Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7724 (2023) Цитировать эту статью
2026 Доступов
38 Альтметрика
Подробности о метриках
Поддержание производства вина в условиях глобального потепления частично зависит от оптимизации выбора растительного материала для данного винодельческого региона и разработки засухоустойчивых сортов. Однако прогресс в этих направлениях сдерживается отсутствием понимания различий в засухоустойчивости генотипов Vitis. Мы исследовали закономерности уязвимости к ксилемной эмболии внутри и среди 30 видов и подвидов (сортов) Vitis из разных мест и климатических условий, а также оценили риск уязвимости к засухе в 329 винодельческих регионах мира. Летом уязвимость к эмболии у разных сортов снизилась. Среди сортов нами обнаружены большие различия по засухоустойчивости сосудистой системы винограда. Это особенно справедливо в отношении Vitis vinifera, разновидности которого распределены по четырем кластерам уязвимости к эмболии. Уни Блан и Шардоне оказались среди наиболее уязвимых, а Пино Нуар, Мерло и Каберне Совиньон вошли в число самых устойчивых. Регионы, которые, возможно, подвергаются большему риску уязвимости к засухе, такие как Пуату-Шаранта, Франция и Мальборо, Новая Зеландия, не обязательно имеют засушливый климат, но скорее имеют значительную долю уязвимых сортов. Мы показываем, что сорта виноградной лозы могут не одинаково реагировать на более теплые и засушливые условия, и подчеркиваем, что гидравлические характеристики являются ключевыми для улучшения пригодности виноградарства в условиях изменения климата.
Повышение температур и изменения в характере осадков представляют собой серьезную угрозу глобальному производству сельскохозяйственных культур1,2,3, а поддержание высоких и стабильных урожаев в условиях засухи и/или более строгой политики сохранения водных ресурсов является серьезной проблемой для устойчивости сельскохозяйственных систем. Виноградная лоза играет важную культурную роль и является третьей по ценности садовой культурой в мире4. Винодельческие регионы мира в последнее время столкнулись с сильными и частыми засухами и волнами жары, например, в 2009 году в Австралии, в 2015 году в Калифорнии и в 2019 году во Франции, и последующие экономические потери в производстве вина были значительными5. Понимание того, как виноградная лоза реагирует на экстремальные погодные условия, такие как все более суровые и продолжительные засухи, имеет решающее значение для консультирования винодельческой отрасли о том, какие сорта и методы виноградарства лучше всего адаптировать к повышенному риску засухи.
Адаптация виноградарства к изменению климата впервые рассматривалась с фенологической точки зрения6,7,8. Исторически сложилось так, что для конкретных регионов выбирались определенные сорта винограда, чтобы их фенологические циклы соответствовали местному климату9. Например, Пино Нуар и Рислинг, которые созревают рано, выращиваются в более прохладных регионах, тогда как позднеспелые Гренаш и Мурведр предпочитаются в более жарком климате10. Фенологическое разнообразие Vitis vinifera велико8, и было высказано предположение, что увеличение разнообразия сортов с различной фенологией может смягчить потери сельскохозяйственных площадей и негативное воздействие изменения климата7. Однако продуктивность растений зависит от наличия воды и фотосинтетической способности11,12, и, следовательно, оптимизация фенологии сама по себе не может повысить устойчивость виноградной лозы к засухе.
Что касается засухоустойчивости, виноградная лоза выделяется среди основных однолетних культур по двум особенностям. Во-первых, это многолетняя культура, урожай которой ожидается в течение многих десятилетий. Таким образом, он должен выдерживать периоды засухи как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе, т.е. быть в состоянии производить ежегодно, избегая при этом пороговых значений смертности, вызванной засухой, на протяжении многих лет13. Во-вторых, дефицит воды может улучшить качество ягод и вина, особенно красных вин, за счет увеличения концентрации сахара, антоцианов и танинов14,15,16. В результате производители в регионах, где разрешено орошение, склонны ограничивать полив, чтобы максимизировать производство высококачественного винограда, одновременно сводя к минимуму снижение урожайности. По этим причинам большой объем работ по физиологии виноградной лозы был сосредоточен на повышении эффективности использования воды, в частности, на попытках выяснить основные механизмы устьичной регуляции и ограничения фотосинтеза17,18,19,20,21. Однако эффективность использования воды часто приравнивают к устойчивости к засухе и повышению урожайности сельскохозяйственных культур в условиях стресса22, что не соответствует действительности23.
42% of the global winegrape bearing area, (ii) interspecific Vitis hybrid varieties, and (iii) commonly used Vitis rootstocks. Subsequently, these analyses allowed us to assess global wine regions with respect to their varietal diversity and resulting absolute risk of drought vulnerability. As a wide array of grapevine varieties are cultivated by humans, we hypothesized that the range of xylem vulnerability to embolism in grapevine would be relatively large, and thus, the risk of drought vulnerability would vary across vineyards worldwide./p> − 1 MPa)50,51. This strategy is meaningful in two ways: many vineyards worldwide are located in arid and semi-arid regions characterized by frequent drought stress52, and even irrigated during the growing season, the hydraulic system of grapevine remains under tension18,29,53, which makes embolism repair highly unlikely27. Second, comparing our dataset to midday water potentials (Ψmin) monitored in vineyards during rain-fed experiments indicated that grapevine varieties barely reach water potentials associated with critical thresholds of xylem embolism in perennial organs. This is particularly the case for the commonly studied Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon, for which reported Ψmin in vineyards were not lower than − 1.6 MPa28,53,54 whereas the onset of embolism (c.f. Ψ12) in stem was found at − 2.2 MPa. Other instances include Vitis vinifera cv. Merlot, whose stem Ψ12 of − 1.8 MPa is lower than Ψmin of − 1.5 MPa measured in Israel across the 2011–2012 seasons55, and Vitis vinifera cv. Tempranillo, whose stem Ψ12 = − 1.9 MPa is lower than Ψmin of − 1.4 MPa monitored in Spain across the 2000–2004 seasons56. This result supports previous observations that grapevine tends to operate within a safe margin of water potentials where embolism is rare18. This is possible because during drought grapevine continually adapts its functioning to avoid hydraulic failure, notably through stomatal closure limiting water loss28,30. In other words, grapevine aims at securing continuous water supply even if it is at the expense of carbon assimilation, and therefore, grape yield and quality. However, the scarcity of multi-year Ψmin records under field conditions for the majority of varieties makes extrapolating this strategy to the whole Vitis vinifera taxa difficult. Such information would notably be required for varieties such as Chardonnay and Sauvignon Blanc, which show higher embolism vulnerability than Cabernet Sauvignon and Merlot while being abundantly cultivated in regions like Australia and South Africa where fresh water resources for agriculture are scarce57./p> 0.5). In other words, regions that are at lower risk of large-scale drought vulnerability are not necessarily the ones bearing the highest number of varieties. This illustrates that from a physiological point of view, embolism vulnerability of specific varieties matters more than the diversity of varieties grown regionally. This result softens conclusions of recent studies that have advocated for the use of phenological diversity to mitigate the negative effects of climate change on wine production7,8. A thorough evaluation of possible avenues to adapt viticulture to warmer and drier conditions should certainly account for inter-varietal variation in hydraulic traits related to drought resistance45. This would particularly be necessary in the context of northward expansion of wine growing regions like in England, where the choice of materials has relied on matching variety phenology with local climate8. Second, the regional risk index of drought vulnerability varies independently from climate and shows a spatial heterogeneity around the world. Regions that have a greater risk index of drought vulnerability are not necessarily those from arid and semi-arid zones. For instance, Rheingau in Germany, Spanish Basque Country and Peel in Australia exhibit similar risk indexes even though they are located in continental, oceanic, and Mediterranean zones, respectively. In other words, growers have produced wine according to variety characteristics irrespective of xylem embolism resistance (e.g. timing of ripeness). This result indicates that no traditional wine growing region is immune to impacts of climate change regarding the risk of xylem embolism during prolonged drought. Yet, although the majority of grapevine bearing areas have experienced substantial warming during the last decades73, patterns of increasing temperatures are variable across latitudes and seasons74. In consequence, since ultimately hydraulic failure results from the relationship between the minimum water potentials measured in the field and the innate vulnerability of the varieties grown there, to what extent regions differ in vulnerability to drought in a more general sense remains an open question./p> 42% of the global winegrape bearing area (data from https://www.adelaide.edu.au/press/titles/winegrapes). The study included in particular nine of the top 10 winegrape varieties, namely Cabernet Sauvignon, Merlot, Tempranillo, Chardonnay, Syrah, Grenache, Sauvignon blanc, Ugni blanc and Pinot noir./p> 0.05 in all cases), and we are thus confident that the comparisons among varieties reported in this study are accurate./p>
Русский
English
Français
Deutsch
Español
Italiano
Português
日本語
한국어