复合盐碱胁迫对葡萄生长及显微结构的影响

卢倩倩，李 月，王乐乐，王 爽，周 龙

（新疆农业大学 园艺学院，新疆 乌鲁木齐 830052）

葡萄Vitis uinifera是世界四大果树之一，其果实酸甜可口、营养丰富，其栽植面积和产量曾长期居于世界首位[1]。从2012年开始，中国葡萄总产量位居世界首位，葡萄种植面积位列世界第2位，鲜食葡萄产量占世界总产量的近50%[2]。新疆是我国葡萄栽培面积最大的省区，独特的气候资源使得该区的葡萄品质具有明显优势[3]。同时因为独特的气候、地形等因素，新疆地区是我国盐碱地面积最大、分布范围最广的地区，有“世界盐碱地博物馆之称”[4]。葡萄种植面积不断扩大与盐碱化耕地不断增多的矛盾日益凸显，筛选耐盐碱能力强的鲜食葡萄品种成为当前的紧要任务，对新疆地区葡萄产业的持续健康发展具有重要意义。盐碱胁迫会影响果树的生长发育，叶片作为果树与外界进行物质、能量交换的主要器官，其组织结构也必然会随之发生一定的变化以适应环境[5]，且叶片变化程度与胁迫浓度为正比关系[6]。李学孚等[7]对盐胁迫下‘鄞红’葡萄的叶片细胞结构进行了研究，发现盐胁迫会抑制葡萄生长，叶片表皮层、栅栏组织、海绵组织变厚。秦玲等[8]对盐胁迫下酿酒葡萄的叶片细胞结构进行了研究，发现盐胁迫使得叶绿体在细胞内不规则分布，栅栏组织与海绵组织的厚度比（栅海比）相对降低。张德等[9]对盐胁迫下2种垂丝海棠砧木的叶片细胞结构进行了研究，发现耐盐性强的‘9-1-6’的叶片表皮层、栅栏组织、海绵组织厚度的变幅均小于耐盐性差的山定子。

目前，关于葡萄砧木耐盐碱性的研究报道较多，但新疆地区多采用自根苗建园的种植模式，因此对耐盐碱性较强的鲜食葡萄新品种有较大的需求量。近年来，由于未在引种前进行耐盐碱性评价，导致实际生产中部分新引品种因不耐盐碱而生长不良，种植户损失较大，因此在引种前进行新引进葡萄品种耐盐碱性的评价和区域试验，对整个新疆葡萄产业的健康发展具有十分重要的意义。本研究中以新疆10个新引鲜食葡萄品种为研究对象，通过盆栽控制性试验，对复合盐碱胁迫30 d后葡萄的生长指标和显微结构进行观测，以期为10个新引鲜食葡萄品种在新疆地区的进一步推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

2020年4—9月，在新疆农业大学园艺学院进行试验，供试材料为新疆地区10个新引鲜食葡萄品种的1年生扦插苗，包括‘深红玫瑰’‘丝路红玫瑰’‘阳光玫瑰’‘黑脆无核’‘早夏无核’‘甜蜜蓝宝石’‘浪漫红颜’‘紫甜无核’‘户太8号’和‘夏黑’（表1）。将扦插苗定植于上口直径25 cm、下口直径20 cm、高25 cm的塑料花盆中，基质采用营养土。定植后，每3 d浇1次透水，保证基质处于湿润状态。待葡萄苗长出7叶1心后，选择直径和高度均较为一致的幼苗，进行复合盐碱胁迫处理。

表1 供试葡萄品种的基本信息Table 1 Basic information of tested grape varieties

依据新疆盐碱土成分，将中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐NaHCO3按浓度1∶1∶1的比例混合配置成复合盐碱溶于水。根据盐碱质量分数（盐碱质量和土壤干质量的百分比）设置处理，设对照（不加盐碱，CK）和加入0.29%（T1）、0.58%（T2）、0.87%（T3）盆土干质量（5 kg）的复合盐碱，共4个处理，每处理3次重复。为避免盐冲击效应，预处理期间每天以0.29%复合盐碱溶液递增添加，经3 d同时达到预定浓度，此时设定为正式处理第1天。为防止浇水时土壤溶液流失，每个盆底垫塑料托盘，且定期回浇到盆内，以保持盆内土壤盐碱总量。处理后定期浇灌少量水，以平衡蒸发量。

1.2 形态指标测定

盐碱处理第1天和第30天分别用米尺测量新梢长度，用直尺和Digital数显式游标卡尺测量第3茎节的长度和直径，用直尺测量第3节位叶片的长度和宽度，计算各指标生长量。

1.3 解剖结构观测

盐碱处理第30天，从葡萄新梢中部功能叶片中部主脉两侧取材（2 mm×2 mm），FAA固定，乙醇和二甲苯系列脱水，石蜡包埋，横切片厚度8 μm，番红-固绿染色，Nikon显微镜下观察并拍照。测量叶片厚度、栅栏组织和海绵组织厚度、上下表皮厚度，每个样片观察30个视野，计算栅海比、叶片组织结构紧密度（栅栏组织厚度占叶厚度的百分比）、叶片组织结构疏松度（海绵组织厚度占叶厚度的百分比）[10]。

1.4 数据统计与分析

计算各盐碱胁迫处理组和对照组各性状的平均值。若指标与耐盐碱性正相关，耐盐碱系数为处理组平均值与对照组平均值的百分比；若指标与耐盐碱性负相关，耐盐碱系数为对照组平均值与处理组平均值的百分比[11-12]。

用Microsoft Excel 2010软件进行数据整理及图表制作，用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（Duncan法）、相关性分析、主成分分析。

2 结果与分析

2.1 复合盐碱胁迫对葡萄植株形态指标的影响

复合盐碱胁迫下葡萄植株形态指标的变化见表2。由表2可知，随着盐碱浓度的增加，葡萄新梢长度、茎节长度和直径、叶片长度和宽度的生长量均呈下降趋势，且各处理间差异显著。从新梢生长量来说：T3处理下相对CK降幅最大的是紫甜无核，为71.70%；降幅最小的是浪漫红颜，为18.97%。茎节长度生长量降幅最大的是阳光玫瑰，为85.14%；降幅最小的是深红玫瑰，为35.81%。茎节直径生长量降幅最大的是深红玫瑰，为73.88%；降幅最小的是黑脆无核，为30.48%。叶片长度和宽度生长量降幅最大的均为黑脆无核，分别是90.16%、78.73%；降幅最小的均为夏黑，分别为15.12%、17.02%。

表2 复合盐碱胁迫下葡萄植株形态指标的变化†Table 2 Changes of morphological indexes of grape plants under saline-alkali stress

续表2Continuation of Table 2

2.2 复合盐碱胁迫对葡萄叶片组织显微结构的影响

正常（CK）和复合盐胁迫（T3）条件下生长30 d的叶片解剖结构如图1所示。从叶片解剖结构看，叶片由上下表皮、栅栏组织、海绵组织构成。正常生长时，栅栏组织的细胞为长柱状，排列较整齐。盐胁迫下，栅栏组织排列散乱，海绵组织细胞数目减少，细胞间隙增加。

正常（CK）和复合盐胁迫（T3）条件下生长30 d的叶片解剖结构指标的变化见表3。由表3可知，复合盐胁迫下，上下表皮、栅栏组织、海绵组织及叶片的厚度呈现增加趋势，栅海比呈现降低趋势，细胞结构紧实度降低，疏松度增加。栅栏组织、海绵组织的厚度增加幅度最大的是浪漫红颜，分别为21.32%、56.91%；增加幅度最小的是黑脆无核，分别为0.25%、7.66%。栅海比降低幅度最大的是浪漫红颜，为22.68%；降低幅度最小的是阳光玫瑰，为3.87%。

2.3 葡萄耐盐碱性综合评价

2.3.1 各指标的耐盐碱系数

复合盐碱胁迫下葡萄植株形态和解剖结构指标的耐盐碱系数见表4。由表4可知，不同指标在葡萄耐盐碱性中所起的作用不同，在盐碱胁迫下不同品种各指标的变化幅度也不同。以新梢生长量这个指标来衡量，耐盐碱性最强的为‘浪漫红颜’，最弱的为‘紫甜无核’。以栅海比这个指标来衡量，耐盐碱性最强的为‘阳光玫瑰’，最弱的为‘浪漫红颜’。因此，不能利用单个指标评价各葡萄品种的耐盐碱性[13]。

2.3.2 各指标耐盐碱系数的相关性分析

对各指标的耐盐碱系数进行相关性分析，结果见表5。由表5可知，各指标之间均存在不同程度的相关性，所提供的信息发生了不同程度的重叠。其中，叶片厚度与栅栏组织厚度呈极显著正相关，与新梢长度生长量呈极显著负相关。海绵组织厚度与栅海比呈极显著正相关。叶片作为一个完整的器官，其各组织结构之间必然会互相影响，因此只有进行综合比较分析才能客观评价[14]。

2.3.3 各指标耐盐碱系数的主成分分析

对10个葡萄品种10个指标的耐盐碱系数进行主成分分析，以较少的相互独立的主因子代替较多的相互关联的指标[15]，结果见表6。由表6可知，提取到特征值大于1的主成分共4个，累计贡献率83.76%，这表明前4个主成分能够代表原来13个指标的大部分信息。以前4个主成分的特征值比所提取的主成分总特征值之和作为权重，构建主成分综合模型[16]：

图1 复合盐碱胁迫下葡萄叶片解剖结构的变化Fig. 1 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

式中：F表示主成分综合值；C1～C13分别表示新梢生长量、茎节长度生长量、茎节直径生长量、叶片长度生长量、叶片宽度生长量、上表皮细胞厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、下表皮细胞厚度、叶片厚度、栅海比、细胞结构紧实度、细胞结构疏松度等指标的耐盐碱系数。

根据主成分综合模型，得出综合主成分值，结果见表7。由表7可知，各葡萄品种按照耐盐碱性由强到弱排序依次为‘黑脆无核’‘户太8号’‘甜蜜蓝宝石’‘夏黑’‘早夏无核’‘深红玫瑰’‘阳光玫瑰’‘紫甜无核’‘丝路红玫瑰’‘浪漫红颜’。

表3 复合盐碱胁迫下葡萄叶片解剖结构指标的变化†Table 3 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

表4 复合盐碱胁迫下葡萄植株形态和解剖结构指标的耐盐碱系数†Table 4 Salinity-alkali tolerance coefficients of morphological and anatomical structure indexes of grape plants under complex saline-alkali stress

表5 葡萄植株形态和解剖结构指标的耐盐碱系数的相关系数†Table 5 Correlation coefficient matrix of salinity-alkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

3 结论与讨论

表6 葡萄植株形态和解剖结构指标的耐盐碱系数的主成分分析结果†Table 6 Principal component analysis results of salinityalkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

在盆栽控制复合盐碱浓度条件下对10个葡萄品种的生长及显微结构的变化进行研究，结果表明随着盐碱浓度的增加，葡萄新梢长度、茎节长度和直径、叶片长度和直径的生长量均呈现下降趋势，上下表皮、栅栏组织、海绵组织及叶片的厚度呈现增加趋势，栅海比呈现降低趋势，细胞结构紧实度降低，细胞结构疏松度增加。采用主成分分析法综合评价各品种的耐盐碱能力，结果表明10个葡萄品种按照耐盐碱性由强到弱排序依次为‘黑脆无核’‘户太8号’‘甜蜜蓝宝石’‘夏黑’‘早夏无核’‘深红玫瑰’‘阳光玫瑰’‘紫甜无核’‘丝路红玫瑰’‘浪漫红颜’。

3.1 盐碱胁迫对葡萄形态特征的影响

盐碱胁迫会导致葡萄生长受阻，叶片干枯甚至死亡。牛锐敏等[17]经研究发现，盐胁迫20 d后，6种葡萄砧木的新梢生长量、叶片数量、新梢鲜干质量、幼苗根系的鲜干质量均有不同程度的降低，耐盐性强品种110R的新梢生长量降幅最小，耐盐性弱品种贝达的新梢生长量降幅最大。丁守鹏等[18]的研究结果表明，盐胁迫会使葡萄生长减缓，生物量下降。刘学良等[19]对接骨木的研究结果表明，盐胁迫下无性系‘XY-2’的生长量等生长指标降幅最小，其耐盐性较强。本研究结果表明，盐碱胁迫30 d后，葡萄新梢生长量、茎节长度和直径、叶片长度和宽度的生长量均下降，新梢生长量下降幅度最大的品种为浪漫红颜，综合评价结果表明其耐盐碱能力最差。因此新梢生长量是判断盐碱对葡萄品种影响的直观指标。盐碱胁迫下，葡萄根系吸水困难，易受离子毒害及氧化胁迫，造成代谢紊乱、光合能力下降，最终导致植物生长受阻[20]。

表7 10个葡萄品种耐盐碱能力的综合得分及排名Table 7 Comprehensive scores and rankings of saline-alkali tolerance of 10 grape varieties

3.2 盐碱胁迫对葡萄叶片解剖结构的影响

叶片是植物进行光合作用的器官，其结构的有序性、完整性决定了植物光合生产的能力。盐胁迫会导致叶片结构发生显著变化。李学孚等[7]对‘鄞红’葡萄在盐胁迫下的叶片组织显微结构变化进行了研究，发现上下表皮层、栅栏组织、海绵组织等均变厚，栅海比显著降低。本研究结果表明，盐碱胁迫下10个葡萄品种的叶片表皮层、栅栏组织、海绵组织均变厚，栅海比、细胞结构紧实度降低，细胞结构疏松度增加。这是葡萄对盐碱环境的适应性表现，叶片增厚可以一定程度上减弱叶片的蒸腾作用，增强其吸收、储存水分的能力，降低植物体内盐碱浓度，进而提高植物本身对盐碱胁迫的抗性[21]。

3.3 本研究存在的局限及下一步研究方向

自然条件下，盐碱地的盐碱成分相当复杂，不仅有钠盐，还有钾盐等，且NaCl、Na2SO4等钠盐的比例也各有不同[22]。本研究中仅进行了NaCl、Na2SO4、NaHCO3（浓度 1∶1∶1）复合盐碱条件下的盆栽控制试验，未进行大田试验，不能完全反映葡萄品种的耐盐碱性。植物的耐盐碱性受到遗传基因、起源地、生长环境等各方面的影响，本研究中仅对特定环境下表观形态及显微结构进行了探讨。因此，若要科学全面评价葡萄品种的耐盐碱性，为实际生产提供更可靠的理论依据，应结合生理、光合等方面指标进行研究，且在大田条件下栽培和观测。