葡萄砧木雜種的抗旱性評價*

張 星，張劍俠

（西北農(nóng)林科技大學園藝學院，旱區(qū)作物逆境生物學國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北地區(qū)園藝作物生物學與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，陜西楊凌 712100）

我國葡萄主產(chǎn)區(qū)以干旱半干旱氣候為主，葡萄生產(chǎn)受到夏季高溫干旱以及冬春干旱的影響，尤其是西北地區(qū)[1]，土地水分虧缺嚴重，導致葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)降低，嚴重制約著葡萄產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展[2]。干旱脅迫已經(jīng)成為影響我國北方地區(qū)葡萄栽培的重要阻礙[3]。為解決干旱脅迫條件下的葡萄生產(chǎn)問題，目前除了采用噴施抗旱蒸騰劑[4]、發(fā)展節(jié)水灌溉[5]、合理施肥[6]等措施外，利用抗性砧木嫁接栽培也越來越受到重視，這是減少干旱損失的有效途徑。因此，選育抗旱葡萄砧木品種對于干旱、半干旱地區(qū)葡萄栽培具有重要意義。

國外選育的抗旱性很強的砧木品種如‘420A’‘3309’‘110R’‘140Ru’等主要來自于沙地葡萄、河岸葡萄、冬葡萄之間的雜交后代[7]。盡管這些砧木品種抗旱性強，但其他某些性狀（如抗寒性、抗鹽堿及嫁接后大小腳現(xiàn)象等）仍然存在不足之處，因此選育綜合性狀優(yōu)良的多抗性（包括抗旱性）砧木新品種將會具有更廣泛的適應性，以滿足不同地域葡萄生產(chǎn)發(fā)展的需要。我國是葡萄屬植物的發(fā)源地之一，蘊藏著豐富的抗性資源[8]，但我國利用野生葡萄進行抗旱砧木育種的研究較少[2]。本試驗以課題組自主選育的4個葡萄砧木雜交組合的雜種優(yōu)株作為試材，通過對其盆栽植株進行干旱脅迫處理，調(diào)查各株系的旱害嚴重度，對能夠反映抗旱性強弱的生理指標進行測定并通過隸屬函數(shù)法進行評價，然后以旱害嚴重度作為主指標，參考5項生理指標的平均隸屬函數(shù)值，對其進行抗旱性評價，以期篩選出抗旱性強的雜種優(yōu)株，為選育多抗性砧木新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為西北農(nóng)林科技大學葡萄種質(zhì)資源圃中保存的4個砧木雜交組合的32個雜種優(yōu)株。具體組合為：河岸葡萄（♀）×山葡萄左山75097的12個株系；山葡萄泰山-11×河岸-2的3個株系；山葡萄泰山-11×沙地葡萄的3個株系；‘5BB’×山葡萄黑龍江實生的14個株系。以歐洲葡萄品種‘紅地球’作為抗旱對照（CK1），以砧木品種‘5BB’作為不抗旱對照（CK2）。

1.2 試驗方法

1.2.1材料準備

2018年6月初對試驗材料進行盆中壓條繁殖。營養(yǎng)土配制按照園土∶蛭石∶有機肥＝5∶1∶0.5的比例，混合均勻后裝入內(nèi)徑33 cm的花盆中，每盆裝營養(yǎng)土10 kg。將裝有營養(yǎng)土的花盆搬至試驗樹下，先將花盆中的土倒出一半，選擇母樹上生長較長的1年生綠枝，摘去剛好沒入花盆中部生長的葉片，用小刀在韌皮部輕輕劃兩下，然后埋入土中，覆土并澆灌0.1 mg/L的IBA溶液，以促進生根，最后將另一半土覆上，澆透水，每雜種（品種）壓條繁殖4盆。2019年3月將盆栽苗放入大棚中培養(yǎng)。待4月18日盆栽苗長出較多新葉后，開始進行干旱脅迫試驗。脅迫前每盆植株澆透水，灌水后第0、8、16、28 d分別在植株相同位置采取葉片，測定各項生理指標，第8、16、28 d進行旱害表型調(diào)查。

1.2.2指標測定

葉片相對含水量的測定采用烘干稱重法[9]，電導率的測定采用電導儀法[10]，葉綠素含量的測定采用直接浸提法，丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸法[11]，脯氨酸含量的測定采用酸性茚三酮法[12]。旱害分級標準如下[13]：0級，生長正常，無旱害癥狀；1級，葉片出現(xiàn)輕微黃化或輕度萎蔫；2級，葉片葉緣焦枯或重度萎蔫；3級，大部分葉片焦枯或出現(xiàn)嚴重落葉或嚴重萎蔫；4級，枝條枯死。

1.2.3數(shù)據(jù)分析

采用隸屬函數(shù)法進行抗旱性綜合評價[14]，用每株系的生理指標隸屬函數(shù)值的平均數(shù)作為其平均隸屬度。參照李敏敏等[15]的方法按照平均隸屬度（SL）將抗旱性分為4級：0.00～0.30為抗旱性弱（LR）；0.31～0.60為抗旱性中等（MR）；0.61～0.80為抗旱性強（HR）；0.81～1.00為抗旱性極強（FR）。以旱害嚴重度作為主指標，參考5項生理指標的平均隸屬函數(shù)值，將葡萄的抗旱性分為4個類型：極抗旱、強抗旱、中等抗旱、弱抗旱。

2 結(jié)果與分析

由表1可知，干旱脅迫第16 d時，各株系受害程度差別并不十分明顯，旱害最高為2級。干旱脅迫第28 d時，各株系受害程度出現(xiàn)明顯差別，其中HS-6、BBS-8、BBS-11、‘紅地球’生長正常，無旱害癥狀；HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-8、HS-9、HS-12、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-3、BBS-5、BBS-6、BBS-12、BBS-13、BBS-15出現(xiàn)輕度萎蔫，旱害等級為1級；HS-7、HS-10、HS-11、TS-1、BBS-4、BBS-10、‘5BB’出現(xiàn)重度萎蔫，旱害等級為2級；TH-2、TS-3、BBS-7葉緣焦枯，出現(xiàn)嚴重萎蔫，旱害等級為3級；HS-5、TH-1、TH-3、BBS-9出現(xiàn)枝條枯死現(xiàn)象，旱害等級達到4級。

表1 葡萄各砧木雜種優(yōu)株旱害程度分級

葉片相對含水量是植物體內(nèi)供水與保水機制綜合作用的結(jié)果，由表2可知，隨著干旱脅迫時間的延長，葉片相對含水量總體呈下降趨勢。干旱脅迫第8 d時，葉片相對含水量下降不明顯，甚至個別株系如HS-3、‘紅地球’含水量上升；干旱脅迫第16 d時，不同株系間葉片相對含水量出現(xiàn)較明顯差別，其中最高的是HS-9，為92.8%，最低的是BBS-5，為72.3%，其余株系為75.0%～91.3%，下降最快的是BBS-5，降幅為21.6%，HS-9下降最慢，降幅為2.1%；干旱脅迫第28 d時，各株系葉片相對含水量與同時間點對照相比下降明顯，其中TH-1、TH-3、TS-3、BBS-9降幅均超過30%，TH-1、TH-3、TS-1、TS-3、BBS-2、BBS-9、BBS-10葉片相對含水量低于70%，HS-3、HS-8、HS-9、BBS-6、‘紅地球’葉片相對含水量則保持在90%以上，表現(xiàn)了較好的保水性。

表2 葡萄各砧木雜種優(yōu)株葉片相對含水量變化 %

由表3可知，不同砧木葉綠素含量隨干旱脅迫時間的延長呈現(xiàn)不同的變化趨勢，HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-7、TH-1、TS-1、TS-6、BBS-3、BBS-5先降后升，其余除‘紅地球’一直升高外，多數(shù)株系先升后降，HS-5、HS-10、TH-2在干旱脅迫后期葉綠素含量不斷下降且第28 d降幅大于第16 d降幅，由旱害分級可知，其均為旱害較重的株系。至干旱脅迫末期時，HS-1、HS-8、BBS-8、BBS-10、BBS-11、BBS-13、‘5BB’葉綠素含量仍大于1.00 mg/g，HS-5、TH-3、BBS-7、BBS-9含量則低于0.60 mg/g，其余株系葉綠素含量為0.60～0.98 mg/g，降幅最大的是BBS-5，達到0.77 mg/g，BBS-8則上升0.33 mg/g。不同株系葉綠素含量的多少及升降程度也反映了其對干旱脅迫不同的響應程度與耐受性。

表3 葡萄各砧木雜種優(yōu)株葉綠素含量變化 mg/g

由表4可知，不同株系的相對電導率隨時間逐漸上升且上升幅度各不相同。干旱脅迫16 d時，整體電導率增幅不大，除個別株系如HS-8、TH-2增幅較明顯外，超過一半的株系相對電導率增幅在30%以下；干旱脅迫28 d時，各株系的相對電導率大幅增加且不同株系有較大差異，其中相對電導率最高的是TH-1，為86.9%，TS-1、BBS-4、BBS-10的相對電導率均超過70%且增幅超過100%，HS-8、HS-9、BBS-3、BBS-6、BBS-15相對電導率較低，均低于40%，BBS-5、BBS-15相對電導率增幅最小，分別增加了13.9%、14.8%，不同株系相對電導率以及變化幅度的不同，說明了株系間不同的細胞膜脂透性，也反映了逆境的脅迫強度與株系間不同的抗逆性。

表4 葡萄各砧木雜種優(yōu)株相對電導率變化 %

丙二醛（MDA）是植物在脅迫下細胞過氧化的產(chǎn)物，由表5可知，隨著干旱脅迫的加重，各株系整體MDA含量隨時間逐漸增加且增幅因不同株系而表現(xiàn)出較大差異。干旱脅迫第8 d時，除了HS-5、‘5BB’MDA含量增幅超過4.00 mmol/g外，多數(shù)砧木株系MDA含量增幅在3.00 mmol/g以下，且BBS-8、BBS-12、BBS-15的MDA含量出現(xiàn)下降，說明此時脅迫較輕；干旱脅迫28 d時，各株系MDA含量出現(xiàn)大幅增加，最高的是BBS-7，達20.56 mmol/g，其次是TH-3、TS-3、BBS-15、‘5BB’，MDA含量均超過18.00 mmol/g，HS-12、BBS-12的MDA含量較低，均低于10.00 mmol/g，其余株系MDA含量為10.19～17.82 mmol/g，MDA含量不同反映了不同株系間細胞過氧化程度不同，在干旱脅迫下受到的傷害不同。

表5 葡萄各砧木雜種優(yōu)株丙二醛含量變化 mmol/g

由表6可知，脯氨酸含量隨時間的延長逐漸增加且不同株系脯氨酸的增量不同。因為試驗前期有連陰雨且溫度較低，所以干旱脅迫第8 d時脯氨酸增量并不明顯，其中HS-7增量最大，增幅為7.48 μg/g；至干旱脅迫第16 d時，脯氨酸含量最高的是BBS-11，達19.65 μg/g，含量最低的是HS-5，為4.13 μg/g，其余株系脯氨酸含量為6.92～18.76 μg/g；干旱脅迫第28 d時，隨著脅迫的加重各株系的脯氨酸含量大幅增加，其中HS-6、BBS-2、BBS-3、BBS-13、‘紅地球’脯氨酸含量超過60.00 μg/g，HS-5、HS-11、TH-3、TS-3、BBS-1、BBS-9、BBS-10、BBS-12脯氨酸含量低于20.00 μg/g。脯氨酸含量的增加是植物適應逆境脅迫的一種表現(xiàn)，在干旱等逆境脅迫下，植物體內(nèi)游離脯氨酸含量急劇上升，可比原始量增加幾十至上百倍[16]，一般耐性強的株系受害后游離脯氨酸增量多于耐性弱的株系。

表6 葡萄各砧木雜種優(yōu)株脯氨酸含量變化 μg/g

由表7可知，根據(jù)各株系的平均隸屬函數(shù)值，HS-3、HS-6、HS-8、HS-9、BBS-3、BBS-6、BBS-8、BBS-11、BBS-13、‘紅地球’屬于強抗旱類型，HS-1、HS-2、HS-4、HS-7、HS-10、HS-11、HS-12、TH-2、TS-1、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-4、BBS-5、BBS-10、BBS-12、BBS-15、‘5BB’屬于中等抗旱類型，HS-5、TH-1、TH-3、TS-3、BBS-7、BBS-9屬于弱抗旱類型。

表7 干旱脅迫28 d葡萄各砧木雜種優(yōu)株抗旱性平均隸屬值與抗旱水平

綜上，以旱害嚴重度為主指標，參考5項生理指標的平均隸屬函數(shù)值，將試驗材料的抗旱性分為4種類型：HS-6、BBS-8、BBS-11、‘紅地球’屬于極抗旱類型，HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-8、HS-9、HS-12、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-3、BBS-5、BBS-6、BBS-12、BBS-13、BBS-15屬于強抗旱類型，HS-7、HS-10、HS-11、TS-1、BBS-4、BBS-10、‘5BB’屬于中等抗旱類型，HS-5、TH-1、TH-2、TH-3、TS-3、BBS-7、BBS-9屬于弱抗旱類型。

3 結(jié)論與討論

當受到干旱脅迫時，植物體內(nèi)會發(fā)生一系列生理生化反應來應對逆境，包括滲透調(diào)節(jié)、生長代謝調(diào)節(jié)等。在植物的生長環(huán)境中，水分的影響尤為重要，葉片的相對含水量與其生理功能密切相關，可以直接反映植物組織的水分狀況。潘學軍等[17]通過對喀斯特山區(qū)野生葡萄實生苗進行干旱脅迫，表明干旱條件下較高的葉片相對含水量是植物抗旱能力較強的表現(xiàn)。任菲宏等[18]通過主成分分析法，得出葉片相對含水量與旱害系數(shù)對葡萄耐旱性的影響在90%以上。在干旱情況下，植物失水造成水勢降低，細胞因失水滲透勢發(fā)生改變，透性增大導致內(nèi)容物外滲，可根據(jù)滲出液的電導率來對細胞膜的受損程度進行判斷[19]。干旱脅迫條件下，葡萄葉片光合電子傳遞受到抑制，導致光合作用下降[20]，同時，細胞膜受損后發(fā)生膜質(zhì)過氧化現(xiàn)象，造成膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA的積累，MDA會與細胞內(nèi)某些成分發(fā)生反應進一步加重膜質(zhì)的過氧化并由此形成惡性循環(huán)，MDA含量也是衡量植物耐旱性的重要指標之一。植物在進行滲透調(diào)節(jié)過程中，游離脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會大幅增加[16]，介導細胞與亞細胞的反應以起到保護蛋白分子、清除活性氧自由基的作用，因此干旱脅迫下植物體內(nèi)游離脯氨酸含量多少也是判斷植物抗旱性強弱的關鍵指標。在本試驗中，隨著干旱脅迫時間的延長，葉片相對含水量與葉綠素含量總體呈降低趨勢，相對電導率升高，丙二醛和游離脯氨酸含量增加，雖然某些生理指標如葉片相對含水量、葉綠素含量、丙二醛含量在試驗前期與中期與脅迫程度并未表現(xiàn)出嚴格的線性相關關系，但總體變化與理論研究相一致。

葡萄的抗旱性是由多基因控制的數(shù)量性狀[21]，因此對葡萄的抗旱性評價不僅需要相關指標，科學的評價體系也非常關鍵，目前的評價方法主要為隸屬函數(shù)法、主成分分析、灰色關聯(lián)度分析等，采用多指標多方法相結(jié)合的方法能夠使結(jié)果更為科學和客觀[22]。對葡萄砧木雜交后代進行抗旱性鑒定是新品種選育的重要環(huán)節(jié)。本試驗采用綜合幾項生理指標隸屬函數(shù)法，結(jié)合旱害表觀進行抗旱性綜合評價，旨在提高鑒定結(jié)果的準確性。本研究獲得了表型與各項生理指標的平均隸屬函數(shù)值的評價結(jié)果基本一致，這與前人[17]得出的葡萄各項生理指標與其旱害指數(shù)間存在顯著相關關系的結(jié)論相一致。

本試驗中，雖然生理指標的隸屬函數(shù)值評價與表觀指標評價基本一致，但對各株系強抗旱類型與中等抗旱類型的評價結(jié)果仍有些許不同，這可能是因為隨著干旱脅迫的加重，部分株系通過一系列生理生化變化對干旱產(chǎn)生適應性，內(nèi)部相關指標變化情況與株系外在表現(xiàn)并不完全一致，通過測定葉片生理指標所得結(jié)論和整體表觀調(diào)查所得結(jié)論之間有部分誤差，這種誤差應該可通過增加各株系的重復數(shù)量予以減小。

有研究指出，不同葡萄材料的抗旱性與其地理起源具有一定關系[2,23]。本試驗中，4個砧木組合均為起源于中國的山葡萄與起源于北美洲的河岸葡萄、沙地葡萄、‘5BB’（冬葡萄×河岸葡萄）的種間雜交，親本親緣關系較遠，植物學特性特別是抗旱性不同，雜種后代出現(xiàn)了抗性分離，雜種既可能表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢，也可能表現(xiàn)出雜種劣勢，如‘5BB’×山葡萄黑龍江實生組合中BBS-3、BBS-6等表現(xiàn)為強抗旱類型，而BBS-7、BBS-9為弱抗旱類型；河岸葡萄（♀）×山葡萄左山75097組合中HS-6等為強抗旱類型，而HS-5為弱抗旱類型。對于本試驗篩選出的強抗旱雜種優(yōu)株，我們將會進一步進行嫁接親和性試驗，并結(jié)合前期的抗寒性、抗鹽堿、抗病性等鑒定結(jié)果，選育出多抗性砧木新品種。