高溫對葡萄休眠芽萌發(fā)及需熱量的影響

羅國安，張亞紅*，李 鵬，耿曉玲

(1.寧夏大學農(nóng)學院，寧夏 銀川 750021；2.銀川大學，寧夏 銀川 750021)

【研究意義】植物休眠(Endormancy)是落葉果樹生長發(fā)育過程中的生理現(xiàn)象，體現(xiàn)其對環(huán)境及季節(jié)性變化的適應性[1]。解除休眠是落葉果樹由休眠到生長的恢復，需要一定的低溫積累[2]，而低溫積累不足會導致落葉果樹不能完整的結(jié)束休眠，會導致芽萌發(fā)延遲、萌芽率低、芽的萌發(fā)不整齊等[3-6]，高溫脅迫打破休眠的研究能為落葉果樹促早栽培提供更多的選擇。【前人研究進展】關于高溫打破落葉果樹芽休眠的研究如下：Wample等[7]在1993年試驗發(fā)現(xiàn)52～60 ℃處理Cabernet Sauvignon葡萄休眠芽10～30 min延遲了芽的萌發(fā)，且58～60 ℃處理30 min讓芽的存活率將為0 %；王海波[8]發(fā)現(xiàn)在高溫條能夠打破桃芽休眠，進而使其提前萌發(fā)。葡萄的需熱量(heat requirement)是指從自然休眠結(jié)束至其萌芽展葉50 %所需的有效熱量累積，又稱熱量單位積累或蓄熱積溫[9]。葡萄在結(jié)束生理休眠之后，需要一定的熱量積累才能萌芽展葉。在葡萄實際生產(chǎn)工作中，需熱量及其重要，它影響著果樹萌芽展葉的速率。在過去幾十年里，國內(nèi)外對落葉果樹需熱量的研究主要集中在不同品種果樹需熱量數(shù)值、需熱量與需冷量的關系研究上，如Okie WR[10]等的研究表明高需冷量品種桃同時具有高需熱量，部分低需冷量品種同時具有低需熱量，需熱量和需冷量表現(xiàn)出互補關系；王海波等[11]的研究發(fā)現(xiàn)葡萄的需冷量和需熱量之間呈負相關關系。關于外界因素如高溫脅迫對落葉果樹需熱量的影響研究較少[12]。【本研究切入點】本試驗以不進行高溫水浴處理作為對照，分析40、50、60、70 ℃高溫水浴下5個品種葡萄休眠芽的萌發(fā)進程(膨大、露綠、展葉)和需熱量的變化，以萌發(fā)進程和需熱量共同來確定高溫對葡萄芽休眠的打破情況。【擬解決的關鍵問題】旨在明確不同高溫水浴熱脅迫對葡萄芽休眠及其萌發(fā)的影響，為人工促進葡萄芽的休眠結(jié)束和萌發(fā)提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

以4年生紅地球、美人指、圣誕玫瑰、奧古斯特、玫瑰香葡萄枝條(自然休眠狀態(tài))為試驗材料，于2016年11月20日(此時低溫積累量約為需冷量的1/2)從寧夏大學試驗基地賀蘭園藝產(chǎn)業(yè)園15號陰陽棚采集。選擇健壯的一年生枝條，每個品種取30根，每根枝條上有3～5個飽滿的冬芽。采回到實驗室后，用清水將葡萄枝條清洗干凈，以試管架固定枝條，插在清水中，放入人工氣候箱培養(yǎng)(SPX-250D型)，溫度25/15 ℃(晝夜)，每5 d換1次水。11月20日到11月30日進行40、50、60、70 ℃的枝條底部0～10 cm水浴加熱，每天1次，持續(xù)時間為1 h/次，以枝條底部0～10 cm不進行水浴加熱為對照，每個處理組6根枝條，水域加熱處理10次。2017年1月8日開始進行枝條芽的萌發(fā)觀測。

表1 試驗材料

1.2 試驗方法

1.2.1 萌芽進度調(diào)查 參考Hellman[13]的結(jié)果，將葡萄枝條芽的萌發(fā)過程分為3階段。膨大期：從芽膨大變圓、明顯有別于初始的芽開始，到芽被絨毛覆蓋，看不到嫩葉的顏色。統(tǒng)計每根枝條上處于膨大期及以后階段的芽數(shù)目，膨大率(%)=(≥膨大期芽的數(shù)目)/總芽數(shù)×100。露綠期：從新芽的顏色能透過絨毛看到，到芽最外面一片葉子的邊緣可見。統(tǒng)計每根枝條上處于露綠期及以后階段芽的數(shù)目，露綠率(%)=(≥露綠期芽的數(shù)目)/總芽數(shù)×100。展葉期：從新芽最外面一片葉子的邊緣可見開始，到第一片葉子完全展開。統(tǒng)計每根枝條上處于展葉期及以后階段的芽數(shù)目，展葉率(%)=(≥展葉期芽的數(shù)目)/總芽數(shù)×100。

1.2.2 需熱量 葡萄從自然休眠結(jié)束至50 %芽萌發(fā)展葉所需的熱量累積，常用生長度時模型、有效積溫模型計算。生長度時模型：該模型對需熱量的估算用生長度小時(GDH ℃)表示:每1 h的溫度所相當?shù)臒崃繂挝?GDH ℃)根據(jù)下式計算。

GDH℃ = 0t≤4.5 ℃

GDH℃ =t-4.5 4.5 ℃

GDH℃ = 20.5t≥25.0 ℃

有效積溫模型：該模型對需熱量的估算用有效積溫進行，單位為D ℃，它根據(jù)植物的生物學零度統(tǒng)計。根據(jù)下式計算：需熱量(D ℃)=∑(日平均氣溫-生物學零度)，葡萄的生物學零度為10 ℃。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 Excel 作圖作表，DPS軟件進行方差分析和擬合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水浴熱脅迫對枝條芽膨大的影響

從圖1可以看出，短時間高溫處理對葡萄芽膨大率的影響因葡萄品種、溫度的不同而異。40 ℃處理對紅地球芽的膨大率具有正調(diào)控作用，其膨大率均顯著性高于對照，而50、60、70 ℃處理則對于紅地球芽的膨大率則表現(xiàn)出負調(diào)控作用，其膨大率均顯著性低于對照(圖1-A)；40、50、60、70 ℃處理對美人指和圣誕玫瑰芽的膨大率具有正調(diào)控作用，其膨大率均顯著高于對照，且40 ℃的效果最佳(圖1-BC)； 40、50 ℃處理對奧古斯特芽的膨大率具有負調(diào)控作用，二者膨大率均顯著性低于對照，60、70 ℃處理對奧古斯特芽的膨大率具有正調(diào)控作用，二者的膨大率均顯著性高于對照(圖1-D)；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的膨大率具有負調(diào)控作用，其膨大率均顯著性低于對照，且50 ℃的效果最好(圖1-E)。

同一組中不同小寫字母表示(P<0.05)差異顯著圖1 5個葡萄品種在不同高溫下的膨大率變化Fig.1 Change of swelling rate of five grape varieties under different high temperature

2.2 水浴熱脅迫對枝條芽露綠的影響

從圖2可以看出，短時間高溫處理對葡萄芽露綠率的影響因葡萄品種、溫度不同而異。40、50、60、70 ℃處理則對于紅地球芽的露綠率均表現(xiàn)出負調(diào)控作用，其膨大率均顯著性低于對照(圖2-A)；50 ℃處理對美人指芽的露綠率具有正調(diào)控作用，其露綠率均顯著高于對照，40、60、70 ℃處理則對于美人指芽的露綠率具有負調(diào)控作用，其露綠率均顯著性低于對照(圖2-B)； 40、50 ℃處理對圣誕玫瑰芽的露綠率具有正調(diào)控作用，其露綠率均顯著高于對照，50 ℃的效果更好，60、70 ℃處理則對于圣誕玫瑰枝條芽的露綠率表現(xiàn)出負調(diào)控作用(圖2-C)；40、50、60、70 ℃處理對奧古斯特芽的露綠率具有負調(diào)控作用，其露綠率均顯著性低于對照(圖2-D)；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的露綠率具有正調(diào)控作用，其露綠率均顯著性高于對照，且50 ℃的效果最好(圖2-E)。

2.3 水浴熱脅迫對枝條芽展葉的影響

從圖3可以看出，短時間高溫處理對葡萄芽展葉率的影響因葡萄品種、溫度不同而異。50、70 ℃處理則對于紅地球芽的露綠率均表現(xiàn)出正調(diào)控作用，其展葉率均顯著性高于對照，且70 ℃效果更好，40、60 ℃處理則對紅地球芽的展葉率表現(xiàn)出負調(diào)控作用，其展展葉率均顯著性低于對照(圖3-A)；50 ℃處理對美人指芽的展葉率有正調(diào)控作用，其展葉率均顯著高于對照，40、60、70 ℃處理則對于美人指芽的展葉率均表現(xiàn)出負調(diào)控作用，其展葉率均顯著性低于對照(圖3-B)；40、50、60、70 ℃處理則對于圣誕玫瑰芽的展葉率具有負調(diào)控作用，它們的展葉率均顯著性低于對照(圖3-C)；40、50、60、70 ℃處理對奧古斯特芽的展葉率具有負調(diào)控作用，其展葉率均顯著性低于對照(圖3-D)；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的展葉率具有正調(diào)控作用，其展葉率均顯著性高于對照，且50 ℃的效果最好(圖3-E)。

同一組中不同小寫字母表示(P<0.05)差異顯著圖2 5個葡萄品種在不同高溫下的露綠率變化Fig.2 Changes of green rate of 5 grape varieties under different high temperature

同一組中不同小寫字母表示(P<0.05)差異顯著圖3 5個葡萄品種在高溫下的展葉率變化Fig.3 Change of leaf spreading rate of 5 grape varieties under different high temperature

萌發(fā)階段Germination stage作用Function紅地球(℃) Red earth美人指 (℃) Manicure finger圣誕玫瑰(℃) Christmas rose奧古斯特(℃) Auguste玫瑰香(℃) Muscat hamburg膨大率Expansion rate正調(diào)控4040、50、60、70、40、50、60、70、60、70無負調(diào)控50、60、70無無40、5040、60、50、70露綠率Green rate正調(diào)控無5040、50無40、60、50、70負調(diào)控40、50、60、7040、60、7060、7040、50、60、70無展葉率Leaf development rate正調(diào)控50、7050無無40、60、50、70負調(diào)控40、6040、60、7040、50、60、7050、40、70、60無

2.4 水浴熱脅迫對枝條芽萌發(fā)進程的對比分析

從表2可以看出，短時間不同高溫處理對不同品種葡萄芽的膨大率、露綠率、展葉率的進程。相同高溫處理對同一葡萄品種芽膨大率、露綠率、展葉率的調(diào)控效應不相同，如40 ℃對紅地球枝條芽的膨大率、展葉率具有正調(diào)控效應，但其對紅地球枝條芽的露綠率卻表現(xiàn)出負調(diào)控效應。相同高溫處理對不同葡萄品種芽的膨大率、露綠率、展葉率的調(diào)控效應相同，如40 ℃對紅地球芽的膨大率、展葉率具有正調(diào)控效應，但40 ℃對奧古斯特芽的膨大率、展葉率卻表現(xiàn)出負調(diào)控效應。不同高溫處理對不同葡萄品種芽自然休眠解除的調(diào)控效應不同，所以造成了同一高溫處理下，不同品種葡萄芽的萌發(fā)情況不同；相同溫度對同一品種葡萄芽的膨大率、露綠率、展葉率的調(diào)控效應不同，可能是因為其生理機制的差異。

2.5 水浴熱脅迫對枝條芽需熱量的影響

從表3可以看出，短時間高溫處理對葡萄需熱量的影響因品種、溫度的不同而異，且2種模型統(tǒng)計的需熱量結(jié)果趨勢相同。不同高溫對同一品種葡萄需熱量的影響不同，如對于紅地球、美人指和奧古斯特葡萄，高溫處理對于其芽需熱量具有正調(diào)控效應，即增加其需熱量；對于圣誕玫瑰葡萄，40、50 ℃處理對于其芽需熱量具有負調(diào)控效應，即減少其需熱量；對于玫瑰香葡萄高溫處理對于其芽需熱量均具有負調(diào)控效應，即減少其需熱量。同一高溫對不同品種葡萄需熱量的影響不同，如40 ℃處理對美人指的需熱量具有正調(diào)控效應，對圣誕玫瑰、奧古斯特、玫瑰香葡萄卻表現(xiàn)出負調(diào)控效應。

3 小 結(jié)

對葡萄休眠芽的膨大率有促進作用的高溫處理不同。40 ℃處理對紅地球休眠芽的膨大率具有正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理對美人指和圣誕玫瑰芽的膨大率具有正調(diào)控作用，且40 ℃的效果最佳；60、70 ℃處理對奧古斯特芽的膨大率具有正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的膨大率均無正調(diào)控作用，且50 ℃的效果最好。

對葡萄休眠芽露綠率有促進作用的高溫處理不同。40、50、60、70 ℃處理則對于紅地球芽的露綠率均無正調(diào)控作用；50 ℃處理對美人指芽的露綠率具有正調(diào)控作用； 40、50 ℃處理對圣誕玫瑰芽的露綠率具有正調(diào)控作用，50 ℃的效果更好；40、50、60、70 ℃處理對奧古斯特芽的露綠率無正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的露綠率具有正調(diào)控作用，且50 ℃的效果最好。

表3 不同高溫處理下枝條芽的需熱量

注：同一列中不同小寫字母表示(P<0.05)差異顯著。

Notes: Lowercase letters in same column indicate the significance at 0.05 level.

對葡萄休眠芽的展葉率有促進作用的高溫處理不同。50、70 ℃處理則對于紅地球芽的露綠率均表現(xiàn)出正調(diào)控作用， 70 ℃效果更好；50 ℃處理對美人指芽的展葉率有正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理則對于圣誕玫瑰芽的展葉率無正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理對奧古斯特芽的展葉率無正調(diào)控作用；40、50、60、70 ℃處理對玫瑰香芽的展葉率具有正調(diào)控作用，且50 ℃的效果最好。

短時間范圍內(nèi)一定的高溫處理對葡萄芽需熱量有影響，且有效積溫模型和生長度時模型統(tǒng)計的需熱量結(jié)果趨勢相同。對于紅地球、美人指和奧古斯特葡萄，高溫處理對于其需熱量具有正調(diào)控效應，即增加其需熱量；對于圣誕玫瑰葡萄，40、50 ℃處理對于其芽需熱量具有負調(diào)控效應，即減少其需熱量；對于玫瑰香葡萄高溫處理對于其芽需熱量均具有負調(diào)控效應，即減少其需熱量。

4 討 論

落葉果樹的自然休眠是指在適宜的環(huán)境條件其芽仍不能萌發(fā)展葉，即使萌發(fā)展葉也不整齊[3]。1996年，Burr[14]用50～55 ℃對葡萄的休眠芽進行不同時間的水浴加熱處理，發(fā)現(xiàn)50 ℃處理60～90 min對芽的自然休眠具有打破作用，55 ℃處理30 min以上時則對葡萄芽的萌發(fā)展葉表現(xiàn)出副作用并會傷害芽。Wample[7]對赤霞珠葡萄休眠枝條進行水浴加熱處理，發(fā)現(xiàn)52～60 ℃對芽的萌發(fā)表現(xiàn)出負調(diào)控作用。王海波[8]以桃休眠桃枝條作為試驗材料，發(fā)現(xiàn)高溫能打破芽休眠并促進其萌發(fā)展葉。Halay[15]以Early sweet葡萄和Sugarone葡萄作為試驗材料，發(fā)現(xiàn)以空氣作為介質(zhì)較以水作為介質(zhì)進行50 ℃高溫處理時對芽休眠解除的效果更好，還發(fā)現(xiàn)在150 ℃的半致死溫度下，10～30 s就可以打破芽的自然休眠。但以上學者的研究材料較單一，對高溫與芽萌發(fā)關系的研究有局限性。

本試驗采用5個葡萄品種，對它們的葡萄底部0～10 cm進行水浴高溫處理。試驗結(jié)果表明，短時間的部分高溫處理能夠解除部分品種葡萄芽的自然休眠，進而促進葡萄芽的萌發(fā)展葉，但部分高溫處理對部分品種葡萄的自然休眠解除沒有效果，甚至傷害芽而延遲葡萄芽的萌發(fā)展葉(表2)。

葡萄的需熱量是其萌芽展葉50 %所需的熱量累積，用它來評估高溫處理對葡萄芽的自然休眠解除效果時：40、50、60、70 ℃高溫處理對紅地球、美人指、奧古斯特葡萄的休眠解除沒有效果，不能減少葡萄的需熱量；40、50 ℃對圣誕玫瑰葡萄的休眠解除有效果，能減少葡萄的需熱量；40、50、60、70 ℃高溫處理對玫瑰香葡萄的休眠解除有效果，能減少葡萄的需熱量。即相同高溫處理對葡萄芽的休眠解除效果會隨著品種的變化而發(fā)生變化。

自然條件下，冬季溫度達到50 ℃幾乎不可能，但在現(xiàn)代化設施內(nèi)，通過加溫措施可以達到，這對葡萄的栽培和繁殖具有重要的意義。