15种一年生鲜食葡萄枝条的抗寒性评价

Evaluation on cold resistance of annual branches of 15 table-grape varieties

摘要

目的 明确15种树龄1 a鲜食葡萄实生苗抗寒性的强弱，旨在为该地区鲜食葡萄品种的推广及耐寒性杂交育种亲本的选择提供理论依据。 方法 对15种鲜食葡萄1年生枝条分别在0、-14、-19、-24、-29、-34 ℃低温处理24 h测定韧皮部相对电导率、抗寒相关指标，应用隶属函数法对其抗寒性进行综合排序。 结果 不同品种间的抗寒性存在差异，15个葡萄品种相对电导率随温度的降低呈递增趋势，半致死温度介于-16.97~-7.33 ℃之间，综合评价结果与半致死温度之间存在极显著的相关关系。运用隶属函数法对各项指标进行综合性评价，并结合半致死温度，可以有效地鉴定葡萄品种间的抗寒性。 结论 15种鲜食葡萄品种的抗寒性强弱顺序为：夏黑>巨峰>玫瑰香>宝光>奇妙无核>月光无核>早黑宝>秋红宝>双丰>紫甜>黄意大利>红意大利>弗雷无核>1198>红太阳。

Abstract

Objective This study aimed to determine cold resistance of annual seedlings of 15 table-grape varieties，providing a theoretical basis for the extension of table-grape varieties and screening cold-resistant parents of hybrid breeding in the area. Method We measured the relative conductivity of the phloem and related indexes of cold resistance for 15 annual branches of table grapes at temperatures of 0，-14，-19，-24，-29，and -34 ℃ for 24 hours.We used the membership function method to comprehensively rank their cold resistance. Result Our results show that there were differences in cold resistance between different grape varieties.The relative conductivity of all 15 grape varieties increased with decreasing temperature.The semi-lethal temperature ranged from -7.33 to -16.97 ℃.The comprehensive evaluation result was consistent with the semi-lethal temperature，and there was a significant correlation between them.Using the membership function method to comprehensively evaluate various indicators，combined with the semi-lethal temperature，could effectively identify the cold resistance between grape varieties. Conclusion Our study concludes that the cold resistance of the 15 table-grape varieties ranged in the order as follows： Xiahei > Kyoho > Rosexiang > Baoguang > Wonderless Seedless > Moonlight Seedless > Zaoheibao > Autumn Hongbao > Shuangfeng > Purple Sweet > Yellow Italy > Red Italy > Frei Seedless > 1198 > Red Sun.

Graphical abstract

关键词

葡萄枝条 / 低温胁迫 / 韧皮部 / 隶属函数 / 抗寒性

Key words

grape branches / low temperature stress / phloem / membership function / cold resistance

葡萄（Vitis vinifera L.）属于葡萄科（Vitaceae）葡萄属（Vitis）落叶藤本类果树，其果实具有很高的营养价值和经济效益，不仅可供鲜食，还可作为酿酒、制干及制罐的原材料。

中国葡萄生产基地主要分布于我国北方地区，该地区光照充足、昼夜温差大，葡萄产量高、品质好，具有生产的独特优势。然而，冬季寒冷的气候常使葡萄遭受不同程度的低温伤害，严重影响着北方葡萄的大规模生产；加之埋土防寒的措施导致生产成本增高，进一步限制了北方葡萄的产业化发展。因此，为了减少损失，葡萄的抗寒性研究与鉴定具有极其重要的理论意义和实践价值。

目前抗寒性快速鉴定的方法主要是电导法，将其配以Logistic方程求得的低温半致死温度（LT50）能很好地区别出不同植物或组织间的抗寒性差异，现已被广泛运用于核桃^［1］、李属砧木^［2］及葡萄^［3］等多种木本植物中。而植物抗寒性是一个复杂的生理生化过程，所以单一指标和单一品种的评价结果具有一定的片面性，很难反映植物抗寒的本质。张倩等^［4］以葡萄康可、葡萄园、无核白等品种的根系为材料，通过筛选出的敏感指标对22个葡萄材料进行抗寒性综合分析，比较它们抗寒能力的强弱。鲁金星等^［5］在研究酿酒葡萄抗寒性时认为，要全面地评价葡萄抗寒性，应当由其各抗寒生理指标进行综合评判。曹建东等^［6］测定了不同低温胁迫下各葡萄品种的萌芽率、生根率等８个生理生化指标，通过主成分分析对所有抗寒指标进行了筛选，提出可以用恢复生长法统计指标、电导率等５个指标来概括所有指标的大部分信息．付晓伟^［7］研究了葡萄不同品种根系的抗寒性，将抗寒指标简化为半致死温度、MDA和根系生物结构特征。虽然研究众多，但果树抗寒机制复杂，目前并未有统一的鉴定方法和评价体系。葡萄产业常年受河西走廊地区低温影响，因此，在本研究中，通过受前人研究的启发，以河西走廊15种具有代表性的鲜食葡萄品种为试材，通过综合各项指标的隶属函数法比较了它们的抗寒性，旨在为该地区鲜食葡萄品种的推广及耐寒性杂交育种亲本的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的不同葡萄品种一年生枝条实生苗于2020年11月上旬采自武威市林业科学院葡萄品种园，选取长势一致的露地栽培枝条，带回学校沙藏备用。采集的品种有：紫甜、早黑宝、夏黑、玫瑰香、巨峰、秋红宝、黄意大利、红意大利、月光无核、弗雷无核、宝光、双丰、奇妙无核、红太阳和1198。

1.2 试验设计

材料的处理方法参照郑晓翠等^［8］并略有改动，先将供试材料表面清理干净，将材料平均分为3组，每组包括5个枝条。分别用保鲜膜包裹好之后，分别在0、-14、-19、-24、-29，-34 ℃的温度下冷冻，缓慢降温至所需温度后开始计时放置24 h，随后缓慢升温到0 ℃，放置6 h后取出在室温下再放置6 h，升降温速率均为4 ℃/h．解冻之后进行生理生化指标的测定，以0 ℃下放置的枝条为对照。

1.3 理化指标的测定

将低温处理后的枝条快速刮下其韧皮部，按照试验方法称取对应的质量进行各项生理生化指标的测定。枝条相对电导率用电导仪（DDS-307）测定^［8］，MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定^［9］，脯氨酸含量用茚三酮比色法测定^［10］，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定^［11］，可溶性糖与淀粉含量采用蒽酮比色法测定^［12］，枝条总含水量和自由水含量分别用烘干法和马林契克法^［13］。

1.4 数据处理

各品种的低温半致死温度（LT₅₀）计算方式如下^［14］，拟合曲线方程为：

Y=K/（1+ae^－bx）

方程中：Ｙ代表相对电导率，a、b是方程参数，Ｋ为常数，代表最大电解质渗出率，由于Ｙ是累积频率，此处Ｋ取100，LT₅₀即方程拐点，计算方式为：

LT₅₀=-（lna/b）

隶属函数法评价公式如下^［15-16］：

U_ij =（X_ij -X_jmin）/（X_jmax-X_jmin）（正相关）或U_ij =1-（X_ij -X_jmin）/（X_jmax-X_jmin）（负相关）

式中：U_ij 表示i品种j指标的抗寒隶属函数值，X_i 表示i品种j指标的测定值，X_jmax表示所有品种中j指标的最大值，X_jmin表示所有品种中j指标的最小值，i表示某个葡萄品种，j表示某个抗寒指标。

1.5 数据分析

试验数据的采集和计算均设3组重复，采用Excel 2010和SPSS 23进行数据处理，并采用Duncan新复极差法（P<0.05）进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 低温处理后枝条韧皮部相对电导率的变化

伴随着处理温度的下降，枝条中韧皮部的相对电导率表现出上升的趋势，且升高的趋势不同。在-29 ℃~-34 ℃上升的最快，其余温度下上升趋势基本相同；在-14、-19、-24、-29 ℃时红太阳相对电导率显著高于其他品种，夏黑显著低于其他品种；在-34 ℃时红太阳相对电导率最高，夏黑显著低于其他品种，其相对电导率的值分别为74.03%和67.84%；根据枝条的相对电导率越大，其电解质渗出越多，抗寒性越弱，可得出：抗寒性最强的是夏黑，抗寒性最弱是红太阳。

2.2 不同鲜食 Logistic模型的建立与低温半致死温度

根据表2可知，Logistic 曲线方程变化规律相符，通过拟合Logistic方程，可以预测出各品种的LT₅₀。方程拟合度介于0.9012~0.9513（P<0.01）之间，说明运用Logistic方程对相对电导率与温度的变化关系进行拟合有较高的相关性，拟合结果真实、可靠。15个鲜食葡萄的LT₅₀范围为-7.33~-16.97 ℃，其中红太阳的半致死温度最低，夏黑的半致死温度最高。根据抗寒性越强的品种LT₅₀越低，表明抗寒性最强的是夏黑，抗寒性最弱的是红太阳。

2.3 低温处理后枝条韧皮部MDA含量的变化

随着温度的降低，MDA的含量呈先上升后降低的变化趋势，通过MDA含量的变化将15个品种聚类分析为三大类，夏黑单独成为一类；巨峰、红太阳、弗雷无核、紫甜、玫瑰香、早黑宝、双丰分为一类、黄意大利、月光无核、奇妙无核、1198、红意大利、宝光、秋红宝分为一类。其中夏黑一类是呈上升后下降的变化趋势的，在-14 ℃是MDA含量达到最高值4.14 mg/g。巨峰、红太阳等一类的MDA含量在2~2.5 mg/g之间徘徊且呈现先上升后下降的变化趋势，但是变化趋势不是非常的明显，在-19 ℃时MDA的含量普遍达到最高值，在-34 ℃时MDA含量普遍达到最低值。黄意大利、奇妙无核等一类呈现明显的先上升后下降的变化趋势，其中MDA含量的最高值大多分布在-14、-19、-24℃，MDA含量的最低值在-34 ℃。奇妙无核在-19 ℃时MDA含量在3~3.5 mg/g之间为此类里MDA含量的最高值。综上所述，夏黑的MDA含量最高，红太阳最低。

2.4 低温处理后枝条韧皮部脯氨酸含量的变化

随着温度的降低，脯氨酸的含量呈先上升后降低的变化趋势。通过脯氨酸含量的变化将15个品种聚类分析为三大类，夏黑单独成为一类；1198、红太阳、黄意大利、弗雷无核、月光无核、奇妙无核、秋红宝、双丰分为一类、玫瑰香、早黑宝、紫甜、巨峰、宝光为一类。其中夏黑一类是呈上升后下降的变化趋势的，在-19 ℃是脯氨酸含量达到最高值。1198、红太阳等一类的脯氨酸含量呈现先上升后下降的变化趋势，但是变化趋势不是非常的明显，在0、-14 ℃时脯氨酸含量达到最小值，其范围在10.00 μg/g左右，在-19 ℃时达到最高值。玫瑰香、早黑宝等一类呈现明显的先上升后下降的变化趋势，在-19 ℃脯氨酸含量达到最高值。

2.5 低温处理后枝条韧皮部可溶性蛋白含量的变化

随着温度的降低可溶性蛋白的含量呈先上升后降低再上升的变化趋势，通过可溶性蛋白含量的变化将15个品种聚类分析为四大类，紫甜单独成为一类；1198、黄意大利、弗雷无核、红意大利、红太阳分为一类、宝光、夏黑、巨峰分为一类；月光无核、玫瑰香、奇妙无核、早黑宝、秋红宝、双丰为一类。其中紫甜一类可溶性蛋白含量是呈先上升后下降再上升的变化趋势的，在-14 ℃是可溶性蛋白含量达到最高值。1198、黄意大利等一类的可溶性蛋白含量在0.5~1.0 µg/g之间徘徊且呈现先上升后下降再上升的变化趋势，但是变化趋势不是非常的明显。宝光、巨峰等一类呈现明显的先上升后下降再上升的变化趋势，其中可溶性蛋白含量的最高值大多分布在-14、-19 ℃。月光无核、玫瑰香等一类可溶性蛋白含量先上升后下降再上升的变化趋势。其中夏黑枝条的可溶性蛋白含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种。

2.6 低温处理后枝条韧皮部可溶性糖含量的变化

随着温度的降低可溶性糖含量呈先上升后降低再上升的变化趋势，通过可溶性糖含量的变化将15个品种聚类分析分三大类，夏黑、巨峰、玫瑰香、宝光、奇妙无核成为一类；红太阳、1198、黄意大利、弗雷无核分为一类；紫甜、红意大利、秋红宝、双丰、月光无核、早黑宝分为一类。在0 ℃下夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，1198显著低于其他品种；在-14 ℃时夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种；在-19 ℃时夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，弗雷无核和黄意大利可溶性糖含量显著低于其他品种；在-24 ℃时夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，黄意大利显著低于其他品种；在-29 ℃夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种；在-34 ℃夏黑的可溶性糖含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种。

2.7 低温处理后枝条韧皮部淀粉含量的变化

随着温度的降低可溶性糖含量呈先下降的变化趋势，通过淀粉含量的变化将15个品种聚类分析为二大类，弗雷无核、红太阳、双丰、红意大利、宝光、玫瑰香、黄意大利成为一类；夏黑、月光无核、早黑宝、巨峰、1198、紫甜、奇妙无核、秋红宝分为一类。其中弗雷无核、红太阳一类淀粉含量是呈的下降趋势，在0 ℃是淀粉含量达到最高值。夏黑、月光无核等一类淀粉含量呈现比较明显的下降的趋势，其中可淀粉含量的最高值大多分布在0 ℃。

2.8 低温处理后枝条韧皮部束自比含量的变化

伴随着处理温度的下降，15个葡萄品种枝条中的束自比呈先上升后下降的趋势，在0 ℃下秋红宝枝条的束自比含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种；在-14 ℃时秋红宝枝条的束自比含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种，除红意大利和弗雷无核和红太阳束自比含量低于5.00，其余品种的束自比含量在0.50~0.68；在-19 ℃时整体的束自比含量较-14 ℃时呈上升趋势，其秋红宝枝条的束自比含量显著高于其他品种，红太阳显著低于其他品种；在-24 ℃时整体的束自比含量较-19 ℃时呈上升趋势，其宝光枝条的束自比含量显著高于其他品种，红意大利显著低于其他品种；在-29 ℃时整体的束自比含量较-24 ℃时呈上升趋势其宝光枝条的束自比含量显著高于其他品种，弗雷无核显著低于其他品种；在-34 ℃时整体的可溶性蛋白含量较-29 ℃时呈下降趋势，其玫瑰香枝条的束自比含量显著高于其他品种，弗雷无核显著低于其他品种。

2.9 抗寒性综合评价

由于各指标的单位、性质不同，运用隶属函数法对各抗寒相关指标作综合评价，评价结果如表4所示，供试鲜食葡萄材料的平均隶属度在0.169~0.837之间，不同品种间抗寒性差异较大。所以在低温胁迫下，通过对15个鲜食葡萄品种7个生理指标隶属函数值的计算和分析表明，抗性最高的品种是夏黑，然后是巨峰，最差的1198和红太阳，其余品种居于中间。隶属函数值的平均值越大，抗寒性越强，通过计算综合隶属函数值评定的抗寒性强弱顺序（表1）：夏黑>巨峰>玫瑰香>宝光>奇妙无核>月光无核>早黑宝>秋红宝>双丰>紫甜>黄意大利>红意大利>弗雷无核>1198>红太阳。

3 讨论

植物在逆境条件下能够通过调节体内一系列生理生化过程来提高对逆境的抵御能力，并且在一定温度下，通过诱导植株细胞的代谢活动向着适应低温、增加抗寒性的方向发展。细胞电解质的外渗程度可用相对电导率来表示，以反映植物细胞膜系统的低温伤害程度^［17］；半致死温度是判断植物逆境伤害的指标之一^［18］，尤其在果树抗寒性上有广泛应用^［19］。通过对15个鲜食葡萄年生枝条进行不同低温处理，各品种在不同低温胁迫下相对电导率差异明显，抗寒性强的品种，其电导率和相对电导率的上升速率低于抗寒性弱的品种，这与前人研究结果一致，夏黑在低温胁迫下相对电导率显著高于其他品种，其次是1198，红太阳的相对电导率最低。

脯氨酸介导植物体内很多细胞和亚细胞的反应，脯氨酸的积累是由于植物体内脯氨酸生物合成激活和脯氨酸降解的抑制共同导致的^［20］，并且在逆境解除后被迅速分解利用^［21］。而植物体内游离脯氨酸能促进蛋白质的水合作用，蛋白质胶体亲水面积增大，能使植物处于低温时免受伤害。各品种游离脯氨酸及丙二醛在不同胁迫温度下差异明显，累积量是反映植物遭受逆境伤害程度的重要指标^［22］。丙二醛是膜脂过氧化作用的最终产物，其试验结果显示，游离脯氨酸和丙二醛呈显著的负相关，与曹建东^［6］研究结果一致。

可溶性糖含量的增加，能使植物细胞液浓度升高，从而提高细胞的保水能力，以此提高植物抗寒性。有研究表明^［23］，葡萄在越冬期间淀粉的含量会发生有规律的变化，随着气温的降低淀粉含量会降低，并在气温逐渐回暖后又开始积累。本研究中，抗寒性排名靠前的品种夏黑和巨峰可溶性糖含量随温度的降低升高较快，并且最终保持在较高水平，且初始淀粉含量较高，而抗寒性排名靠后的品种初始淀粉含量相对较低，可溶性糖与淀粉含量的变化有较高的一致性，与罗尧幸^［24］部分研究结果一致，

植物的抗寒能力与体内的水分变化息息相关，有研究表明，葡萄在遭受低温胁迫时，体内的总含水量有降低的趋势，自由水跟束缚水的比值也会降低^［25］。本试验发现，随着温度的降低，所有品种的组织含水量有降低的趋势，但其变化与抗寒性无明显的相关性，因此不能用来评价葡萄的抗寒性。束缚水与自由水的比值随着温度的降低先升高，再降低，抗寒性越强的品种束自比随温度的降低升高越快，且较慢达到最大值^［26-27］，抗寒性较差的品种束自比随温度的降低升高越快，且较快达到最大值，根据葡萄枝条中束缚水与自由水含量的比值可对葡萄的抗寒性强弱做出比较。其中夏黑的束自比最高，红太阳的束自比最低，此结果与古丽孜叶·哈力克^［28］有不同的地方，可能试验结果受枝条生长情况的影响，所以导致结果不同。

4 结论

研究表明隶属函数法对15种鲜食葡萄进行的综合性排序的顺序与电导法预测的顺序相一致，抗寒性强弱顺序为：夏黑>巨峰>玫瑰香>宝光>奇妙无核>月光无核>早黑宝>秋红宝>双丰>紫甜>黄意大利>红意大利>弗雷无核>1198>红太阳。但是隶属函数法更加快速、直观和准确地预测鲜食葡萄枝条的抗寒性。

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基金资助

甘肃省科技重大专项(18ZD2NA006)