露地越冬葡萄枝條水分含量與抗旱寒性關(guān)系研究

喬改霞，姚雪楠，謝軍，徐美隆.，王榮1,，范培格*

（1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021；2. 中國科學(xué)院植物研究所，北京 100093；3. 寧夏林業(yè)研究院/種苗生物工程國家重點實驗室，寧夏銀川 750004）

水是植物體內(nèi)的重要組成部分，其含量常常是控制生命活動強弱的關(guān)鍵因素[1]。自由水和束縛水含量的高低與葡萄的生長和抗寒性密切相關(guān)[2]。低溫一方面使樹體細(xì)胞間隙和細(xì)胞內(nèi)的水分結(jié)成冰晶，造成細(xì)胞的機械損傷，從而對樹體造成一定的傷害[3]；另一方面，枝條表皮組織在冬季休眠期間，要蒸騰相當(dāng)多的水分，當(dāng)蒸騰的水分過多致使地上部生理干旱而枯死[4]。我國北方地區(qū)為極端大陸性季風(fēng)氣候條件，冬季寒冷而干旱，葡萄枝條往往會遇到以上兩種傷害，即旱寒[4]。

張文娥等[5]研究表明，離體枝條的水分含量動態(tài)變化與葡萄抗寒性呈明顯負(fù)相關(guān)，失水速率快的品種容易蒸發(fā)喪失水分，抗寒力弱；柴慈江等[6]研究也證明枝條失水是導(dǎo)致露地越冬葡萄芽眼死亡的直接原因；劉軍等[7]認(rèn)為，導(dǎo)致‘里扎馬特’等品種萌芽率下降的原因是枝條含水量的下降。陳佰鴻等[8]則認(rèn)為，以束縛水與自由水比值為單一指標(biāo)評價葡萄枝條的抗寒性較可靠；劉期國等[9]研究也表明束縛水/自由水比值與抗寒性密切相關(guān)，可作為測定或比較果樹抗寒性的指標(biāo)。以上研究均表明，離體條件下不同葡萄品種（種）枝條水分含量與其抗旱寒性能緊密相關(guān)。

有關(guān)葡萄水分變化與抗旱寒性關(guān)系的研究報道已有很多，但在寧夏賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)冬季干旱且寒冷的冬季，研究抗旱寒較強的種間雜種在自然露地越冬條件下，活體葡萄枝條自由水、束縛水、總含水量及萌芽率的變化特點，從枝條含水量角度探討品種抗旱寒性能的研究未有報道。本研究為生產(chǎn)中栽培技術(shù)合理運用調(diào)節(jié)枝條含水量提高越冬性，及篩選適合露地越冬新優(yōu)品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用5個歐山雜種品種‘北玫’‘北紅’‘北馨’‘新北醇’和‘北璽’，一個歐美雜種品種‘威代爾’?！鸂枴泵怠汀奔t’為5年生樹體，‘北馨’‘新北醇’和‘北璽’為3年生樹體。

1.2 試材情況

試材種植于賀蘭山東麓中科院西北生物分中心平吉堡基地。采用‘廠’字形樹形，行距3.0 m，株距1.0 m。栽培管理一致，冬季不埋土。

1.3 種植地環(huán)境指標(biāo)

采用戴維斯氣象站自動記錄儀。記錄間隔每60 min一組。數(shù)據(jù)區(qū)間為2018年11月至2019年4月，指標(biāo)均為日平均溫度、濕度。

1.4 試驗方法

1.4.1 枝條總含水量方法

枝條含水量為總含水量，測定方法參照鄒琦等的烘干法[10]。分別于2018年12月1日、12月18日、2019年1月7日、1月21日、2月12日、2月27日、3月15日每隔15～20 d剪取供試的6個品種1年生成熟枝條，帶回實驗室，將枝條剪截成長10 cm左右的枝段，枝段每3段為一組進(jìn)行逐一編號，精確稱重，記為Wf（組織鮮重）；然后將其置于烘箱中，在105 ℃烘30 min殺青，之后再置于80 ℃烘至恒重，稱其重量記為Wd（組織干重）。同一植株上的3個枝段為1個重復(fù)，重復(fù)10次。

1.4.2 枝條自由水測定方法

總含水量測定參照潘熾瑞[11]的方法，取出10 mL型號的離心管，逐一編號，并將空離心管放在天平上準(zhǔn)確稱重，記錄好相應(yīng)的數(shù)據(jù)，記錄為W1，將配好的65%蔗糖分別加入每個離心管中，每管加5 mL，再稱重記錄為W2，將帶回實驗室的枝條避開芽眼用刀片切成0.1 cm厚的薄片，每個重復(fù)準(zhǔn)確稱取0.5 g，置于含有蔗糖溶液的試管中，再稱量試管總重量，并作相應(yīng)記錄W3。塞緊試管，以免水分散失，置于暗處放置6～8 h，其間不時輕輕搖動，用折射儀測定各試管蔗糖溶液濃度。

式中：W2-W1為枝條鮮重（g）；W3-W2為糖液原重量（g）；C1為糖液原濃度（%）；C2為浸泡后糖液濃度（%）

枝條束縛水含量=枝條總含水量-枝條自由水含量

1.5 枝條萌芽率試驗

將每個品種帶有1個冬芽的枝條切段，切口處橫截面用保鮮膜包裹，以免失水，分別將剪好的枝條插入泡沫板中，并將底部橫截面露出1～3 cm，放入裝有自來水的30 cm×20 cm×8 cm的試驗盒中，放培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)。在光照強度為2000～3000 Lx的燈管下培養(yǎng)12 h，黑暗培養(yǎng)12 h，溫度為25～28 ℃。每個品種重復(fù)3次，每個重復(fù)10個芽。

萌芽率/%=萌發(fā)枝數(shù)/總扦插枝數(shù)×100

1.6 數(shù)據(jù)處理

用SPASS19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，用Microsoft Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用Origin 2018軟件作圖。

抗寒性隸屬函數(shù)公式為：

Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)正相關(guān)；

Uij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)負(fù)相關(guān)。

式中：Uij表示i種類j指標(biāo)的抗寒隸屬函數(shù)值；Xij表示i種類j指標(biāo)的測定值；Xjmin表示所有種類j指標(biāo)的最小值；Xjmax表示所有種類j指標(biāo)的最大值。

根據(jù)公式計算出隸屬函數(shù)值，再用每株系的5個指標(biāo)隸屬函數(shù)值的平均數(shù)作為其平均隸屬度。按照平均隸屬度（Subordinate level，SL）將抗寒性分為5級：0.70～1.00為高抗（High resistance，HR），1級；0.60～0.69為抗（Resistance，R），2級；0.40～0.59為中抗（Middle resistance，MR），3級；0.30～0.39為低抗（Lower resistance，LR），4級；0～0.29為不抗（Susceptible，S），5級。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬期間溫濕度的變化特點

基于2018年11月至2019年4月越冬期間的日溫度均值發(fā)現(xiàn)（圖1），整體日平均溫度呈“V”形變化趨勢，先高后低然后再升高。期間2018年11月15日平均氣溫出現(xiàn)0 ℃以下；在2018年12月2—8日溫度驟然下降，從-0.93 ℃降到-10.77 ℃，降幅為9.84 ℃；12月22—23日又出現(xiàn)一次小幅度降溫，日平均最低溫度出現(xiàn)在12月27—28日，最低值為-16.02 ℃；之后氣溫跌宕回升，在2019年2月27日開始?xì)鉁胤€(wěn)定0 ℃以上。

同時，空氣相對濕度在此期間也發(fā)生了很大的變化（圖2），總體來看濕度呈逐漸下降趨勢。2018年11月和12月份期間，沒有出現(xiàn)降水，空氣相對濕度較為平緩下降，從80%下降到49%；之后2019年1月份有少量降水，濕度略有上升，降水之后的大風(fēng)天氣致使平均濕度迅速下降到最低21%；之后雖有上升，但整體濕度呈逐漸下降趨勢。3月份為試驗期間平均濕度最低的月份。這與3月初氣溫增高，水分蒸發(fā)加快有關(guān)。整體來看，2018年11月到2019年4月的冬季溫濕度變化較為典型。

圖1 2018年11月—2019年4月氣溫變化情況Figure 1 Temperature changes from November 2018 to April 2019

2.2 露地越冬期間不同葡萄品種枝條萌芽率的比較

從圖3和表1中來看，越冬期間，6個不同葡萄品種枝條萌芽率變化趨勢基本一致，呈現(xiàn)從高到低的變化趨勢，如‘北玫’‘北紅’‘北璽’和‘新北醇’從12月初的100%下降到3月中旬的60%、90%、20%和40%，同期‘北馨’從80%下降到10%。除了‘威代爾’外，各品種枝條的萌芽率從第4次取樣（1月21日）開始出現(xiàn)明顯下降（北璽），第5次取樣時（2月12日）‘北玫’‘北馨’‘新北醇’‘北馨’下降明顯，而且各品種間萌芽率差異更為顯著。試驗期間成年樹體‘北紅’的萌芽率最高，除了12月18日和3月15日為80%和90%，其余時間均為100%，顯著高于同齡的‘北玫’，也明顯高于樹齡較小的‘新北醇’‘北璽’‘北馨’和‘威代爾’，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗旱寒性能。而且樹齡大的樹體上枝條相對于樹齡小的枝條，萌發(fā)的快而整齊。從表1中還可以看出，樹齡較小的‘新北醇’‘北璽’‘北馨’在后期萌芽率下降的更為明顯，同為3年生樹體，‘新北醇’的萌芽率明顯更高，抗旱寒性能更強，其次為‘北璽’和‘北馨’?？鼓嫘暂^強的歐美雜種‘威代爾’其萌芽率表現(xiàn)明顯與其他5個品種不同，12月初其萌芽率僅為30%，到第2次取樣（12月18日）為10%，此后的枝條均無萌發(fā)。從春季田間樹體萌發(fā)情況看，‘北紅’樹體均能正常萌發(fā)，而‘威代爾’地上部無萌發(fā)（圖3）。

圖2 2018年11月—2019年4月濕度變化情況Figure 2 Changes in humidity from November 2018 to April 2019

圖3 不同品種葡萄枝條7個不同時期萌芽情況Figure 3 Germination of different varieties of grape branches in 7 different dates

2.3 露地越冬期間葡萄枝條水分變化動態(tài)

2.3.1 露地越冬期間葡萄枝條總含水量的變化情況

從表2中可以看出，越冬期間葡萄枝條總含水量逐漸下降，后期隨著氣溫的升高有的品種枝條總含水量有小幅回升。‘北紅’‘新北醇’‘北玫’‘北璽’‘北馨’5個品種在2019年2月27日降到最低，分別降到37.74%、37.03%、36.32%、34.40%和26.73%，在最后一次取樣時又有不同程度的回升；而‘威代爾’在最初幾次取樣時總含水量明顯大于‘北紅’‘北玫’等品種，但在后期幾次取樣時總含水量跌幅較大，從2月12日開始明顯下降，最后并無回升趨勢，直到3月15日降到最低，僅為22.75%，顯著低于其他幾個品種枝條的總含水量。

2.3.2 露地越冬期間葡萄枝條自由水含量的變化情況

在越冬期間6個葡萄品種枝條自由水含量差異水平不如同期總含水量間差異大。‘北玫’‘北紅’‘北馨’3個品種自由水含量一直下降到1月21日后出現(xiàn)緩慢上升，‘北璽’和‘新北醇’是先上升后下降，也是在1月21日后出現(xiàn)緩慢上升趨勢，‘威代爾’自由水含量變化與其他品種不同，從12月8日開始，一直呈現(xiàn)下降趨勢，在后期下降幅度較大，在3月15日最后一次取樣時降到最低，僅為2.36%。葡萄枝條在冬季氣溫偏低時細(xì)胞液的濃度降低了自由水的總量，意味著植物體本身不易結(jié)冰提高了自身的抗寒能力。而當(dāng)氣溫回升時，土壤溫度隨之升高，抗寒能力強的品種根部開始活動吸水，使地上部植物組織水分增加?？购暂^差的品種在越冬期間，枝條和根系受害，氣溫回升時，根系無法吸收水分；當(dāng)蒸騰作用增強時，自由水含量就會降低，最后導(dǎo)致整個植株失水死亡[12]。

2.3.3 露地越冬期間葡萄枝條束縛水含量的變化情況

從表2可看出，越冬期間葡萄枝條束縛水含量呈現(xiàn)上升又下降的總體趨勢，與自由水含量變化趨勢相反。除了‘新北醇’和‘北璽’在12月18日下降外，從2018年12月1日到2019年1月21日‘新北醇’‘北璽’‘北馨’‘北紅’‘北玫’呈現(xiàn)明顯上升趨勢，在1月21日束縛水含量達(dá)到最高，之后開始下降；‘北紅’‘北玫’‘新北醇’在2月27日降到最低后又有小幅上升，‘北璽’‘北馨’在3月15日最后一次采樣時一直呈下降走向?！鸂枴l束縛水含量從開始的最高大幅下降，至第二次取樣時僅為4.08%，明顯低于‘北紅’‘北玫’等品種，因自1月7日開始‘威代爾’枝條均未能萌發(fā)，枝條形成層出現(xiàn)褐變，試驗只進(jìn)行了總含水量和自由水測定。在2018年12月下旬開始低溫持續(xù)時間長，植物在低溫時自由水轉(zhuǎn)換為束縛水可提高自身的抗寒能力，即在低溫時，束縛水越高抗寒性可能越強[13]。從試驗結(jié)果還可以看出，同一時期不同品種間的束縛水含量水平不如總含水量間差異大。

2.3.4 露地越冬期間葡萄枝條束縛水/自由水比值的變化

在越冬期間，不同葡萄品種枝條束縛水/自由水的比值總體呈現(xiàn)先增大后減小的變化，變化趨勢與束縛水相似。隨著低溫的持續(xù)，2019年1月21日取樣時，‘北紅’‘北玫’‘新北醇’‘北馨’‘北璽’枝條束縛水/自由水的比值達(dá)到最大，均大于1；在此時期束縛水均大于自由水，隨后比值開始下降。增加束縛水含量，減緩自由水在結(jié)冰和解凍期間對細(xì)胞膜的破壞作用，當(dāng)溫度持續(xù)一定時間后，其自身調(diào)節(jié)能力減弱，束縛水含量減小[10]，束縛水/自由水的比值較高時，葡萄組織或器官代謝活動緩慢，抗寒性強。

表1 不同品種枝條7個采樣日期萌芽率情況Table 1 Germination rate of branches of different varieties in 7 sampling dates(Unit: %)

2.4 不同葡萄品種枝條水分及萌芽率抗旱寒性隸屬值

分別對6個葡萄品種的抗旱寒性指標(biāo)進(jìn)行隸屬值分析（表3），表明‘北紅’‘新北醇’和‘北玫’為抗旱寒類型，‘北璽’‘北馨’為中抗旱寒型，而‘威代爾’為低抗旱寒型。

2.5 枝條各水分含量及萌芽率與抗旱寒性的關(guān)系

通過相關(guān)性分析得出（表4）：水分含量與枝條抗旱寒性均具有相關(guān)性，與枝條總含水量、束縛水、萌芽率顯著正相關(guān)，與失水量顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均達(dá)0.896以上，說明此4項指標(biāo)可以表示葡萄抗旱寒性大??；葡萄枝條萌芽率與其水分含量均具有相關(guān)性，其中與總含水量顯著正相關(guān)，與失水量顯著負(fù)相關(guān)。表明露地越冬期間，枝條總含水量及束縛水含量越高，失水量越小，葡萄失水死亡的幾率就越小，枝條萌芽率越高，品種枝條抗旱寒性越好。因此，葡萄在露地越冬的條件下，枝條總含水量、萌芽率、束縛水以及失水量可以作為葡萄抗旱寒性能評價指標(biāo)。而自由水含量與葡萄萌抗旱寒性能相關(guān)性較小。

表2 不同品種葡萄枝條7個采樣時間的水分含量變化Table 2 Changes in water content of grape cultivars of different varieties in 7 sampling dates

表3 不同品種水分及萌芽率隸屬值Table 3 Water and germination rate of different varieties

表4 不同葡萄品種枝條含水量各指標(biāo)與其抗旱寒性的關(guān)系Table 4 Relationship between different indicators of different grape branches and their resistance to drought and cold

表5 不同品種葡萄枝條總含水量擬合方程Table 5 Fitting equations for total water content of different grape varieties

2.6 葡萄品種枝條水分含量對其萌芽率的影響

為了確定葡萄枝條萌芽率對水分含量反應(yīng)臨界值，分別對6個不同葡萄品種枝條總含水量與萌芽率進(jìn)行了一元線性回歸分析。

綜合圖2與表1可看出，越冬期間‘北紅’與‘北玫’的萌芽率變化幾乎保持不變，而‘北馨’和‘威代爾’的變化較大，這與枝條總含水量的變化相一致（表2）。通過對不同時期的萌芽率與枝條總含水量進(jìn)行一元線性回歸分析，得出6個葡萄品種的枝條總含水量與萌芽率呈線性關(guān)系，說明枝條總含水量是影響葡萄萌芽率的重要指標(biāo)。其中‘北紅’‘北玫’‘北璽’‘威代爾’‘北馨’線性擬合度均達(dá)到顯著水平。結(jié)果顯示，‘北紅’‘新北醇’‘北玫’‘北璽’‘北馨’‘威代爾’總含水量分別降低到35.49%、33.60%、30.55%、30.32%、25.98%、42.16%時，枝條萌芽率為0，其枝條含水量的反應(yīng)臨界點分別為40.70%、39.68%、40.80%、42.75%、42.22%、43.99%（表5），當(dāng)含水量值低于此值時，萌芽率就會明顯下降。

3 討論與結(jié)論

賀蘭山東麓產(chǎn)區(qū)為極端大陸性季風(fēng)氣候條件，冬季寒冷、干旱，葡萄越冬條件惡劣。本試驗發(fā)現(xiàn)露地越冬的葡萄品種出現(xiàn)不同的抗旱寒性能，而且品種枝條內(nèi)水分含量出現(xiàn)了不同變化。萌芽率的估價是評價樹木受凍害或能否存活的最直觀方法[12,14-15]。前人研究表明，隨露地越冬時間延長,‘玫瑰香’枝條含水量逐漸下降，隨枝條含水量的下降，發(fā)芽率降低，含水量降至38.5%時，發(fā)芽率降低為零[14]。另外，劉軍等[7]研究發(fā)現(xiàn)，‘紅地球’與‘里扎馬特’的枝條含水量在春季大幅下降時，他們的萌芽率也急速下降。本研究發(fā)現(xiàn)，越冬期間多數(shù)品種枝條的含水量總體呈現(xiàn)下降趨勢，而且不同葡萄品種萌芽率出現(xiàn)極顯著差異，水分含量也存在著明顯差異，萌芽率與總含水量呈顯著相關(guān)。這與前人研究結(jié)果一致，說明萌芽率較高的品種抗旱寒性越強，失水量較大的品種抗旱寒性較弱。根據(jù)試驗擬合方程計算，‘北紅’‘新北醇’‘北玫’‘北璽’‘北馨’‘威代爾’總含水量分別降低到35.49%、33.60%、30.55%、30.32%、25.98%、42.16%時，枝條萌芽率為0；其枝條含水量的反應(yīng)臨界點分別為40.70%、39.68%、40.80%、42.75%、42.22%、43.99%，當(dāng)含水量值低于此值時，萌芽率就會明顯下降?？购岛阅茌^強的品種其枝條含水量反應(yīng)臨界點較低，相反則臨界點較高。生產(chǎn)中提高葡萄越冬枝條含水量的措施可以提高其越冬性能。而枝條內(nèi)水分含量可作為抗旱寒評價的指標(biāo)，也可作為抗旱寒新優(yōu)品種的篩選指標(biāo)。從本研究結(jié)果可以得出，‘北紅’‘新北醇’‘北玫’‘北璽’‘北馨’等5個品種在寧夏產(chǎn)區(qū)2018年冬季至2019年春季的氣候條件下可以露地安全越冬，具有較強的抗旱寒性能，而‘威代爾’露地不能安全越冬，要采取防護(hù)措施。

本試驗結(jié)果除了發(fā)現(xiàn)抗旱寒性能與品種基因型密切相關(guān)外，還與樹齡有關(guān)。宋瑞等[16]研究表明，隨著樹齡的增加，賀蘭山東麓‘赤霞珠’‘美樂’葡萄根系的半致死溫度降低，說明樹齡大的葡萄根系抗寒性提高；陳文朝等[17]研究表明，同一立地條件下，樹齡大的植株抗寒性比樹齡小的強。本研究中，樹齡較大的‘北紅’‘北玫’的萌芽率及含水量高于樹齡較小的‘北馨’‘北璽’及‘新北醇’。

休眠季枝條內(nèi)含水量變化研究對于我國北方冬季旱寒氣候條件下提高樹體越冬能力具有重要理論價值，為探討葡萄抗旱寒調(diào)控機制，還需在調(diào)控基因、生理表型等方面開展進(jìn)一步深入研究。