苹果矮化砧木抗寒性

石 游,陈淑英,刘 君,罗秉瑜,王 瑾

(1. 新疆伊犁州林业科学研究院，新疆伊宁 835000，2. 国家苹果产业技术体系伊犁综合试验站，新疆伊宁 835000))

0 引 言

【研究意义】在矮化密植栽培中，砧木的选择是重要环节之一，利用矮化砧木是实现苹果密植栽培的最主要途径。新疆伊犁河谷是新疆苹果的主产区，矮化密植栽培正处于起步阶段，由于冬季寒冷，苹果矮化砧木往往发生低温冻害，生产上适宜的苹果矮化砧木很少，限制了苹果矮砧集约栽培的发展。选育抗寒的苹果矮化砧木对推进伊犁河谷矮化密植栽培发展具有重要意义。【前人研究进展】电导法是鉴定果树抗寒性的主要方法之一[1-3]。其理论依据是Lyons[4]提出的“膜脂相变”假说，他认为，植物在受到低温胁迫时，膜脂结构发生改变，膜的通透性增大，导致电解质大量外渗。在相同条件下，电导值越高，抗寒性越差。在评价及鉴定果树抗寒性时，此方法已被广泛应用在苹果[5]、梨[6]、葡萄[7,8]、樱桃[9]和桃[10]等果树上。Sukumaran等[11]在研究马铃薯抗寒性时提出当电解质渗出率达50%时，此时的温度可作为半致死温度，但在实际应用中误差较大。【本研究切入点】朱根海等[12]经过多年的试验和验证提出，利用电解质渗出率拟合Logistic方程，通过数学分析，可获得曲线的拐点温度，即植物组织的半致死温度(LT50)。此方法已广泛应用在杏[13]、扁桃[14]、梨[15]、柑橘[16]等多种果树上。研究引进的俄罗斯苹果矮化砧木与国内常用的2种苹果矮化砧木进行抗寒性比较。有关苹果矮化砧木的抗寒性文献较多，但是研究提到的62-396、BP-176这2个的矮化砧木的抗寒性未见报道。【拟解决的关键问题】通过测定不同温度处理下枝条的电导率，配合Logistic方程求得半致死温度，结合冻害分级，确定砧木的抗寒性，为选育、鉴定和推广应用抗寒的苹果矮化砧木提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

材料均取自新疆伊犁察布查尔县伊犁州林科院千亩科技示范基地。于2018年12月底(田间气温1～-10℃)，树体进入深度休眠后，采集4种苹果矮化砧木62-396、BP-176、Y-1、KM23 1年生休眠枝条为试材，要求枝条长势一致，无病虫害，粗度0.5～0.8 cm，长度50 cm。

苹果矮化砧62-396，是由半矮生13-14砧木布与矮生的布达戈夫斯基乐园苹果杂交而成，伊犁州林科院于2017年从哈萨克斯坦引进，引进的还有bp-176苹果矮化砧木，嫁接在野苹果基砧上进行保存。Y-1苹果矮化砧木是山西省农业科学院果树研究所从野生晋西北山定子实生苗中选育，伊犁州林科院于2016年引进，嫁接在野苹果基砧上进行保存。KM23是新疆奎屯农科所选育的苹果矮化砧木，伊犁州林科院于2014年引进并于同年嫁接在野苹果基砧上进行保存。

1.2 方 法

1.2.1 前期处理

试验于2019年1月在伊犁州林科院实验室进行。将各品种1年生枝条剪成25 cm长的小段，均匀分成8组，每组10段，用湿润、干净的纱布包好，装入塑料袋中，做好标记，放入冰箱(冷藏4℃)备用。取其中1组作为对照(不做低温处理)，测定其在室温条件下的电解质渗出率。其余7组分别放入超低温冰箱中进行降温处理，共设7个温度梯度-16、-20、-24、-28、-32、-36和-40℃ ，以4℃/h速度降温，降至所设定温度后保持12 h，再以同样速度升温至0℃，进行各项指标的测定。

1.2.2 电解质渗出率测定

参照梅立新等[17]的试验方法，将处理后的枝条用双重蒸馏水冲洗干净，滤纸擦干，避开芽眼剪成3 mm的小段，混合均匀，准确称取1 g，放入试管中，加入20 mL双重蒸馏水，摇匀，室温下浸提10 h，用HANNA-EC215型电导仪测定初电导值(S1)。然后封住试管口，置于沸水浴中煮20 min，取出后凉至室温，测定其终电导值(S2)，每个处理重复4次。根据公式Y%=(S1-S0)/(S2-S0)×100计算出电解质渗出率，式中：Y为电解质渗出率；S0为双重蒸馏水电导值；S1为初电导值；S2为终电导值。

1.2.3 冻害分级1.2.3.1 实验室低温处理后冻害分级

将处理后的枝条在室温下放置24 h，两端各剪去5 cm，然后斜剪，观察其受冻害程度，分级标准如下：0级(无冻害)：苗木正常；Ⅰ级(轻度冻害)：1年生枝髓部轻微变褐可恢复；Ⅱ级(中度冻害)：1年生枝髓部严重变褐，木质部轻微变褐；Ⅲ级(重度冻害)：1年生枝木质部严重变褐，韧皮部轻微变褐；Ⅳ级(严重冻害)：1年生枝皮层变黑，韧皮部变褐[18]。

1.2.3.2 田间冻害情况调查

2017～2019年，连续3年在新疆伊犁察布查尔县伊犁州林科院千亩科技示范基地、海努克科技示范基地进行调查。采取实地查看、随机抽样的方法，分别查看嫁接口部位、雪线以上5 cm(距地面40 cm)、苗木中部、苗木顶端(距顶部5 cm)的受冻情况[18]。分级标准同上。

1.2.4 恢复生长试验

将经过低温处理过的枝条每个品种取5～8根，先用塑料袋包好置于冰箱中冷藏(4℃)24 h，待缓慢解冻后，在室温(25℃)条件下插入河沙中进行恢复生长，每天喷水1次，40 d后调查枝条的萌发情况。

2 结果与分析

2.1 不同温度处理枝条电解质渗出率的变化

研究表明,不同品种苹果砧木枝条经过低温处理后，电解质渗出率变化总趋势一致，即随温度的降低而上升，呈“S”形曲线。当温度从-16℃下降至-24℃时，4个品种电解质渗出率变化不明显；BP-176在-28～-32℃时电解质渗出率迅速增加；62-396和Y-1在温度处于-36～-40℃时，电解质渗出率开始加剧上升；KM23的电解质渗出率在整个低温处理过程中基本保持匀速增加。在低温伤害初期，电解质渗出率缓慢上升，随着温度的继续下降，电解质渗出率开始迅速上升，植物组织受到严重伤害，膜透性增大，电解质大量外渗。枝条电解质渗出率大小依次为BP-176>KM23>62-396>Y-1。图1

图1 不同温度处理枝条电解质渗出率变化

Fig.1 Changes of penertrating rate of branches under different low temperatures

2.2 不同砧木品种的半致死温度

应用电解质渗出率和温度拟合Logistic方程，通过公式Y=k/(1+ae-bt)，计算出拐点温度，即枝条半致死温度LT50。4种苹果矮化砧木62-396、BP-176、Y-1、KM23的LT50分别为-42.56、-37.52、-43.79和-40.77℃。其中，Y-1的LT50最低，其抗寒能力最强。62-396的LT50与Y-1仅差1.23℃，62-396具有较强的抗寒性。BP-176的LT50最高，其抗寒性相对较差。根据LT50，4种苹果矮化砧木的抗寒性大小依次为Y-1>62-396>KM23>BP-176。表1

表1 不同苹果矮化砧木的LT50

Table 1 LT50of different apple rootstocks

砧木Rootstock回归方程Logistic equation半致死温度LT50(℃)相关系数R2Correlation coefficient62-396Y=121.543 8/(1+72.205 5e-0.098 53t)-42.560.88BP-176Y=93.453 2/(1+57.744 7e-0.123 42t)-37.520.85Y-1Y=128.533 6/(1+75.567 4e-0.082 31t)-43.790.91KM23Y=114.542 9/(1+63.617 3e-0.103 46t)-40.770.87

2.3 冻害分级

研究表明,-16℃时各枝条均未发生冻害；-20～-24℃时只有BP-176发生可恢复的轻微冻害，其余品种表现正常；-32～-36℃时，4个苹果矮化砧木均发生不同程度冻害，其中BP-176较为严重，表现为Ⅲ～Ⅳ级冻害，其余品种处于Ⅰ～Ⅱ级之间；当温度降低至-40℃时，大部分枝条为Ⅱ～Ⅲ级冻害，BP-176出现Ⅳ级冻害。在4个供试品种中，Y-1、62-396表现出较强的抗寒能力，KM23次之，BP-176抗寒性相对较差。表2

表2 低温处理后各品种枝条冻害综合评级

Table 2 Different branches cold injury comprehensive rating after low-temperature treatment

砧木Rootstock 冻害分级Cold injure classification-16℃-20℃-24℃-28℃-32℃-36℃-40℃62-39600 00～Ⅰ ⅠⅠ～Ⅱ Ⅱ～ⅢBP-17600～ⅠⅠ0～Ⅰ ⅢⅢ～ⅣⅣY-10000～Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ～ⅢKM23000～Ⅰ ⅠⅠ～Ⅱ Ⅱ Ⅱ～Ⅲ

2.4 恢复生长

研究表明,各枝条的萌芽率随温度的下降而降低。当处理温度为-16、-20和-24℃时各供试枝条均能萌芽；在-28℃时，KM23萌芽率最高，为53.62%；当处理温度为-32和-36℃时，Y-1萌芽率为40.45%和25.40%，高于其他品种；低温达-40℃时，BP-176没有萌芽，枝条和芽受到不可逆的伤害，其余各品种虽然有萌芽，但萌芽率较低。4种苹果矮化砧木抗寒性强弱依次是Y-1>62-396>KM23>BP-176。表3

表3 低温处理后各砧木枝条萌芽率

Table 3 Branches germination rate of recovery growth after low-temperature treatment

砧木Rootstock 萌芽率(%)Germination rate-16℃-20℃-24℃-28℃-32℃-36℃-40℃62-39672.5073.2162.2042.5741.2422.519.50BP-17667.7766.5253.4933.4124.30 15.260Y-181.0267.8875.4046.7340.4525.4011.89KM2364.5669.3354.0353.6238.7017.825.67

2.5 田间冻害情况

研究表明, 2017年BP-176发生Ⅰ级冻害，其余品种未发现冻害，当年最低温为-23.8℃；2018年，千亩基地试验点Y-1表现为0～Ⅰ级冻害，62-396和KM23为Ⅰ级冻害，BP-176为Ⅱ级冻害，海努克试验点BP-176发生Ⅰ级冻害，其余品种为0～Ⅰ级冻害，当年最低气温为-33.25℃，出现在1月29日；2019年4个品种均未发现冻害，这1年是暖冬，最低温仅-21.5℃。4种苹果矮化砧木中Y-1抗寒性最强，62-396和KM23次之，BP-176抗寒性最差。表4，表5

表4 试验地极端最低温比较

Table 4 Comparison of extreme minimum temperature in experimental site

试验地Experimental site海拔Altitude(m)低温时间(年/月/日)Low Temperature time(Y/M/D)极端低温Extremely minimum temperature(℃)察布查尔县千亩科技示范基地 Science and Technology demonstration Base of Thousands mu in Chabchal County7402017/1/16-23.82018/1/29-33.252019/2/07-21.5察布查尔县海努克科技示范基地Science and Technology demonstration Base in Henuk township Chabchal County 9202017/1/16-19.62018/1/29-27.562019/2/08-20.81

表5 不同年份冻害情况

Table 5 Analysis of freezing damage in different years

调查地点Location of Loinvestigation品种Varieties调查株数Quantity of investigation不同年份冻害分级Cold injure classification of different years201720182019察布查尔县千亩科技示范基地 Science and Technology demonstration Base of Thousands mu in Chabchal County62-396500Ⅰ0BP-176500～ⅠⅡ0Y-1500 0～Ⅰ0KM23500Ⅰ0察布查尔县海努克科技示范基地Science and Technology demonstration Base in Henuk township Chabchal County 62-3965000～Ⅰ0BP-176500Ⅰ0 Y-15000～Ⅰ0KM235000～Ⅰ0

3 讨 论

果树是多年生植物，严重冻害不仅影响树体的生长发育，还会造成一定的经济损失。研究果树抗寒性对于果树的引种和栽培具有重要的指导意义。植物组织在受到低温伤害后，生物膜结构发生变化，膜的通透性增加，电解质大量外渗[4]，电导法测定植物抗寒性就是利用这个原理。Logistic方程曲线可以描述低温对植物组织的伤害过程[19]。运用电导法结合Logistic方程计算半致死温度，可以消除原生质体在温度作用中的时间影响[20]，其结果准确，与休眠枝条经过低温处理后进行冻害分级和恢复生长的结果一致，4种方法结合在一起可以精确的确定供试材料的抗寒能力。

Y-1是从抗寒性极强[21]的晋西北山定子中实生选育出来的，弓桂花[22]认为Y-1与晋西北山定子的抗寒性无明显差异，Y-1的抗寒性也很强，这与研究结果一致。

果树受冻害的损伤程度受多种因素影响，主要由冻害发生的时间、降温程度、低温持续时间、升温速度决定。实验室测定抗寒性与田间调查结果存在一定的差异。在自然界中，果树发生冻害，是一个错综复杂的过程，实验室通过人工气候模拟不能真实的反映植物在外界自然环境下的冻害情况，只能根据植物某些生理生化指标及物理指标间接推断供试材料的抗寒性，但是实验室测定休眠枝条的抗寒能力是在同等条件下进行的，能较客观地反映低温胁迫下各砧木品种间的抗寒性差异。

4 结 论

采用电导法，配合Logistic方程，结合冻害分级、恢复生长试验和田间冻害调查，对4种苹果矮化砧木的抗寒性进行综合评价，抗寒性强弱依次为Y-1>62-396>KM23>BP-176。引进的俄罗斯苹果矮化砧木62-396与Y-1仅差-1.23℃，62-396具有较强的抗寒性。苹果矮化砧木Y-1、62-396具有较大的应用潜力，可以作为苹果抗寒矮化砧木在伊犁河谷进行生产应用。