云貴高原野生葡萄種質(zhì)資源葉片抗霜凍能力評價

孫魯龍，段秋艷，胡政，譚圓圓，田彥，劉進(jìn)平

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院，陜西楊凌 712100；2. 山東省德州市園林管理局，山東德州 253000；3. 貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州貴陽 271018）

隨著全球氣候變化加劇，近年來云貴高原葡萄產(chǎn)區(qū)春季出現(xiàn)異常低溫天氣越來越頻繁。據(jù)媒體報道，2017—2019連續(xù)3年云南省內(nèi)均發(fā)生過0 ℃以下不同程度的霜凍害，其中以2018年霜凍影響最為嚴(yán)重，元謀、蒙自等地葡萄新梢?guī)缀跞渴芎Α?018、2020年貴州威寧等高海拔地區(qū)也發(fā)生過不同程度的霜凍天氣。春季霜凍對云貴高原葡萄產(chǎn)業(yè)的威脅越來越大。

開發(fā)并利用適應(yīng)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的野生葡萄種質(zhì)資源，是應(yīng)對云貴高原地區(qū)霜凍威脅的重要策略。我國是葡萄屬植物重要的起源中心之一[1]，云貴高原地區(qū)因其具備獨(dú)特的生態(tài)條件而保留較為豐富的野生葡萄種質(zhì)資源[2-5]。然而，長期以來，研究者對云貴地區(qū)野生葡萄種質(zhì)資源的鑒定重點(diǎn)放在抗旱性鑒定方面[6-7]，較少涉及抗寒性特別是抗春季霜凍性的鑒定。

本研究以從云南、貴州收集到的6種野生葡萄種質(zhì)資源為試材，采用人工模擬霜凍的方式對其葉片抗霜凍能力進(jìn)行鑒定，旨在篩選抗春季霜凍的野生種質(zhì)資源，為云貴高原葡萄產(chǎn)區(qū)品種改良提供材料基礎(chǔ)。

1 材料與方法

本試驗(yàn)于2019年4—5月，在貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。此時所有種質(zhì)資源都已經(jīng)處于萌芽狀態(tài)。

1.1 樣品的采集

2017—2019年分別從云南賓川、麗江、蒙自、元謀、臨滄、曲靖，貴州花溪、平壩、六盤水、遵義、黔西、威寧、羅甸等地收集到華東葡萄（V. pseudoreticulataW.T.Wang）、毛葡萄（V.quinquangularisRehd.）、腺枝葡萄（V. adenoclataHand-Mass.）、美麗葡萄（V. bellula(Rehd.) W. T. Wang）、網(wǎng)脈葡萄（V. wilsonaeVeitch.）、刺葡萄（V. davidii(Roman.) Foex），以及栽培品種‘水晶葡萄’（V.viniferacv. Guizhou Crystalgrape）共7種種質(zhì)資源，單株定植于花盆中，置于林學(xué)院試驗(yàn)場常規(guī)管理。

2019年4月23日—5月6日期間，采集7種葡萄的嫩葉用于霜凍處理。參考孫魯龍等[8-9]的方法進(jìn)行樣品收集。采樣時，將新梢梢尖下第一片展開葉連同葉柄采下，立即用于試驗(yàn)。

1.2 霜凍處理

葉片的霜凍處理在高低溫濕熱測試箱（蘇州智河環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備有限公司）內(nèi)進(jìn)行，每10片嫩葉作為單次霜凍處理的一個重復(fù)。將10片嫩葉在鋁箔紙上均勻擺放互不重疊，并用鋁箔紙進(jìn)行包裹，防止低溫處理過程中失水。根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8 ℃ 8個目標(biāo)低溫，參考孫魯龍等[8-9]的方法設(shè)定霜凍降溫程序。重復(fù)3次。

1.3 霜凍傷害的判定

霜凍處理結(jié)束后，打開鋁箔紙，依次檢驗(yàn)每個葉片的受凍情況。受凍的嫩葉表現(xiàn)為整個葉片萎蔫、變褐。

1.4 數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計(jì)每次試驗(yàn)中10片嫩葉的凍害比例，凍害比例＝受凍葉片的數(shù)目/10。用Origin 9.0做出凍害比例和溫度之間的散點(diǎn)圖，并采用Logistic為模型進(jìn)行曲線擬合，獲得擬合曲線的方程后，計(jì)算凍害比例為10%、50%和100%時的溫度LT10、LT50和LT90。采用SPSS 21.0對品種的抗早霜能力進(jìn)行聚類分析。采用隸屬函數(shù)法計(jì)算不同品種LT10、LT50和LT90的隸屬函數(shù)值，并求出平均隸屬函數(shù)值，用于比較不同品種的耐霜凍能力[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄嫩葉對低溫的敏感性

隨著霜凍處理溫度的降低，不同葡萄種質(zhì)資源嫩葉的凍害比例越來越大。葉片凍害比例與低溫之間存在Logistics非線性回歸關(guān)系（圖1）。

根據(jù)Logistics模型計(jì)算出每個品種嫩葉傷害比例分別為10%、50%和90%時的溫度參數(shù)LT10、LT50和LT90（表1）。對于同一種葡萄種質(zhì)資源，其LT10、LT50和LT90依次降低；而不同葡萄種質(zhì)資源具有不同的LT10、LT50和LT90。在所調(diào)查的7種種質(zhì)資源中，刺葡萄葉片的LT10最低，網(wǎng)脈葡萄葉片的LT10最高；美麗葡萄葉片的LT50最低，網(wǎng)脈葡萄葉片的LT50最高；美麗葡萄葉片的LT90最低，華東葡萄葉片的LT90最高。在-6.48～-2.26 ℃，所調(diào)查的7種葡萄種質(zhì)資源嫩葉均可發(fā)生不同程度的傷害。

2.2 不同葡萄種質(zhì)資源嫩葉耐晚霜能力的聚類分析

根據(jù)不同葡萄種質(zhì)資源嫩葉的LT10、LT50和LT90對其進(jìn)行K-均值聚類，設(shè)定聚類數(shù)目為3，得到不同葡萄種質(zhì)資源嫩葉耐霜凍能力的分類結(jié)果（表2、表3）。第1類只有1種，為網(wǎng)脈葡萄，占調(diào)查種質(zhì)資源總數(shù)的14.29%，在3類中對霜凍最為敏感；第2類有華東葡萄、毛葡萄、腺枝葡萄3種，占調(diào)查種質(zhì)資源總數(shù)的42.86%，在3類中耐霜凍能力適中；第3類有美麗葡萄、刺葡萄、水晶葡萄，占所調(diào)查種質(zhì)資源總數(shù)的42.86%，在3類中最耐霜凍。

2.3 不同葡萄種質(zhì)資源嫩葉耐晚霜能力的隸屬函數(shù)分析

根據(jù)7種葡萄種質(zhì)資源的LT10、LT50和LT90分別計(jì)算各參數(shù)的隸屬函數(shù)值，并以3個參數(shù)的隸屬函數(shù)值的平均值綜合反映品種耐霜凍能力，對平均隸屬函數(shù)值進(jìn)行排序，獲得供試資源耐霜凍能力的相對排序，結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，對霜凍抗性最強(qiáng)的是刺葡萄，最弱的是網(wǎng)脈葡萄，其他種質(zhì)資源的霜凍敏感性介于二者之間。

3 討論與結(jié)論

表 1 葡萄種質(zhì)資源的晚霜敏感性Table 1 Frost sensitivity of seven kinds of grape germplasm resources/℃

表 2 葡萄嫩葉耐晚霜能力K-均值聚類Table 2 K-means clustering of frost resistance in leaves of grape

表3 葡萄葉片耐晚霜能力K-均值聚類中心Table 3 K-means clustering center of frost resistance in leaves of grape/℃

表4 葡萄種質(zhì)葉片耐晚霜能力的隸屬函數(shù)分析Table 4 Membership function analysis of frost sensitivity in leaves of grape germplasms

春季霜凍是一種較為特殊的凍害，其發(fā)生頻率及低溫程度都遠(yuǎn)弱于冬季凍害。然而，由于春季霜凍發(fā)生時，葡萄大多處于旺盛的營養(yǎng)生長時期，對低溫的抵御能力較弱，因此春季霜凍往往會對葡萄造成嚴(yán)重的低溫傷害，對葡萄當(dāng)年產(chǎn)量和品質(zhì)造成巨大的影響。近年來，春季霜凍對葡萄產(chǎn)業(yè)的影響變得越來越突出[11-13]。云貴高原地區(qū)是我國的新興葡萄產(chǎn)區(qū)，因其氣候多樣，光照充足，晝夜溫差大，年均溫度高，已成為我國優(yōu)質(zhì)早熟葡萄主產(chǎn)區(qū)。在歷史上，雖然云貴高原產(chǎn)區(qū)也存在霜凍災(zāi)害，然而近年來，該產(chǎn)區(qū)春季霜凍發(fā)生頻率越來越高，霜凍災(zāi)害越來越難以防控，嚴(yán)重威脅該產(chǎn)區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。選用抗霜凍資源從中挖掘抗性功能基因并用于葡萄品種改良是云貴高原產(chǎn)區(qū)應(yīng)對未來霜凍脅迫的重要策略，而對種質(zhì)資源的抗霜凍能力進(jìn)行評價則是實(shí)現(xiàn)這一策略的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。云貴高原地區(qū)擁有豐富的野生葡萄種質(zhì)資源，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境擁有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[2-5]，然而，長期以來并未有對其抗霜凍能力進(jìn)行評價的研究報道。

本研究對云貴高原野生葡萄種質(zhì)資源的抗霜凍能力進(jìn)行了綜合評價，發(fā)現(xiàn)云貴高原地區(qū)野生葡萄種質(zhì)資源的霜凍敏感范圍在-6.48～-2.26 ℃，其霜凍敏感范圍較栽培品種略寬[8]，說明野生種質(zhì)資源對春季凍害擁有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。孫魯龍等[8]將10%致死溫度LT10引入，以反映葡萄葉片對霜凍低溫的敏感性，并對12個栽培品種抗霜凍能力進(jìn)行評價發(fā)現(xiàn)，‘巨峰’對霜凍低溫最為敏感（LT10＝-2.30 ℃），‘SO4’最不敏感（LT10＝-3.80）[8]。本研究表明，云貴高原地區(qū)的7種葡萄資源中，對霜凍低溫最敏感的是網(wǎng)脈葡萄（LT10＝-2.26℃），與栽培品種‘巨峰’較為接近，最不敏感的是刺葡萄（LT10＝-4.91），顯著低于砧木品種中的‘SO4’，且有4種種質(zhì)資源（毛葡萄、美麗葡萄、刺葡萄、水晶）對霜凍低溫的敏感性低于‘SO4’，說明云貴地區(qū)的野生葡萄資源較栽培品種對霜凍普遍不敏感，這可能與其萌芽遲表現(xiàn)為避霜有關(guān)[14]。

本研究中的7種葡萄種質(zhì)資源的LT50范圍為-5.16～-3.01 ℃，極差為2.15 ℃。而前期研究中12個栽培品種的LT50范圍為-4.39～-2.51 ℃，極差為1.88 ℃[8]，二者極差相近，但是云貴高原地區(qū)7種種質(zhì)資源的LT50顯著低于栽培品種，在LT90方面的結(jié)果與LT50類似[8]，說明云貴高原地區(qū)的葡萄種質(zhì)資源對霜凍的耐受力更強(qiáng)。

將云貴地區(qū)葡萄種質(zhì)資源嫩葉的耐霜凍能力分為3類（表2），在所調(diào)查的7種種質(zhì)資源中，霜凍抗性中間類型和耐霜凍型的比例均為42.86%，其耐霜凍溫度范圍在-4.36～ -3.91 ℃。大多數(shù)栽培品種的耐霜凍能力為中間型，其耐霜凍溫度范圍在-3.9～-3.4 ℃[8]，比云貴高原地區(qū)霜凍抗性中間類型的耐霜凍低溫較高，但二者對低溫適應(yīng)范圍都比較窄。云貴高原地區(qū)葡萄種質(zhì)資源抗霜凍類型的LT10、LT50和LT90分別為-3.89 ℃、-5.16 ℃和-6.48 ℃，其耐霜凍溫度范圍在-6.48～-3.89 ℃，表現(xiàn)出較寬的低溫適應(yīng)范圍。

綜上所述，本研究中所調(diào)查的云貴高原地區(qū)7種葡萄種質(zhì)資源表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗霜凍能力。具體而言，這些種質(zhì)資源與栽培品種相比對霜凍低溫不敏感，絕大多數(shù)資源可以忍受較低的霜凍低溫，對低溫的適應(yīng)范圍較寬。這些特性均有利于其在惡劣的突發(fā)性降溫天氣中存活，具有較高的開發(fā) 價值。