下的水力学特性。亏缺灌溉条件下，果实含水量降低，进入果实的木质部水流下降。水分亏缺对木质部水力阻力的影响不显著。水分亏缺降低了水分向果实运输的驱动力，这引起了果实与植株之间木质部水流的变化，可以解释果实水分积累的减少。在果实发育过程中，水分运输能力的下降并不是发生在通向果实的木质部通道中，而是发生在果实本身，这种影响可能存在于果实木质部的内部或外部。.这项研究为果实的逆境生理提供了新的认识，有助于未来利用亏缺灌溉生产优质果实。.