劉博艷，張 靜，李浩宇，王 翼，康占海，尹寶重

（1 河北科技學院，保定071001）（2 河北農(nóng)業(yè)大學植物保護學院）

葡萄白粉病是由葡萄鉤絲殼菌［Uncinula necator（Schw.）Burr.］侵染引起的真菌病害，在葡萄產(chǎn)區(qū)廣泛發(fā)生[1-2]。有報道顯示，白粉病輕度發(fā)生的葡萄園損失一般在15%～30%，嚴重的園地損失在70%以上，甚至絕收[3-4]。該病主要危害葉片、新梢和其他幼嫩器官，對葉片生理功能影響嚴重，表現(xiàn)為葉綠素含量下降、葉片早衰、光合功能降低[5]。另外，白粉病作為一種典型的氣傳葉部病害，在適宜的環(huán)境條件下，往往會形成較強的流行性，容易在短期內(nèi)大范圍擴展，嚴重影響植株長勢。因此，加強對葡萄白粉病發(fā)生潛勢與流行監(jiān)控，是病害精準高效防控的重要前提。

現(xiàn)階段，葡萄白粉病的監(jiān)測更多依靠人工判定，工作量大且準確度不高，在影響病害發(fā)生程度監(jiān)測效率的同時，也影響了防控時期與用藥量的確定，尤其在規(guī)模化種植的背景下，傳統(tǒng)病害監(jiān)測手段已無法適應。因此，無論從生產(chǎn)中還是科研實踐中，建立白粉病快速監(jiān)測體系，對提高作物病害監(jiān)測、防控效率有重要意義。從作物感病后所表現(xiàn)的特征來看，作物被病原菌侵染后，葉片色素、水分含量、光合生理狀態(tài)等均會發(fā)生變化[6-7]。而葉片作為癥狀表現(xiàn)比較集中的器官，同時又是同化物合成最多的器官，在病害發(fā)生后一般都會從形態(tài)到生理發(fā)生一系列改變。比如，當作物受到持續(xù)的病害脅迫后，其葉片細胞活性、生化組分，甚至葉片顏色、形態(tài)和角度等均會隨之改變，進而引起冠層反射光譜發(fā)生變化[8-9]。

因此，利用冠層和葉片對不同波段光譜反射特征及成像差異，明確其與作物病害種類和程度的相關關系，為作物病害高效調(diào)查、跟蹤和防控提供基礎數(shù)據(jù)，對提高病害防控效率，尤其開展無人機飛防作業(yè)的果園精準施藥和病害評估具有重要意義。本研究通過調(diào)查感白粉病葡萄葉部光譜反射差異、葉綠素（Chl）含量、丙二醛（MDA）含量、電導率（EC）、水勢（ψ）的變化，并明確不同指標的相關性，為葡萄白粉病智能綠色高效防控體系的建立提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020 年葡萄生長季在河北省辛集市張古莊鎮(zhèn)辛集市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心試驗基地進行。試驗地塊土壤為中性壤土，0～20 cm 耕層土壤有機質(zhì)含量14.9 g/kg、全氮含量1.32 g/kg、堿解氮含量67.9 mg/kg、速效磷含量24.6 mg/kg、速效鉀含量115.7 mg/kg。試驗區(qū)為溫帶季風氣候，平均年降水量453.5 mm，6—9 月為該區(qū)葡萄花期和漿果成熟期，常年累計降水量303.4 mm；2020 年6—9 月累計降水量276.3 mm，為正常降水年份。

1.2 試驗設計

供試葡萄品種為巨峰，植株為4 年生，雙壁籬架式，架高1.8 m，行株距4.0 m×1.3 m，葉幕高度1.5 m。試驗共分4 個小區(qū)，每小區(qū)20 株，小區(qū)內(nèi)不進行葉部病害防控，其他常規(guī)管理。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉片光譜反射率

在葡萄漿果生長中期（7 月中旬）和后期（8月中旬），分別選擇3 個晴天（7 月14、15、16 日和8 月14、15、16 日），于每天9：00—11：00，每小區(qū)選擇典型白粉病感病植株5 株，每株固定2個新梢，每個新梢自上而下調(diào)查9 片葉片（分上中下3 個部分，每部分3 片葉），按9 級分類法[8]，對感白粉病葉片進行分級，用CI-710 便攜式光譜儀對相同部位不同級別葉片進行光譜反射率測定，測定時選擇葉片上部、中部和基部各測1 次，計算每片葉片的平均值。

1.3.2 葉片生理指標

于第1 次葉片光譜測定同時（記為0 d），以及之后每隔6 d 測定1 次生理指標，至第2 階段光譜反射率測定位置，共5 次。測定內(nèi)容包括水勢（ψ）、丙二醛（MDA）含量、電導率（EC）和葉綠素（Chl）含量，每次測定均在每個小區(qū)按9 級分類法確定白粉病發(fā)病程度，分類標準參考杜鴻燕等[1]的病害發(fā)生程度分類方法，即：健株（0 級），無病葉；3級，病斑面積占整片葉面積的6%～10%；5 級，病斑面積占整片葉面積的11%～25%；7 級，病斑面積占整片葉面積的26%～50%；9 級，病斑面積大于整片葉面積的51%。于新梢上選擇病級相同的葉片各3 片，采用PMS-100 型植物氣穴壓力室測定葉片水勢，采用硫代巴比妥酸（TAB）法測定MDA 含量[9]，采用FE30-FiveEasy 型電導率儀測定EC 值。采用丙酮提取法測定葉綠素a（Chla）和葉綠素b（Chlb）含量，計算葉綠素總量（Chla ＋Chlb）[10]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 24.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，多重比較分析采用LSD 法，采用Origin 9.0 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同白粉病感病級別葡萄葉片光譜反射特征

由圖1-a 可知，在400～670 nm 波段的可見光區(qū)，該波段主要為葉綠素、類胡蘿卜素和藻膽素吸收帶，各病級葉片反射率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在550 nm 左右出現(xiàn)反射峰，但感病級別不同反射峰值和平均反射比例均有較大差異。其中，健康葉片（0 級）反射峰值為24%以上；感病3 級和5級相差較小，平均20.6%；而感病7 級及以上降低較為明顯，反射峰值均低于20%，且感病9 級葉片反射峰值僅為14.8%。400～670 nm 波段，不同感病級別葉片平均反射率相比，感病級別越低，其反射率也明顯更高。670～760 nm 波段，是單葉水平反射率迅速提高的區(qū)間，尤其與葉綠素含量密切相關的700～760 nm 波段，葉片反射率提高更為迅速。不同感病級別葉片對比，感病較輕的葉片其反射峰值更高，且感病較重葉片峰值出現(xiàn)得更早，即“藍移”現(xiàn)象更為明顯。比如，健康葉片（0 級）在760 nm 處反射率在60%以上，之后增幅便趨于平緩，而感病7 級和9 級的均在750 nm 波段以前就進入反射率增幅平緩區(qū)。在760～1 000 nm 的近紅外反射區(qū)，各感病級別葉片反射率變化均較小，但不同病級葉片反射率差異較大，且有顯著區(qū)別，其中健康葉片（0 級）反射率均值最高（63.5%），平均比其他4 個感病級別高7.9 個百分點，比感病最嚴重的9級葉片則高12.5 個百分點。漿果生長后期各波段反射率與中期基本相似，但各級別反射率更低（圖1-b）。

總體看，白粉病可顯著降低葉片反射率，感病級別越高，反射率降低越明顯，漿果生長中期和后期，各感病級別葉片與健株相比，分別平均下降16.5%和14.3%，生育期推遲會整體降低葉片反射率。400～670 nm 波段不同病級葉片光譜反射率降幅最大，平均降幅25.6%；760～1 000 nm 波段其次，為13.0%（圖1-c、d）。

圖1 不同白粉病發(fā)病程度葡萄葉片光譜反射率的差異

2.2 不同白粉病感病級別對葡萄葉片水勢、MDA含量和電導率的影響

由圖2 可知，隨生育期推進，葡萄葉片雖然也存在自然衰老現(xiàn)象，導致水勢下降，MDA 含量和電導率上升，但其自然變化幅度相對較小。從葡萄漿果生長中期至后期共30 d 測定區(qū)間，健康的葡萄葉片其水勢下降32.8%，MDA 含量和電導率則分別上升29.6%和29.1%。而感白粉病葡萄葉片其水勢隨生育期推進降幅顯著大于健康葉片，4 個不同感病級別葉片在30 d 測定期內(nèi)水勢平均降幅54.4%，其中，9 級感病葉片水勢降幅最高（64.3%）。不同級別葉片水勢降低幅度也有一定差異，感病3 級和5級葉片，水勢降幅相對較小，與健康葉片類似，基本呈較為平緩的線性下降趨勢，測定期內(nèi)平均日降幅1.6%；感病7 級及以上級別降幅則明顯大于3 級和5 級，日降幅2.1%（圖2-a）。

圖2 不同白粉病發(fā)病程度葡萄葉片水勢（a）、MDA 含量（b）和電導率（c）的差異

MDA 含量和電導率增幅變化規(guī)律與水勢類似。與健康葉片相比，感病3 級和5 級葉片，其MDA含量變化差異較小，測定期內(nèi)，3 級和5 級感病葉片MDA 含量平均增幅38.5%，比健康葉片平均高8.9 個百分點。7 級及以上則增幅較大，30 d 測定期內(nèi)，7 級和9 級感病葉片MDA 含量平均增加71.4%，其中9 級感病增幅最高，為73.4%（圖2-b）。MDA含量的增加和水勢的下降引起了細胞過氧化，導致電導率增加。由圖2-c 可知，在中輕度感?。? 級和5 級）情況下，葉片電解質(zhì)外滲引起的電導率增幅相對較低，僅比健康葉片高2.7 個百分點；但5級以上葉片電導率則顯著增加，平均增幅57.2%。

由此可見，白粉病可顯著降低葡萄葉片水勢，增加MDA 含量和電導率。與健康葉片相比，3 級和5 級中輕度感病葉片變幅較小，7 級和9 級感病葉片變幅較大，水勢降幅、MDA 含量和電導率增幅分別平均比健康葉片高29.4、41.9、28.5 個百分點，而且隨著葉片衰老，病害造成的影響有加劇趨勢。

2.3 不同白粉病感病級別對葡萄葉片葉綠素含量的影響

由圖3 可知，自然生長狀態(tài)下，葡萄葉片葉綠素含量隨生育期也存在一定程度的下降，30 d 測定期內(nèi)，Chla＋Chlb 共下降13.6%，Chla 和Chlb 降幅分別為13.0%和15.6%，其中，Chla 降幅較小。白粉病可顯著加速葡萄葉片葉綠素分解，在漿果生長中期進行調(diào)查（0 d），白粉病不同感病級別葡萄葉片便已經(jīng)對葉片葉綠素含量造成一定影響，4 個不同感病級別葉片Chla＋Chlb 平均降低49.2%，其中感病3 級和5 級葉片Chla＋Chlb 平均下降10.7%，7 級和9 級則平均下降32.8%。隨生育期推進，葉片逐漸有衰老的傾向，白粉病對葉綠素的影響程度依然存在，3 級和5 級降幅相對較小，30 d 測定期內(nèi)，葡萄葉片葉綠素總量平均降幅25.2%（Chla 和Chlb 含量分別下降25.3%和25.0%）；7 級和9 級平均降幅則達到43.5%，Chla 和Chlb 含量降幅分別為45.5%和35.5%。其中，Chla 和Chlb 含量降幅差異較小，尤其感病3 級葉片，與健康葉片葉綠素含量變化更為接近；而感病5 級葉片Chlb 含量變化則與感病7 級葉片Chlb 含量降幅更為接近，這說明Chla和Chlb 含量變化受病害影響的表現(xiàn)并不同步。

圖3 不同白粉病發(fā)病程度葉片葉綠素a 含量（a）、葉綠素b 含量（b）和葉綠素總量（c）的差異

總體看，各級別白粉病葉片均可引起葉綠素下降，與健康葉片相比，3 級和5 級的中輕度感病葉片變幅較小，感病7 級和9 級葉片變幅較大，30 d測定期內(nèi)，分別平均比健康葉片自然降幅高25.2、43.5 個百分點，且生育期推遲，隨葉片衰老，白粉病對葉綠素含量的影響呈加劇趨勢。

2.4 感白粉病葡萄葉片光譜反射特征與生理指標的相關性

由圖4-a 可知，在漿果生長中期，R1 與R3 波段反射率與ψ、Chla 和Chlb 含量呈顯著正相關（r≥0.96），與MDA 含量和EC 則呈顯著負相關（r≥-0.92）；R2 波段反射率與ψ、Chla 和Chlb 含量也呈正相關，但相關性稍低，分別為0.84、0.72 和0.87，與MDA 含量和EC 負相關性也較低，分別為-0.71 和-0.74。漿果生長后期，R1、R2 與R3 波段反射率與ψ、Chla 含量、Chlb 含量、MDA 含量和EC 相關性規(guī)律與漿果生長中期一致（圖4-b）。另外，各生理指標之間也有較為顯著的相關性，其中ψ與葉綠素含量呈顯著正相關，MDA 含量、EC 則與葉綠素含量呈顯著負相關。漿果生長中期至后期，各生理指標均有較大變幅，ψ與葉綠素含量呈顯著正相關，MDA 含量、EC 變幅則與葉綠素含量呈顯著負相關。漿果生長中期至后期，3 個波段反射率變幅與生理指標變幅相關性較?。▓D4-c）。

圖4 不同白粉病發(fā)病程度葉片光譜反射特征與生理指標的相關性

綜上所述，在漿果生長中期和后期，400～670、670～760、760～1 000 nm 3 個波段反射率與ψ、Chla含量、Chlb 含量均呈顯著正相關，平均相關系數(shù)為0.90；其中，400～670 nm 與ψ、Chla 含量、Chlb含量相關系數(shù)最高，相關系數(shù)分別為1.00、0.98 和0.99。不同波段反射率與MDA 含量、EC 則均呈顯著負相關，平均相關系數(shù)為-0.86。3 個波段在結(jié)果期內(nèi)反射率變幅與生理指標變幅相關性較小。

3 討論與結(jié)論

植物葉片色素含量、含水量以及相關表型特征的改變均會引起其反射光譜的差異[11-12]，同時各生理指標之間也存在較大的關聯(lián)性，因此，通過研究植物葉片反射光譜與生理、表型性狀的相關性，并借助反射光譜快速、無損和高效等優(yōu)點，對提高逆境脅迫對植物影響的監(jiān)測效率具有重要價值[13-14]。比如，有研究表明，葉綠素含量降低會導致作物在可見光波段光吸收程度減弱，反射率增大[15]；水分含量降低以及葉片細胞結(jié)構(gòu)改變會導致作物近紅外波段反射率增大；而許多病害均可引起植物葉片葉綠素和含水量的改變，進而引起冠層反射率的改變。

本研究表明，白粉病可顯著降低葉片反射率，感病級別越高，反射率降低越顯著，生育期推遲會整體降低葉片反射率。不同波段相比，可見光波段反射率受病害影響降幅最大，近紅外波段其次。進一步對葉片受白粉病侵染后的生理指標測定發(fā)現(xiàn)，白粉病可顯著降低葡萄葉片水勢，增加MDA 含量和電導率，并降低葉綠素含量。與健康葉片相比，3 級和5 級的中輕度感病葉片變幅較小，感病7 級和9 級葉片變幅較大，而且隨葉片衰老，病害造成的影響有加劇趨勢。同時，各波段葉片反射率與ψ、Chla 含量、Chlb 含量呈顯著正相關，平均相關系數(shù)為0.90，與MDA 含量和EC 則呈顯著負相關，平均相關系數(shù)為-0.86。由此可見，感白粉病葡萄葉片內(nèi)部生理指標發(fā)生的變化，包括葉綠體分解、細胞含水量下降，以及滲透調(diào)節(jié)失調(diào)等都在葉片表型性狀中得以反映，而且具有很強的相關性，其中水勢、葉綠素含量與光譜反射率相關系數(shù)超過0.9，與MDA 含量和EC 值也超過0.8。這也豐富了葡萄白粉病從表型到生理變化關聯(lián)特征研究的手段，為更深層認識病害對植物生理和表型帶來的協(xié)同影響效應提供了新思路。