戶太8號(hào)葡萄抗寒性初步研究

宋光永，厲曉婷，栗曉妍，黨曉文，鄭旭成，周龍*

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052)

新疆是典型的溫帶大陸性氣候，非常適合栽培葡萄[1]，栽培歷史悠久，2020年產(chǎn)量達(dá)305萬(wàn)t，占全國(guó)的21.35%[2]，是中國(guó)最大的葡萄產(chǎn)區(qū)。但冬季嚴(yán)寒，葡萄易遭凍害，輕則枝條抽干，重時(shí)導(dǎo)致植株死亡[3]。研究葡萄的抗寒性對(duì)新疆乃至北方寒冷地區(qū)葡萄正常生長(zhǎng)結(jié)果具有重要意義。

戶太8號(hào)葡萄是中國(guó)自主選育、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種[4,5]，耐貯運(yùn)、不裂果、連續(xù)結(jié)果能力強(qiáng)，有玫瑰香味，比中熟品種巨峰早上市15 d左右。

當(dāng)前對(duì)戶太8號(hào)葡萄的研究集中在栽培管理[4,5]、果實(shí)品質(zhì)[6]、釀酒[7]等方面，對(duì)其抗寒性的研究較少。筆者對(duì)戶太8號(hào)葡萄一年生休眠枝條進(jìn)行不同的低溫處理，觀察測(cè)定在恢復(fù)生長(zhǎng)期的形態(tài)表現(xiàn)和生理指標(biāo)表現(xiàn)，分析評(píng)判其抗寒性，為戶太8號(hào)葡萄在新疆地區(qū)的栽培推廣提供理論參考。

1 試驗(yàn)材料

戶太8號(hào)一年生休眠枝條采自于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十二師頭屯河農(nóng)場(chǎng)。植株5年生，樹(shù)勢(shì)中庸，籬架栽培，株行距1 m×4 m，常規(guī)水肥管理，冬季覆土越冬。

2021年9月下旬植株開(kāi)始落葉進(jìn)入休眠期，11月20日采集長(zhǎng)勢(shì)良好一致、無(wú)病蟲(chóng)危害的一年生枝條80條，長(zhǎng)度15～20 cm，用棉被包裹埋于雪中貯藏。雪中貯藏7 d至11月27日取出，至此，戶太8號(hào)枝條已基本滿足需冷量。枝條用自來(lái)水清洗干凈，再用蒸餾水沖洗3次，吸水紙吸干水分放置在不同低溫條件下處理。

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2021年11月27日對(duì)枝條進(jìn)行低溫處理，設(shè)8個(gè)低溫梯度：-4 ℃(對(duì)照)、-7 ℃、-10 ℃、-13 ℃、-16 ℃、-19 ℃、-23 ℃、-27 ℃，(一般來(lái)說(shuō)，葡萄能抗-6～-8 ℃的低溫，參照前人對(duì)于植物人工模擬低溫脅迫的試驗(yàn)，采用-4 ℃作為對(duì)照)。以降溫速率4 ℃/h分別降至目的溫度，持續(xù)10 h，再以升溫速率4 ℃/h都升溫至25 ℃，解除低溫脅迫進(jìn)入生長(zhǎng)條件。枝條自低溫處理到恢復(fù)生長(zhǎng)試驗(yàn)完成(2021年11月27日至2022年1月5日)共計(jì)39 d。參照前人對(duì)枝條恢復(fù)生長(zhǎng)的研究方法，每隔3 d觀察拍照1次，共10次。

枝條恢復(fù)生長(zhǎng)條件1個(gè)月內(nèi)可萌芽，所受低溫傷害越輕，萌芽越早。30 d后仍不萌芽的枝條，解剖觀察內(nèi)部已干枯。

1.2 指標(biāo)測(cè)定

萌芽率 將不同低溫處理后統(tǒng)一升溫至25 ℃的枝條，在自來(lái)水中浸泡12 h，剪成上端為平口、下端為斜口的單芽莖段，蠟封上端切口，插入三角瓶中。在室溫25 ℃條件下進(jìn)行水培，每個(gè)處理重復(fù)3次。每3 d觀察1次萌芽情況并拍照，觀察生長(zhǎng)情況，計(jì)算萌芽率。

枝蔓電解質(zhì)滲出率 將低溫處理后恢復(fù)室溫的枝蔓，用蒸餾水沖洗干凈，切成薄片，混均取樣0.1 g放入25 mL玻璃試管中，加20 mL蒸餾水，在25 ℃下，用頻率150 r/min的搖床振蕩4 h。用雷磁DDS-307A電導(dǎo)率儀測(cè)定其初電導(dǎo)率(E1)、蒸餾水對(duì)照電導(dǎo)率(E0)，沸水浴30 min，冷卻至室溫后，再測(cè)定其終電導(dǎo)率(E2)，每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值。計(jì)算電解質(zhì)滲出率。

將求得的電解質(zhì)滲出率(y)，和處理溫度(t)用Logistic方程進(jìn)行擬合。根據(jù)試驗(yàn)得出的電解質(zhì)滲出率與處理溫度畫出散點(diǎn)圖，采用目前研究中常用的Logistic方程即擬合度最高的曲線，可在SPSS、Origin、R等常用軟件擬合。利用電解質(zhì)滲出率求半致死溫度的公式，計(jì)算出拐點(diǎn)溫度即為低溫半致死溫度(LT50)。

式中y為上一個(gè)公式所求出的電解質(zhì)滲出率；a、b為L(zhǎng)ogistic方程中的參數(shù)；t為處理溫度；k為枝條細(xì)胞受到低溫傷害的飽和容量。

組織褐變率 組織褐變率為枝條橫切面發(fā)生褐變面積(S1)與整個(gè)橫切面面積(S2)之比。參照牛立新的方法[8]，將低溫處理恢復(fù)室溫的枝條，用蒸餾水沖洗干凈，切成薄片，放置在舜宇SZ45解剖鏡下，觀察枝條橫切面的受凍害褐變程度及木質(zhì)部受凍害產(chǎn)生的變化。每個(gè)處理重復(fù)3次，取平均值。

丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)的含量 采用武漢伊萊瑞特生物科技公司試劑盒測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Office Home and Student 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，采用OriginPro 2022 SR1(學(xué)習(xí)版)分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 枝蔓恢復(fù)生長(zhǎng)情況

冬芽的萌動(dòng)程度，參照李華編著的《葡萄栽培學(xué)》相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行描述[9]。從圖1可看出，隨著處理溫度的降低，戶太8號(hào)葡萄枝條恢復(fù)生長(zhǎng)的能力漸弱。-4～-7 ℃處理后的冬芽在30 d內(nèi)進(jìn)入展葉期，全部萌發(fā)；-13 ℃處理的冬芽在30 d內(nèi)只進(jìn)入綠尖期，個(gè)別芽未萌發(fā)；當(dāng)-16 ℃或更低溫處理時(shí)，冬芽一直未萌動(dòng)。

圖 1 不同低溫處理的戶太8號(hào)葡萄一年生枝條在30 d的生長(zhǎng)情況

2.2 枝條組織的生理指標(biāo)

葡萄枝條組織褐變情況。表1顯示，隨著處理戶太8號(hào)枝條的低溫的降低，枝條組織褐變程度漸重。-4～-7 ℃處理的枝條無(wú)組織褐變發(fā)生；-10 ℃處理的枝條有部分褐變發(fā)生，褐變率為35%；-13 ℃處理的枝條褐變率超過(guò)50%；-16 ℃處理的枝條肉眼可見(jiàn)褐變，褐變率達(dá)90%；-19 ℃處理的枝條褐變率達(dá)100%。

表1 戶太8號(hào)一年生枝條不同低溫處理的生理指標(biāo)變化

枝條電解質(zhì)滲出率的變化。隨著枝條低溫處理的下降，戶太8號(hào)枝條電解質(zhì)滲出率逐漸上升，大體上呈現(xiàn)“慢—快—慢”的增長(zhǎng)趨勢(shì)，-4～-10 ℃處理時(shí)，電解質(zhì)滲出率緩慢上升；-10～-19 ℃處理時(shí)，電解質(zhì)滲出率上升加快；-19 ℃處理時(shí)，電解質(zhì)滲出率超過(guò)50%；-27 ℃時(shí)處理時(shí)，電解質(zhì)滲出率達(dá)到63.76%。

枝條中MDA含量的變化。隨著枝條處理低溫的降低，戶太8號(hào)枝條中MDA含量呈先升后降的變化趨勢(shì)。-4～-10 ℃處理時(shí)，MDA含量從36.76 nmol/g開(kāi)始緩慢上升；-10～-19 ℃處理時(shí)，MDA含量上升趨勢(shì)變快，達(dá)到峰值66.12 nmol/g；-23～-27 ℃處理時(shí)則急劇下降至30.91 nmol/g。

枝條中Pro含量的變化。隨著枝條處理低溫的降低，戶太8號(hào)枝條中Pro含量呈上升趨勢(shì)。-4～-7 ℃處理時(shí)，Pro含量從3.72 μg/g緩慢上升；-7～-13 ℃處理時(shí)，Pro含量上升趨勢(shì)加快；-13～-27 ℃處理時(shí)，Pro含量上升趨勢(shì)變慢，最終達(dá)到峰值12.10 μg/g。

2.3 低溫半致死溫度

隨著枝條處理低溫的下降，戶太8號(hào)枝條電解質(zhì)滲出率逐漸增加，溫度與電解質(zhì)滲出率之間的關(guān)系大致呈S型曲線，基本符合Logistic方程。將不同低溫處理的枝條所測(cè)得的電解質(zhì)滲出率和Logistic方程擬合，求得低溫半致死溫度LT50(表2)，擬合度為0.94417、參數(shù) a為3.02651、b為0.06544、k為100，擬合度較好，結(jié)果可信，戶太8號(hào)枝條的半致死溫度為-16.92 ℃。

表2 戶太8號(hào)葡萄枝條的低溫半致死溫度

3 小結(jié)與討論

在模擬梯度低溫脅迫下，戶太8號(hào)葡萄枝條的恢復(fù)生長(zhǎng)能力越來(lái)越弱，直到無(wú)法恢復(fù)；組織褐變面積逐漸變大，直到全部褐變；電解質(zhì)滲出率逐漸升高，用Logistic方程擬合，求得低溫半致死溫度為-16.92 ℃；丙二醛含量先升后降，游離脯氨酸含量逐漸升高。

植物遇到低溫傷害，具有一定的自我恢復(fù)能力，研究其遭遇低溫傷害后的恢復(fù)生長(zhǎng)能力，可用來(lái)評(píng)價(jià)其抗寒性的強(qiáng)弱[10]。植物遭遇低溫傷害后是否存活，主要通過(guò)芽對(duì)低溫的敏感性反映，芽在低溫下能否存活是鑒定植物抗寒性最直接和有效的方法之一[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，戶太8號(hào)一年生枝條經(jīng)-13 ℃低溫處理，30 d內(nèi)冬芽只能進(jìn)入綠尖期，個(gè)別冬芽無(wú)法萌動(dòng)。-16 ℃或更低溫處理，冬芽一直未萌動(dòng)。因?yàn)楫?dāng)植物受到凍害程度嚴(yán)重時(shí)，會(huì)影響其恢復(fù)生長(zhǎng)，甚至恢復(fù)生長(zhǎng)受阻[12]。戶太8號(hào)葡萄在低溫處理時(shí)，造成冬芽?jī)?nèi)細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)水分先后結(jié)冰[13,14]，細(xì)胞亞顯微結(jié)構(gòu)破壞、細(xì)胞生理代謝失調(diào)；另一方面在溫度恢復(fù)過(guò)程中，造成細(xì)胞變形、細(xì)胞內(nèi)原生質(zhì)體破裂，細(xì)胞受到機(jī)械應(yīng)力損傷。兩方面綜合作用，使得冬芽?jī)?nèi)部細(xì)胞部分死亡，幸存的細(xì)胞勉強(qiáng)支撐冬芽萌動(dòng)。

在外界低溫下，細(xì)胞膜中積累的自由基誘導(dǎo)膜脂中不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化，膜脂過(guò)氧化最終產(chǎn)物是MDA[15]。植物體內(nèi)MDA含量可以反映其面對(duì)低溫時(shí)的細(xì)胞膜受損程度以及膜脂過(guò)氧化水平[16]。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)行-4～-27 ℃梯度低溫處理時(shí)，MDA含量出現(xiàn)先升后降，-16～-19 ℃時(shí)出現(xiàn)峰值。這與向?qū)У萚17]、賈金輝等[18]研究葡萄抗寒性的結(jié)果相似。分析認(rèn)為：在低溫處理下，植物細(xì)胞內(nèi)清除和產(chǎn)生的自由基動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，自由基逐漸積累，誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化作用逐漸增強(qiáng)MDA的過(guò)量積累，一方面與枝條內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等大分子反應(yīng)，使其喪失生理功能，另一方面使得枝條內(nèi)纖維素分子間的橋鍵松馳[19]。兩方面綜合作用，使得枝條內(nèi)部部分細(xì)胞受損，甚至死亡，喪失了生理功能。

本研究為戶太8號(hào)葡萄的抗寒性初步研究，未涉及與其他品種的對(duì)比，只以-4 ℃為對(duì)照，初步評(píng)判其抗寒性，為后期進(jìn)行深入研究奠定了基礎(chǔ)。