引进核桃品种在南疆地区的抗寒适应性研究初报

马 凯，韩立群，周晓斌，赵国庆，艾沙江·买买提，梅 闯，樊丁宇，王继勋*

(1.新疆农业科学院 园艺作物研究所，农业部新疆地区果树科学观测试验站，新疆 乌鲁木齐 830091；2.叶城县林业局，新疆 叶城 844900)

核桃(Juglansregia)是世界四大干果之一，是我国重要的经济林树种，也是新疆传统、特色、优势林果树种，截止2015年，新疆核桃栽培面积已经达到35.17×104hm2，成为全区第二大果树。新疆核桃95%的面积集中在南疆环塔里木盆地，核桃产业已经成为当地农业农村经济重要组成部分。核桃是喜温树种，枝条髓心大，水分多，抗寒性差，冬季易发生冻害及抽条现象[1-2]，新疆南疆属于典型的暖温带大陆性气候，近年冬季极端气候事件发生频繁，核桃等特色果树时常遭受冻害[3-4]。潘俨[5]、张婷[6]等研究了新疆早实核桃温185、扎343的抗寒生理指标及1年生枝半致死温度，车凤斌[7]等研究提出了合理的修剪、追肥、灌水等栽培措施能够提高温185核桃1年生枝的抗寒力。美国核桃栽培品种由于果实性状突出[8]，南疆地区已逐步开展了引种栽培，但目前尚未有美国核桃品种引种抗寒适应性方面的系统观察报道。因此，在南疆气候生态区引进美国核桃主栽品种并进行抗寒适应性观察，通过室内抗寒鉴定结合田间越冬调查，探讨引进品种在该区域的越冬情况及冻害临界温度，可为品种资源引种及筛选利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料来自于农业部新疆地区果树科学观测实验站(叶城)核桃品种资源圃，试验选用的8个核桃品种树龄3年，包括5个美国核桃品种和3个新疆核桃地方品种，美国品种为强特勒、哈特利、维纳、艾米格、彼得罗，新疆地方品种为温185、新新2号、新丰。

1.2 试验处理

2016年1月5日采集试验用枝条，1月1日至1月10日每日最低气温最大值为-7.3℃，最小值为-12.7℃。每品种选5株树采集树冠外围生长正常的1年生枝，每品种采集50根枝条带回实验室，先用清水冲洗干净，再用蒸馏水冲洗3次，用吸水纸擦干后对枝条剪口进行蜡封。将每个品种蜡封后的枝条分为8份进行试验处理，低温胁迫处理采用高低温交变程控试验箱，温度分别为-12℃、-16℃、-20℃、-24℃、-28℃、-32℃、-36℃共7个处理，以4℃/h速度自动降温，降到预设温度后维持24 h后，以4℃/h速度匀速升温至室温时取出，静置4 h后用于生理生化指标的测定。每处理下3根枝条作为重复，以4℃温度处理为对照。

1.3 相对电导率测定及田间抗寒性调查

1.3.1 室内相对电导率测定 供试材料经低温胁迫处理后，室温稳定2 h，剪去枝条上部和下部各10 cm，选用枝条中段为试验材料，将中段枝条剪成0.1～0.3 cm的薄片，称量1 g放入试管中，加入20 mL重蒸馏水，在室温下静置10～12 h后，测量初电导,然后将试管封口，在100℃水浴锅中水浴1 h，待其温度降至室温测量终电导，参照贺普超[9]等测定葡萄抗寒性的方法，以(直接电导值/煮沸电导值)×100%即为电解质外渗率，试验采用DDS-12A型电导仪。

1.3.2 田间冻害调查 田间调查在2016年3月、2017年3月结合核桃枝条萌芽情况进行冻害调查，2016年3月定株调查2015年夏季嫁接的不同品种枝条的生长量和越冬情况，2017年3月继续调查标记株的1年生枝生长量和越冬情况等。每品种标记5株树，每株选5个中部外围枝条。

1.3.3 田间实际气温测定 田间安装浙江大学电气设备厂生产的ZDR-20型温湿度记录仪进行温度自动记录，高度为距地面1.5 m处，记录周期为2015年12月份至2016年2月份、2016年12月份至2017年2月份共2个年度的冬季，记录仪每2 h自动记录1次数据，每天记录存储12个温度数据，根据每日最低气温数据得到2个冬季每日最低气温变化趋势(图1、图2)。由图1、图2可以看出，12月中下旬气温开始明显降温，冬季低温出现在12月下旬至1月下旬，2月上旬以后，每日最低气温呈逐渐上升趋势。2015-2016年冬季极端最低气温为-15.4℃，低于-15.0℃低温出现时间为2 d，2016-2017年冬季极端最低气温为-14.6℃，低于-14.0℃低温出现时间为2 d。

图1 2015-2016年冬季果园每日最低气温变化Fig.1 The daily lowest air temperature of orchard in winter of 2015-2016 years

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2007数据统计，采用SPSS17.0通过相对电导率拟合Logistic方程进行非线性分析，得到拐点温度即为半致死温度[10]。

图2 2016-2017年冬季果园每日最低气温变化Fig.2 The daily lowest air temperature of orchard in winter of 2016-2017 years

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下不同品种的相对电导率

由表1可知，在低温胁迫过程中，随着温度降低，所有品种的1年生枝的相对电导率都呈上升趋势，这说明随着温度降低，细胞膜损伤程度增大，电解质外渗增加。在CK～-16℃的降温过程中，各品种相对电导率缓慢递增。当胁迫温度降到-20℃时，哈特利、彼得罗的相对电导率达到50.91%和54.29%，强特勒为49.91%，其余品种都在50%以内。当胁迫温度降到-24℃时，美国品种哈特利、强特勒、彼得罗的相对电导率都在50%以上，彼得罗达到66.23%。3个新疆品种以及美国品种艾米格、维纳的相对电导率仍在50%以内，新丰最大达到49.05%。基于电解质渗出率达50%时的温度正好与组织半致死温度(LT50)相一致，提出以电解质渗出率达50%时的温度作为组织的半致死温度(LT50)[11]可知，初步可以判断美国品种哈特利、强特勒、彼得罗的1年生枝条半致死温度应该在-20℃以内，其余品种应该在-24～-28℃。

2.2 低温胁迫下不同品种的半致死温度

以相对电导率和温度拟合Logistic方程，得到8个核桃品种1年生枝条低温处理Logistic方程、半致死温度以及拟合度(r)，结果见表2。所有方程拟合度都在0.9以上，且达到显著水平。拟合结果表明，美国品种哈特利、强特勒、彼得罗1年生枝条半致死温度在-18.5～-19.1℃，艾米格、维纳以及3个新疆品种的1年生枝条半致死温度在-22.2～-26.6℃，以半致死温度(LT50)初步判断8个核桃品种抗寒力强弱的结果应为温185>维纳>艾米格>新新2>新丰>强特勒>哈特利>彼得罗。

表1 不同温度处理对不同品种1年生枝相对电导率的影响Table 1 Effects of different treatments on REC of annual shoots of different walnut varieties %

注：同列数据后的小写字母为新复极差多重比较的结果，标不同小写字母表示差异达P<0.05显著水平。

表2 核桃不同品种Logisitic方程参数及半致死温度(LT50)Table 2 Logisitic equation parameters and LT50 of different walnut varieties

注：*/**分别代表在0.05/0.01水平上的差异显著性。

2.3 不同品种田间越冬情况调查

2016年3月对2015年夏季嫁接的枝条越冬情况进行了调查，结果表明，3个新疆本地核桃品种温185、新新2号、新丰的上一年夏季嫁接枝条均无越冬冻害现象，萌芽正常。美国品种艾米格、维纳无越冬冻害，萌芽正常，哈特利、彼得罗的上一年夏季嫁接枝条均有不同程度受冻，强特勒受冻较重。2017年3月对1年生枝的调查结果与上年度相似，但哈特利、彼得罗受冻程度较轻，强特勒未受冻。哈特利、强特勒、彼得罗3个品种秋稍都表现为萌芽不正常而且表皮有失水皱缩现象，这可能与抽条有关。品种间比较，哈特利、强特勒、彼得罗抗寒力弱于其他品种，越冬适应性相对较差。调查结果与不同品种的相对电导率和半致死温度数据反映的结果基本吻合。

表3 核桃不同品种嫁接枝条及1年生枝越冬情况调查Table 3 Investigation on overwintering status of grafted branches and annual branches of walnut varieties

3 结论与讨论

低温引起细胞器膜结构的破坏是导致植物寒害损伤和死亡的根本原因[12]。植物遭受低温胁迫时，膜脂受损，细胞内某些物质的外渗引起细胞导电性的变化，是电导法测定植物抗寒性的主要依据，也是检验植物抗寒性的经典实验方法[13]。张婷等[6]认为相对电导率是核桃抗寒力评价的关键指标之一。本试验中，随着温度降低，所有品种的1年生枝的相对电导率都呈上升趋势，这说明低温导致细胞膜损伤，电解质外渗增加。利用电导法配以Logistic方程估算植物组织的低温半致死温度，比较抗寒性差异已经在多种作物上广泛应用[14-16]。本试验拟合出8个核桃品种的半致死温度在-18.5～-26.6℃，以半致死温度(LT50)初步判断不同品种抗寒力强弱的结果为温185>维纳>艾米格>新新2>新丰>强特勒>哈特利>彼得罗，与田间冻害调查结果基本一致。说明了以Logistic方程拟合出的半致死温度能够较好地评价核桃品种间抗寒力强弱，与他人在杏[17]、葡萄[18]、石榴[19]等果树作物方面的研究结论相同。

温度指标以及冻害调查结果表明，引进品种强特勒、哈特利、彼得罗3个品种在南疆的越冬适应性相对较弱，虽然拟合的半致死温度在-18.5～-19.1℃，在果园实际极端气温-14.6～-15.4℃出现2 d的情况下，嫁接枝条及1年生枝出现了冻害，维纳、艾米格以及3个新疆品种越冬正常，表现出较好的越冬适应性。这也说明，本试验在室内低温胁迫拟合出的半致死温度低于田间冻害临界温度。以温185品种为例，本试验拟合的半致死温度为-26.6℃，潘俨等[4]拟合的半致死温度为-24.71℃，相关研究报道表明在田间实际温度-20～-22℃且持续低温达到2 d，温185就会出现花芽、叶芽、1年生枝条的轻度至中度冻害[20]，高于该品种室内拟合的半致死温度。分析原因，首先与电导率测定计算方法有关[21]。其次，果园是一个开放环境，树体冻害受多方面综合因素影响，冻害临界温度也受多因素影响，田间自然降温、升温过程与室内高低温交变程控冰箱的程序化降温、升温也有不同。但通过本试验结果初步判断，核桃1年生枝田间冻害临界温度高于室内拟合的半致死温度，这样今后在品种资源引进、抗寒适应性评价等方面通过半致死温度来估算和预测田间冻害临界温度对生产就更具有参考和指导意义。此外，本试验田间调查发现，1年生枝主要以形成层褐化为主要冻害表征，秋稍还兼具表皮失水皱缩的现象，这说明田间的树体冻害可能受冻害和抽条同时影响，这可以在今后结合更多的气象、生理因子深入分析。果树引种抗寒适应性及冻害需要长期、多点多因素综合分析和研究，才能更加准确，并指导实际生产。