釀酒葡萄品種對早霜凍抗性的適應性評價

馬宗桓，陳佰鴻*，毛娟，王寶林，寧改星，王穎，韓麗娜，吳玉霞

（甘肅農業大學園藝學院，甘肅蘭州 730070）

甘肅省河西走廊是中國最早栽培葡萄和釀造葡萄酒的地區之一，具有悠久的葡萄釀酒歷史及深厚的葡萄酒文化底蘊。該地區具有種植優質釀酒葡萄得天獨厚的地理資源優勢，分布著大量適宜種植釀酒葡萄的地域，特別是河西走廊廣大沿沙漠地區，位于世界葡萄酒原料的最佳產區——北緯36～40°，具有適合多品種栽培的生態氣候條件。但該地區也存在低溫凍害、晚霜凍害及土地鹽堿化等不利于葡萄產業發展的一些因素[1]。

凍害、晚霜凍是甘肅河西走廊地區葡萄生產面臨的最大問題之一，近年來多次發生，造成了較大的經濟損失。凍害、晚霜凍對釀酒葡萄造成極大的危害，其強度、時間、次數嚴重影響葡萄的產量和品質，葡萄植株遭受晚霜凍害后，可造成芽體凍傷，新生枝葉萎蔫及花序干枯死亡。如甘肅祁連葡萄酒業公司葡萄基地在2004年5月2日、2012年5月12日凌晨分別遭受低溫晚霜凍害，當晚溫度分別降到-8.3 ℃、-6.5 ℃，致使葡萄枝葉、花序全部凍死，當年產量僅為正常年份葡萄產量的10%，經濟損失慘重；2010年底至2011年初的低溫凍害，導致苗木根系受凍，植株出土后不發芽或發芽不整齊，給當年的產量造成非常大的影響[2]。

2017年10月初，該區發生大面積的早霜凍危害，調查發現，本次早霜凍危害造成釀酒葡萄品種及砧木葉片干枯，新梢頂部嚴重凍傷。本研究共采集了9個釀酒葡萄品種和3個砧木品種的一年生枝，比較了不同品種和砧木早霜凍后枝條的理化指標，為河西地區釀酒葡萄抗凍栽培及育種提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

武威地區8～10年生的釀酒葡萄品種‘品麗珠’‘馬瑟蘭’‘黑比諾’‘美樂’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘小味兒多’‘雷司令’‘北冰紅’和砧木品種‘5BB’‘101-14’‘SO4’。

1.2 試驗方法

武威地區在2017年10月初發生較為嚴重的早霜凍危害，危害從10月6日開始持續一周時間，氣溫最低時達到-2.4 ℃（表1），造成該區域栽植的釀酒葡萄品種及砧木大面積落葉。在霜凍發生后，在凍害區域展開調查，并采集了不同品種及砧木的一年生枝條，帶回實驗室測定枝條的可溶性糖含量、束縛水/自由水之比、電解質生出率、可溶性蛋白和丙二醛（MDA）含量，各樣本均設置3個生物學重復。

表1 武威地區2017年10月6日—12日氣溫變化Table 1 Change in temperature from October 6 to October 12,2017 in Wuwei region

相對電導率用DDS-307型電導儀測定[3]，可溶性糖含量用蒽酮法測定[4]，可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-250法進行測定[5]，MDA含量用硫代巴比妥酸法測定[6]。

總含水量測定參照陳建勛等的方法，束縛水含量測定采用馬林契克法進行改進[7]：將處理過的枝條切成薄片，準確稱取3份，每份0.5 g，置于已編號的3個試管中，放于電子天平上，去皮后，加入65%蔗糖溶液5 mL，然后稱量所加蔗糖溶液質量，并作相應記錄。塞緊試管，以免水分散失，置于暗處放置5 h，其間不時輕輕搖動，到預定時間后，充分搖勻溶液，用折射儀分別測定各管糖液濃度。

1.3 數據統計與分析

試驗數據采用SPSS 17.0進行方差分析，Origin 8.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 早霜凍對葡萄枝條電導率及MDA含量的影響

由圖1A可知，‘5BB’丙二醛含量最高，為0.53 μmol/L，顯著高于其他品種，‘馬瑟蘭’‘美樂’‘白玫瑰香’‘北冰紅’‘101-14’和‘SO4’丙二醛含量次之，‘品麗珠’和‘黑比諾’‘霞多麗’和‘小味兒多’丙二醛含量無顯著差異，‘雷司令’丙二醛含量最低，為0.30 μmol/L。由圖1B可知，不同品種電解質滲出速率差異較大，‘品麗珠’‘小味兒多’‘黑比諾’和‘101-14’電解質滲出速率較高，‘美樂’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘5BB’和‘SO4’電解質滲出率無顯著差異。釀酒葡萄品種中‘北冰紅’電解質滲出率最低，為42%，其次為‘馬瑟蘭’，電解質滲出率為54%，砧木中‘5BB’電解質滲出率最低，為65%。

圖1 早霜凍后葡萄枝條丙二醛含量及電解質滲出率Figure 1 MDA content and electrolyte leakage rate of grape shoots after early frost

2.2 早霜凍對葡萄枝條總水含量束縛水與自由水比值的影響

由圖2A知，霜凍后枝條總含水量指標在不同品種和砧木間表現不同，9個釀酒品種中，‘品麗珠’總含水量最低，為35.6%，其次為‘霞多麗’，總含水量為38.8%。‘馬瑟蘭’‘黑比諾’‘美樂’總含水量無顯著差異，‘美樂’‘白玫瑰香’ ‘小味兒多’總含水量無顯著差異。3個砧木中，‘101-14’總含水量最低，為37.2%，‘5BB’和‘SO4’總含水量顯著高于‘101-14’，總含水量平均為41.7%。由圖2B可知，束縛水/自由水比值釀酒葡萄品種和砧木間差異較大，9個品種中‘北冰紅’和‘馬瑟蘭’束縛水/自由水比值分別為2.0和1.8，顯著高于其它7個品種，其它品種束縛水/自由水比值依次為雷司令＞白玫瑰香＞霞多麗＞小味兒多＞品麗珠＞美樂＞黑比諾，其中，‘品麗珠’‘白玫瑰香’‘霞多麗’‘小味兒多’和‘雷司令’差異不顯著。3個砧木中，‘5BB’束縛水/自由水比值顯著高于其它砧木，為2.48，‘101-14’和‘SO4’差異不顯著，束縛水/自由水值為平均為1.28。

圖2 早霜凍后葡萄枝條總水含量及束縛水/自由水Figure 2 Total water content and the ratio of bound water and free water of grape shoots after early frost

圖3 早霜凍后葡萄枝條可溶性糖及可溶性蛋白含量Figure 3 Soluble sugar and protein content of grape shoots after early frost

2.3 早霜凍對葡萄枝條可溶性蛋白及可溶性糖含量的影響

由圖3A知，早霜凍后不同品種及砧木枝條可溶性糖含量差異明顯，9個釀酒品種中‘馬瑟蘭’‘北冰紅’‘小味兒多’‘霞多麗’枝條可溶性糖含量較高，‘黑比諾’和‘美樂’可溶性糖含量較低，二者無顯著差異，可溶性糖含量平均為2.1 mg/g。‘5BB’‘101-14’和‘SO4’可溶性糖含量無顯著差異。由圖3B可知，不同品種可溶性蛋白含量在早霜凍后差異顯著，‘北冰紅’可溶性蛋白含量最高，為2.25 mg/g，‘小味兒多’‘霞多麗’‘美樂’‘黑比諾’‘馬瑟蘭’‘品麗珠’次之，‘白玫瑰香’和‘雷司令’可溶性蛋白含量最低，為2.01 mg/g。早霜凍后砧木可溶性蛋白差異較大，‘101-14’和‘SO4’可溶性蛋白含量顯著高于‘5BB’，其中‘101-14’可溶性蛋白含量最高，為2.31 mg/g，‘SO4’為2.26 mg/g，二者可溶性蛋白含量無顯著差異。

2.4 主成分分析

對9個釀酒葡萄品種和3個砧木枝條的抗寒性指標進行主成分分析（表2）。根據特征值＞1作為主成分個數的提取原則，本研究中提取了3個主成分，特征值分別為2.494、1.585和1.024，第一主成分中MDA、束縛水/自由水、可溶性蛋白和可溶性糖的載荷值較大，方差貢獻率為45.561%；第二主成分中電導的載荷值較大，方差貢獻率為26.423；第三主成分中總含水量載荷值較大，方差貢獻率為17.073%，累計貢獻率達到85.057%。

通過主成分分析利用9個釀酒品種和3個砧木的抗寒性指標的綜合得分對其進行排序（表3），綜合得分表明，12個品種對低溫的抗性可能為5BB＞101-14＞SO4＞北冰紅＞美樂＞小味兒多＞馬瑟蘭＞白玫瑰香＞黑比諾＞雷司令＞霞多麗＞品麗珠。

表2 不同指標主成分分析的成分載荷矩陣Table 2 Component load matrix of principal component analysis with different indexes

3 討論與結論

植物組織在逆境條件下時，會發生膜脂過氧化作用，在植物體內膜脂過氧化經過一系列的反應，最終分解為MDA，其含量可表明植物在逆境條件下遭受的傷害水平[8]。鐘海霞等[9]和曹建東等[10]研究發現，在低溫處理下MDA含量呈現逐漸升高的趨勢。本研究對9個釀酒葡萄品種和3個砧木在早霜凍后枝條的MDA含量測定發現，9個品種間MDA含量差異不大，‘白玫瑰香’ MDA含量最高，為0.43 μmol/L，‘雷司令’MDA含量最低，為0.30 μmol/L。對3個砧木比較發現，‘5BB’MDA含量最高，顯著高于其他2個砧木，‘SO4’MDA含量較低。

表3 不同品種抗寒性的綜合得分及排序Table 3 Comprehensive scoring and sorting of cold resistance of different varieties

植物組織在低溫脅迫時，細胞質膜選擇透性改變或喪失，從而使電解質大量外滲。膜透性增大程度與低溫脅迫強度和抗寒性有密切關系，在低溫脅迫下，抗寒性強的植物膜透性變化相對較小，而抗寒性弱的植物膜透性明顯增大[11]。常溫下細胞膜是具有選擇性的半透膜，當植物遭受低溫脅迫時，細胞類囊體結構瓦解，植物膜的選擇性降低，細胞內溶液外滲[12]。膜脂受損后，細胞內某些物質的外滲引起細胞導電性的變化，是電導率法測定植物抗寒性的主要依據。根據細胞外滲液導電性的差異，確定膜透性的大小，從而推測膜的受傷程度和對寒冷的抗性強弱，是檢驗植物抗寒性的經典實驗方法[12]。抗寒性強弱，基本上與其質膜透性的大小呈負相關，即相對電導率與抗寒性成負相關。在低溫條件下，葡萄細胞電解質滲出率都隨溫度下降而上升，呈明顯的S型曲線，每一品種的相對電導率變化曲線都有一個明顯的躍升階段，隨后便達到平緩狀態[13]。本研究發現，早霜凍后9個釀酒葡萄品種電解質滲出率差異較大，‘品麗珠’和‘小味兒多’電解質滲出率最高，顯著高于其他品種。‘北冰紅’電解質滲出率為42%，在9個釀酒品種中最低。3個砧木電解質滲出率差異較明顯，‘101-14’電解質滲出率最高，為76%，顯著高于其他2個砧木品種，‘101-14’和‘5BB’電解質滲出率差異不顯著。

植物的抗寒性與其體內代謝及生理過程有密切的關系，而這些生理代謝活動都是在水的參與下進行的，因而，檢測不同溫度條件下植物組織水分狀況的變化特點，是植物抗寒生理研究的重要部分[14]。植物含水量與抗寒性的關系早已被許多學者所肯定，自由水和束縛水含量常與植物的生長和抗逆性有關，自由水含量愈高，植物代謝活動愈強，生長也較快，但抗逆性較差。相反，束縛水含量越高，則抗逆性越強[15]。研究表明葡萄在自然低溫脅迫下束縛水含量增加，自由水含量減少，且隨著自然溫度的降低，束縛水與自由水的比值升高，束縛水與自由水的比值大小與抗寒性成正相關[16]。本研究發現早霜凍后9個釀酒葡萄品種總水含量表現為：雷司令＞白玫瑰香＞美樂＞小味兒多＞馬瑟蘭＞黑比諾＞北冰紅＞霞多麗＞品麗珠，其中‘白玫瑰香’‘小味兒多’和‘美樂’差異不顯著。3個砧木中‘5BB’和‘SO4’總水含量無差異，且顯著高于101-14的37.1%。不同品種間束縛水/自由水差異較大，‘黑比諾’束縛水/自由水最小，‘美樂’次之，‘北冰紅’和‘馬瑟蘭’該比值顯著高于其他品種，是‘黑比諾’的3.6倍，其他品種間差異不顯著。3個砧木與9個釀酒品種相比，束縛水/自由水比值顯著升高，‘5BB’束縛水/自由水之比最高，為2.4，‘101-14’和‘SO4’間無顯著差異。

可溶性糖在植物抗寒機制上的作用可從3個方面闡述：一是通過糖的積累降低冰點，增強細胞的保水能力[17]；二是通過糖的代謝，產生其他保護性物質及能源；三是細胞的生命物質及生物膜起保護作用。因此隨著溫度的降低，淀粉粒水解成可溶性糖，淀粉向糖的轉化與植物的抗寒性有密切關系[18]。植物在低溫環境下，可溶性糖積累并儲存在植物組織細胞中，降低水勢，從而提高細胞間抗寒能力[19-21]。肖東明等[22]對4個葡萄品種枝條經過不同溫度條件處理后得出，隨低溫脅迫程度的遞增，可溶性糖含量呈現逐漸上升的走勢，表明可溶性糖含量的增幅與抗寒性強弱成正相關。低溫下可溶性糖含量與可溶性蛋白含量密切相關，具有保護蛋白質避免低溫引起的凝固作用，進一步提高植物抗寒性。可溶性蛋白具有較強的親水能力，可減少低溫對組織的損害[23]。對可溶性糖的測定發現，‘馬瑟蘭’可溶性糖含量積累最多，和‘北冰紅’差異不顯著，‘黑比諾’和‘美樂’糖含量最低，這兩個品種在低溫后，可溶糖積累較慢，容易凍害，3個砧木中可溶性糖積累差異不顯著。9個釀酒品種的可溶性蛋白含量差異不大，‘小味兒多’在品種中可溶性蛋白積累最多，砧木品種與釀酒品種相比，可溶性蛋白含量積累顯著增加，這也可以更好的解釋砧木對低溫的適應性優于品種的特性。‘101-14’和‘SO4’可溶性蛋白含量較高，無顯著差異，‘5BB’可溶性蛋白含量最低。

對9個釀酒品種和3個砧木品種主成分分析表明，枝條霜凍后，抗凍相關的3個主成分累計貢獻率達到85.057%。綜合得分表明，12個品種的對低溫的抗性可能為：5BB＞101-14＞SO4＞北冰紅＞美樂＞小味兒多＞馬瑟蘭＞白玫瑰香＞黑比諾＞雷司令＞霞多麗＞品麗珠。

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