8個葡萄品種抗寒性及生理指標相關性分析

王雅琳 孫萍 李唯

摘要：以4個釀酒葡萄品種（北醇、梅鹿輒184、黑比諾222、品麗珠）及4種砧木（貝達、SO4、Ln33、LDP294）為試驗材料，考察不同低溫處理（0、-7、-15、-20、-30、-70 ℃）對CAT活性、POD活性、PPO活性、SOD活性、MDA含量、可溶性糖含量及Pro含量等生理指標的影響，并通過隸屬函數法、生理指標的相關性及主成分分析對釀酒葡萄的抗寒性進行綜合性評價。結果表明：經隸屬函數統計分析，8個釀酒葡萄及砧木品種的綜合抗寒性從高到低依次為貝達、Ln33、LDP294、北醇、SO4、黑比諾222、梅鹿輒184、品麗珠。對7個抗寒性指標的相關性分析顯示，在葡萄抗寒性鑒定中，不能單獨依賴某個或某兩個指標對葡萄抗寒性進行評價；各測定指標主成分分析顯示，CAT活性、POD活性、PPO活性及MDA含量具有絕對值較大的特征向量，貢獻率達48.66%。

關鍵詞：釀酒葡萄；生理指標；隸屬函數；抗寒性比較；相關性分析

中圖分類號：S663.1；Q142 文獻標志碼：A 文章編號：1001-1463（2017）08-0034-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2017.08.009

Correlation Analysis Between Cold Resistance and Physiological Indexes of 8 Wine Grape Cultivars

WANG Yalin1， 2， 3， SUN Ping 2， 3， LI Wei 2， 3

（1. Department of Bioengineering， Lanzhou Vocational Technical College， Lanzhou Gansu 730070， China； 2. Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science， Lanzhou Gansu 730070， China； 3. College of Life Science and Technology， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：Effect of different low temperature （0、 -7、 -15、 -20、 -30、 -70 ℃） on physiological indexes （Activity of CAT， POD， PPO， SOD and the content of MDA， sugar， soluble Pro） is studied on the 8 different Cultivas of wine grape（54-4-271， Merlot 184， Pinot Noir 222， Cabernet Franc） and rootstock（Beta， SO4， Ln33， LDP294） ， comprehensive evaluation of cold tolerance is treated by the methods of subordinate function， correlation analysis of physiological indexes and principal component analysis. The result shows that the ability of cold resistance from high to low as follows Beta、 LDP294、 Ln33、 SO4、 Pinot Noir 222、54-4-271、 Cabernet Franc、 Merlot 184. The correlation analysis of 7 different physiological indexes indicated that the cold resistance could not be evaluated by relying on one or two physiological indexes. Principal component analysis of 7 different physiological indexes stated that the activities of CAT， POD， PPO and the content of MDA had absolute value of a larger feature vector； the contribution rate reached 48.66%.

Key words：Wine grape；Physiological indexes；Subordinate function；Comparison of cold resistance；Correlation analysis

葡萄（Vitis vinifera L.）為葡萄科葡萄屬植物，是世界最古老的植物之一[1 ]。葡萄果實中含有白藜蘆醇、齊墩果酸、β-谷甾醇、黃酮、鞣質、SOD，多種維生素、氨基酸、類固醇等多種活性物質，具有增強免疫、抵抗疾病等多方面的醫療保健功能[2 ]。目前我國葡萄栽培面積55.2萬hm2，總產量達843萬 t，葡萄面積年均增加2萬hm2。釀酒葡萄種植面積已達0.933萬hm2，年產量在12萬 t左右[3 ]。李華等[4 ]通過氣候研究確定了河西走廊地區、白銀中部地區、蘭州周邊縣區為釀酒葡萄的最佳產區。但是，在這些適宜釀酒葡萄生長的干旱、半干旱產區，其生長發育還受到低溫凍害的影響。由于植物的抗寒性與自身遺傳特性有直接關系[5 - 6 ]，因此，在釀酒葡萄種植及選育過程中，選擇適合區域種植的砧木及營養系品種，對于提高釀酒葡萄的抗寒性、增加產量等方面顯得尤為重要[7 ]。

前人對釀酒葡萄抗寒性及葡萄砧木抗旱性研究較多[8 - 9 ]，而對西北干旱地區釀酒葡萄及砧木抗逆性生理指標測定及相關性分析方面尚未報道。我們在前人對釀酒葡萄抗逆性生理指標研究的基礎上，采用生產中較為廣泛種植的釀酒葡萄及砧木品種，通過測定其CAT活性、POD活性、SOD活性、PPO活性、MDA含量、可溶性糖含量和Pro含量的變化，一方面比較釀酒葡萄及砧木品種的抗寒性，另一方面分析測定指標的相關性及貢獻率，旨在為釀酒葡萄及砧木抗寒性品種選育提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗時間及地點

試驗于2014年8月在甘肅省干旱生境作物學重點實驗室進行。

1.2 材料

供試材料為生產中主要栽培的4個釀酒葡萄品種，分別為北醇、梅鹿輒184、黑比諾222、品麗珠，4個葡萄砧木品種為貝達、SO4 、Ln33、LDP294。均采自榆中縣連搭鄉釀酒葡萄試驗基地。

1.3 方法

1.3.1 試材處理 先用蒸餾水將葉片沖洗干凈，再用吸水紙拭干，每份葉片用自封袋分裝，放在超低溫冰箱，降溫至目的溫度后保持 1 h，之后逐步升溫至0 ℃，溫度升降速率均為1 ℃/min。取出后在室溫下放置1 h待測。

1.3.2 指標測定 測定時隨機取樣，剪去葉柄葉脈，稱取葉片，每個生理生化指標測定重復3 次[10 ]。溫度處理為0 ℃（對照）、-7 ℃、-15 ℃、-20 ℃、-30 ℃、-70 ℃。采用紫外分光光度法測定CAT活性[11 ]，采用愈創木酚法測定POD活 性[11 ]，采用四氮唑藍光還原法測定SOD活性[11 ]，采用可見分光光度法測定PPO活性[11 ] ，采用蒽酮法測定可溶性糖含量[12 ] ，采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量[12 ] ，采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量[13 ]。每個指標測定均隨機取樣，重復3次。

1.3.3 統計分析 采用周廣生等[14 ] 的方法對原始數據進行標準化處理，經過Microsoft office Excel 2007轉換以后，用SPSS13.0進行方差分析、生理生化指標的相關性及主成分分析。用隸屬函數法綜合分析不同釀酒葡萄及砧木品種間抗寒性的差異[15 ]，各生理指標順序排名用 R表示，平均順序排名用AR表示。計算公式如下。

抗寒系數=（處理測定值/對照測定值）×100%

（1）

當指標與抗性呈正相關時可通過隸屬函數計算，公式如下：

X （u） =（X-X min）/（X max-Xmin） （2）

當指標與抗性呈負相關時可通過反隸屬函數計算，公式如下：

X （u） =1-[（X-Xmin）/（X max-X min）] （3）

公式中，X指某品種的某指標測定值；X max指某指標不同品種測定值中的最大值；Xmin指某指標不同品種測定值中的最小值。

2 結果與分析

2.1 生理指標及排序

從表1-7的數據可以看出，砧木品種變化趨勢大于營養系。為了進一步研究相關規律，對不同品種各生理指標的測定值進行標準化處理，并取平均值進行隸屬函數值分析，得到8個不同釀酒葡萄及砧木品種抗寒性從強到弱的排序為貝達、Ln33、LDP294、北醇、SO4、黑比諾222、梅鹿輒184、品麗珠（圖1）。數據結果顯示，每個生理指標的平均排名和抗寒性總排名有所不同，其中以SOD活性、Pro含量和可溶性糖含量差異較大，說明不是所有與抗性有關的生理指標都可以準確的分析植物對來自外來環境的脅迫所做出的反應。換句話說，在眾多的生理指標中可能只有一個或兩個生理指標適合在干旱生境下檢測植物的抗寒性。

2.2 相關性分析

對7個抗寒性指標進行相關性分析的結果（表8）可知，MDA含量與其他指標成負相關，與SOD活性差異不顯著，Pro含量與SOD活性差異極顯著，可溶性糖與各指標差異均不顯著。由于眾變量之間存在一定的相關性，使得觀測數據所反映的信息存在重疊現象。故不能單獨依賴上述某個或某兩個指標對葡萄抗寒性進行評價，而采用主成分分析，在原始組合中利用新轉換組合的較少綜合指標，能夠較好地反映葡萄的抗寒性。

2.3 主成分分析

為了篩選抗寒性生理生化指標，對各測定指標進行了主成分分析，從分析結果（表9）可以看出，第1主成分中的CAT活性、POD活性、PPO活性及MDA含量具有絕對值較大的特征向量，貢獻率達48.66%；第2主成分中的SOD活性及Pro含量具有絕對值較大的特征向量，貢獻率達29.59%；第3主成分可溶性糖具有絕對值較大的特征向量，貢獻率達16.265%。第1、第2和第3主成分累積貢獻率達94%以上，已經對大多數數據給出了充分的概括。以上結果顯示，在篩選釀酒葡萄抗寒性品種過程中，可首先選擇測定主成分貢獻率較大的生理生化指標。

3 結論與討論

通過考察不同低溫處理（0、-7、-15、-20、-30、-70 ℃）對CAT活性、POD活性、PPO活性、SOD活性、MDA含量、可溶性糖含量及Pro含量等生理指標的影響，并通過隸屬函數法、生理指標的相關性及主成分分析，對釀酒葡萄抗寒性進行綜合性評價，結果表明，經隸屬函數統計分析，8個釀酒葡萄及砧木品種的綜合抗寒性從高到低依次為貝達、Ln33、LDP294、北醇、SO4、黑比諾222、梅鹿輒184、品麗珠。對7個抗寒性指標相關性分析顯示，在葡萄抗寒性鑒定中，不能單獨依賴某個或某兩個指標對葡萄抗寒性進行評價。各測定指標主成分分析顯示，CAT活性、POD活性、PPO活性及MDA含量具有絕對值較大的特征向量，貢獻率達48.66%。

低溫脅迫可以引起植物體內各種生理生化反應，如生理脫水、細胞硬化、抑制光合作用、呼吸紊亂、代謝異常等，這些都可以導致蛋白質性質和功能的改變[16 ]。植物對外許多應激反應的一個中心主題是ROS的累計和ROS誘導細胞氧化還原狀態的變化[17 ]。對于植物抗寒性其他生理方面的研究，很多學者研究認為，植物在逆境條件下會促使ROS的過度積累，從而導致一系列的信號傳導和生理生化反應，最終導致細胞代謝的紊亂。POD是ROS產生的重要位點。在細胞中，O2可以直接通過光呼吸的乙醇酸氧化酶[18 ]或其他酶系統如黃嘌呤氧化酶或以上的POD中形成H2O2[19 ]。SOD作為在生物體內作為一種抗氧化劑，能迅速將強氧化物質O2-轉變為O2，維持細胞內代謝的正常運轉[20 ]，王奇燕等[21 ]研究表明，提高釀酒葡萄葉片保護酶SOD的活性可增強植株的抗旱性。代謝材料CAT、POD和SOD能清除或平衡ROS，在逆境下PPO也通常參與其中[22 ]，其他次生材料如MDA、可溶性糖和游離脯氨酸抵抗逆境的能力都有所記錄[23 - 25 ]。

Saladin等[26 ]認為在水分脅迫下，可溶性糖含量作為植物滲透調節物質，其增加可以降低植物體內的滲透勢，利于植物體在干旱逆境中維持體內正常的所需水分，提高植物的抗寒性。孟鳳 等[27 ]認為脯氨酸是植物逆境脅迫的產物，逆境環境會引起植物體內脯氨酸含量增加?；葜衩返萚28 ]通過對釀酒葡萄水分脅迫的生理指標測定表明，葡萄葉片中游離脯氨酸含量隨著脅迫程度的增加呈明顯上升趨勢。本研究運用模糊數學隸屬函數排名顯示各品種的綜合抗寒性從高到低的排名是：貝達、Ln33、LDP294、北醇、SO4、黑比諾222、梅鹿輒184 、品麗珠。同時通過相關性分析及主成分分析可知，植物抗寒性是受多種因素控制的綜合性狀，不同品種的抗寒機制可能不同。評價葡萄抗寒性還需要從多方面進行綜合評定，以全面分析不同材料的抗寒機制，確定不同類型的抗寒種質資源，為其抗寒育種奠定基礎。

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（本文責編：楊 杰）