不同防霜?jiǎng)?duì)赤霞珠葡萄幼葉抵御霜凍的效果研究

宋偉，孫魯龍，杜遠(yuǎn)鵬，翟衡*（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/山東省果樹(shù)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

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不同防霜?jiǎng)?duì)赤霞珠葡萄幼葉抵御霜凍的效果研究

宋偉，孫魯龍，杜遠(yuǎn)鵬，翟衡*
（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院/山東省果樹(shù)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018）

摘 要：為篩選適用于葡萄的防霜?jiǎng)?，以溫室培養(yǎng)的一年生赤霞珠盆栽苗為試材，春霜凍來(lái)臨前兩天分別噴清水、‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’、‘防霜2號(hào)’和‘防霜3號(hào)’，于2015年4月7、8兩日發(fā)生春霜凍期間搬至室外進(jìn)行低溫霜凍，并于8號(hào)上午進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定和樣品的采集。結(jié)果顯示，噴施防霜?jiǎng)┠軌蛟鰪?qiáng)葉片抗氧化酶的活性，減輕膜質(zhì)過(guò)氧化程度；增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，提高滲透調(diào)節(jié)能力；減輕光合機(jī)構(gòu)的損傷程度，從而減輕葉片的傷害程度。幾種防霜?jiǎng)┓浪Ч筛叩降鸵来螢椋骸爝_(dá)2116’＞‘防霜1號(hào)’＞‘防霜3號(hào)’＞‘防霜2號(hào)’，其中，‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’兩種防霜?jiǎng)┰诜烙咸延兹~霜害上作用明顯，具有良好的防霜應(yīng)用前景，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：赤霞珠；春霜凍；防霜?jiǎng)?/p>

霜凍害是指果樹(shù)在生長(zhǎng)期，當(dāng)?shù)孛鏈囟润E然降到0 ℃或0 ℃以下，引起果樹(shù)幼嫩部分發(fā)生凍結(jié)而遭受傷害的農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害[1]。根據(jù)霜凍發(fā)生的季節(jié)不同，霜凍可分為春霜凍（晚霜凍）、秋霜凍（早霜凍）兩種。隨著氣候變暖和極端天氣日趨增多，霜凍的發(fā)生頻率有明顯增加趨勢(shì)，特別是春季霜凍，對(duì)正處于生長(zhǎng)發(fā)育期的葡萄危害最為嚴(yán)重，不但對(duì)其幼嫩組織造成傷害，還影響產(chǎn)量和質(zhì)量，更嚴(yán)重的還會(huì)造成葡萄地上部分死亡，使葡萄園遭受大面積災(zāi)害[2-6]?？梢?jiàn)，葡萄前期防霜避霜以及霜凍來(lái)臨時(shí)采取應(yīng)急措施對(duì)于葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展非常重要。

為減輕霜凍對(duì)葡萄生產(chǎn)帶來(lái)的災(zāi)害，長(zhǎng)期以來(lái)人們總結(jié)出了許多防霜措施，如灌水、熏煙等，國(guó)外也有采用風(fēng)力攪拌機(jī)等進(jìn)行機(jī)械防霜。近年來(lái)，化學(xué)藥劑防霜的研究逐漸增多，師占君等人[7]通過(guò)田間實(shí)驗(yàn)篩選出‘果樹(shù)花芽防凍劑’來(lái)提高杏扁的坐果率，減輕杏花霜凍危害；李志軍等人[8]用‘天達(dá)2116’、‘必博POB’和‘碧護(hù)’等研究梨幼果低溫脅迫下的防霜效果，通過(guò)分析相對(duì)電導(dǎo)率、MDA、POD等相關(guān)脅迫指標(biāo)，指出‘天達(dá)2116’、‘必博POB’對(duì)減輕梨幼果在低溫脅迫的膜質(zhì)過(guò)氧化均有一定的效果；施海燕等人[9]通過(guò)研究認(rèn)為，‘愛(ài)多收’和‘天達(dá)2116’的混合藥液能夠提高大櫻桃‘紅燈’的初春抗寒能力。但是在葡萄霜凍的防治上，化學(xué)藥劑防御效果的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究對(duì)比了不同藥劑對(duì)提高葡萄葉片抗霜凍的效果，以期為制定有效的防霜措施提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年4月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院葡萄園進(jìn)行，試材為一年生赤霞珠盆栽苗，溫室栽培，處理時(shí)株高60～70 cm，8～10片葉。防霜?jiǎng)椤爝_(dá)2116’和山東圣通環(huán)?？萍加邢薰狙兄频摹浪?號(hào)’、‘防霜2號(hào)’和‘防霜3號(hào)’。

1.2 霜凍天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

4月為泰安地區(qū)霜凍易發(fā)月份，本試驗(yàn)從4月初開(kāi)始，用溫濕度自動(dòng)記錄儀（HOBO U12 Temperature Data Logger，Onset，美國(guó)）對(duì)葡萄園氣溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄并分析霜凍天氣的降溫特點(diǎn)。

1.3 試驗(yàn)處理

根據(jù)氣象預(yù)報(bào)，于霜凍來(lái)臨前兩天（即4月5日）選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的赤霞珠盆栽苗進(jìn)行以下6個(gè)處理，每處理3株：A噴清水對(duì)照，置溫室測(cè)定，無(wú)霜凍脅迫（最低溫15 ℃）；B噴清水處理；C噴1000倍的‘天達(dá)2116’水溶液；D噴50倍的‘防霜1號(hào)’水溶液；E噴200倍的‘防霜2號(hào)’水溶液；F噴500倍‘防霜3號(hào)’水溶液。B～F均于6日下午搬至室外，7日和8日兩天凌晨進(jìn)行低溫脅迫，于8號(hào)上午進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定和樣品采集，室內(nèi)指標(biāo)測(cè)定在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)抗逆栽培生理實(shí)驗(yàn)室完成。

1.4 相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定

常規(guī)方法測(cè)定游離脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）含量[10]。

用CIRAS-2便攜式光合系統(tǒng)測(cè)定儀（PP Systems英國(guó)）測(cè)定葉片凈光合速率（Pn）。

用連續(xù)激發(fā)式熒光儀和調(diào)制脈沖式熒光儀（Handy PEA，F(xiàn)MS，Hansatech，英國(guó)）測(cè)定PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量（Fv/Fm）和光適應(yīng)下PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（φPSⅡ）。

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和作圖，采用DPS 7.55S進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，方差分析顯著水平設(shè)為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 霜凍天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

圖1顯示春霜凍來(lái)臨時(shí)葡萄園氣溫變化情況。監(jiān)測(cè)表明，2015年春霜凍發(fā)生的時(shí)間為4月7～8日，4月7日葡萄園溫度最低值出現(xiàn)在5時(shí)17分為-2.334 ℃，4月8日葡萄園溫度最低值出現(xiàn)在6點(diǎn)17分為-1.958 ℃，并且這兩天0 ℃以下低溫持續(xù)時(shí)間均為4 h以上。

2.2 霜凍來(lái)臨時(shí)噴施不同防霜?jiǎng)?duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

圖1　2015年4月7日、8日霜凍天氣氣溫

圖2　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片脯氨酸的含量

圖3　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片可溶性蛋白的含量

圖4　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片MDA含量

脯氨酸是分布最廣泛的一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在低溫脅迫下植物體內(nèi)會(huì)積累大量的脯氨酸，這對(duì)調(diào)節(jié)滲透平衡、減小脅迫傷害有重要意義。圖2所示，霜凍脅迫后葉片內(nèi)的脯氨酸含量都明顯提高，其中噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’的葉片脯氨酸含量較高，分別比溫室對(duì)照值增加38.86%和34.01%；其他處理與清水對(duì)照沒(méi)有顯著性差異，但均高于溫室對(duì)照。

霜凍脅迫后各處理的可溶性蛋白含量均明顯增加（圖3），以噴‘天達(dá)2116’的增加最多，分別比溫室對(duì)照和清水對(duì)照增加162.72%、45.26%；防霜?jiǎng)?～3號(hào)處理與噴清水沒(méi)有顯著性差異。

2.3 春霜凍來(lái)臨時(shí)噴施不同防霜?jiǎng)?duì)丙二醛的影響

如圖4，霜凍脅迫后，噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’處理的MDA增加較少，分別比溫室對(duì)照增加18.62%、24.16%，說(shuō)明這兩種處理能夠顯著減輕葉片膜質(zhì)過(guò)氧化程度；噴防霜2號(hào)和3號(hào)的及清水處理的MDA分別比對(duì)照增加47.03%、42.30%和52.54%，三者沒(méi)有顯著性差異，但噴清水的增加最多。

2.4 春霜凍來(lái)臨時(shí)噴施不同防霜?jiǎng)?duì)葉片抗氧化酶活性的影響

表1所示為霜凍脅迫后葉片抗氧化酶的含量，其中，噴‘天達(dá)2116’、‘防霜1號(hào)’的POD含量分別是溫室對(duì)照的4.91倍和4.25倍；而其他處理比對(duì)照有所提高，但處理間沒(méi)有顯著性差異。

不同處理在低溫脅迫后CAT的活性表現(xiàn)與POD有所不同，僅噴‘天達(dá)2116’的顯著提高，分別比溫室對(duì)照和清水對(duì)照提高了1.58倍和4.31倍；噴防霜?jiǎng)?～3號(hào)的有所提高，但沒(méi)有顯著性差異。

不同處理在低溫脅迫后SOD的活性有增高趨勢(shì)，但提高幅度不如POD和CAT大，以噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’的顯著提高，分別比溫室對(duì)照提高了20.42%和20.95%；噴防霜2號(hào)、3號(hào)和清水處理有所提高，但沒(méi)有顯著性差異。

表1　霜凍脅迫后不同處理葉片抗氧化酶活性 (U/g FW)

2.5 噴施不同防霜?jiǎng)?duì)葉片光合熒光參數(shù)的影響

霜凍脅迫后，葉片凈光合速率明顯降低，以噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’降幅較小，分別比溫室對(duì)照降低了53.33%、61.78%，其他三個(gè)處理的Pn值下降顯著，其中噴清水的Pn比溫室對(duì)照值下降了90.74%。

霜凍后最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）和光適應(yīng)下PSⅡ的實(shí)際光化學(xué)效率（φPSⅡ）值也相應(yīng)出現(xiàn)顯著下降，但噴施防霜藥劑能夠不同程度的提高各處理的葉綠素?zé)晒鈪?shù)值。與溫室對(duì)照相比，噴‘天達(dá)2116’的Fv/Fm和φPSⅡ降幅最小，分別比溫室對(duì)照下降29.89%和35.15%；噴防霜?jiǎng)?～3號(hào)的φPSⅡ與噴清水沒(méi)有顯著性差異，但以噴清水的降幅最大，比溫室對(duì)照下降了52.19%（表2）。

表2　霜凍脅迫后不同處理的光合熒光值

3 討論

植物在遭受逆境脅迫后體內(nèi)游離的脯氨酸含量會(huì)發(fā)生很大變化，這既可能有適應(yīng)性的意義，也可能是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能受損傷的表現(xiàn)，其積累量與植物對(duì)逆境的抗性水平有關(guān)[11-12]。與溫室對(duì)照相比，霜凍脅迫后各處理的脯氨酸含量均上升，其中以噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’兩個(gè)處理的增加最顯著。噴‘防霜2號(hào)’的處理值低于其他處理和清水對(duì)照，可能與其藥劑成分和起效時(shí)間有關(guān)。

可溶性蛋白吸水性很強(qiáng)，有助于提高細(xì)胞內(nèi)的束縛水，減少原生質(zhì)內(nèi)結(jié)冰而傷害致死的機(jī)會(huì)[13]。霜凍脅迫后各處理葉片的可溶性蛋白含量均有增加，其中噴‘天達(dá)2116’處理的含量明顯高于其它幾個(gè)處理，這可能與不同防霜?jiǎng)┑乃巹┏煞趾头烙鶛C(jī)理有關(guān)，也可能與處理時(shí)間過(guò)短，其他處理的可溶性蛋白合成較慢有關(guān)。

正常情況下植物體內(nèi)活性氧代謝處于平衡狀態(tài)，霜凍脅迫后，活性氧的產(chǎn)生和清除失去平衡，導(dǎo)致體內(nèi)活性氧大量積累，引起膜質(zhì)的過(guò)氧化并產(chǎn)生丙二醛（MDA）。本試驗(yàn)中以噴清水的MDA增加最多，說(shuō)明僅噴水對(duì)預(yù)防膜質(zhì)過(guò)氧化作用不大。本研究發(fā)現(xiàn)，霜凍脅迫后POD、CAT兩種酶活性變化幅度極大，而SOD變幅較小，說(shuō)明POD 和CAT兩種酶對(duì)霜凍脅迫比SOD更敏感，這可能與三種酶清除活性氧的代謝機(jī)制不同有關(guān)[14]；噴施‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’能明顯提高三種抗氧化酶含量。

葉片經(jīng)霜凍后光合能力明顯下降，各處理的Fv/Fm、φPSⅡ值均低于溫室對(duì)照值，表明霜凍對(duì)光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心產(chǎn)生了損壞，致使PSⅡ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能效率下降，同時(shí)降低了PSⅡ光合電子傳輸能力，噴‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’處理的與溫室對(duì)照相比下降較小，說(shuō)明這兩種防霜?jiǎng)┠軠p輕霜凍對(duì)葉片光合機(jī)構(gòu)的損傷。

4 結(jié)論

當(dāng)春季遭受-2℃的霜凍天氣時(shí)，噴施防霜?jiǎng)┠茱@著減輕赤霞珠葉片的霜害脅迫，其中以‘天達(dá)2116’和‘防霜1號(hào)’的效果最好，‘防霜3號(hào)’次之，噴清水對(duì)于抵御春霜凍沒(méi)有效果。

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Effects of different anti-frost agents on young leaves of Cabernet Sauvignon grapevine in resisting frost

SONG Wei,SUN Lulong,DU Yuanpeng,ZHAI Heng*
(State Key Laboratory of Crop Biology College of Horticultural Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai' an 271000,Shandong,China)

Abstract:In order to select the best anti-frost agent suitable for resisting frost in grapevine,the antifrost effect of 'Tian Da 2116','Fang Shuang 1','Fang Shuang 2','Fang Shuang 3' on young leaves of one year old potted seedlings of Cabernet Sauvignon grown in greenhouse were tested.Results indicated that leaves of control were damaged dramatically when frost happened.Anti-frost agents enhanced the frost resistance of leaves by improving the activities of antioxidant enzyme and osmotic adjustment,reducing the production of MDA.The protective effects of anti-frost agents on photosynthetic apparatus were also proved.'Tian Da 2116' and 'Fang Shuang 1' were the best preparations to improve the frost resistance of leaves among all candidates,have good frost prevention application,deserves further popularization and application.

Key Words:Cabernet Sauvignon seedling; spring frost; anti-frost agent

*通訊作者：翟衡，E-mail:hengz@sdau.edu.cn

作者簡(jiǎn)介：宋偉（1990-）男，在讀碩士研究生，主要從事葡萄抗寒生理研究。E-mail:songwei5150@163.com

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（CARS-30）；長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（IRT1155）

收稿日期：2015-11-06

DOI：10.13414/j.cnki.zwpp.2016.01.001

中圖分類號(hào)：S663.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A