15个葡萄砧木耐热性差异评价

2023-04-06户金鸽白世践蔡军社

新疆农业科学 2023年1期

户金鸽，白世践，陈光，蔡军社

(新疆维吾尔自治区葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

0 引言

【研究意义】葡萄最适的生长温度为25～30℃，超过30℃光合速率迅速下降[1]，高温还可灼伤枝、叶和茎，引起植物授粉受精不良，引起果实产量和品质下降[2，3]，持续高温还会导致叶片失水甚至死亡[4]。我国新疆吐鲁番地区属于典型的大陆性暖温带荒漠气候，夏季炎热高温、热量丰富、降雨稀少、极端干燥。葡萄是吐鲁番地区重要的经济来源之一，且葡萄大多选择嫁接栽培，分析葡萄砧木耐热性差异性显得日益重要。【前人研究进展】受高温(42℃)影响，巨玫瑰葡萄叶片组织结构会出现叶肉组织发生紊乱，靠近主脉附近叶肉组织失水萎缩[5]，徐洪国[6 ]对葡萄的耐热性进行了评价同时还开展不同耐热性葡萄的转录组的研究，吴久赟等[7]对吐鲁番地区的19个代表性品种进行了耐热性评价，将参试品种划分为耐热性强、中、弱3个类型，并筛选出红地球、藤稔、贝达、和田黄4个耐热性较强的品种。肖芳[8]对苗期红提葡萄叶片光合及荧光特性、内源激素及热击基因表达进行研究，查倩等[9，10]研究发现，申华葡萄和夏黑为高温耐受型，申丰和醉金香为高温敏感型葡萄品种，树龄和高温是影响葡萄幼苗和成年树抗逆基因和蛋白表达差异的主要因素。蒋建福等[11]以国家果树种质郑州葡萄圃保存的196份代表性葡萄属种质为试材，利用叶绿素荧光参数法对其耐热性进行了鉴定评价在这些研究中，大多采用人工气候室模拟高温，仅通过室内鉴定叶片并不能完全真实地反映其在环境中的耐热性[12]。此外，在小麦[13]、玉米[14]、番茄[15]、白菜[16]、黄瓜[17]、鸢尾[18]、杜鹃[19]、月季[20]、百合[21]等作物上也开展了耐热性研究。【本研究切入点】生产上大多采用嫁接换根栽培的方式，且嫁接栽培技术可以有效提高园艺作物的耐热性[22]，目前已在农作物、蔬菜、花卉、果树等展开了研究，关于葡萄砧木耐热性的差异性分析报道较少。需进行葡萄砧木耐热性的研究。【拟解决的关键问题】在吐鲁番地区特有的高温干燥气候环境条件下，分析15个葡萄砧木田间生长情况和叶绿素荧光参数对高温的相应对其耐热性的差异性，为葡萄耐热砧木的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2019年春季从河北省农林科学院引进的15个葡萄砧木品种，篱架栽培，株行距0.5 m×5.0 m，东西行向，滴灌。利用田间自然高温，于2020年6～8月在新疆葡萄瓜果研究所试验地进行，地处吐鲁番鄯善县双水磨，42°91′N，90°30′E，海拔419 m，年降雨量25.3 mm，年蒸发量2 751 mm，全年日照时数为3 122.8 h，10℃以上有效积温4 525℃以上，无霜期192 d，干燥度(K)高达74.36，属于典型的大陆性暖温带荒漠气候。

1.2 方法

1.2.1 砧木生长期间温度测定

选择生长势一致的砧木，每个品种10株，将温度计挂在离地面约1.0 m的位置，于2020年6～8月，监测砧木生长期的果园气温变化，每0.5 h测定1次。

1.2.2 田间植株生长测定

2019年10月田间修剪后留2～3芽埋土越冬，2020年3月25日出土，出土后观察各砧木的生长情况，选择生长健壮的1个枝条牵引固定，2020年5月13日至8月18日定期测定各生长指标。

新梢生长长度：用钢卷尺测定牵引枝条的长度，每个品种测定10株，共测定8次，并计算生长速率，生长速率=(测定新梢长度-前一次测定新梢长度)/前一次测定新梢长度×100%。

节数：从新梢基部开始至梢尖，准确详细记录节数，每个品种测定10株，共测定8次，计算平均节间长度，平均节间长度=新梢总长度/总节数。

当年地上部5 cm蔓粗：用游标卡尺测量。

中脉长、叶宽：测定时选择牵引的枝条，从上向下选择第5片展开的叶片，用直尺测定叶中脉长、叶宽，重复3次。

在8月高温期间观察植株叶片颜色(黄绿/绿/墨绿)、叶片状态(卷曲/正常)，观察叶缘有无干枯(干枯/正常)、斑点(有/无)等异常现象。

1.2.3 叶绿素荧光参数测定

于8月8日15:00～17:00测定叶绿素荧光参数，天气晴朗无风。叶绿素素荧光参数用荧光仪测定，测定时选择叶龄一致(新梢自上而下第5片叶)、健康无病虫害的叶片，每个品种重复3次，取平均值。

初始荧光Fo反映类囊体膜的受损程度，Fo越高，类囊体膜受损程度越严重。最大荧光Fm反映通过PSⅡ的电子传递情况，Fm越低，热害程度越高。Fv/Fo表示PSⅡ的潜在活性，反映PSⅡ中心的活性大小。最大光化学量子产量Fv/Fm表示PSⅡ中心的光能转换效率。

Fv/Fm是植物发生光抑制的敏感指标。将叶片荧光参数的Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm进行模糊隶属函数分析，并对综合值进行排序。采用有序样本最优分割聚类法，对AR值分类。

2 结果与分析

2.1 葡萄砧木生长期的气温变化

研究表明，从6月1日起至8月31日，最低温度10～24.5℃，最高温范围为29.0～45.5℃，平均温度变化范围21.0～32.3℃；最高温集中在7月中下旬和8月上旬，3个月中，绝大多数天数的温度高于35℃，最长时长可达9.5 h，高于40℃的天气多集中在7月中下旬和8月上旬，与最高温出现时间一致。图1、表1

2.2 高温下砧木的基本生长变化

2.2.1 高温下叶片颜色、叶片状态、叶缘、斑点等异常现象

研究表明，葡萄砧木叶片颜色出现3种类型，贝达、5BB、Viliant、山河2号的叶片为黄绿色，1103P和Fercal表现为墨绿色，其余为绿色；110R和Fercal叶片卷曲，山河2号轻微卷曲；叶缘均正常，叶片上无斑点。表2

2.2.2 高温下砧木生长变化

研究表明，葡萄出土后，由于温度适宜，葡萄砧木的生长速率较大，随气温的升高，5月26日至6月9日生长速率迅速下降，6月9日后生长速率逐渐减小，7～8月气温是全年中的最高温，生长速率较小，8月4日生长速率最小，8月18日，气温逐渐减低，生长速率有所回升。图2

在适宜的温度条件下，植株生长较快，节间较长，6月9日，气温逐渐升高，植株生长减缓，高温下新生节间变短，平均节长也略变短，但减缓速率不明显。图3

不同砧木叶片对高温的相应不一致。高温下贝达、5BB、101-15、1103P、 Viliant和BR No.2叶长变短、叶宽略窄，京3309、140R、Fercal、5C和SO4径粗变细。表3

图3 葡萄砧木品种新梢平均节长Fig.3 Average panel length of grape rootstocknew shoots

2.2.3 砧木全年生长变化

研究表明，距基部5 cm径粗最粗的是1103P，26.12 mm，从大到小依次是140R、Viliant、110R、山河2号、188-08、京3309、Fercal、贝达、5C、5BB、SO4、BR No.2、Du Lot、101-14，分别为26.12、19.39、15.82、15.75、14.72、14.46、14.33、14.17、12.66、12.17、12.12、11.73、10.69、12.28、10.08 mm。

当年枝条成熟长度最长的是1103P，435.29 cm，山河2号(431.00 cm)>140R(363.30 cm)>110R(347.43 cm)>5BB(336.13 cm)>Fercal(324.50 cm)>Viliant(319.44 cm)>5C(314.00 cm)>188-08(287.00 cm)>BR No.2(273.75 cm)>京3309(257.38 cm)>DuLot(237.83 cm)>贝达(210.11 cm)>SO4(180.11 cm)>101-14(175.75 cm)。

当年枝条成熟节数最长的是1103P，平均58.6节，依次为Viliant(53.6)>山河2号(51.7)>140R(49.9)>Fercal(47.2)>BR No.2(42.4)>188-08(41.7)>京3309(41.0)>5C(41.0)>5BB(39.9)>110R(37.3)>Du Lot(36.0)>贝达(35.7)>101-14(33.8)>SO4(33.1)。

当年枝条未成熟长度最短的是Viliant，23.89 cm，贝达(42.44 cm)

当年枝条未成熟节数从短到长依次是SO4(33.1)<101-14(33.8)<贝达(35.7)

2019年表现较好的砧木是1103P、140R、山河2号、Valliant，表现较差的是101-14、SO4，其它砧木表现一般。表4

表3 高温下葡萄砧木叶片中脉长、宽、径粗变化Table 3 Leaf length，leaf width，leaf area，stem diameter of grape rootstock under high temperature

表4 葡萄砧木品种田间生长变化Table 4 Root stock growth in the field

2.3 不同葡萄砧木品种的叶绿素荧光对高温的响应

研究表明，16:00，BR No.2的Fo(初始荧光)最小为278.43，与山河2号、Fercal存在极显著相关，Fercal的Fo(初始荧光)最大为346.20，与BR No.2存在极显著相关；对于Fm、Fv/Fo、Fv/Fm， BR No.2砧木均最小， Fercal的值均大于其它砧木， BR No.2的Fm和山河2号、Fercal存在极显著相关，BR No.2的Fv/Fo、Fv/Fm与京3309、Fercal存在极显著相关。表5

表5 葡萄砧木品种Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm下高温响应变化Table 5 Response of Fo，Fm， Fv/Fo， Fv/Fm of different grape cultivars to high temperature

2.4 基于叶绿素荧光的葡萄砧木耐热性的差异与评价

研究表明，山河2号排名第1，Fercal排名第2，依次是1 103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、贝达、BR No.2、140R，而且山河2号当年成熟长度仅次于1 103P，成熟节数仅次于1 103P、Viliant，综合荧光参数和田间生长情况来看，山河2号表现优良，山河2号的耐热性较其他砧木品种好。表6

所有砧木品种耐热性的最优分割误差函数及分类结果。当分类数为2时，误差函数为4.222，分类数为3时，误差函数为3.3193，分类数为7时，误差函数为0.7610，随分类数的增加，误差函数变小，且逐渐趋于0。表7

曲线拐点在5～6，随分类数增加误差函数逐渐趋于0，初步将最优分割分为6类，将其耐热性分为强、较强、中等、较弱、弱、极弱六大类，强耐热的有1个，较强的有6个，中等的有2个，较弱的有1个，弱的有1个，极弱的有4个，R11耐热性高于其它砧木。图4

表6 葡萄砧木耐热性的分析与评价Table 6 Analysis and evaluation of heat tolerance of different grape root stock cultivars

表7 不同分类数下的AR分类Table 7 Classification results of AR under different cluster numbers

图4 不同AR分类数的误差函数 Fig.4 Error function under different ARcluster numbers

3 讨论

植物生长发育过程中会受到各种非生物因子的胁迫，其中温度是制约植物产量和品质的主要环境因子。温度过高不仅会使植物表现出外观形态的热害症状，还会引起植物体内酶活性的变化，目前大部分关于植物耐热性的研究是在人工气候室内完成，和田间自然高温存在很大的差异。研究利用吐鲁番地区自然高温干燥气候环境条件，在砧木生长期间持续观测田间生长情况，5月和6月初温度适宜，砧木生长速率较快，6月中下旬当温度高于35℃时，生长速率下降，后期温度缓慢上升，生长速率逐渐趋于平稳，平均节长也略有变短。当葡萄砧木基本停止生长时，调查地上部5 cm径粗、枝条成熟和未成熟长度、节数，1103P表现优良。

有关植物的耐热性鉴定评价指标多种多样，包括植物的外部形态、显微结构、生理生化指标、分子生物学指标及叶绿素荧光动力学参数等[23,24]。叶绿素荧光动力学参数是反映植物光合作用变化的主要指标，具有快速、简便、精准、无损伤等优点[25]，叶绿素荧光参数被用于探知光合机构的运转情况[26]。试验将高温下测定的叶绿素荧光参数作为砧木耐热性评价的主要指标。

最大荧光Fm反映通过PSⅡ的电子传递情况，Fm越低，表示热害程度越高。当温度在40℃以上时，观察葡萄砧木叶片状态发现，110R和Fercal叶片卷曲，山河2号轻微卷曲，叶缘均正常，叶片上无斑点。测定叶片叶绿素荧光参数，并对Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm，山河2号的Fm值最大，140R的Fm值较小，仅次于BR No.2，初步推断山河2号受热害程度较轻，140R和BR No.2受热害程度较高，并对4项指标进行模糊隶属函数分析，并对其进行排名，山河2号排名第1，Fercal排名第2，依次是1103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、贝达、BR No.2、140R。

植物的耐热性还与植株的树龄有很大的关系，试验所选试材为2年生砧木，在一定程度上也影响了砧木的耐热性，在今后的研究中，可持续观察砧木的耐热差异性，并从分子生物学方面开展耐热性研究。