復(fù)合鹽堿脅迫對葡萄生長及顯微結(jié)構(gòu)的影響

盧倩倩，李 月，王樂樂，王 爽，周 龍

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

葡萄Vitis uinifera是世界四大果樹之一，其果實酸甜可口、營養(yǎng)豐富，其栽植面積和產(chǎn)量曾長期居于世界首位[1]。從2012年開始，中國葡萄總產(chǎn)量位居世界首位，葡萄種植面積位列世界第2位，鮮食葡萄產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的近50%[2]。新疆是我國葡萄栽培面積最大的省區(qū)，獨特的氣候資源使得該區(qū)的葡萄品質(zhì)具有明顯優(yōu)勢[3]。同時因為獨特的氣候、地形等因素，新疆地區(qū)是我國鹽堿地面積最大、分布范圍最廣的地區(qū)，有“世界鹽堿地博物館之稱”[4]。葡萄種植面積不斷擴大與鹽堿化耕地不斷增多的矛盾日益凸顯，篩選耐鹽堿能力強的鮮食葡萄品種成為當(dāng)前的緊要任務(wù)，對新疆地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展具有重要意義。鹽堿脅迫會影響果樹的生長發(fā)育，葉片作為果樹與外界進行物質(zhì)、能量交換的主要器官，其組織結(jié)構(gòu)也必然會隨之發(fā)生一定的變化以適應(yīng)環(huán)境[5]，且葉片變化程度與脅迫濃度為正比關(guān)系[6]。李學(xué)孚等[7]對鹽脅迫下‘鄞紅’葡萄的葉片細胞結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫會抑制葡萄生長，葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織變厚。秦玲等[8]對鹽脅迫下釀酒葡萄的葉片細胞結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫使得葉綠體在細胞內(nèi)不規(guī)則分布，柵欄組織與海綿組織的厚度比（柵海比）相對降低。張德等[9]對鹽脅迫下2種垂絲海棠砧木的葉片細胞結(jié)構(gòu)進行了研究，發(fā)現(xiàn)耐鹽性強的‘9-1-6’的葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織厚度的變幅均小于耐鹽性差的山定子。

目前，關(guān)于葡萄砧木耐鹽堿性的研究報道較多，但新疆地區(qū)多采用自根苗建園的種植模式，因此對耐鹽堿性較強的鮮食葡萄新品種有較大的需求量。近年來，由于未在引種前進行耐鹽堿性評價，導(dǎo)致實際生產(chǎn)中部分新引品種因不耐鹽堿而生長不良，種植戶損失較大，因此在引種前進行新引進葡萄品種耐鹽堿性的評價和區(qū)域試驗，對整個新疆葡萄產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有十分重要的意義。本研究中以新疆10個新引鮮食葡萄品種為研究對象，通過盆栽控制性試驗，對復(fù)合鹽堿脅迫30 d后葡萄的生長指標(biāo)和顯微結(jié)構(gòu)進行觀測，以期為10個新引鮮食葡萄品種在新疆地區(qū)的進一步推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

2020年4—9月，在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院進行試驗，供試材料為新疆地區(qū)10個新引鮮食葡萄品種的1年生扦插苗，包括‘深紅玫瑰’‘絲路紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘黑脆無核’‘早夏無核’‘甜蜜藍寶石’‘浪漫紅顏’‘紫甜無核’‘戶太8號’和‘夏黑’（表1）。將扦插苗定植于上口直徑25 cm、下口直徑20 cm、高25 cm的塑料花盆中，基質(zhì)采用營養(yǎng)土。定植后，每3 d澆1次透水，保證基質(zhì)處于濕潤狀態(tài)。待葡萄苗長出7葉1心后，選擇直徑和高度均較為一致的幼苗，進行復(fù)合鹽堿脅迫處理。

表1 供試葡萄品種的基本信息Table 1 Basic information of tested grape varieties

依據(jù)新疆鹽堿土成分，將中性鹽NaCl、Na2SO4和堿性鹽NaHCO3按濃度1∶1∶1的比例混合配置成復(fù)合鹽堿溶于水。根據(jù)鹽堿質(zhì)量分數(shù)（鹽堿質(zhì)量和土壤干質(zhì)量的百分比）設(shè)置處理，設(shè)對照（不加鹽堿，CK）和加入0.29%（T1）、0.58%（T2）、0.87%（T3）盆土干質(zhì)量（5 kg）的復(fù)合鹽堿，共4個處理，每處理3次重復(fù)。為避免鹽沖擊效應(yīng)，預(yù)處理期間每天以0.29%復(fù)合鹽堿溶液遞增添加，經(jīng)3 d同時達到預(yù)定濃度，此時設(shè)定為正式處理第1天。為防止?jié)菜畷r土壤溶液流失，每個盆底墊塑料托盤，且定期回澆到盆內(nèi)，以保持盆內(nèi)土壤鹽堿總量。處理后定期澆灌少量水，以平衡蒸發(fā)量。

1.2 形態(tài)指標(biāo)測定

鹽堿處理第1天和第30天分別用米尺測量新梢長度，用直尺和Digital數(shù)顯式游標(biāo)卡尺測量第3莖節(jié)的長度和直徑，用直尺測量第3節(jié)位葉片的長度和寬度，計算各指標(biāo)生長量。

1.3 解剖結(jié)構(gòu)觀測

鹽堿處理第30天，從葡萄新梢中部功能葉片中部主脈兩側(cè)取材（2 mm×2 mm），F(xiàn)AA固定，乙醇和二甲苯系列脫水，石蠟包埋，橫切片厚度8 μm，番紅-固綠染色，Nikon顯微鏡下觀察并拍照。測量葉片厚度、柵欄組織和海綿組織厚度、上下表皮厚度，每個樣片觀察30個視野，計算柵海比、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度（柵欄組織厚度占葉厚度的百分比）、葉片組織結(jié)構(gòu)疏松度（海綿組織厚度占葉厚度的百分比）[10]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

計算各鹽堿脅迫處理組和對照組各性狀的平均值。若指標(biāo)與耐鹽堿性正相關(guān)，耐鹽堿系數(shù)為處理組平均值與對照組平均值的百分比；若指標(biāo)與耐鹽堿性負相關(guān)，耐鹽堿系數(shù)為對照組平均值與處理組平均值的百分比[11-12]。

用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理及圖表制作，用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析（Duncan法）、相關(guān)性分析、主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合鹽堿脅迫對葡萄植株形態(tài)指標(biāo)的影響

復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄植株形態(tài)指標(biāo)的變化見表2。由表2可知，隨著鹽堿濃度的增加，葡萄新梢長度、莖節(jié)長度和直徑、葉片長度和寬度的生長量均呈下降趨勢，且各處理間差異顯著。從新梢生長量來說：T3處理下相對CK降幅最大的是紫甜無核，為71.70%；降幅最小的是浪漫紅顏，為18.97%。莖節(jié)長度生長量降幅最大的是陽光玫瑰，為85.14%；降幅最小的是深紅玫瑰，為35.81%。莖節(jié)直徑生長量降幅最大的是深紅玫瑰，為73.88%；降幅最小的是黑脆無核，為30.48%。葉片長度和寬度生長量降幅最大的均為黑脆無核，分別是90.16%、78.73%；降幅最小的均為夏黑，分別為15.12%、17.02%。

表2 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄植株形態(tài)指標(biāo)的變化?Table 2 Changes of morphological indexes of grape plants under saline-alkali stress

續(xù)表2Continuation of Table 2

2.2 復(fù)合鹽堿脅迫對葡萄葉片組織顯微結(jié)構(gòu)的影響

正常（CK）和復(fù)合鹽脅迫（T3）條件下生長30 d的葉片解剖結(jié)構(gòu)如圖1所示。從葉片解剖結(jié)構(gòu)看，葉片由上下表皮、柵欄組織、海綿組織構(gòu)成。正常生長時，柵欄組織的細胞為長柱狀，排列較整齊。鹽脅迫下，柵欄組織排列散亂，海綿組織細胞數(shù)目減少，細胞間隙增加。

正常（CK）和復(fù)合鹽脅迫（T3）條件下生長30 d的葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的變化見表3。由表3可知，復(fù)合鹽脅迫下，上下表皮、柵欄組織、海綿組織及葉片的厚度呈現(xiàn)增加趨勢，柵海比呈現(xiàn)降低趨勢，細胞結(jié)構(gòu)緊實度降低，疏松度增加。柵欄組織、海綿組織的厚度增加幅度最大的是浪漫紅顏，分別為21.32%、56.91%；增加幅度最小的是黑脆無核，分別為0.25%、7.66%。柵海比降低幅度最大的是浪漫紅顏，為22.68%；降低幅度最小的是陽光玫瑰，為3.87%。

2.3 葡萄耐鹽堿性綜合評價

2.3.1 各指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)

復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄植株形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)見表4。由表4可知，不同指標(biāo)在葡萄耐鹽堿性中所起的作用不同，在鹽堿脅迫下不同品種各指標(biāo)的變化幅度也不同。以新梢生長量這個指標(biāo)來衡量，耐鹽堿性最強的為‘浪漫紅顏’，最弱的為‘紫甜無核’。以柵海比這個指標(biāo)來衡量，耐鹽堿性最強的為‘陽光玫瑰’，最弱的為‘浪漫紅顏’。因此，不能利用單個指標(biāo)評價各葡萄品種的耐鹽堿性[13]。

2.3.2 各指標(biāo)耐鹽堿系數(shù)的相關(guān)性分析

對各指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。由表5可知，各指標(biāo)之間均存在不同程度的相關(guān)性，所提供的信息發(fā)生了不同程度的重疊。其中，葉片厚度與柵欄組織厚度呈極顯著正相關(guān)，與新梢長度生長量呈極顯著負相關(guān)。海綿組織厚度與柵海比呈極顯著正相關(guān)。葉片作為一個完整的器官，其各組織結(jié)構(gòu)之間必然會互相影響，因此只有進行綜合比較分析才能客觀評價[14]。

2.3.3 各指標(biāo)耐鹽堿系數(shù)的主成分分析

對10個葡萄品種10個指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)進行主成分分析，以較少的相互獨立的主因子代替較多的相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)[15]，結(jié)果見表6。由表6可知，提取到特征值大于1的主成分共4個，累計貢獻率83.76%，這表明前4個主成分能夠代表原來13個指標(biāo)的大部分信息。以前4個主成分的特征值比所提取的主成分總特征值之和作為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合模型[16]：

圖1 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片解剖結(jié)構(gòu)的變化Fig. 1 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

式中：F表示主成分綜合值；C1～C13分別表示新梢生長量、莖節(jié)長度生長量、莖節(jié)直徑生長量、葉片長度生長量、葉片寬度生長量、上表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮細胞厚度、葉片厚度、柵海比、細胞結(jié)構(gòu)緊實度、細胞結(jié)構(gòu)疏松度等指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)。

根據(jù)主成分綜合模型，得出綜合主成分值，結(jié)果見表7。由表7可知，各葡萄品種按照耐鹽堿性由強到弱排序依次為‘黑脆無核’‘戶太8號’‘甜蜜藍寶石’‘夏黑’‘早夏無核’‘深紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘紫甜無核’‘絲路紅玫瑰’‘浪漫紅顏’。

表3 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄葉片解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的變化?Table 3 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

表4 復(fù)合鹽堿脅迫下葡萄植株形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)?Table 4 Salinity-alkali tolerance coefficients of morphological and anatomical structure indexes of grape plants under complex saline-alkali stress

表5 葡萄植株形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)的相關(guān)系數(shù)?Table 5 Correlation coefficient matrix of salinity-alkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

3 結(jié)論與討論

表6 葡萄植株形態(tài)和解剖結(jié)構(gòu)指標(biāo)的耐鹽堿系數(shù)的主成分分析結(jié)果?Table 6 Principal component analysis results of salinityalkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

在盆栽控制復(fù)合鹽堿濃度條件下對10個葡萄品種的生長及顯微結(jié)構(gòu)的變化進行研究，結(jié)果表明隨著鹽堿濃度的增加，葡萄新梢長度、莖節(jié)長度和直徑、葉片長度和直徑的生長量均呈現(xiàn)下降趨勢，上下表皮、柵欄組織、海綿組織及葉片的厚度呈現(xiàn)增加趨勢，柵海比呈現(xiàn)降低趨勢，細胞結(jié)構(gòu)緊實度降低，細胞結(jié)構(gòu)疏松度增加。采用主成分分析法綜合評價各品種的耐鹽堿能力，結(jié)果表明10個葡萄品種按照耐鹽堿性由強到弱排序依次為‘黑脆無核’‘戶太8號’‘甜蜜藍寶石’‘夏黑’‘早夏無核’‘深紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘紫甜無核’‘絲路紅玫瑰’‘浪漫紅顏’。

3.1 鹽堿脅迫對葡萄形態(tài)特征的影響

鹽堿脅迫會導(dǎo)致葡萄生長受阻，葉片干枯甚至死亡。牛銳敏等[17]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫20 d后，6種葡萄砧木的新梢生長量、葉片數(shù)量、新梢鮮干質(zhì)量、幼苗根系的鮮干質(zhì)量均有不同程度的降低，耐鹽性強品種110R的新梢生長量降幅最小，耐鹽性弱品種貝達的新梢生長量降幅最大。丁守鵬等[18]的研究結(jié)果表明，鹽脅迫會使葡萄生長減緩，生物量下降。劉學(xué)良等[19]對接骨木的研究結(jié)果表明，鹽脅迫下無性系‘XY-2’的生長量等生長指標(biāo)降幅最小，其耐鹽性較強。本研究結(jié)果表明，鹽堿脅迫30 d后，葡萄新梢生長量、莖節(jié)長度和直徑、葉片長度和寬度的生長量均下降，新梢生長量下降幅度最大的品種為浪漫紅顏，綜合評價結(jié)果表明其耐鹽堿能力最差。因此新梢生長量是判斷鹽堿對葡萄品種影響的直觀指標(biāo)。鹽堿脅迫下，葡萄根系吸水困難，易受離子毒害及氧化脅迫，造成代謝紊亂、光合能力下降，最終導(dǎo)致植物生長受阻[20]。

表7 10個葡萄品種耐鹽堿能力的綜合得分及排名Table 7 Comprehensive scores and rankings of saline-alkali tolerance of 10 grape varieties

3.2 鹽堿脅迫對葡萄葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

葉片是植物進行光合作用的器官，其結(jié)構(gòu)的有序性、完整性決定了植物光合生產(chǎn)的能力。鹽脅迫會導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。李學(xué)孚等[7]對‘鄞紅’葡萄在鹽脅迫下的葉片組織顯微結(jié)構(gòu)變化進行了研究，發(fā)現(xiàn)上下表皮層、柵欄組織、海綿組織等均變厚，柵海比顯著降低。本研究結(jié)果表明，鹽堿脅迫下10個葡萄品種的葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織均變厚，柵海比、細胞結(jié)構(gòu)緊實度降低，細胞結(jié)構(gòu)疏松度增加。這是葡萄對鹽堿環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)，葉片增厚可以一定程度上減弱葉片的蒸騰作用，增強其吸收、儲存水分的能力，降低植物體內(nèi)鹽堿濃度，進而提高植物本身對鹽堿脅迫的抗性[21]。

3.3 本研究存在的局限及下一步研究方向

自然條件下，鹽堿地的鹽堿成分相當(dāng)復(fù)雜，不僅有鈉鹽，還有鉀鹽等，且NaCl、Na2SO4等鈉鹽的比例也各有不同[22]。本研究中僅進行了NaCl、Na2SO4、NaHCO3（濃度 1∶1∶1）復(fù)合鹽堿條件下的盆栽控制試驗，未進行大田試驗，不能完全反映葡萄品種的耐鹽堿性。植物的耐鹽堿性受到遺傳基因、起源地、生長環(huán)境等各方面的影響，本研究中僅對特定環(huán)境下表觀形態(tài)及顯微結(jié)構(gòu)進行了探討。因此，若要科學(xué)全面評價葡萄品種的耐鹽堿性，為實際生產(chǎn)提供更可靠的理論依據(jù)，應(yīng)結(jié)合生理、光合等方面指標(biāo)進行研究，且在大田條件下栽培和觀測。