15個葡萄砧木耐熱性差異評價

戶金鴿，白世踐，陳 光，蔡軍社

(新疆維吾爾自治區葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意義】葡萄最適的生長溫度為25～30℃，超過30℃光合速率迅速下降[1]，高溫還可灼傷枝、葉和莖，引起植物授粉受精不良，引起果實產量和品質下降[2，3]，持續高溫還會導致葉片失水甚至死亡[4]。我國新疆吐魯番地區屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，夏季炎熱高溫、熱量豐富、降雨稀少、極端干燥。葡萄是吐魯番地區重要的經濟來源之一，且葡萄大多選擇嫁接栽培，分析葡萄砧木耐熱性差異性顯得日益重要。【前人研究進展】受高溫(42℃)影響，巨玫瑰葡萄葉片組織結構會出現葉肉組織發生紊亂，靠近主脈附近葉肉組織失水萎縮[5]，徐洪國[6 ]對葡萄的耐熱性進行了評價同時還開展不同耐熱性葡萄的轉錄組的研究，吳久赟等[7]對吐魯番地區的19個代表性品種進行了耐熱性評價，將參試品種劃分為耐熱性強、中、弱3個類型，并篩選出紅地球、藤稔、貝達、和田黃4個耐熱性較強的品種。肖芳[8]對苗期紅提葡萄葉片光合及熒光特性、內源激素及熱擊基因表達進行研究，查倩等[9，10]研究發現，申華葡萄和夏黑為高溫耐受型，申豐和醉金香為高溫敏感型葡萄品種，樹齡和高溫是影響葡萄幼苗和成年樹抗逆基因和蛋白表達差異的主要因素。蔣建福等[11]以國家果樹種質鄭州葡萄圃保存的196份代表性葡萄屬種質為試材，利用葉綠素熒光參數法對其耐熱性進行了鑒定評價在這些研究中，大多采用人工氣候室模擬高溫，僅通過室內鑒定葉片并不能完全真實地反映其在環境中的耐熱性[12]。此外，在小麥[13]、玉米[14]、番茄[15]、白菜[16]、黃瓜[17]、鳶尾[18]、杜鵑[19]、月季[20]、百合[21]等作物上也開展了耐熱性研究。【本研究切入點】生產上大多采用嫁接換根栽培的方式，且嫁接栽培技術可以有效提高園藝作物的耐熱性[22]，目前已在農作物、蔬菜、花卉、果樹等展開了研究，關于葡萄砧木耐熱性的差異性分析報道較少。需進行葡萄砧木耐熱性的研究。【擬解決的關鍵問題】在吐魯番地區特有的高溫干燥氣候環境條件下，分析15個葡萄砧木田間生長情況和葉綠素熒光參數對高溫的相應對其耐熱性的差異性，為葡萄耐熱砧木的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

2019年春季從河北省農林科學院引進的15個葡萄砧木品種，籬架栽培，株行距0.5 m×5.0 m，東西行向，滴灌。利用田間自然高溫，于2020年6～8月在新疆葡萄瓜果研究所試驗地進行，地處吐魯番鄯善縣雙水磨，42°91′N，90°30′E，海拔419 m，年降雨量25.3 mm，年蒸發量2 751 mm，全年日照時數為3 122.8 h，10℃以上有效積溫4 525℃以上，無霜期192 d，干燥度(K)高達74.36，屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候。

1.2 方 法

1.2.1 砧木生長期間溫度測定

選擇生長勢一致的砧木，每個品種10株，將溫度計掛在離地面約1.0 m的位置，于2020年6～8月，監測砧木生長期的果園氣溫變化，每0.5 h測定1次。

1.2.2 田間植株生長測定

2019年10月田間修剪后留2～3芽埋土越冬，2020年3月25日出土，出土后觀察各砧木的生長情況，選擇生長健壯的1個枝條牽引固定，2020年5月13日至8月18日定期測定各生長指標。

新梢生長長度：用鋼卷尺測定牽引枝條的長度，每個品種測定10株，共測定8次，并計算生長速率，生長速率=(測定新梢長度-前一次測定新梢長度)/前一次測定新梢長度×100%。

節數：從新梢基部開始至梢尖，準確詳細記錄節數，每個品種測定10株，共測定8次，計算平均節間長度，平均節間長度=新梢總長度/總節數。

當年地上部5 cm蔓粗：用游標卡尺測量。

中脈長、葉寬：測定時選擇牽引的枝條，從上向下選擇第5片展開的葉片，用直尺測定葉中脈長、葉寬，重復3次。

在8月高溫期間觀察植株葉片顏色(黃綠/綠/墨綠)、葉片狀態(卷曲/正常)，觀察葉緣有無干枯(干枯/正常)、斑點(有/無)等異常現象。

1.2.3 葉綠素熒光參數測定

于8月8日15:00～17:00測定葉綠素熒光參數，天氣晴朗無風。葉綠素素熒光參數用熒光儀測定，測定時選擇葉齡一致(新梢自上而下第5片葉)、健康無病蟲害的葉片，每個品種重復3次，取平均值。

初始熒光Fo反映類囊體膜的受損程度，Fo越高，類囊體膜受損程度越嚴重。最大熒光Fm反映通過PSⅡ的電子傳遞情況，Fm越低，熱害程度越高。Fv/Fo表示PSⅡ的潛在活性，反映PSⅡ中心的活性大小。最大光化學量子產量Fv/Fm表示PSⅡ中心的光能轉換效率。

Fv/Fm是植物發生光抑制的敏感指標。將葉片熒光參數的Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm進行模糊隸屬函數分析，并對綜合值進行排序。采用有序樣本最優分割聚類法，對AR值分類。

2 結果與分析

2.1 葡萄砧木生長期的氣溫變化

研究表明，從6月1日起至8月31日，最低溫度10～24.5℃，最高溫范圍為29.0～45.5℃，平均溫度變化范圍21.0～32.3℃；最高溫集中在7月中下旬和8月上旬，3個月中，絕大多數天數的溫度高于35℃，最長時長可達9.5 h，高于40℃的天氣多集中在7月中下旬和8月上旬，與最高溫出現時間一致。圖1、表1

2.2 高溫下砧木的基本生長變化

2.2.1 高溫下葉片顏色、葉片狀態、葉緣、斑點等異常現象

研究表明，葡萄砧木葉片顏色出現3種類型，貝達、5BB、Viliant、山河2號的葉片為黃綠色，1103P和Fercal表現為墨綠色，其余為綠色；110R和Fercal葉片卷曲，山河2號輕微卷曲；葉緣均正常，葉片上無斑點。表2

2.2.2 高溫下砧木生長變化

研究表明，葡萄出土后，由于溫度適宜，葡萄砧木的生長速率較大，隨氣溫的升高，5月26日至6月9日生長速率迅速下降，6月9日后生長速率逐漸減小，7～8月氣溫是全年中的最高溫，生長速率較小，8月4日生長速率最小，8月18日，氣溫逐漸減低，生長速率有所回升。圖2

在適宜的溫度條件下，植株生長較快，節間較長，6月9日，氣溫逐漸升高，植株生長減緩，高溫下新生節間變短，平均節長也略變短，但減緩速率不明顯。圖3

不同砧木葉片對高溫的相應不一致。高溫下貝達、5BB、101-15、1103P、 Viliant和BR No.2葉長變短、葉寬略窄，京3309、140R、Fercal、5C和SO4徑粗變細。表3

圖3 葡萄砧木品種新梢平均節長Fig.3 Average panel length of grape rootstocknew shoots

2.2.3 砧木全年生長變化

研究表明，距基部5 cm徑粗最粗的是1103P，26.12 mm，從大到小依次是140R、Viliant、110R、山河2號、188-08、京3309、Fercal、貝達、5C、5BB、SO4、BR No.2、Du Lot、101-14，分別為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。

當年枝條成熟長度最長的是1103P，435.29 cm，山河2號(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)>貝達(210.11 cm)>SO4(180.11 cm)>101-14(175.75 cm)。

當年枝條成熟節數最長的是1103P，平均58.6節，依次為Viliant(53.6)>山河2號(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)>貝達(35.7)>101-14(33.8)>SO4(33.1)。

當年枝條未成熟長度最短的是Viliant，23.89 cm，貝達(42.44 cm)

當年枝條未成熟節數從短到長依次是SO4(33.1)<101-14(33.8)<貝達(35.7)

2019年表現較好的砧木是1103P、140R、山河2號、Valliant，表現較差的是101-14、SO4，其它砧木表現一般。表4

表3 高溫下葡萄砧木葉片中脈長、寬、徑粗變化Table 3 Leaf length，leaf width，leaf area，stem diameter of grape rootstock under high temperature

表4 葡萄砧木品種田間生長變化Table 4 Root stock growth in the field

2.3 不同葡萄砧木品種的葉綠素熒光對高溫的響應

研究表明，16:00，BR No.2的Fo(初始熒光)最小為278.43，與山河2號、Fercal存在極顯著相關，Fercal的Fo(初始熒光)最大為346.20，與BR No.2存在極顯著相關；對于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號、Fercal存在極顯著相關，BR No.2的Fv/Fo、Fv/Fm與京3309、Fercal存在極顯著相關。表5

表5 葡萄砧木品種Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm下高溫響應變化Table 5 Response of Fo，Fm， Fv/Fo， Fv/Fm of different grape cultivars to high temperature

2.4 基于葉綠素熒光的葡萄砧木耐熱性的差異與評價

研究表明，山河2號排名第1，Fercal排名第2，依次是1 103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達、BR No.2、140R，而且山河2號當年成熟長度僅次于1 103P，成熟節數僅次于1 103P、Viliant，綜合熒光參數和田間生長情況來看，山河2號表現優良，山河2號的耐熱性較其他砧木品種好。表6

所有砧木品種耐熱性的最優分割誤差函數及分類結果。當分類數為2時，誤差函數為4.222，分類數為3時，誤差函數為3.3193，分類數為7時，誤差函數為0.7610，隨分類數的增加，誤差函數變小，且逐漸趨于0。表7

曲線拐點在5～6，隨分類數增加誤差函數逐漸趨于0，初步將最優分割分為6類，將其耐熱性分為強、較強、中等、較弱、弱、極弱六大類，強耐熱的有1個，較強的有6個，中等的有2個，較弱的有1個，弱的有1個，極弱的有4個，R11耐熱性高于其它砧木。圖4

表6 葡萄砧木耐熱性的分析與評價Table 6 Analysis and evaluation of heat tolerance of different grape root stock cultivars

表7 不同分類數下的AR分類Table 7 Classification results of AR under different cluster numbers

圖4 不同AR分類數的誤差函數 Fig.4 Error function under different ARcluster numbers

3 討 論

植物生長發育過程中會受到各種非生物因子的脅迫，其中溫度是制約植物產量和品質的主要環境因子。溫度過高不僅會使植物表現出外觀形態的熱害癥狀，還會引起植物體內酶活性的變化，目前大部分關于植物耐熱性的研究是在人工氣候室內完成，和田間自然高溫存在很大的差異。研究利用吐魯番地區自然高溫干燥氣候環境條件，在砧木生長期間持續觀測田間生長情況，5月和6月初溫度適宜，砧木生長速率較快，6月中下旬當溫度高于35℃時，生長速率下降，后期溫度緩慢上升，生長速率逐漸趨于平穩，平均節長也略有變短。當葡萄砧木基本停止生長時，調查地上部5 cm徑粗、枝條成熟和未成熟長度、節數，1103P表現優良。

有關植物的耐熱性鑒定評價指標多種多樣，包括植物的外部形態、顯微結構、生理生化指標、分子生物學指標及葉綠素熒光動力學參數等[23,24]。葉綠素熒光動力學參數是反映植物光合作用變化的主要指標，具有快速、簡便、精準、無損傷等優點[25]，葉綠素熒光參數被用于探知光合機構的運轉情況[26]。試驗將高溫下測定的葉綠素熒光參數作為砧木耐熱性評價的主要指標。

最大熒光Fm反映通過PSⅡ的電子傳遞情況，Fm越低，表示熱害程度越高。當溫度在40℃以上時，觀察葡萄砧木葉片狀態發現，110R和Fercal葉片卷曲，山河2號輕微卷曲，葉緣均正常，葉片上無斑點。測定葉片葉綠素熒光參數，并對Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm，山河2號的Fm值最大，140R的Fm值較小，僅次于BR No.2，初步推斷山河2號受熱害程度較輕，140R和BR No.2受熱害程度較高，并對4項指標進行模糊隸屬函數分析，并對其進行排名，山河2號排名第1，Fercal排名第2，依次是1103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達、BR No.2、140R。

植物的耐熱性還與植株的樹齡有很大的關系，試驗所選試材為2年生砧木，在一定程度上也影響了砧木的耐熱性， 在今后的研究中，可持續觀察砧木的耐熱差異性，并從分子生物學方面開展耐熱性研究。

4 結 論

當溫度高于40℃時，葡萄砧木110R和Fercal葉片卷曲，山河2號輕微卷曲。山河2號砧木耐熱性最強，依次是Fercal、1103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達、BR No.2和140R。