不同防霜劑對赤霞珠葡萄幼葉抵御霜凍的效果研究

宋偉，孫魯龍，杜遠鵬，翟衡*（山東農業大學園藝科學與工程學院/山東省果樹生物學重點實驗室，山東泰安 271018）

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不同防霜劑對赤霞珠葡萄幼葉抵御霜凍的效果研究

宋偉，孫魯龍，杜遠鵬，翟衡*
（山東農業大學園藝科學與工程學院/山東省果樹生物學重點實驗室，山東泰安 271018）

摘 要：為篩選適用于葡萄的防霜劑，以溫室培養的一年生赤霞珠盆栽苗為試材，春霜凍來臨前兩天分別噴清水、‘天達2116’和‘防霜1號’、‘防霜2號’和‘防霜3號’，于2015年4月7、8兩日發生春霜凍期間搬至室外進行低溫霜凍，并于8號上午進行相關指標的測定和樣品的采集。結果顯示，噴施防霜劑能夠增強葉片抗氧化酶的活性，減輕膜質過氧化程度；增加滲透調節物質含量，提高滲透調節能力；減輕光合機構的損傷程度，從而減輕葉片的傷害程度。幾種防霜劑防霜效果由高到低依次為：‘天達2116’＞‘防霜1號’＞‘防霜3號’＞‘防霜2號’，其中，‘天達2116’和‘防霜1號’兩種防霜劑在防御葡萄幼葉霜害上作用明顯，具有良好的防霜應用前景，值得進一步推廣應用。

關鍵詞：赤霞珠；春霜凍；防霜劑

霜凍害是指果樹在生長期，當地面溫度驟然降到0 ℃或0 ℃以下，引起果樹幼嫩部分發生凍結而遭受傷害的農業氣象災害[1]。根據霜凍發生的季節不同，霜凍可分為春霜凍（晚霜凍）、秋霜凍（早霜凍）兩種。隨著氣候變暖和極端天氣日趨增多，霜凍的發生頻率有明顯增加趨勢，特別是春季霜凍，對正處于生長發育期的葡萄危害最為嚴重，不但對其幼嫩組織造成傷害，還影響產量和質量，更嚴重的還會造成葡萄地上部分死亡，使葡萄園遭受大面積災害[2-6]。可見，葡萄前期防霜避霜以及霜凍來臨時采取應急措施對于葡萄產業的可持續發展非常重要。

為減輕霜凍對葡萄生產帶來的災害，長期以來人們總結出了許多防霜措施，如灌水、熏煙等，國外也有采用風力攪拌機等進行機械防霜。近年來，化學藥劑防霜的研究逐漸增多，師占君等人[7]通過田間實驗篩選出‘果樹花芽防凍劑’來提高杏扁的坐果率，減輕杏花霜凍危害；李志軍等人[8]用‘天達2116’、‘必博POB’和‘碧護’等研究梨幼果低溫脅迫下的防霜效果，通過分析相對電導率、MDA、POD等相關脅迫指標，指出‘天達2116’、‘必博POB’對減輕梨幼果在低溫脅迫的膜質過氧化均有一定的效果；施海燕等人[9]通過研究認為，‘愛多收’和‘天達2116’的混合藥液能夠提高大櫻桃‘紅燈’的初春抗寒能力。但是在葡萄霜凍的防治上，化學藥劑防御效果的研究尚未見報道。

本研究對比了不同藥劑對提高葡萄葉片抗霜凍的效果，以期為制定有效的防霜措施提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年4月在山東農業大學園藝學院葡萄園進行，試材為一年生赤霞珠盆栽苗，溫室栽培，處理時株高60～70 cm，8～10片葉。防霜劑為‘天達2116’和山東圣通環保科技有限公司研制的‘防霜1號’、‘防霜2號’和‘防霜3號’。

1.2 霜凍天氣實時監測

4月為泰安地區霜凍易發月份，本試驗從4月初開始，用溫濕度自動記錄儀（HOBO U12 Temperature Data Logger，Onset，美國）對葡萄園氣溫進行實時監測，記錄并分析霜凍天氣的降溫特點。

1.3 試驗處理

根據氣象預報，于霜凍來臨前兩天（即4月5日）選擇長勢一致的赤霞珠盆栽苗進行以下6個處理，每處理3株：A噴清水對照，置溫室測定，無霜凍脅迫（最低溫15 ℃）；B噴清水處理；C噴1000倍的‘天達2116’水溶液；D噴50倍的‘防霜1號’水溶液；E噴200倍的‘防霜2號’水溶液；F噴500倍‘防霜3號’水溶液。B～F均于6日下午搬至室外，7日和8日兩天凌晨進行低溫脅迫，于8號上午進行相關指標的測定和樣品采集，室內指標測定在山東農業大學果樹抗逆栽培生理實驗室完成。

1.4 相關生理指標的測定

常規方法測定游離脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）含量[10]。

用CIRAS-2便攜式光合系統測定儀（PP Systems英國）測定葉片凈光合速率（Pn）。

用連續激發式熒光儀和調制脈沖式熒光儀（Handy PEA，FMS，Hansatech，英國）測定PSⅡ最大光化學量子產量（Fv/Fm）和光適應下PSⅡ實際光化學效率（φPSⅡ）。

采用Microsoft Excel 2010進行數據預處理和作圖，采用DPS 7.55S進行統計分析，方差分析顯著水平設為α=0.05。

2 結果與分析

2.1 霜凍天氣實時監測

圖1顯示春霜凍來臨時葡萄園氣溫變化情況。監測表明，2015年春霜凍發生的時間為4月7～8日，4月7日葡萄園溫度最低值出現在5時17分為-2.334 ℃，4月8日葡萄園溫度最低值出現在6點17分為-1.958 ℃，并且這兩天0 ℃以下低溫持續時間均為4 h以上。

2.2 霜凍來臨時噴施不同防霜劑對滲透調節物質的影響

圖1　2015年4月7日、8日霜凍天氣氣溫

圖2　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片脯氨酸的含量

圖3　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片可溶性蛋白的含量

圖4　霜凍脅迫后不同處理的赤霞珠葉片MDA含量

脯氨酸是分布最廣泛的一種滲透調節物質，在低溫脅迫下植物體內會積累大量的脯氨酸，這對調節滲透平衡、減小脅迫傷害有重要意義。圖2所示，霜凍脅迫后葉片內的脯氨酸含量都明顯提高，其中噴‘天達2116’和‘防霜1號’的葉片脯氨酸含量較高，分別比溫室對照值增加38.86%和34.01%；其他處理與清水對照沒有顯著性差異，但均高于溫室對照。

霜凍脅迫后各處理的可溶性蛋白含量均明顯增加（圖3），以噴‘天達2116’的增加最多，分別比溫室對照和清水對照增加162.72%、45.26%；防霜劑1～3號處理與噴清水沒有顯著性差異。

2.3 春霜凍來臨時噴施不同防霜劑對丙二醛的影響

如圖4，霜凍脅迫后，噴‘天達2116’和‘防霜1號’處理的MDA增加較少，分別比溫室對照增加18.62%、24.16%，說明這兩種處理能夠顯著減輕葉片膜質過氧化程度；噴防霜2號和3號的及清水處理的MDA分別比對照增加47.03%、42.30%和52.54%，三者沒有顯著性差異，但噴清水的增加最多。

2.4 春霜凍來臨時噴施不同防霜劑對葉片抗氧化酶活性的影響

表1所示為霜凍脅迫后葉片抗氧化酶的含量，其中，噴‘天達2116’、‘防霜1號’的POD含量分別是溫室對照的4.91倍和4.25倍；而其他處理比對照有所提高，但處理間沒有顯著性差異。

不同處理在低溫脅迫后CAT的活性表現與POD有所不同，僅噴‘天達2116’的顯著提高，分別比溫室對照和清水對照提高了1.58倍和4.31倍；噴防霜劑1～3號的有所提高，但沒有顯著性差異。

不同處理在低溫脅迫后SOD的活性有增高趨勢，但提高幅度不如POD和CAT大，以噴‘天達2116’和‘防霜1號’的顯著提高，分別比溫室對照提高了20.42%和20.95%；噴防霜2號、3號和清水處理有所提高，但沒有顯著性差異。

表1　霜凍脅迫后不同處理葉片抗氧化酶活性 (U/g FW)

2.5 噴施不同防霜劑對葉片光合熒光參數的影響

霜凍脅迫后，葉片凈光合速率明顯降低，以噴‘天達2116’和‘防霜1號’降幅較小，分別比溫室對照降低了53.33%、61.78%，其他三個處理的Pn值下降顯著，其中噴清水的Pn比溫室對照值下降了90.74%。

霜凍后最大光化學效率（Fv/Fm）和光適應下PSⅡ的實際光化學效率（φPSⅡ）值也相應出現顯著下降，但噴施防霜藥劑能夠不同程度的提高各處理的葉綠素熒光參數值。與溫室對照相比，噴‘天達2116’的Fv/Fm和φPSⅡ降幅最小，分別比溫室對照下降29.89%和35.15%；噴防霜劑1～3號的φPSⅡ與噴清水沒有顯著性差異，但以噴清水的降幅最大，比溫室對照下降了52.19%（表2）。

表2　霜凍脅迫后不同處理的光合熒光值

3 討論

植物在遭受逆境脅迫后體內游離的脯氨酸含量會發生很大變化，這既可能有適應性的意義，也可能是細胞結構和功能受損傷的表現，其積累量與植物對逆境的抗性水平有關[11-12]。與溫室對照相比，霜凍脅迫后各處理的脯氨酸含量均上升，其中以噴‘天達2116’和‘防霜1號’兩個處理的增加最顯著。噴‘防霜2號’的處理值低于其他處理和清水對照，可能與其藥劑成分和起效時間有關。

可溶性蛋白吸水性很強，有助于提高細胞內的束縛水，減少原生質內結冰而傷害致死的機會[13]。霜凍脅迫后各處理葉片的可溶性蛋白含量均有增加，其中噴‘天達2116’處理的含量明顯高于其它幾個處理，這可能與不同防霜劑的藥劑成分和防御機理有關，也可能與處理時間過短，其他處理的可溶性蛋白合成較慢有關。

正常情況下植物體內活性氧代謝處于平衡狀態，霜凍脅迫后，活性氧的產生和清除失去平衡，導致體內活性氧大量積累，引起膜質的過氧化并產生丙二醛（MDA）。本試驗中以噴清水的MDA增加最多，說明僅噴水對預防膜質過氧化作用不大。本研究發現，霜凍脅迫后POD、CAT兩種酶活性變化幅度極大，而SOD變幅較小，說明POD 和CAT兩種酶對霜凍脅迫比SOD更敏感，這可能與三種酶清除活性氧的代謝機制不同有關[14]；噴施‘天達2116’和‘防霜1號’能明顯提高三種抗氧化酶含量。

葉片經霜凍后光合能力明顯下降，各處理的Fv/Fm、φPSⅡ值均低于溫室對照值，表明霜凍對光系統Ⅱ反應中心產生了損壞，致使PSⅡ反應中心捕獲激發能效率下降，同時降低了PSⅡ光合電子傳輸能力，噴‘天達2116’和‘防霜1號’處理的與溫室對照相比下降較小，說明這兩種防霜劑能減輕霜凍對葉片光合機構的損傷。

4 結論

當春季遭受-2℃的霜凍天氣時，噴施防霜劑能顯著減輕赤霞珠葉片的霜害脅迫，其中以‘天達2116’和‘防霜1號’的效果最好，‘防霜3號’次之，噴清水對于抵御春霜凍沒有效果。

參考文獻

[1]大氣科學辭典編委會.大氣科學辭典[M].北京:氣象出版社,1994:576-576.

[2]容云鵬,田驥.春季晚霜凍害對葡萄生產的影響及建議[J].落葉果樹,2002(6):10-11.

[3]王振平,劉榆,劉效義,等.寧夏地區葡萄晚霜凍害調查報告[J].中外葡萄與葡萄酒,2004(6):29-31.

[4]劉升,張長儉,戚尚恩.一次罕見晚霜凍對春季葡萄的凍害及晚霜凍的預防[J].安徽農業科學,2011,39(20):12364-12365,12384.

[5]段曉鳳,張磊,李紅英,等.釀酒葡萄霜凍研究進展[J].山西農業科學,2014,42(10):1148-1151.

[6]王業宏,高慧君,張璇.山東省霜凍的氣候變化特征分析[J].安徽農業科學,2011,39(15):9062-9063,9076.

[7]師占君,劉增軍,陳明,等.幾種藥劑減輕杏扁霜凍的初步研究[J].河北果樹,2007(S1):100-101.

[8]李志軍,趙娜娜,孫華麗,等.低溫脅迫下不同防凍劑對梨幼果膜質過氧化的影響[J].中國農學通報,2012,28(31):261-264.

[9]施海燕,呼麗萍,侯亞茹.不同藥劑組合對‘紅燈’大櫻桃花器官抗寒性的影響[J].果樹學報,2014,31(1):91-95.

[10]趙世杰.植物生理學實驗指導[M].北京:中國農業科學技術出版社,2002:9.

[11]XIN Z,BROWSE J.Cold comfort farm:the acclimation of plants to freezing temperature[J].Plant cell and Environment,2000(23):893-902.

[12]湯章城.逆境條件下植物脯氨酸的積累及其可能的意義[J].植物生理學通訊,1984(1):15-21.

[13]邵怡若,許建新,薛立,等.低溫脅迫時間對4中幼苗生理生化及光合特性的影響[J].生態學報,2013,33(14):4237-4247.

[14]張英華,楊佑明,曹蓮,等.灌漿期高溫對小麥旗葉與非葉器官光合和抗氧化酶活性的影響[J].作物學報,2015(1):136-144.

Effects of different anti-frost agents on young leaves of Cabernet Sauvignon grapevine in resisting frost

SONG Wei,SUN Lulong,DU Yuanpeng,ZHAI Heng*
(State Key Laboratory of Crop Biology College of Horticultural Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai' an 271000,Shandong,China)

Abstract:In order to select the best anti-frost agent suitable for resisting frost in grapevine,the antifrost effect of 'Tian Da 2116','Fang Shuang 1','Fang Shuang 2','Fang Shuang 3' on young leaves of one year old potted seedlings of Cabernet Sauvignon grown in greenhouse were tested.Results indicated that leaves of control were damaged dramatically when frost happened.Anti-frost agents enhanced the frost resistance of leaves by improving the activities of antioxidant enzyme and osmotic adjustment,reducing the production of MDA.The protective effects of anti-frost agents on photosynthetic apparatus were also proved.'Tian Da 2116' and 'Fang Shuang 1' were the best preparations to improve the frost resistance of leaves among all candidates,have good frost prevention application,deserves further popularization and application.

Key Words:Cabernet Sauvignon seedling; spring frost; anti-frost agent

*通訊作者：翟衡，E-mail:hengz@sdau.edu.cn

作者簡介：宋偉（1990-）男，在讀碩士研究生，主要從事葡萄抗寒生理研究。E-mail:songwei5150@163.com

基金項目：國家現代農業產業體系建設專項資金項目（CARS-30）；長江學者和創新團隊發展計劃項目（IRT1155）

收稿日期：2015-11-06

DOI：10.13414/j.cnki.zwpp.2016.01.001

中圖分類號：S663.1

文獻標識碼：A