蘋果矮化砧木抗寒性的評價(jià)與比較

李翠紅，張永茂，馮毓琴，慕鈺文，李長亮，魏麗娟

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所, 甘肅 蘭州 730070)

蘋果矮化砧木抗寒性的評價(jià)與比較

李翠紅，張永茂*，馮毓琴，慕鈺文，李長亮，魏麗娟

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所, 甘肅 蘭州 730070)

【目的】研究不同蘋果矮化砧木半致死溫度與耐寒性的關(guān)系及抗寒性水平，以明確不同蘋果矮化中間砧抗寒力，為篩選適合出甘肅省栽植的抗寒矮化砧木提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳?個(gè)矮化中間砧1年生成熟枝條為試材，分別在-15、-20、-25、-30、-35 ℃條件下進(jìn)行低溫脅迫處理，以4 ℃冰箱處理的枝條為對照，測定不同低溫處理下各個(gè)砧木電導(dǎo)率、游離脯氨酸、可溶性糖、蛋白質(zhì)、丙二醛、SOD、POD酶活性等生理指標(biāo)的變化。【結(jié)果】各個(gè)砧木抗寒性與相對電解質(zhì)滲出率存在極顯著負(fù)相關(guān)，與MDA 含量也存在及顯著負(fù)相關(guān)；抗寒性與游離脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、POD和SOD存在極顯著的正相關(guān)?！窘Y(jié)論】通過系統(tǒng)聚類分析，在相似系數(shù)7.0水平上矮化砧木共分為3類，第1類為GM256。第2類： SH38、SH40、SH1、SH6。第 3類 ：T337、M9和M26。

矮化砧；抗寒性；評價(jià)；比較

【研究意義】矮化密植是當(dāng)今世界蘋果生產(chǎn)發(fā)展大趨勢，通過矮化密植栽培可以獲得蘋果的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效。實(shí)現(xiàn)蘋果矮化栽培的措施，一是利用蘋果矮化砧木；二是利用蘋果短枝型品種。在寒冷地區(qū)為了達(dá)到蘋果結(jié)果早，產(chǎn)量高和產(chǎn)量穩(wěn)定，通過各種途徑，培育出既抗寒、又矮化的蘋果矮化砧木，對提高蘋果的抗寒能力具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】由于蘋果短枝型品種不多，因此，利用矮化砧木是實(shí)現(xiàn)蘋果矮化密植栽培的主要途徑[1-4]。在國外應(yīng)用較多的矮化砧木有 M26、M9 等。在我國蘋果產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)應(yīng)用的蘋果矮化砧木是主要是 M 系和 MM 系，是20世紀(jì) 60 年代從英國引入的。從國外引入的這些矮化砧木，存在抗寒力較差，適應(yīng)能力不強(qiáng)，在我國北部的蘋果產(chǎn)區(qū)凍害有不同程度的發(fā)生，而在東北的寒地根本不能直接利用于蘋果生產(chǎn)，使寒地蘋果的矮化栽培技術(shù)發(fā)展緩慢。為了促進(jìn)矮化栽培，培育自主產(chǎn)權(quán)的矮化砧木和緊湊型品種，我國各研究單位，從20世紀(jì) 60 年代開始進(jìn)行了具有矮化資源的搜集和整理研究[5-8]。在我國由于不同地區(qū)氣候條件差異較大，目前迫切需要選育抗寒性強(qiáng)的矮化砧木，為促進(jìn)我國北方地區(qū)蘋果矮化密植集約化栽培的進(jìn)程，近年來，一些科研單位陸續(xù)在蘋果抗寒矮化砧方面進(jìn)行了研究，取得了很大的進(jìn)展，通過對種質(zhì)資源進(jìn)行抗寒性鑒定和抗寒生理的評價(jià)等，引入和提出部分抗寒力較強(qiáng)的矮化砧木。但是，關(guān)于矮化砧資源的抗寒性研究報(bào)道較少?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究以8個(gè)矮化中間砧1年生成熟枝條為試材，分別在-15、-20、-25、-30、-35 ℃條件下進(jìn)行低溫脅迫處理，以4 ℃冰箱處理的枝條為對照，測定不同低溫處理下各個(gè)砧木電導(dǎo)率、游離脯氨酸、可溶性糖、蛋白質(zhì)、丙二醛、SOD、POD酶活性等生理指標(biāo)的變化，【擬解決的關(guān)鍵問題】通過對不同蘋果矮化砧木低溫處理下枝條的各個(gè)抗寒性指標(biāo)進(jìn)行測定分析和評價(jià)，比較和確定各個(gè)砧木的抗寒性，對較抗寒的矮化砧抗寒性進(jìn)行了深入研究，有助于提出適宜寒地蘋果生產(chǎn)應(yīng)用的矮化砧木，同時(shí)為篩選出適合甘肅省栽植的抗寒矮化砧木提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年進(jìn)行,供試材料為蘋果的8種矮化砧木: M9、SH40、SH38、GM258、T337、M26、SH1、SH6。樣品采自甘肅省靜寧縣城川鄉(xiāng)大寨村苗木繁育基地。各樣品均選取生長健壯、粗細(xì)均勻一致的1年生枝條。取樣時(shí)間為 2015年6、7、8、9月，每月取1年生成熟枝條進(jìn)行測定，共測定4次。

1.2 試驗(yàn)處理

參照梅立新等[9]的試驗(yàn)方法，將采集的枝條依次用自來水、蒸餾水沖洗，并用紗布擦干，每品種枝條分成4 組，每組 5 段枝條，用干凈紗布包好放入塑料袋中，進(jìn)行低溫處理。試驗(yàn)設(shè)低溫處理溫度 -15、-20、-25、-30、-35 ℃ 設(shè)計(jì) 5 個(gè)處理。以 4 ℃/h 的速率降溫，當(dāng)溫度降至處理溫度并保持12 h 后，從低溫冰箱取出置于0 ℃解凍4 h 后室溫下放置 12 h 用于指標(biāo)測定，其余樣品繼續(xù)以4 ℃/h 的速率降溫到達(dá)設(shè)定溫度后再保持12 h，再取出一批枝段，直到 -35 ℃ 為止。

1.3 指標(biāo)的測定與方法

相對電導(dǎo)率測定：參照流暢等蘋果抗寒矮化砧的評價(jià)與篩選[10]。相對電導(dǎo)率用DDS-307型電導(dǎo)儀測定[11]；蛋白質(zhì)測定：蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)G-250法測定[12]；可溶性糖測定：可溶性糖含量用蒽酮比色法測定[12]；游離脯氨酸測定：脯氨酸含量采用茚三酮比色法測定[13]；丙二醛含量的測定：丙二醛含量用硫代巴比妥酸比色法測定[13]；SOD和POD酶活性測定：SOD酶活性用NBT法測定[14]，POD酶活性用愈創(chuàng)木酚法測定[14]。

數(shù)據(jù)采用Microsoft office Excel 2003和SPSS19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。運(yùn)用皮爾遜法進(jìn)行LT50與個(gè)生理指標(biāo)變化動(dòng)態(tài)的相關(guān)分析。采用系統(tǒng)聚類法對各個(gè)砧木的抗寒性進(jìn)行聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同低溫處理對砧木枝條相對電導(dǎo)率的變化

外滲電導(dǎo)率法目前已是果樹抗寒性研究的一種常用方法。同等條件下,電導(dǎo)率越高,則抗寒性越差。低溫處理?xiàng)l件下各砧木品種枝條相對電導(dǎo)率的變化見圖1, 溫度降低對各砧木品種電導(dǎo)率的影響變化模式基本呈S形上升趨勢。

各個(gè)砧木的相對電導(dǎo)率也隨著溫度的降低而緩慢增大，在整個(gè)降溫過程中砧木GM256的電導(dǎo)率最低，其次是SH1，M26砧木的電導(dǎo)率在整個(gè)過程中都最大；除砧木GM256和SH1溫度在-25 ℃以后相對電導(dǎo)率開始急劇增加外，其他各個(gè)砧木的相對電導(dǎo)率都在-15～-30 ℃附近時(shí),相對電導(dǎo)率急劇增大。相對電導(dǎo)率急劇增大,說明枝條組織已受到較嚴(yán)重傷害,膜透性增大, 細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)大量外滲。

2.2 不同低溫處理對矮化砧木枝條丙二醛(MDA)含量的變化

由圖2可以看出，各個(gè)矮化砧木的 MDA 含量隨處理溫度的降低都呈現(xiàn)上升趨勢。在整個(gè)低溫處理過程中，M26砧木的MDA含量最高，其次是T337和M9， GM256的MDA含量最小，其次是SH1，而MDA變化率確與MDA含量變化相反；在-35 ℃以后所有砧木枝條中 MDA 含量總體上呈現(xiàn)下滑趨勢，這說明植物細(xì)胞在溫度降低到一定程度已經(jīng)死亡，植物細(xì)胞膜生理機(jī)能已經(jīng)喪失，不再進(jìn)行生理代謝活動(dòng)。

圖1 不同低溫處理對砧木枝條相對電導(dǎo)率的影響Fig.1 Effects of different low temperatures on the relative conductivity of apple rootstocks

圖2 不同低溫處理對砧木枝條MDA含量的影響Fig.2 Effects of different low temperatures on the MDA of apple rootstocks

2.3 不同低溫處理對矮化砧木枝條POD酶活性的變化

如圖3所示，POD的活性變化趨勢是隨溫度的降低而增強(qiáng)，當(dāng)溫度降到一定程度POD酶活開始下降，在整個(gè)降溫過程中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。GM256和SH1砧木枝條的POD酶活性從0～-30 ℃直線上升，-30 ℃POD酶活達(dá)到最大，-30 ℃以后POD酶活開始下降，其他砧木溫度降到-25 ℃以后POD酶活就開始下降，在整個(gè)低溫處理過程中，GM256和SH1砧木POD酶活性顯著高于其他砧木，M26砧木的POD活性最低，其次是M9和T337。

2.4 不同低溫處理對矮化砧木枝條SOD酶活性的變化

如圖4所示，SOD酶活性的變化趨勢和POD酶活性變化趨勢一直，也是隨溫度的降低SOD酶活性呈現(xiàn)想增大后降低的變化趨勢；各個(gè)砧木在不同低溫處理下，SOD酶活性變化一致，砧木GM256和SH1的SOD活性顯著高于其他砧木，且溫度降到-30 ℃以后酶活開始下降，而其他砧木溫度在-20～-25 ℃附近SOD酶活就開始下降。這說明GM256砧木的抗寒性要強(qiáng)于其它處理。

圖3 不同低溫處理對砧木枝條POD酶活性的影響Fig.3 Effects of different low temperatures on the POD of apple rootstocks

圖4 不同低溫處理對砧木枝條SOD酶活性的影響Fig.4 Effects of different low temperatures on the SOD of apple rootstocks

2.5 不同低溫處理對矮化砧木枝條可溶性蛋白質(zhì)含量的變化

如圖5所示，各個(gè)砧木枝條的可溶性蛋白含量隨溫度的降低而呈現(xiàn)直線上升的趨勢，在整個(gè)低溫處理過程中，GM256砧木的可溶性蛋白含量顯著高于其他砧木，其次是SH1砧木，M26砧木在整個(gè)低溫處理過程中可溶性蛋白含量最低。

圖5 不同低溫處理對砧木枝條可溶性蛋白含量的影響Fig.5 Effects of different low temperatures on the soluble protein of apple rootstocks

圖6 不同低溫處理對砧木枝條游離脯氨酸含量的影響Fig.6 Effects of different low temperatures on the free proline of apple rootstocks

2.6 不同低溫處理對矮化砧木枝條游離脯氨酸含量的變化

由圖6可以看出，隨著溫度的降低，各個(gè)砧木枝條游離脯氨酸含量呈現(xiàn)不斷增大的趨勢， 0～-20 ℃附近，GM256砧木游離脯氨酸含量高于其他砧木，但各個(gè)砧木之間差異不顯著；從-25～-35 ℃范圍內(nèi)，GM256砧木的游離脯氨酸含量顯著高于其他砧木，其次是SH1砧木，其他砧木間差異不顯著。

2.7 不同低溫處理對矮化砧木枝條可溶性糖含量的變化

如圖7所示，在整個(gè)低溫處理過程中各個(gè)砧木枝條可溶性糖含量的變化隨溫度的降低而不斷增大，溫度從0～-25 ℃各個(gè)砧木的可溶性糖含量上升趨勢比較緩慢，且各個(gè)砧木之間差異不顯著；溫度降到-25 ℃以后，各個(gè)砧木的可溶性糖含量急劇上升，且GM256上升速度顯著大于其他砧木，M26砧木上升趨勢最小，且從-30 ℃以后，砧木M26和M9的可溶性糖含量有下降的趨勢。

2.8 不同低溫處理對矮化砧木枝條各個(gè)生理生化指標(biāo)相關(guān)性評價(jià)

蘋果矮化砧木枝條 POD 等酶活性均與砧木的生長勢顯著相關(guān)，通過對試驗(yàn)材料進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的測定，并對上面單因素做方差分析綜合得出結(jié)果(表1)。

M26的電導(dǎo)率和丙二醛最大，半致死溫度卻最小，GM256的LT50達(dá)到了-34.1280 ℃，其次是SH1；砧木GM256枝條的SOD、POD、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及游離脯氨酸的含量最高，且都達(dá)到顯著水平，其次是SH1、SH38、SH6，各個(gè)生理指標(biāo)最小的砧木為M26，其次為M9；根據(jù)各生理指標(biāo)和酶活判定不同砧木抗寒性為GM256>SH1>SH6>SH40>SH38>T337>M9>M26。

圖7 不同低溫處理對砧木枝條可溶性糖含量的影響Fig.7 Effects of different low temperaturse on soluble sugar of apple rootstocks

2.9 不同矮化砧木枝條抗寒指標(biāo)主成分分析相關(guān)矩陣

從表2可以看出,各個(gè)砧木抗寒性與相對電解質(zhì)滲出率及 MDA 含量呈負(fù)相關(guān)，與相對電解質(zhì)滲出率存在極顯著負(fù)相關(guān)，與MDA 含量也存在及顯著負(fù)相關(guān)；抗寒性與游離脯氨酸含量、可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶性糖含量、POD和SOD存在極顯著的正相關(guān)。由于眾變量之間存在一定的相關(guān)性，使得觀測數(shù)據(jù)所反映的信息存在重疊現(xiàn)象。故在葡萄抗寒鑒定中，不能單獨(dú)依賴上述某個(gè)或某2個(gè)指標(biāo)對葡萄一年生枝抗寒性進(jìn)行評價(jià),而采用主成分分析,在原始組合中利用新轉(zhuǎn)換組合的較少綜合指標(biāo),能夠較好地反映葡萄的抗寒性。

表1 蘋果矮化砧木枝條生理生化指標(biāo)

注：同列中不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note：Different capital letters in a column mean significant difference at 0.01 level.

表2 不同矮化砧木枝條抗寒性主成分分析相關(guān)矩陣

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note: ** mean significant difference at 0.01 level (double side); *means significant difference at 0.05 level (double side).

表3 半致死溫度(LT50)與在不同溫度下的生理指標(biāo)相關(guān)性分析

注：**表示在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note: **mean significant difference at 0.01 level (double side); *means significant difference at 0.05 level (double side).

2.10 半致死溫度(LT50)與在不同溫度下的生理指標(biāo)相關(guān)性分析

對不同矮化砧木在不同溫度處理的生理指標(biāo)與蘋果矮化砧低溫半致死溫度(LT50)做相關(guān)性分析，表3顯示，LT50與0～-35 ℃的可溶性糖變化量、可溶性蛋白變化量、游離脯氨酸變化量呈正相關(guān)，且與可溶性糖變化在0、-30和-35 ℃呈顯著正相關(guān)；與可溶性蛋白變化在-20和-25 ℃時(shí)呈顯著正相關(guān)；與游離脯氨酸在-20、-30和-35 ℃呈顯著正相關(guān)，-25 ℃時(shí)呈極顯著正相關(guān)。LT50與丙二醛含量、POD和SOD酶活性在0～-35 ℃呈負(fù)相關(guān)，且與丙二醛含量變化在0和-35 ℃時(shí)呈顯著負(fù)相關(guān)，與POD酶活在0、-15、-30和-35 ℃呈顯著負(fù)相關(guān)；與SOD酶活在-25和-30 ℃呈顯著負(fù)相關(guān)。

2.11 聚類分析

對各個(gè)不同矮化中間砧進(jìn)行抗寒性的系統(tǒng)聚類分析，在相似系數(shù)7.0水平上矮化砧木共分為3類，如圖 8所示，第1類包括GM256，GM256表現(xiàn)特征為低溫半致死溫度 LT50最低，說明GM256為供試所有品種中抗寒性最強(qiáng)的。第2類：SH38、SH40、SH1、SH6，該類特征是半致死溫度LT50較低，表明其抗寒性次之，低溫半致死溫度在-28.0288～-26.066 ℃。第 3類：T337、M9和M26，該類別特征為半致死溫度LT50最高，在-24.782～-23.187 ℃，表明其抗寒性最差。

1:T337, 2:SH38, 3:SH40, 4:M9, 5:GM256, 6:SH6, 7:M26, 8:SH1 圖8 系統(tǒng)聚類圖Fig.8 Hierarchical clustering plot

3 結(jié)論與討論

植物抗寒性鑒定方法有田間鑒定法[14]、組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)觀察法[15-16]、生理生化測定法[17-19]和電導(dǎo)法[20-23]等，其中電導(dǎo)法應(yīng)用得最為廣泛。幾種抗寒性的測定方法各有優(yōu)缺點(diǎn),與其他方法相比測定相對電導(dǎo)率比較簡單,而SOD酶的測定比較煩瑣, 且 SOD 酶容易失活,在測定過程中對環(huán)境和操作步驟要求都特別高,但是在品種間抗寒性相差較小時(shí), SOD 酶活性的測定則更能準(zhǔn)確和精確地從生理上反映出某個(gè)品種的抗寒性。丙二醛(MDA)含量的測定較SOD 酶活性的測定要簡便些。本研究通過對不同砧木枝條的相對電導(dǎo)率以及枝條的各個(gè)生理生化指標(biāo)的測定，將所測砧木的抗寒性分為3個(gè)等級：抗寒性較強(qiáng)的砧木為 GM256， 抗寒性居中的砧木為SH40、SH38 、SH1 和 SH6，抗寒性稍差的砧木為T337、M9和M26。本研究結(jié)果與李榮富等[14，16]對15種蘋果矮化中間砧進(jìn)行的抗寒性田間鑒定結(jié)果“GM256 在所測砧木中抗寒性較強(qiáng)”相一致。

通過本研究的試驗(yàn)結(jié)果可以看到，這項(xiàng)研究幾種方法確定的抗寒性各有利弊，相比其他方法超氧化物歧化酶(SOD)活性在蘋果矮化砧木抗寒性綜合評價(jià)中起到較為重要的作用，SOD 活性與電導(dǎo)率呈正相關(guān)，SOD 含量與可溶性蛋白、可溶性糖、游離脯氨酸含量呈負(fù)相關(guān)，MDA 含量與 POD 含量呈正相關(guān)。7個(gè)單項(xiàng)生理生化指標(biāo) SOD、POD、可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸、MDA、相對電導(dǎo)率在不同蘋果矮化砧木之間差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。該試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室通過人工降溫得出的，可能和自然條件有所不同，所以還有待于進(jìn)一步在實(shí)際田間生產(chǎn)中確認(rèn)。

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ScreeningandContrastofDifferentAppleDwarfedRootstocksHardiness

LI Cui-hong, ZHANG Yong-mao*, FENG Yu-qin, MU Yu-wen, LI Chang-liang, WEI Li-juan

(Institute of Agro-products Storage and Processing,Gansu Acadermy of Agricultural Sciences,Gansu Lanzhou 730070,China)

【Objective】The different apple dwarf rootstock medial lethal temperature relations with cold resistance and its cold resistance level were studied to provide the theoretical basis for the screening of the cold hardiness dwarf rootstock in Gansu province. 【Method】 Taken apple dwarf anvil (M9, SH40, SH38, GM258, T337, M26, SH1, SH6, 1 year born mature branches based anvil ) which were introduced from the domestic and foreign as experimental materials, under the low temperature of -15, -20, -25, -30 and -35 ℃, the cold storage branches in 4 ℃ refrigerator were used as CK, and the root stock conductivity, free proline, soluble sugar, protein, MDA, SOD and POD enzyme activity changes of physiological indexes under different low temperature processing were determined. 【Result】 The stock of hardiness had a very significantly negative correlation with relative electrolyte leakage rate and a significantly negative correlation with the MDA content; The stock of hardiness with free proline content, soluble protein content, soluble sugar content, POD and SOD existed a very significantly positive correlation. 【Conclusion】 By the system clustering analysis, the dwarf stocks at the similarity coefficient of 7.0 level were divided into three categories: Category 1 includes GM256; Category 2 T337,SH38, SH40, SH1, SH6; Category3: M9 and M26.

Dwarfed interstocks; Cold resistance; Evaluation; Contrast

1001-4829(2017)5-1183-06

10.16213/j.cnki.scjas.2017.5.034

2016-05-13

甘肅省蘋果產(chǎn)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目蘋果矮化砧穗組合與優(yōu)質(zhì)壯苗繁育技術(shù)集成研究(gpck2013-1)；甘肅省科技重大專項(xiàng)柱形蘋果引種試驗(yàn)及特性研究示范(1309NKDE040-001)

李翠紅(1981-)，女，甘肅蘭州人，研究實(shí)習(xí)員，碩士，主要從事果樹生理生態(tài)研究，E-mail：slc_258@163.com；*為通訊作者：張永茂(1957-)，男，甘肅蘭州人，研究員，博士，主要從事果樹栽培研究，E-mail：zhangym57@126.com。

S661.1

A

(責(zé)任編輯 陳 虹)