熟性和季節(jié)因素與葡萄葉片耐霜凍能力的關(guān)系研究

孫魯龍，段秋艷，杜遠鵬*，翟衡*

（1. 山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院/作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；2. 貴州大學農(nóng)學院，貴州貴陽 550025；3. 德州市園林管理局，山東德州 253000）

低溫是影響植物正常生長、發(fā)育、結(jié)實的重要非生物脅迫[1]。在我國的東北、西北以及西南云貴高原產(chǎn)區(qū)，凍害成為限制葡萄品種引進和品種布局的重要因素。在過去的研究中，關(guān)于葡萄抗寒性的評價和比較取得較為突出的進步，這對于葡萄研究者和種植者了解葡萄的抗寒機理、減輕凍害具有重要的指導意義。但是，這些研究大多針對葡萄休眠季的根系、枝條和芽等器官而開展[2-6]，而春季和秋季霜凍對葡萄的影響相對較少[7]。

雖然春、秋季霜凍發(fā)生的頻率和強度都遠小于冬季凍害，但是霜凍對植物生長、發(fā)育及分布具有特殊的意義。生長季的霜凍可以對植物的營養(yǎng)器官甚至生殖器官造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害[8-9]，從而形成環(huán)境選擇壓，進而影響植物的地域分布[10]。近年來，由于氣候的變化，霜凍發(fā)生的可能性越來越大[11-12]，了解霜凍對葡萄生長的影響顯得越來越重要。對葡萄生產(chǎn)而言，春季的晚霜和秋季的早霜都可能對葡萄葉片造成傷害。一般認為，組織厚實的成齡葉比幼嫩的新生葉更耐低溫，但葡萄葉片對春、秋兩季霜凍的敏感性以及二者的差異究竟如何并沒有直接的研究。

植物在進化過程中可以通過改變生長周期以適應霜凍，即在春季晚發(fā)芽以躲避春季霜凍，在秋季早衰老以躲避秋季霜凍[8]。對于葡萄而言，早熟品種一般發(fā)芽早落葉早，晚熟品種一般發(fā)芽晚落葉晚，但葡萄熟性與葉片耐霜凍能力之間的關(guān)系并不明確。生產(chǎn)上具有經(jīng)濟價值的葡萄品種一般可以分為歐亞種、歐美種和種間雜種3大種群，每一種群中都有早熟品種和晚熟品種，葡萄種群與葉片耐霜凍能力之間的關(guān)系也不明確。充分了解各品種、種群的耐霜凍能力，可以為開發(fā)抗性種質(zhì)資源奠定基礎(chǔ)，同時對葡萄引種和品種布局也具有重要的意義。

本試驗在春季和秋季分別對生產(chǎn)上用到的3個種群、熟性不同的6個品種（每個種群選擇一種早熟品種、一種晚熟品種）的耐霜凍能力進行分析比較。

1 材料與方法

1.1 品種選擇與樣品采集

本試驗于2016年春季、秋季在山東農(nóng)業(yè)大學園藝科學與工程學院試驗站葡萄園及園藝學院實驗室進行。本葡萄園的種質(zhì)主要有歐亞種、歐美種和種間雜種3大種群，從每個種群中選擇一個早熟品種和一個晚熟品種作為試驗材料。所選品種信息如表1所示。

表1 試驗材料Table 1 Information of cultivars selected as materials

春季采樣及試驗時間為5月4—11日，此時所有品種都進入萌芽期；秋季采樣及試驗時間為9月1—7日，此時葉片還未出現(xiàn)大面積失綠衰老。春季采樣時，將新梢梢尖下第一片展開葉連同葉柄采下；秋季采樣時，將未失綠的功能葉片連同葉柄一起采下。為了防止葉片失水，每次采樣時間8∶00—9∶00。樣品采下后放在自封袋中，做好標記，置于冰盒保鮮，盡快帶回實驗室，放在4 ℃冰箱內(nèi)備用。一次采集的樣品在2 d之內(nèi)用于試驗。

1.2 霜凍處理

葉片采下后在高低溫濕熱測試箱（蘇州智河環(huán)境試驗設(shè)備有限公司）中進行霜凍試驗。參考CaraDonna的方法[13]進行霜凍處理。采集的葉片每20片一組，用鋁箔紙包裹成一束（秋季采集的葉片較大，每片葉單獨包裹，仍以20片為一組進行霜凍試驗），確保鋁箔紙中的葉片互不重疊，保證每片葉受凍均勻。試驗設(shè)定0、-1 ℃、-2 ℃、-3 ℃、-4 ℃、-5 ℃、-6 ℃七個目標低溫。霜凍降溫程序為：在20 min內(nèi)，測試箱中的溫度從室溫降到5 ℃；在6 h內(nèi)，測試箱中的氣溫從5 ℃降到目標低溫，之后在目標低溫維持2 h；在1 h內(nèi)測試箱中的氣溫從目標溫度恢復到5 ℃，霜凍處理結(jié)束。每個品種在每個目標低溫下重復處理7次。

1.3 霜凍傷害的判定

受凍的葉片表現(xiàn)為整片葉萎蔫、失綠、變褐，并由于細胞破裂而出現(xiàn)水漬狀，葉片失去膨壓變軟。

1.4 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計受凍葉片的比例，傷害比例=受凍葉片數(shù)/20。采用Origin 9.0建立傷害比例與溫度之間的Logistics回歸模型。根據(jù)回歸曲線方程，計算10%、50%、90%葉片受凍時的致死溫度LT10、LT50、LT90。采用半致死溫度LT50結(jié)合t檢驗，比較不同季節(jié)、不同成熟特性葡萄的葉片耐霜凍能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄葉片霜凍傷害與低溫的關(guān)系

圖1、圖2顯示，葡萄葉片對低溫的反應差異比較大，葉片凍害比例與低溫的關(guān)系可以用Logistics模型較好擬合。隨著溫度的降低，葉片霜凍傷害比例逐漸加大。

表2列出了葡萄葉片傷害比例為10%、50%、90%時的致死溫度LT10、LT50、LT90。從表2看出，可以造成葉片傷害的溫度并不是特別低，凍害溫度范圍也不是很廣。在春季，葡萄葉片發(fā)生霜凍傷害的溫度范圍為-5.09～-2.93 ℃（圖1，表2）；在秋季，葡萄葉片發(fā)生霜凍傷害的溫度范圍為-4.84～-1.63 ℃（圖2，表2）。

表2 不同葡萄品種葉片的LT10、LT50、LT90（單位：℃）Table 2 LT10、LT50、LT90 in leaf of different grapevine cultivar (Unit: ℃)

2.2 春季、秋季葡萄葉片耐霜凍能力比較

如表3所示，6個參試品種中有5個品種的春季、秋季葉片耐霜凍能力存在差異，只有‘弗蘭特納克’的葉片在春季、秋季的耐霜凍能力差異不明顯。大多數(shù)品種都表現(xiàn)出春季葉片耐霜凍能力高于秋季葉片耐霜凍能力，二者的溫度差值在0.17～1.52 ℃，差異最小的品種為‘美樂’，差異最大的品種為‘夏黑’。

表3 春季、秋季葡萄葉片耐霜凍能力比較Table 3 Comparison of leaf frost sensitivity in spring and fall

2.3 早熟、晚熟葡萄品種葉片耐霜凍能力比較

品種的早熟、晚熟特性與葉片耐霜凍能力存在顯著的相關(guān)性（表4）。在春季，歐美雜交種（夏黑、威代爾）、種間雜交種（弗蘭特納克、摩爾多瓦）早熟品種、晚熟品種的耐霜凍能力存在顯著性差異，且早熟品種葉片的耐霜凍能力低于晚熟品種葉片的耐霜凍能力。歐亞種（美樂、赤霞珠）早熟品種、晚熟品種葉片的耐霜凍能力不存在顯著性差異。

在秋季，3個種群早熟品種、晚熟品種葉片耐霜凍能力都存在顯著性差異。歐美雜交種早熟品種‘夏黑’葉片的耐霜凍能力要高于晚熟品種‘威代爾’葉片的耐霜凍能力；歐亞種（美樂、赤霞珠）、種間雜交種（弗蘭特納克、摩爾多瓦）早熟品種葉片的耐霜凍能力要低溫晚熟品種葉片的耐霜凍能力。

3 討論與結(jié)論

一直以來，生長季低溫對葡萄的影響并未引起生產(chǎn)者和研究者的足夠關(guān)注。這主要因為霜凍發(fā)生的概率和強度都較冬季凍害小。因此，關(guān)于葡萄抗寒性鑒定方面的工作大部分是針對冬季根系、芽、枝條進行的[2-5]，這種現(xiàn)象在其他果樹樹種上也是如此。隨著全球氣候變暖，“暖冬”出現(xiàn)的年份越來越多，冬季極度寒冷的情況逐漸減少，這使葡萄冬季凍害發(fā)生的可能性大大降低。然而，生長季波動性降溫天氣發(fā)生的概率卻有所增加[11-12]。近年山東發(fā)生的幾次秋季凍害，造成蓬萊、濟寧等地區(qū)上千畝葡萄的枝條葉片嚴重受損。這些說明，生長季低溫凍害對葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的威脅越來越大，必須引起足夠的重視。

表4 早熟、晚熟葡萄品種葉片耐霜凍能力比較Table 4 Comparison of leaf frost sensitivity in early and late-maturing cultivars

注：按照公認的標準，選擇半致死溫度LT50作為比較葉片耐霜凍能力的指標，采用T檢驗比較同一種群早熟、晚熟品種LT50的差異，顯著水平設(shè)定為0.05.*，0.05水平下差異顯著；**，0.01水平下差異顯著

Note: to be consistent with commonly accepted standard in cold-hardiness evaluation,LT50was selected as parameter used in T-test to compare the frost-tolerance of leaves. *as significant at 0.05 level; **as significant at 0.01 level

影響葉片抗寒能力的因素比較多，本研究對比了3大葡萄種群中，早熟品種和晚熟品種的葉片在春季和秋季的霜凍敏感性，總體而言季節(jié)和熟性都會影響葡萄葉片的耐霜凍能力。

在本試驗中發(fā)現(xiàn)，葡萄葉片凍害發(fā)生的溫度范圍為-5.09～-1.63 ℃（表2）。袁軍偉等[14]研究11個葡萄品種的根系半致死溫度，發(fā)現(xiàn)葡萄根系的低溫半致死溫度范圍在-9～-5.64 ℃；高振等[3]研究表明，釀酒葡萄枝條的半致死溫度范圍在-14.75～-13 ℃；高振[15]證明，冬芽的半致死溫度范圍為-29.84～-16.83 ℃。以上研究結(jié)果表明，葉片的耐低溫能力遠小于葡萄根系、枝條和冬芽的耐低溫能力。

在溫帶地區(qū)，一年之內(nèi)通常會發(fā)生兩次霜凍，即春季的晚霜和秋季的早霜。由于葡萄的生長期比較長，因此在生長季遭遇早霜、晚霜凍害都有可能。葡萄葉片在春季和秋季的耐霜凍能力存在很大的差異。大部分品種葉片在春季具有更高的耐霜凍能力，而在秋季對低溫比較敏感（表3），這一現(xiàn)象在3個種群中都有所體現(xiàn)。雖然目前沒有直接的研究結(jié)果來闡述抗寒性的季節(jié)性差異，但有研究表明，植物營養(yǎng)生長階段具有較多的可溶性糖、脯氨酸等抗寒性物質(zhì)，以及較高的抗氧化酶活[16]，這可能是造成春季、秋季葡萄葉片耐凍能力差異的主要原因。

品種成熟早晚的特性對葉片耐霜凍能力也有影響。在同一時期內(nèi)，至少有兩個種群早熟品種和晚熟品種的葉片耐霜凍能力存在顯著性差異（表4），這說明遺傳因素對葉片耐霜凍能力具有一定的影響。但是由成熟早晚特性造成的葉片耐霜凍能力差異會受到季節(jié)的強烈影響。在春季，歐亞種早熟葡萄‘美樂’葉片的耐霜凍能力與晚熟品種‘赤霞珠’葉片的耐霜凍能力差異不顯著，但是在秋季差異顯著；歐美雜交種早熟品種‘夏黑’葉片的耐霜凍能力和晚熟品種‘威代爾’葉片的耐霜凍能力在春季差異顯著，而在秋季差異更大更顯著；種間雜交種早熟品種‘弗蘭特納克’葉片的耐霜凍能力和晚熟品種‘摩爾多瓦’葉片的耐霜凍能力在春季差異顯著，而在秋季差異不僅變得更大更顯著，二者耐霜凍能力的相對關(guān)系也發(fā)生逆轉(zhuǎn)（表4）。由此可見，季節(jié)因素對葡萄葉片耐霜凍能力的影響可能要大于品種的熟性對葡萄葉片耐霜凍能力的影響。季節(jié)因素與葡萄熟性之間是否存在互作機制以調(diào)節(jié)葡萄葉片的耐霜凍能力是以后研究的重點。