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(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(dòng)強(qiáng)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(zhǎng)和抗寒性密切相關(guān)[2]。低溫一方面使樹(shù)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(jī)械損傷，從而對(duì)樹(shù)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(guò)多致使地上部生理干旱而枯死[4]。我國(guó)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(huì)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(dòng)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(píng)價(jià)葡萄枝條的抗寒性較可靠；劉期國(guó)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(cè)定或比較果樹(shù)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(bào)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(qiáng)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(diǎn)，從枝條含水量角度探討品種抗旱寒性能的研究未有報(bào)道。本研究為生產(chǎn)中栽培技術(shù)合理運(yùn)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(yàn)材料

試驗(yàn)選用5個(gè)歐山雜種品種‘北玫’‘北紅’‘北馨’‘新北醇’和‘北璽’，一個(gè)歐美雜種品種‘威代爾’?！鸂枴泵怠汀奔t’為5年生樹(shù)體，‘北馨’‘新北醇’和‘北璽’為3年生樹(shù)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(shù)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(dòng)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(yàn)方法

1.4.1 枝條總含水量方法

枝條含水量為總含水量，測(cè)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(gè)品種1年生成熟枝條，帶回實(shí)驗(yàn)室，將枝條剪截成長(zhǎng)10 cm左右的枝段，枝段每3段為一組進(jìn)行逐一編號(hào)，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(gè)枝段為1個(gè)重復(fù)，重復(fù)10次。

1.4.2 枝條自由水測(cè)定方法

總含水量測(cè)定參照潘熾瑞[11]的方法，取出10 mL型號(hào)的離心管，逐一編號(hào)，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(gè)離心管中，每管加5 mL，再稱重記錄為W2，將帶回實(shí)驗(yàn)室的枝條避開(kāi)芽眼用刀片切成0.1 cm厚的薄片，每個(gè)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(shí)輕輕搖動(dòng)，用折射儀測(cè)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(yàn)

將每個(gè)品種帶有1個(gè)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(lái)水的30 cm×20 cm×8 cm的試驗(yàn)盒中，放培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)。在光照強(qiáng)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(gè)品種重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)10個(gè)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(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(cè)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(jì)算出隸屬函數(shù)值，再用每株系的5個(gè)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(jí)：0.70～1.00為高抗（High resistance，HR），1級(jí)；0.60～0.69為抗（Resistance，R），2級(jí)；0.40～0.59為中抗（Middle resistance，MR），3級(jí)；0.30～0.39為低抗（Lower resistance，LR），4級(jí)；0～0.29為不抗（Susceptible，S），5級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 越冬期間溫濕度的變化特點(diǎn)

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(shì)，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(kāi)始?xì)鉁胤€(wěn)定0 ℃以上。

同時(shí)，空氣相對(duì)濕度在此期間也發(fā)生了很大的變化（圖2），總體來(lái)看濕度呈逐漸下降趨勢(shì)。2018年11月和12月份期間，沒(méi)有出現(xiàn)降水，空氣相對(duì)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(shì)。3月份為試驗(yàn)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(lái)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(lái)看，越冬期間，6個(gè)不同葡萄品種枝條萌芽率變化趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)從高到低的變化趨勢(shì)，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(kāi)始出現(xiàn)明顯下降（北璽），第5次取樣時(shí)（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(yàn)期間成年樹(shù)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(shí)間均為100%，顯著高于同齡的‘北玫’，也明顯高于樹(shù)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(shù)齡大的樹(shù)體上枝條相對(duì)于樹(shù)齡小的枝條，萌發(fā)的快而整齊。從表1中還可以看出，樹(shù)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(shù)體，‘新北醇’的萌芽率明顯更高，抗旱寒性能更強(qiáng)，其次為‘北璽’和‘北馨’?？鼓嫘暂^強(qiáng)的歐美雜種‘威代爾’其萌芽率表現(xiàn)明顯與其他5個(gè)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(wú)萌發(fā)。從春季田間樹(shù)體萌發(fā)情況看，‘北紅’樹(shù)體均能正常萌發(fā)，而‘威代爾’地上部無(wú)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(gè)不同時(shí)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(dòng)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(gè)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(shí)又有不同程度的回升；而‘威代爾’在最初幾次取樣時(shí)總含水量明顯大于‘北紅’‘北玫’等品種，但在后期幾次取樣時(shí)總含水量跌幅較大，從2月12日開(kāi)始明顯下降，最后并無(wú)回升趨勢(shì)，直到3月15日降到最低，僅為22.75%，顯著低于其他幾個(gè)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(gè)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?！泵怠奔t’‘北馨’3個(gè)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(shì)，‘威代爾’自由水含量變化與其他品種不同，從12月8日開(kāi)始，一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在后期下降幅度較大，在3月15日最后一次取樣時(shí)降到最低，僅為2.36%。葡萄枝條在冬季氣溫偏低時(shí)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(shí)，土壤溫度隨之升高，抗寒能力強(qiáng)的品種根部開(kāi)始活動(dòng)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(shí)，根系無(wú)法吸收水分；當(dāng)蒸騰作用增強(qiáng)時(shí)，自由水含量就會(huì)降低，最后導(dǎo)致整個(gè)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(shì)，與自由水含量變化趨勢(shì)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(shì)，在1月21日束縛水含量達(dá)到最高，之后開(kāi)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(shí)一直呈下降走向。‘威代爾’枝條束縛水含量從開(kāi)始的最高大幅下降，至第二次取樣時(shí)僅為4.08%，明顯低于‘北紅’‘北玫’等品種，因自1月7日開(kāi)始‘威代爾’枝條均未能萌發(fā)，枝條形成層出現(xiàn)褐變，試驗(yàn)只進(jìn)行了總含水量和自由水測(cè)定。在2018年12月下旬開(kāi)始低溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，植物在低溫時(shí)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(shí)，束縛水越高抗寒性可能越強(qiáng)[13]。從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，同一時(shí)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(shì)與束縛水相似。隨著低溫的持續(xù)，2019年1月21日取樣時(shí)，‘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(shí)期束縛水均大于自由水，隨后比值開(kāi)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(duì)細(xì)胞膜的破壞作用，當(dāng)溫度持續(xù)一定時(shí)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(shí)，葡萄組織或器官代謝活動(dòng)緩慢，抗寒性強(qiáng)。

表1 不同品種枝條7個(gè)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(duì)6個(gè)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(guò)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(shuō)明此4項(xiàng)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(píng)價(jià)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(gè)采樣時(shí)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(duì)其萌芽率的影響

為了確定葡萄枝條萌芽率對(duì)水分含量反應(yīng)臨界值，分別對(duì)6個(gè)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(guò)對(duì)不同時(shí)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(gè)葡萄品種的枝條總含水量與萌芽率呈線性關(guān)系，說(shuō)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(shí)，枝條萌芽率為0，其枝條含水量的反應(yīng)臨界點(diǎn)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(shí)，萌芽率就會(huì)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(yàn)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(jià)是評(píng)價(jià)樹(shù)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(shí)間延長(zhǎng),‘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(shí)，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(shí)，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(shì)，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(shuō)明萌芽率較高的品種抗旱寒性越強(qiáng)，失水量較大的品種抗旱寒性較弱。根據(jù)試驗(yàn)擬合方程計(jì)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(shí)，枝條萌芽率為0；其枝條含水量的反應(yīng)臨界點(diǎn)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(shí)，萌芽率就會(huì)明顯下降?？购岛阅茌^強(qiáng)的品種其枝條含水量反應(yīng)臨界點(diǎn)較低，相反則臨界點(diǎn)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(píng)價(jià)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(gè)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(qiáng)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(yàn)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(shù)齡有關(guān)。宋瑞等[16]研究表明，隨著樹(shù)齡的增加，賀蘭山東麓‘赤霞珠’‘美樂(lè)’葡萄根系的半致死溫度降低，說(shuō)明樹(shù)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(shù)齡大的植株抗寒性比樹(shù)齡小的強(qiáng)。本研究中，樹(shù)齡較大的‘北紅’‘北玫’的萌芽率及含水量高于樹(shù)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(duì)于我國(guó)北方冬季旱寒氣候條件下提高樹(shù)體越冬能力具有重要理論價(jià)值，為探討葡萄抗旱寒調(diào)控機(jī)制，還需在調(diào)控基因、生理表型等方面開(kāi)展進(jìn)一步深入研究。