低溫脅迫下不同蘋果矮化砧木品種的抗寒性研究

石游，羅秉瑜，吾買爾江·亞森

（新疆伊犁州林業(yè)科學研究院，新疆 伊寧 835000）

蘋果矮化密植是當今世界蘋果發(fā)展的趨勢，具有結(jié)果早、產(chǎn)量高、便于機械作業(yè)、降低果園勞動強度等優(yōu)點。目前，新疆伊犁河谷蘋果矮化密植栽培正處于初步發(fā)展階段[1]，而抗寒性是影響蘋果矮化砧木適應性和栽培區(qū)域的重要因素。伊犁河谷冬春季易發(fā)生低溫凍害、倒春寒、霜凍等災害性天氣，嚴重影響果樹正常生長和結(jié)果，給林果業(yè)生產(chǎn)造成不同程度的損失。因此，應用抗寒性強的砧木和品種尤為重要[2]。伊犁州林業(yè)科學研究院自2010 年開始從疆內(nèi)外引進多種蘋果矮化中間砧及自根砧進行區(qū)域栽培試驗，通過砧木抗寒性鑒定，篩選出抗寒性強的蘋果矮化砧木品種，對提高蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)，擴大蘋果栽培區(qū)域[3]，促進伊犁河谷蘋果產(chǎn)業(yè)健康持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

不同砧木品種的抗寒能力不同，抗寒性差的品種枝干受凍后會出現(xiàn)開裂、抽條等現(xiàn)象[4]，這只是果樹的外在表現(xiàn)。而在植物體內(nèi)部，細胞受到低溫脅迫后，細胞質(zhì)膜受損，大量電解質(zhì)外滲[5，6]，表現(xiàn)為抗寒性越差的品種，電解質(zhì)滲出率越大。朱根海等[7]提出，利用電解質(zhì)滲出率擬合Logistic 方程，通過數(shù)學分析后可得到植物的半致死溫度（LT50）。王依等[8]采用人工模擬低溫的方法，利用LT50，比較了4 個釀酒葡萄品種的抗寒性。劉興祿等[9]利用電導法結(jié)合Logistic 方程，綜合評價了5 個蘋果砧木枝條的抗寒性。前人在利用電導法結(jié)合Logistic 方程比較多種植物的抗寒性方面取得了良好效果。但截至目前，對近年引入伊犁河谷的蘋果矮化砧木品種尚未進行抗寒性的綜合比較。因此，選擇引入伊犁河谷的10 個蘋果矮化砧木品種為試材進行低溫處理，利用電解質(zhì)滲出率擬合Logistic 方程計算LT50，結(jié)合凍害分級和恢復生長試驗，綜合評價參試砧木的抗寒性，旨為伊犁河谷蘋果抗寒栽培和篩選抗寒性強的蘋果矮化砧木品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蘋果矮化砧木品種10 個（表1），來自全國6 家育種單位。2021 年1 月初在伊犁州林業(yè)科學研究院察布查爾縣千畝科技示范基地，選擇露地栽培、管理一致的蘋果矮化砧木采集1 a 生枝條，要求枝條長勢良好、粗度一致且無病蟲害。每個品種采集60枝，長度截留約50 cm，粗度0.5～0.8 cm，采樣當日氣溫-12～0 ℃。

表1 參試砧木品種的用途和品種來源Table 1 Use and source of apple rootstock varieties tested

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 從枝條電解質(zhì)滲出率、LT50、凍害程度、恢復生長的萌發(fā)率4 個指標，對10 個蘋果矮化砧木的抗寒性進行綜合評價。

1.2.1.1 參試蘋果砧木品種的電解質(zhì)滲出率。將各品種枝條均勻分成8 組，用干凈的濕紗布包好，貼上標簽后放入冰箱內(nèi)，4 ℃保存。隨機取1 組作為對照（不進行低溫處理），測定其在室溫條件下的電解質(zhì)滲出率；其他7 組放入超低溫冰箱中進行低溫處理，試驗溫度設-16、-20、-24、-28、-32、-36和-40 ℃計7 個處理，降溫速度與升溫速度保持一致，為4 ℃/h 降至所設定溫度后保持12 h，再升至室溫保持12 h，測定枝條的電解質(zhì)滲出率。

電解質(zhì)滲出率測定方法。將低溫處理后的枝條依次用自來水、蒸餾水沖洗干凈，擦干后避開芽眼剪成長3 mm 左右的枝段，混合均勻，從中隨機挑選無損傷的枝段稱取1 g 放入試管中，加蒸餾水20 mL 振蕩搖勻，室溫下浸提10 h，用HANNA-EC215 型電導儀測定初電導值（S1）；然后封住試管口，置于沸水浴中煮20 min，取出后晾至室溫，測定其終電導值（S2）。每個處理重復4 次。根據(jù)公式，計算電解質(zhì)滲出率：

式中，Y為電解質(zhì)滲出率；S0為蒸餾水電導值；S1為初電導值；S2為終電導值。

1.2.1.2 參試蘋果砧木品種的LT50。用電解質(zhì)滲出率擬合Logistic 方程，通過公式Y(jié)=k/（1+ae-bt），應用SPSS 軟件直接計算得出枝條的LT50（電解質(zhì)滲出率為50%時的溫度）。公式中，Y為電解質(zhì)滲出率，t為處理溫度，k為相對電導率的飽和容量，a、b均為方程參數(shù)。

1.2.1.3 參試蘋果砧木品種的凍害分級。將低溫處理后的枝條兩端各剪去5 cm，剩余部位進行斜剪，根據(jù)橫截面的褐變程度[10]判斷枝條的受凍害級別（表2）。

表2 凍害分級標準Table 2 Classification standard of freezing injury

1.2.1.4 參試蘋果砧木品種低溫處理枝條的萌發(fā)率（恢復生長試驗）。將經(jīng)過低溫處理過的枝條在室溫（25 ℃）條件下放入水杯中進行恢復生長，定期澆水，30 d 后調(diào)查枝條萌發(fā)率。

1.2.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 利用Excel 12.0 軟件做圖和制表。利用SPSS 19.0 統(tǒng)計軟件，采用線性回歸方法進行指標的差異顯著性檢驗，置信水平為95%。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理下參試蘋果砧木品種電解質(zhì)滲出率的變化

隨著溫度的降低，參試品種的電解質(zhì)滲出率均基本呈升高—降低—升高的變化，在-32 和-40 ℃處理下出現(xiàn)2 個峰值，指標值除M26、青砧1 號、SH6 和T337 在-40 ℃處理下最高外，其他品種均為-32 ℃處理下最高，說明-32 ℃低溫處理時細胞質(zhì)膜受到嚴重損害，抗寒性很差（圖1）。溫度由-32 ℃下降至-36 ℃時，所有品種的電解質(zhì)滲出率均有所降低，這是植物組織處于低溫脅迫時自我保護功能的體現(xiàn)。

圖1 不同低溫處理下參試砧木品種枝條電解質(zhì)滲出率的變化Fig.1 Changes of electrolyte exudation rate of apple rootstock varieties under different low temperature treatments

溫度為-16～-20 ℃時，電解質(zhì)滲出率除SH6 降低外，其他品種均緩慢升高；溫度為-20～-24 ℃時，電解質(zhì)滲出率僅M26 和Y-1 略微下降，其他品種均緩慢上升；溫度降至-32 ℃時，所有品種的電解質(zhì)滲出率均達到較高水平，指標值順序為62-396＜青砧1 號＜SH6＜T337＜（M26=GM256）＜Y-1＜KM23＜SH1＜BP-176；溫度為-40 ℃時，各品種的電解質(zhì)滲出率順序為62-396＜BP-176＜青砧1 號＜GM256＜SH6＜SH1＜KM23＜Y-1＜T337＜M26。試驗低溫處理下，各參試品種枝條的平均電解質(zhì)滲出率順序為62-396＜Y-1＜青砧1 號＜BP-176＜SH1＜SH6＜GM256＜KM23＜M26＜T337。綜合分析低溫處理下枝條的電解質(zhì)滲出率，認為62-396、Y-1 和青砧1 號抗寒性較強。

2.2 低溫處理下參試蘋果砧木品種LT50 的變化

參試品種的LT50為-41.15～-25.75 ℃，指標值順序為62-396＜Y-1＜青砧1 號＜BP-176＜SH1＜SH6＜GM256＜KM23＜M26＜T337，其中，62-396、Y-1 和青砧1 號的LT50達到-40 ℃以下（表3），表明這3 個品種抗寒性較強；T337 的LT50居參試品種最高，表明其抗寒性為參試品種最差。

表3 參試砧木品種的LT50Table 3 LT50 of apple rootstock varieties tested

2.3 低溫處理下參試蘋果砧木品種凍害級別的變化

隨著溫度的降低，參試品種的受凍害程度增大（表4）。溫度為-16 ℃時，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 號未觀察到凍害發(fā)生，BP-176 出現(xiàn)了0～Ⅰ級凍害，GM256、M26、KM23 和T337 均出現(xiàn)了Ⅰ級凍害；溫度為-32～-20 ℃時，除T337 出現(xiàn)了Ⅱ級凍害外，其他品種凍害均為0～Ⅰ級；溫度為-36 ℃時，各品種均出現(xiàn)了不同程度的凍害，除T337 凍害（Ⅲ級）嚴重外，其他品種均受凍害較輕；溫度為-40 ℃時，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 號出現(xiàn)了Ⅰ級凍害，GM256、M26、KM23 和BP-176 出現(xiàn)了Ⅱ級凍害，T337 出現(xiàn)了Ⅳ級凍害?？梢钥闯?，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 號抗寒性較強，其次是BP-176、GM256、M26和KM23，T337 抗寒性為參試品種最差。

表4 不同低溫處理下參試砧木品種的凍害級別 （級）Table 4 Freezing injury levels of apple rootstock varieties under different low temperature treatments

2.4 低溫處理后參試蘋果砧木品種枝條萌芽率的變化（恢復生長試驗）

試驗低溫條件下，除-40 ℃處理的T337 枝條未能萌發(fā)外，其他品種所有低溫處理后的枝條均能萌發(fā)，但不同品種的萌發(fā)率不同；隨著溫度的降低，參試品種的枝條萌芽率均呈先升高后降低的變化，指標值除BP-176 以-32 ℃處理最高外，其他品種均以-24～-20 ℃低溫處理最高（表5）。-16 ℃處理后，62-396 的萌芽率最高，T337最低；-24～-20 ℃處理后，參試品種枝條的萌芽率普遍達到最高，在一定程度上說明適當?shù)牡蜏卮龠M了芽的休眠[11]，使植物組織抵抗低溫的傷害，其中62-396 的萌芽率最高；-32 ℃處理后，BP-176、KM23、62-396、青砧1 號的萌芽率超過60%，Y-1、SH1 和SH6的萌芽率為50%～60%，T337 萌芽率最低；-40 ℃處理后，KM23、62-396 和青砧1 號的萌芽率較高，達到了57%。綜合分析枝條低溫處理后的萌芽率，認為62-396、BP-176 和青砧1號抵御低溫的能力較強，T337 抵御低溫的能力為參試品種最差。

表5 不同低溫處理后參試砧木品種的枝條萌芽率Table 5 Shoot germination rate of apple rootstock varieties tested after different low temperature treatments （%）

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

植物在受到低溫脅迫時，體內(nèi)組織會發(fā)生一系列的生理生化反應，組織細胞變化過程復雜，因此不能用某一項指標來評價植物的抗寒性[12]。植物受凍后，細胞質(zhì)膜受到損傷，膜透性發(fā)生變化，細胞中電解質(zhì)等會滲出到周圍溶液中，通過測定溶液的電導值可反應出電解質(zhì)的滲出情況，表現(xiàn)為電解質(zhì)滲出越多，電導值就越高，抗寒性也就越差。利用電導法配合Logistic 方程可計算出植物的LT50，當外界溫度低于該溫度時，植物將受到不可恢復的傷害甚至死亡，該方法已在蘋果[13]、草莓[14]、櫻桃[15]等果樹上得到了廣泛應用。凍害分級是根據(jù)低溫脅迫下植物組織的褐變程度來進行等級劃分的一種方法?；謴蜕L是根據(jù)枝條受低溫脅迫后恢復生長或形成愈傷組織的能力來評價抗寒性的一種傳統(tǒng)的方法，在楊樹[16]抗寒性研究中已經(jīng)得到了較好應用。本研究采用這4 種方法，所得結(jié)果相互印證，可綜合評價各參試蘋果矮化砧木品種的抗寒性。在室內(nèi)利用超低溫冰箱人工模擬低溫環(huán)境，試驗過程中會產(chǎn)生一定的誤差，但是抗凍試驗是在同一水平下進行的，雖不能準確地判定植物所耐受的低溫值，但通過品種間的比較也可以篩選出較為抗寒的品種。

3.2 結(jié)論

對10 個蘋果矮化砧木品種進行梯度低溫處理，測定電導值，計算電解質(zhì)滲出率，通過擬合Logistic方程計算LT50，再結(jié)合凍害分級和恢復生長試驗，可以綜合比較各參試品種的抗寒性。研究結(jié)果表明，62-396、青砧1 號、Y-1 和BP-176 抗寒性較強，其次是SH1、SH6、GM256、KM23 和M26，T337 抗寒性相對較差。