釀酒葡萄品種對(duì)早霜凍抗性的適應(yīng)性評(píng)價(jià)

馬宗桓，陳佰鴻*，毛娟，王寶林，寧改星，王穎，韓麗娜，吳玉霞

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

甘肅省河西走廊是中國(guó)最早栽培葡萄和釀造葡萄酒的地區(qū)之一，具有悠久的葡萄釀酒歷史及深厚的葡萄酒文化底蘊(yùn)。該地區(qū)具有種植優(yōu)質(zhì)釀酒葡萄得天獨(dú)厚的地理資源優(yōu)勢(shì)，分布著大量適宜種植釀酒葡萄的地域，特別是河西走廊廣大沿沙漠地區(qū)，位于世界葡萄酒原料的最佳產(chǎn)區(qū)——北緯36～40°，具有適合多品種栽培的生態(tài)氣候條件。但該地區(qū)也存在低溫凍害、晚霜凍害及土地鹽堿化等不利于葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一些因素[1]。

凍害、晚霜凍是甘肅河西走廊地區(qū)葡萄生產(chǎn)面臨的最大問(wèn)題之一，近年來(lái)多次發(fā)生，造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。凍害、晚霜凍對(duì)釀酒葡萄造成極大的危害，其強(qiáng)度、時(shí)間、次數(shù)嚴(yán)重影響葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)，葡萄植株遭受晚霜凍害后，可造成芽體凍傷，新生枝葉萎蔫及花序干枯死亡。如甘肅祁連葡萄酒業(yè)公司葡萄基地在2004年5月2日、2012年5月12日凌晨分別遭受低溫晚霜凍害，當(dāng)晚溫度分別降到-8.3 ℃、-6.5 ℃，致使葡萄枝葉、花序全部?jī)鏊?，?dāng)年產(chǎn)量?jī)H為正常年份葡萄產(chǎn)量的10%，經(jīng)濟(jì)損失慘重；2010年底至2011年初的低溫凍害，導(dǎo)致苗木根系受凍，植株出土后不發(fā)芽或發(fā)芽不整齊，給當(dāng)年的產(chǎn)量造成非常大的影響[2]。

2017年10月初，該區(qū)發(fā)生大面積的早霜凍危害，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本次早霜凍危害造成釀酒葡萄品種及砧木葉片干枯，新梢頂部嚴(yán)重凍傷。本研究共采集了9個(gè)釀酒葡萄品種和3個(gè)砧木品種的一年生枝，比較了不同品種和砧木早霜凍后枝條的理化指標(biāo)，為河西地區(qū)釀酒葡萄抗凍栽培及育種提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

武威地區(qū)8～10年生的釀酒葡萄品種‘品麗珠’‘馬瑟蘭’‘黑比諾’‘美樂(lè)’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘小味兒多’‘雷司令’‘北冰紅’和砧木品種‘5BB’‘101-14’‘SO4’。

1.2 試驗(yàn)方法

武威地區(qū)在2017年10月初發(fā)生較為嚴(yán)重的早霜凍危害，危害從10月6日開(kāi)始持續(xù)一周時(shí)間，氣溫最低時(shí)達(dá)到-2.4 ℃（表1），造成該區(qū)域栽植的釀酒葡萄品種及砧木大面積落葉。在霜凍發(fā)生后，在凍害區(qū)域展開(kāi)調(diào)查，并采集了不同品種及砧木的一年生枝條，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定枝條的可溶性糖含量、束縛水/自由水之比、電解質(zhì)生出率、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量，各樣本均設(shè)置3個(gè)生物學(xué)重復(fù)。

表1 武威地區(qū)2017年10月6日—12日氣溫變化Table 1 Change in temperature from October 6 to October 12,2017 in Wuwei region

相對(duì)電導(dǎo)率用DDS-307型電導(dǎo)儀測(cè)定[3]，可溶性糖含量用蒽酮法測(cè)定[4]，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G-250法進(jìn)行測(cè)定[5]，MDA含量用硫代巴比妥酸法測(cè)定[6]。

總含水量測(cè)定參照陳建勛等的方法，束縛水含量測(cè)定采用馬林契克法進(jìn)行改進(jìn)[7]：將處理過(guò)的枝條切成薄片，準(zhǔn)確稱(chēng)取3份，每份0.5 g，置于已編號(hào)的3個(gè)試管中，放于電子天平上，去皮后，加入65%蔗糖溶液5 mL，然后稱(chēng)量所加蔗糖溶液質(zhì)量，并作相應(yīng)記錄。塞緊試管，以免水分散失，置于暗處放置5 h，其間不時(shí)輕輕搖動(dòng)，到預(yù)定時(shí)間后，充分搖勻溶液，用折射儀分別測(cè)定各管糖液濃度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，Origin 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 早霜凍對(duì)葡萄枝條電導(dǎo)率及MDA含量的影響

由圖1A可知，‘5BB’丙二醛含量最高，為0.53 μmol/L，顯著高于其他品種，‘馬瑟蘭’‘美樂(lè)’‘白玫瑰香’‘北冰紅’‘101-14’和‘SO4’丙二醛含量次之，‘品麗珠’和‘黑比諾’‘霞多麗’和‘小味兒多’丙二醛含量無(wú)顯著差異，‘雷司令’丙二醛含量最低，為0.30 μmol/L。由圖1B可知，不同品種電解質(zhì)滲出速率差異較大，‘品麗珠’‘小味兒多’‘黑比諾’和‘101-14’電解質(zhì)滲出速率較高，‘美樂(lè)’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘5BB’和‘SO4’電解質(zhì)滲出率無(wú)顯著差異。釀酒葡萄品種中‘北冰紅’電解質(zhì)滲出率最低，為42%，其次為‘馬瑟蘭’，電解質(zhì)滲出率為54%，砧木中‘5BB’電解質(zhì)滲出率最低，為65%。

圖1 早霜凍后葡萄枝條丙二醛含量及電解質(zhì)滲出率Figure 1 MDA content and electrolyte leakage rate of grape shoots after early frost

2.2 早霜凍對(duì)葡萄枝條總水含量束縛水與自由水比值的影響

由圖2A知，霜凍后枝條總含水量指標(biāo)在不同品種和砧木間表現(xiàn)不同，9個(gè)釀酒品種中，‘品麗珠’總含水量最低，為35.6%，其次為‘霞多麗’，總含水量為38.8%?！R瑟蘭’‘黑比諾’‘美樂(lè)’總含水量無(wú)顯著差異，‘美樂(lè)’‘白玫瑰香’ ‘小味兒多’總含水量無(wú)顯著差異。3個(gè)砧木中，‘101-14’總含水量最低，為37.2%，‘5BB’和‘SO4’總含水量顯著高于‘101-14’，總含水量平均為41.7%。由圖2B可知，束縛水/自由水比值釀酒葡萄品種和砧木間差異較大，9個(gè)品種中‘北冰紅’和‘馬瑟蘭’束縛水/自由水比值分別為2.0和1.8，顯著高于其它7個(gè)品種，其它品種束縛水/自由水比值依次為雷司令＞白玫瑰香＞霞多麗＞小味兒多＞品麗珠＞美樂(lè)＞黑比諾，其中，‘品麗珠’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘小味兒多’和‘雷司令’差異不顯著。3個(gè)砧木中，‘5BB’束縛水/自由水比值顯著高于其它砧木，為2.48，‘101-14’和‘SO4’差異不顯著，束縛水/自由水值為平均為1.28。

圖2 早霜凍后葡萄枝條總水含量及束縛水/自由水Figure 2 Total water content and the ratio of bound water and free water of grape shoots after early frost

圖3 早霜凍后葡萄枝條可溶性糖及可溶性蛋白含量Figure 3 Soluble sugar and protein content of grape shoots after early frost

2.3 早霜凍對(duì)葡萄枝條可溶性蛋白及可溶性糖含量的影響

由圖3A知，早霜凍后不同品種及砧木枝條可溶性糖含量差異明顯，9個(gè)釀酒品種中‘馬瑟蘭’‘北冰紅’‘小味兒多’‘霞多麗’枝條可溶性糖含量較高，‘黑比諾’和‘美樂(lè)’可溶性糖含量較低，二者無(wú)顯著差異，可溶性糖含量平均為2.1 mg/g?！?BB’‘101-14’和‘SO4’可溶性糖含量無(wú)顯著差異。由圖3B可知，不同品種可溶性蛋白含量在早霜凍后差異顯著，‘北冰紅’可溶性蛋白含量最高，為2.25 mg/g，‘小味兒多’‘霞多麗’‘美樂(lè)’‘黑比諾’‘馬瑟蘭’‘品麗珠’次之，‘白玫瑰香’和‘雷司令’可溶性蛋白含量最低，為2.01 mg/g。早霜凍后砧木可溶性蛋白差異較大，‘101-14’和‘SO4’可溶性蛋白含量顯著高于‘5BB’，其中‘101-14’可溶性蛋白含量最高，為2.31 mg/g，‘SO4’為2.26 mg/g，二者可溶性蛋白含量無(wú)顯著差異。

2.4 主成分分析

對(duì)9個(gè)釀酒葡萄品種和3個(gè)砧木枝條的抗寒性指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表2）。根據(jù)特征值＞1作為主成分個(gè)數(shù)的提取原則，本研究中提取了3個(gè)主成分，特征值分別為2.494、1.585和1.024，第一主成分中MDA、束縛水/自由水、可溶性蛋白和可溶性糖的載荷值較大，方差貢獻(xiàn)率為45.561%；第二主成分中電導(dǎo)的載荷值較大，方差貢獻(xiàn)率為26.423；第三主成分中總含水量載荷值較大，方差貢獻(xiàn)率為17.073%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85.057%。

通過(guò)主成分分析利用9個(gè)釀酒品種和3個(gè)砧木的抗寒性指標(biāo)的綜合得分對(duì)其進(jìn)行排序（表3），綜合得分表明，12個(gè)品種對(duì)低溫的抗性可能為5BB＞101-14＞SO4＞北冰紅＞美樂(lè)＞小味兒多＞馬瑟蘭＞白玫瑰香＞黑比諾＞雷司令＞霞多麗＞品麗珠。

表2 不同指標(biāo)主成分分析的成分載荷矩陣Table 2 Component load matrix of principal component analysis with different indexes

3 討論與結(jié)論

植物組織在逆境條件下時(shí)，會(huì)發(fā)生膜脂過(guò)氧化作用，在植物體內(nèi)膜脂過(guò)氧化經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)，最終分解為MDA，其含量可表明植物在逆境條件下遭受的傷害水平[8]。鐘海霞等[9]和曹建東等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫處理下MDA含量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。本研究對(duì)9個(gè)釀酒葡萄品種和3個(gè)砧木在早霜凍后枝條的MDA含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，9個(gè)品種間MDA含量差異不大，‘白玫瑰香’ MDA含量最高，為0.43 μmol/L，‘雷司令’MDA含量最低，為0.30 μmol/L。對(duì)3個(gè)砧木比較發(fā)現(xiàn)，‘5BB’MDA含量最高，顯著高于其他2個(gè)砧木，‘SO4’MDA含量較低。

表3 不同品種抗寒性的綜合得分及排序Table 3 Comprehensive scoring and sorting of cold resistance of different varieties

植物組織在低溫脅迫時(shí)，細(xì)胞質(zhì)膜選擇透性改變或喪失，從而使電解質(zhì)大量外滲。膜透性增大程度與低溫脅迫強(qiáng)度和抗寒性有密切關(guān)系，在低溫脅迫下，抗寒性強(qiáng)的植物膜透性變化相對(duì)較小，而抗寒性弱的植物膜透性明顯增大[11]。常溫下細(xì)胞膜是具有選擇性的半透膜，當(dāng)植物遭受低溫脅迫時(shí)，細(xì)胞類(lèi)囊體結(jié)構(gòu)瓦解，植物膜的選擇性降低，細(xì)胞內(nèi)溶液外滲[12]。膜脂受損后，細(xì)胞內(nèi)某些物質(zhì)的外滲引起細(xì)胞導(dǎo)電性的變化，是電導(dǎo)率法測(cè)定植物抗寒性的主要依據(jù)。根據(jù)細(xì)胞外滲液導(dǎo)電性的差異，確定膜透性的大小，從而推測(cè)膜的受傷程度和對(duì)寒冷的抗性強(qiáng)弱，是檢驗(yàn)植物抗寒性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法[12]?？购詮?qiáng)弱，基本上與其質(zhì)膜透性的大小呈負(fù)相關(guān)，即相對(duì)電導(dǎo)率與抗寒性成負(fù)相關(guān)。在低溫條件下，葡萄細(xì)胞電解質(zhì)滲出率都隨溫度下降而上升，呈明顯的S型曲線(xiàn)，每一品種的相對(duì)電導(dǎo)率變化曲線(xiàn)都有一個(gè)明顯的躍升階段，隨后便達(dá)到平緩狀態(tài)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，早霜凍后9個(gè)釀酒葡萄品種電解質(zhì)滲出率差異較大，‘品麗珠’和‘小味兒多’電解質(zhì)滲出率最高，顯著高于其他品種?！北t’電解質(zhì)滲出率為42%，在9個(gè)釀酒品種中最低。3個(gè)砧木電解質(zhì)滲出率差異較明顯，‘101-14’電解質(zhì)滲出率最高，為76%，顯著高于其他2個(gè)砧木品種，‘101-14’和‘5BB’電解質(zhì)滲出率差異不顯著。

植物的抗寒性與其體內(nèi)代謝及生理過(guò)程有密切的關(guān)系，而這些生理代謝活動(dòng)都是在水的參與下進(jìn)行的，因而，檢測(cè)不同溫度條件下植物組織水分狀況的變化特點(diǎn)，是植物抗寒生理研究的重要部分[14]。植物含水量與抗寒性的關(guān)系早已被許多學(xué)者所肯定，自由水和束縛水含量常與植物的生長(zhǎng)和抗逆性有關(guān)，自由水含量愈高，植物代謝活動(dòng)愈強(qiáng)，生長(zhǎng)也較快，但抗逆性較差。相反，束縛水含量越高，則抗逆性越強(qiáng)[15]。研究表明葡萄在自然低溫脅迫下束縛水含量增加，自由水含量減少，且隨著自然溫度的降低，束縛水與自由水的比值升高，束縛水與自由水的比值大小與抗寒性成正相關(guān)[16]。本研究發(fā)現(xiàn)早霜凍后9個(gè)釀酒葡萄品種總水含量表現(xiàn)為：雷司令＞白玫瑰香＞美樂(lè)＞小味兒多＞馬瑟蘭＞黑比諾＞北冰紅＞霞多麗＞品麗珠，其中‘白玫瑰香’‘小味兒多’和‘美樂(lè)’差異不顯著。3個(gè)砧木中‘5BB’和‘SO4’總水含量無(wú)差異，且顯著高于101-14的37.1%。不同品種間束縛水/自由水差異較大，‘黑比諾’束縛水/自由水最小，‘美樂(lè)’次之，‘北冰紅’和‘馬瑟蘭’該比值顯著高于其他品種，是‘黑比諾’的3.6倍，其他品種間差異不顯著。3個(gè)砧木與9個(gè)釀酒品種相比，束縛水/自由水比值顯著升高，‘5BB’束縛水/自由水之比最高，為2.4，‘101-14’和‘SO4’間無(wú)顯著差異。

可溶性糖在植物抗寒機(jī)制上的作用可從3個(gè)方面闡述：一是通過(guò)糖的積累降低冰點(diǎn)，增強(qiáng)細(xì)胞的保水能力[17]；二是通過(guò)糖的代謝，產(chǎn)生其他保護(hù)性物質(zhì)及能源；三是細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起保護(hù)作用。因此隨著溫度的降低，淀粉粒水解成可溶性糖，淀粉向糖的轉(zhuǎn)化與植物的抗寒性有密切關(guān)系[18]。植物在低溫環(huán)境下，可溶性糖積累并儲(chǔ)存在植物組織細(xì)胞中，降低水勢(shì)，從而提高細(xì)胞間抗寒能力[19-21]。肖東明等[22]對(duì)4個(gè)葡萄品種枝條經(jīng)過(guò)不同溫度條件處理后得出，隨低溫脅迫程度的遞增，可溶性糖含量呈現(xiàn)逐漸上升的走勢(shì)，表明可溶性糖含量的增幅與抗寒性強(qiáng)弱成正相關(guān)。低溫下可溶性糖含量與可溶性蛋白含量密切相關(guān)，具有保護(hù)蛋白質(zhì)避免低溫引起的凝固作用，進(jìn)一步提高植物抗寒性?？扇苄缘鞍拙哂休^強(qiáng)的親水能力，可減少低溫對(duì)組織的損害[23]。對(duì)可溶性糖的測(cè)定發(fā)現(xiàn)，‘馬瑟蘭’可溶性糖含量積累最多，和‘北冰紅’差異不顯著，‘黑比諾’和‘美樂(lè)’糖含量最低，這兩個(gè)品種在低溫后，可溶糖積累較慢，容易凍害，3個(gè)砧木中可溶性糖積累差異不顯著。9個(gè)釀酒品種的可溶性蛋白含量差異不大，‘小味兒多’在品種中可溶性蛋白積累最多，砧木品種與釀酒品種相比，可溶性蛋白含量積累顯著增加，這也可以更好的解釋砧木對(duì)低溫的適應(yīng)性?xún)?yōu)于品種的特性?！?01-14’和‘SO4’可溶性蛋白含量較高，無(wú)顯著差異，‘5BB’可溶性蛋白含量最低。

對(duì)9個(gè)釀酒品種和3個(gè)砧木品種主成分分析表明，枝條霜凍后，抗凍相關(guān)的3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到85.057%。綜合得分表明，12個(gè)品種的對(duì)低溫的抗性可能為：5BB＞101-14＞SO4＞北冰紅＞美樂(lè)＞小味兒多＞馬瑟蘭＞白玫瑰香＞黑比諾＞雷司令＞霞多麗＞品麗珠。

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