蘋果矮化砧木抗寒性

石 游,陳淑英,劉 君,羅秉瑜,王 瑾

(1. 新疆伊犁州林業(yè)科學研究院，新疆伊寧 835000，2. 國家蘋果產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系伊犁綜合試驗站，新疆伊寧 835000))

0 引 言

【研究意義】在矮化密植栽培中，砧木的選擇是重要環(huán)節(jié)之一，利用矮化砧木是實現(xiàn)蘋果密植栽培的最主要途徑。新疆伊犁河谷是新疆蘋果的主產(chǎn)區(qū)，矮化密植栽培正處于起步階段，由于冬季寒冷，蘋果矮化砧木往往發(fā)生低溫凍害，生產(chǎn)上適宜的蘋果矮化砧木很少，限制了蘋果矮砧集約栽培的發(fā)展。選育抗寒的蘋果矮化砧木對推進伊犁河谷矮化密植栽培發(fā)展具有重要意義。【前人研究進展】電導法是鑒定果樹抗寒性的主要方法之一[1-3]。其理論依據(jù)是Lyons[4]提出的“膜脂相變”假說，他認為，植物在受到低溫脅迫時，膜脂結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，膜的通透性增大，導致電解質(zhì)大量外滲。在相同條件下，電導值越高，抗寒性越差。在評價及鑒定果樹抗寒性時，此方法已被廣泛應(yīng)用在蘋果[5]、梨[6]、葡萄[7,8]、櫻桃[9]和桃[10]等果樹上。Sukumaran等[11]在研究馬鈴薯抗寒性時提出當電解質(zhì)滲出率達50%時，此時的溫度可作為半致死溫度，但在實際應(yīng)用中誤差較大。【本研究切入點】朱根海等[12]經(jīng)過多年的試驗和驗證提出，利用電解質(zhì)滲出率擬合Logistic方程，通過數(shù)學分析，可獲得曲線的拐點溫度，即植物組織的半致死溫度(LT50)。此方法已廣泛應(yīng)用在杏[13]、扁桃[14]、梨[15]、柑橘[16]等多種果樹上。研究引進的俄羅斯蘋果矮化砧木與國內(nèi)常用的2種蘋果矮化砧木進行抗寒性比較。有關(guān)蘋果矮化砧木的抗寒性文獻較多，但是研究提到的62-396、BP-176這2個的矮化砧木的抗寒性未見報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】通過測定不同溫度處理下枝條的電導率，配合Logistic方程求得半致死溫度，結(jié)合凍害分級，確定砧木的抗寒性，為選育、鑒定和推廣應(yīng)用抗寒的蘋果矮化砧木提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

材料均取自新疆伊犁察布查爾縣伊犁州林科院千畝科技示范基地。于2018年12月底(田間氣溫1～-10℃)，樹體進入深度休眠后，采集4種蘋果矮化砧木62-396、BP-176、Y-1、KM23 1年生休眠枝條為試材，要求枝條長勢一致，無病蟲害，粗度0.5～0.8 cm，長度50 cm。

蘋果矮化砧62-396，是由半矮生13-14砧木布與矮生的布達戈夫斯基樂園蘋果雜交而成，伊犁州林科院于2017年從哈薩克斯坦引進，引進的還有bp-176蘋果矮化砧木，嫁接在野蘋果基砧上進行保存。Y-1蘋果矮化砧木是山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所從野生晉西北山定子實生苗中選育，伊犁州林科院于2016年引進，嫁接在野蘋果基砧上進行保存。KM23是新疆奎屯農(nóng)科所選育的蘋果矮化砧木，伊犁州林科院于2014年引進并于同年嫁接在野蘋果基砧上進行保存。

1.2 方 法

1.2.1 前期處理

試驗于2019年1月在伊犁州林科院實驗室進行。將各品種1年生枝條剪成25 cm長的小段，均勻分成8組，每組10段，用濕潤、干凈的紗布包好，裝入塑料袋中，做好標記，放入冰箱(冷藏4℃)備用。取其中1組作為對照(不做低溫處理)，測定其在室溫條件下的電解質(zhì)滲出率。其余7組分別放入超低溫冰箱中進行降溫處理，共設(shè)7個溫度梯度-16、-20、-24、-28、-32、-36和-40℃ ，以4℃/h速度降溫，降至所設(shè)定溫度后保持12 h，再以同樣速度升溫至0℃，進行各項指標的測定。

1.2.2 電解質(zhì)滲出率測定

參照梅立新等[17]的試驗方法，將處理后的枝條用雙重蒸餾水沖洗干凈，濾紙擦干，避開芽眼剪成3 mm的小段，混合均勻，準確稱取1 g，放入試管中，加入20 mL雙重蒸餾水，搖勻，室溫下浸提10 h，用HANNA-EC215型電導儀測定初電導值(S1)。然后封住試管口，置于沸水浴中煮20 min，取出后涼至室溫，測定其終電導值(S2)，每個處理重復4次。根據(jù)公式Y(jié)%=(S1-S0)/(S2-S0)×100計算出電解質(zhì)滲出率，式中：Y為電解質(zhì)滲出率；S0為雙重蒸餾水電導值；S1為初電導值；S2為終電導值。

1.2.3 凍害分級1.2.3.1 實驗室低溫處理后凍害分級

將處理后的枝條在室溫下放置24 h，兩端各剪去5 cm，然后斜剪，觀察其受凍害程度，分級標準如下：0級(無凍害)：苗木正常；Ⅰ級(輕度凍害)：1年生枝髓部輕微變褐可恢復；Ⅱ級(中度凍害)：1年生枝髓部嚴重變褐，木質(zhì)部輕微變褐；Ⅲ級(重度凍害)：1年生枝木質(zhì)部嚴重變褐，韌皮部輕微變褐；Ⅳ級(嚴重凍害)：1年生枝皮層變黑，韌皮部變褐[18]。

1.2.3.2 田間凍害情況調(diào)查

2017～2019年，連續(xù)3年在新疆伊犁察布查爾縣伊犁州林科院千畝科技示范基地、海努克科技示范基地進行調(diào)查。采取實地查看、隨機抽樣的方法，分別查看嫁接口部位、雪線以上5 cm(距地面40 cm)、苗木中部、苗木頂端(距頂部5 cm)的受凍情況[18]。分級標準同上。

1.2.4 恢復生長試驗

將經(jīng)過低溫處理過的枝條每個品種取5～8根，先用塑料袋包好置于冰箱中冷藏(4℃)24 h，待緩慢解凍后，在室溫(25℃)條件下插入河沙中進行恢復生長，每天噴水1次，40 d后調(diào)查枝條的萌發(fā)情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度處理枝條電解質(zhì)滲出率的變化

研究表明,不同品種蘋果砧木枝條經(jīng)過低溫處理后，電解質(zhì)滲出率變化總趨勢一致，即隨溫度的降低而上升，呈“S”形曲線。當溫度從-16℃下降至-24℃時，4個品種電解質(zhì)滲出率變化不明顯；BP-176在-28～-32℃時電解質(zhì)滲出率迅速增加；62-396和Y-1在溫度處于-36～-40℃時，電解質(zhì)滲出率開始加劇上升；KM23的電解質(zhì)滲出率在整個低溫處理過程中基本保持勻速增加。在低溫傷害初期，電解質(zhì)滲出率緩慢上升，隨著溫度的繼續(xù)下降，電解質(zhì)滲出率開始迅速上升，植物組織受到嚴重傷害，膜透性增大，電解質(zhì)大量外滲。枝條電解質(zhì)滲出率大小依次為BP-176>KM23>62-396>Y-1。圖1

圖1 不同溫度處理枝條電解質(zhì)滲出率變化

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

2.2 不同砧木品種的半致死溫度

應(yīng)用電解質(zhì)滲出率和溫度擬合Logistic方程，通過公式Y(jié)=k/(1+ae-bt)，計算出拐點溫度，即枝條半致死溫度LT50。4種蘋果矮化砧木62-396、BP-176、Y-1、KM23的LT50分別為-42.56、-37.52、-43.79和-40.77℃。其中，Y-1的LT50最低，其抗寒能力最強。62-396的LT50與Y-1僅差1.23℃，62-396具有較強的抗寒性。BP-176的LT50最高，其抗寒性相對較差。根據(jù)LT50，4種蘋果矮化砧木的抗寒性大小依次為Y-1>62-396>KM23>BP-176。表1

表1 不同蘋果矮化砧木的LT50

Table 1 LT50of different apple rootstocks

砧木Rootstock回歸方程Logistic equation半致死溫度LT50(℃)相關(guān)系數(shù)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 凍害分級

研究表明,-16℃時各枝條均未發(fā)生凍害；-20～-24℃時只有BP-176發(fā)生可恢復的輕微凍害，其余品種表現(xiàn)正常；-32～-36℃時，4個蘋果矮化砧木均發(fā)生不同程度凍害，其中BP-176較為嚴重，表現(xiàn)為Ⅲ～Ⅳ級凍害，其余品種處于Ⅰ～Ⅱ級之間；當溫度降低至-40℃時，大部分枝條為Ⅱ～Ⅲ級凍害，BP-176出現(xiàn)Ⅳ級凍害。在4個供試品種中，Y-1、62-396表現(xiàn)出較強的抗寒能力，KM23次之，BP-176抗寒性相對較差。表2

表2 低溫處理后各品種枝條凍害綜合評級

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

砧木Rootstock 凍害分級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 恢復生長

研究表明,各枝條的萌芽率隨溫度的下降而降低。當處理溫度為-16、-20和-24℃時各供試枝條均能萌芽；在-28℃時，KM23萌芽率最高，為53.62%；當處理溫度為-32和-36℃時，Y-1萌芽率為40.45%和25.40%，高于其他品種；低溫達-40℃時，BP-176沒有萌芽，枝條和芽受到不可逆的傷害，其余各品種雖然有萌芽，但萌芽率較低。4種蘋果矮化砧木抗寒性強弱依次是Y-1>62-396>KM23>BP-176。表3

表3 低溫處理后各砧木枝條萌芽率

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 田間凍害情況

研究表明, 2017年BP-176發(fā)生Ⅰ級凍害，其余品種未發(fā)現(xiàn)凍害，當年最低溫為-23.8℃；2018年，千畝基地試驗點Y-1表現(xiàn)為0～Ⅰ級凍害，62-396和KM23為Ⅰ級凍害，BP-176為Ⅱ級凍害，海努克試驗點BP-176發(fā)生Ⅰ級凍害，其余品種為0～Ⅰ級凍害，當年最低氣溫為-33.25℃，出現(xiàn)在1月29日；2019年4個品種均未發(fā)現(xiàn)凍害，這1年是暖冬，最低溫僅-21.5℃。4種蘋果矮化砧木中Y-1抗寒性最強，62-396和KM23次之，BP-176抗寒性最差。表4，表5

表4 試驗地極端最低溫比較

Table 4 Comparison of extreme minimum temperature in experimental site

試驗地Experimental site海拔Altitude(m)低溫時間(年/月/日)Low Temperature time(Y/M/D)極端低溫Extremely minimum temperature(℃)察布查爾縣千畝科技示范基地 Science and Technology demonstration Base of Thousands mu in Chabchal County7402017/1/16-23.82018/1/29-33.252019/2/07-21.5察布查爾縣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 不同年份凍害情況

Table 5 Analysis of freezing damage in different years

調(diào)查地點Location of Loinvestigation品種Varieties調(diào)查株數(shù)Quantity of investigation不同年份凍害分級Cold injure classification of different years201720182019察布查爾縣千畝科技示范基地 Science and Technology demonstration Base of Thousands mu in Chabchal County62-396500Ⅰ0BP-176500～ⅠⅡ0Y-1500 0～Ⅰ0KM23500Ⅰ0察布查爾縣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 討 論

果樹是多年生植物，嚴重凍害不僅影響樹體的生長發(fā)育，還會造成一定的經(jīng)濟損失。研究果樹抗寒性對于果樹的引種和栽培具有重要的指導意義。植物組織在受到低溫傷害后，生物膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，膜的通透性增加，電解質(zhì)大量外滲[4]，電導法測定植物抗寒性就是利用這個原理。Logistic方程曲線可以描述低溫對植物組織的傷害過程[19]。運用電導法結(jié)合Logistic方程計算半致死溫度，可以消除原生質(zhì)體在溫度作用中的時間影響[20]，其結(jié)果準確，與休眠枝條經(jīng)過低溫處理后進行凍害分級和恢復生長的結(jié)果一致，4種方法結(jié)合在一起可以精確的確定供試材料的抗寒能力。

Y-1是從抗寒性極強[21]的晉西北山定子中實生選育出來的，弓桂花[22]認為Y-1與晉西北山定子的抗寒性無明顯差異，Y-1的抗寒性也很強，這與研究結(jié)果一致。

果樹受凍害的損傷程度受多種因素影響，主要由凍害發(fā)生的時間、降溫程度、低溫持續(xù)時間、升溫速度決定。實驗室測定抗寒性與田間調(diào)查結(jié)果存在一定的差異。在自然界中，果樹發(fā)生凍害，是一個錯綜復雜的過程，實驗室通過人工氣候模擬不能真實的反映植物在外界自然環(huán)境下的凍害情況，只能根據(jù)植物某些生理生化指標及物理指標間接推斷供試材料的抗寒性，但是實驗室測定休眠枝條的抗寒能力是在同等條件下進行的，能較客觀地反映低溫脅迫下各砧木品種間的抗寒性差異。

4 結(jié) 論

采用電導法，配合Logistic方程，結(jié)合凍害分級、恢復生長試驗和田間凍害調(diào)查，對4種蘋果矮化砧木的抗寒性進行綜合評價，抗寒性強弱依次為Y-1>62-396>KM23>BP-176。引進的俄羅斯蘋果矮化砧木62-396與Y-1僅差-1.23℃，62-396具有較強的抗寒性。蘋果矮化砧木Y-1、62-396具有較大的應(yīng)用潛力，可以作為蘋果抗寒矮化砧木在伊犁河谷進行生產(chǎn)應(yīng)用。