外源物質處理對戶太系列葡萄品種枝條抗寒性的影響

摘要：戶太系列葡萄是具有不裂果、耐貯運和連續結果能力強等特點的優良品系，但其抗寒力較弱，因此通過比較不同因素對戶太系列葡萄抗寒生理性狀的影響，篩選出適宜在環塔盆地生態區域栽植的品種、外源物質的種類和濃度、處理時間以及最佳組合。本研究基于L9（34）正交試驗法，研究品種（戶太8號、戶太9號和戶太10號）、外源物質種類（茉莉酸、脫落酸、蕓苔素內酯）、外源物質濃度（50、100、150 mg/L）和處理時間（8月1日、8月15日、8月30日）對枝條抗寒性狀的影響；通過設置0、-10、-20、-30、-40 ℃這5個低溫梯度，測定3個葡萄品種一年生枝條的相對電導率、游離脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性。結果表明，影響半致死溫度的因素從高到低排序為戶太葡萄品種＞外源物質種類＞外源物質濃度＞處理時間。各因素與各處理的Pro、MDA含量和SOD活性差異顯著（P＜0.05），Pro含量和SOD活性整體呈先上升后下降的趨勢，外源物質種類對SOD活性影響較大；MDA含量持續增加，其中處理2和處理8增幅較小；隸屬函數法綜合評價得出戶太8號品種較抗寒。本研究通過 L9（34） 正交試驗法和隸屬函數法結合篩選出抗寒性最佳組合是品種戶太8號、外源物質種類脫落酸、濃度100 mg/L、處理時間8月30日，為新疆戶太系列葡萄的選擇利用及抗寒栽培提供理論依據。

關鍵詞：戶太系列葡萄；抗寒性；正交試驗；隸屬函數法；綜合評價

中圖分類號：S663.104 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）17-0169-07

收稿日期：2023-10-09

基金項目：新疆維吾爾自治區重點研發計劃（編號：2020B01003-1）。

作者簡介：王季姣（2001—），女，河南駐馬店人，碩士研究生，研究方向為森林培育。E-mail：2419371483@qq.com。

通信作者：潘 越，碩士，助理研究員，主要從事林木遺傳育種和果樹栽培學研究。E-mail：18690187637@163.com。

葡萄的栽培面積和產量在我國和世界均占據重要位置［1］。戶太8號葡萄（Vitis vinifera）屬于葡萄科屬，是通過奧林匹亞芽變選育而成的優良品種，具有連續結果能力強、高產、抗病性較強等特點，其果實帶有玫瑰香味，屬于早熟品種，只需要 95～104 d即可從發芽長至完全成熟，比中熟品種巨峰早上市15 d左右［2-3］。戶太9號和戶太10號是由戶太8號品種芽變選育而來，目前關于戶太9號和戶太10號的報道較少。新疆屬于典型的溫帶大陸性氣候，具有晝夜溫差大、日照時間長和光照資源豐富的自然條件。經2020年我國各省葡萄生產情況統計結果顯示，新疆栽植面積和產量居各省首位，在新疆的一些地區不同品種的葡萄已經成為支柱產業［4］。而新疆冬季嚴寒干燥，低溫凍害頻發，葡萄易遭受凍害，嚴重制約葡萄產業的發展。

近年來，葡萄在低溫脅迫及其應答機制方面已經開展了大量研究［5-7］。低溫脅迫會破壞細胞膜結構，使電解質外滲，從而相對電導率增加［8］。利用不同低溫脅迫下的相對電導率含量擬合Logistic方程，從而計算出的半致死溫度（LT50），是預測植物抗寒性的有效方法［9］。植物體中滲透調節物質游離脯氨酸（Pro）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等含量的變化與葡萄的抗寒性有關，其中游離脯氨酸對于細胞中原生質體具有持水和保水能力，進而維持細胞膜結構，抵御溫度帶來的傷害［10］。丙二醛（MDA）是植物在低溫脅迫下膜脂過氧化的主要產物，其含量的高低代表著細胞膜的損傷程度［11］。超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物歧化酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等生理指標變化也被應用于蘋果、葡萄、柑橘等樹種的抗寒性鑒定［12-14］。

單一的生理生化指標不能準確反映植物的抗寒性，通常采用隸屬函數法和主成分分析法選取多個指標進行鑒定［15］。在實際生產中噴施外源物質對于植物抵御低溫和提高抗寒穩定性具有重要作用，是抗寒基因表達的啟動因子之一［16-17］。當前對戶太系列葡萄的研究集中于對戶太8號品種的果實品質、栽培管理和釀酒等方面，未對戶太8號、戶太9號和戶太10號3個品種的抗寒性以及作為防寒措施的外源物質的施用進行研究。以品種、外源物質種類、外源物質濃度和處理時間4個因素，采用L9（34）正交試驗法篩選出適宜新疆栽植的戶太系列葡萄，為戶太系列葡萄在新疆地區的選擇和栽培推廣提供理論參考。

1 材料與方法

供試的3個戶太系列葡萄品種于2020年秋從昌黎葡萄研究所引進，苗窖內保存，2021年3月于溫室內煉苗，5月種植在佳木果樹學長期科研基地戶太葡萄資源匯集圃。于2022年1月上旬采集枝條，每個品種隨機選取15株樹，采集充分成熟、無病蟲害、長勢一致的一年生枝條，所有枝條的朝向及位置盡量保持一致，使用凡士林涂抹剪口，根據品種分別裝入聚乙烯保存袋中，于0～4 ℃冰箱內保存。3個戶太系列葡萄品種分別為戶太8號、戶太9號和戶太10號。

1.1 試驗處理

以品種、外源物質種類、外源物質濃度和處理時間作為4個控制因素，其中茉莉酸（JA）、脫落酸（ABA）和蕓苔素內酯（BR）均購自Sigma公司；新疆晝夜溫差大，戶太系列葡萄枝條從8月開始逐步木質化，每個因素設置3個水平，按照L9（34）正交表設計試驗，詳見表1和表2。

將采回的一年生枝條分段，剪成10 cm的長度，自來水沖洗干凈，再用去離子水沖刷3遍，吸干枝條表面水分，每個處理20個枝條，重復3次，根據 L9（34） 正交設計共540個枝條。紗布包裹后置入超低溫冰箱進行人工低溫處理。共設置0、-10、-20、-30、-40 ℃這5個梯度，冷凍降溫幅度及解凍升溫幅度均保持5 ℃/h，到達預設溫度時維持 12 h 后解凍測量相關生理指標［7］，每組處理設計3次重復。

1.2 試驗方法

1.2.1 相對電導率的測定 低溫處理后的枝條剪成2～3 cm的小段，修剪避開芽眼，稱取1 g置入三角瓶內，加入20 mL重蒸餾水，放置搖床室溫環境浸提10 h，用電導儀（型號：DDS-11A）測定此時的電導率（R）。用保鮮膜將三角瓶瓶口封好置入沸水浴中蒸煮30 min后浸提10 h，測量此時的電導率（R0）。每個樣品設置3組重復，根據公式（1）計算相對電導率：

相對電導率=（R－CK）/（R0－CK）×100%。（1）

1.2.2 游離脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法［22］測定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［23］測定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）還原法［23］測定。

1.3 數據分析

1.3.1 半致死溫度的計算

各品種半致死溫度LT50擬合曲線方程見公式（2）：

Y=K/（1+ae-bt）。（2）

式中：Y為相對電導率；a、b是方程參數；t表示處理溫度；K是常數，此處取值100；LT50為方程拐點，計算方法見公式（3）：

LT50=-ln（a/b）。（3）

1.3.2 主成分分析

基于隸屬函數法對原始數據進行標準化處理，此后進行主成分分析，通過主成分載荷矩陣Ai和特征向量λ計算各成分系數矩陣Ti，計算公式見公式（4）和公式（5）：

Ti=Ai/SQRT（λ）；（4）

Ft=∑（xiCi）。（5）

式中：x為不同山葡萄品種的成分值；C為各成分的貢獻率（i=1，2，…）；Ft為抗寒力。主成分分析采用SPSS 26.0進行。

2 結果與分析

2.1 不同處理下戶太系列葡萄相對電導率的變化

由圖1和圖2可知，經不同梯度低溫處理后，不同處理方式下，戶太系列3個葡萄品種的相對電導率與處理溫度呈“S”形上升趨勢，各品種的相對電導率在0→-20 ℃緩慢上升，其中處理7（戶太10號+150 mg/L茉莉酸，8月15日噴施）上升幅度最小，處理8（戶太10號+50 mg/L脫落酸，8月30日噴施）次之，處理6（戶太9號+50 mg/L蕓苔素內酯，8月15日噴施）上升幅度最大；在-20→-30 ℃ 表現為急速上升狀態；在-30→-40 ℃，各品種上升幅度趨于平緩。9個不同處理下，戶太系列葡萄的相對電導率差異較大，伴隨著溫度降低，相對電導率上升幅度不一，增幅在34.56%～46.29%之間，這主要與不同戶太葡萄品種外源激素處理的種類、濃度和處理時間的差異有關。

根據不同因素間相對電導率變化可知，品種和外源物質種類在0→-10 ℃和-20→-30 ℃ 2個梯度之間增幅較大，其中戶太9號在2個梯度之間增幅分別為34.166%和33.890%，茉莉酸在-20→-30 ℃ 間增幅為38.601%。外源物質濃度和處理時間在0→-30 ℃增幅較小。

2.2 半致死溫度的比較

根據相對電導率，基于Logistic方程擬合得出不同處理和不同因素的半致死溫度。不同低溫梯度處理下材料的Logistic方程、擬合度及半致死溫度見表3和表4。9個處理的半致死溫度在-11.800～-4.730 ℃ 之間，不同影響因素半致死溫度在 -8.788～-4.897 ℃之間，擬合度均大于0.960。由于半致死溫度與植物抗寒能力呈負相關，半致死溫度越低，抗寒性越強。因此9個處理組合抗寒性由高到低排序依次為處理2＞處理8＞處理3＞處理9>處理1>處理7>處理4>處理6>處理5；品種中戶太8號和戶太10號抗寒性明顯高于戶太9號，分別為-8.788、-8.070、-4.897 ℃，外源物質種類中ABA和濃度為100 mg/L的LT50明顯較低，8月15日和8月30日噴施差異不明顯。

2.3 低溫脅迫下不同戶太葡萄品種枝條抗寒生理指標比較

由表5可知，4個因素對戶太系列葡萄半致死溫度和SOD活性的影響呈極顯著水平，對枝條抗寒性影響較大，其中對半致死溫度的影響從大到小依次為戶太葡萄品種＞外源物質種類＞外源物質濃度＞處理時間；對SOD活性影響從大到小依次為外源物質種類＞戶太葡萄品種＞處理時間＞外源物質濃度。

通過對不同因素水平的Pro、MDA含量和SOD活性3個生理生化指標進行多重比較，結果見表6。Pro含量和SOD活性隨著溫度的降低呈現先上升后下降的趨勢，戶太8號Pro含量在0→-10 ℃上升幅度較大，并且在0、-10、-20 ℃時均顯著高于戶太10號和戶太9號；處理時間8月30日的Pro含量和SOD活性顯著高于8月1日和8月15日。SOD活性在外源物質種類這一水平中，脫落酸在0、-10、-20 ℃的低溫下顯著高于茉莉酸。MDA含量隨溫度降低呈現持續增加的趨勢，當調節濃度達到100 mg/L時MDA含量在低溫0、 -20 ℃ 下含量顯著低于濃度達50 mg/L時的含量。綜上所述，4個水平分別對應的品種戶太8號、外源物質種類脫落酸、外源物質濃度100 mg/L和處理時間8月30日是提高抗寒能力的有效措施。

為了獲得最佳的試驗處理組合，對9組處理不同戶太葡萄品種枝條抗寒生理指標進行方差分析，結果見圖3。不同處理中0 ℃的Pro、MDA含量和SOD活性范圍分別在29.890～41.248 μg/g、5.130～5.883 μmol/g和262.360～601.840 U/g之間。9個處理中處理2在不同低溫條件下Pro含量和SOD活性最高，MDA含量最低。并且在Pro含量和SOD活性中，除SOD活性中處理8與處理2無顯著差異外，處理2均顯著高于其他處理，MDA含量在-10 ℃和-20 ℃時處理2顯著低于其他處理，由此得出戶太8號品種在8月15日施用100 mg/L的脫落酸為最佳組合。

2.4 戶太葡萄抗寒性綜合評價

以相對電導率和0、-10、-20 ℃下3個溫度梯度的Pro、MDA含量和SOD活性為依據，計算各指標的隸屬函數值，并進行綜合評價，結果見表7。3個品種的抗寒性由大到小排列順序為戶太8號＞戶太10號＞戶太9號。

3 討論與結論

3.1 不同因素對戶太系列葡萄抗寒生理指標的影響

植物的細胞膜具有選擇透性作用，隨著溫度降低，破壞了細胞的結構與功能，使細胞中的離子和其他物質發生外滲，導致細胞內電解質濃度升高，相對電導率增大［24］。本試驗中不同因素水平分別進行低溫處理，整體相對電導率均隨溫度的降低而增大，說明細胞膜在此過程中受到了不同程度的損傷，其中處理2的細胞滲出率較小，處理8次之，總體相對電導率增長呈現先慢后快的趨勢，與宋光永等對戶太8號品種抗寒性的研究結果［2］一致。從LT50計算結果來看，處理2的半致死溫度為 -11.800 ℃，明顯低于其他品種，處理8和處理3的半致死溫度分別為-9.650、-8.070 ℃，說明LT50可作為衡量植物低溫抗寒的重要指標［25］。同時方差分析結果顯示，各因素對半致死溫度的影響程度不同，由此得出影響枝條抗寒性的因素可從高到低排序為品種＞外源物質種類＞外源物質濃度＞處理時間。

在低溫脅迫下，植物細胞抑制Pro的降解，相關研究發現在低溫脅迫下葡萄、獼猴桃和石榴等諸多植物體內的Pro含量均呈現先上升后下降的趨勢［20-22］。SOD是植物體內清除自由基的一種重要酶，能夠延緩自由基對細胞膜的破壞［23］。本試驗中不同因素水平的Pro含量和SOD活性隨著處理溫度的降低總體呈先升高后降低的趨勢，與前人研究一致。其中Pro含量在0～-10 ℃中不同因素水平表現出顯著差異性（P<0.05），除處理2持續增加外，其他處理均在-10 ℃達到最大值。SOD活性主要在0～-10 ℃間抵抗低溫侵害，隨溫度不斷降低，植物內部產生不可逆的損傷，其中處理2在0、-10、-20 ℃時SOD活性均最大，說明處理2比其他處理更具有抵抗低溫變化的能力。

丙二醛（MDA）含量的高低與植物組織抗寒能力強弱成反比關系［24］。本試驗顯示，隨著溫度不斷下降，MDA含量整體呈現上升趨勢，其中處理5和處理6的MDA含量增幅較大，說明處理5和處理6細胞膜受損嚴重。并且在-10 ℃時達到最大值，隨后其含量有所下降，這說明達到此溫度時，葡萄枝條細胞膜脂過氧化程度過高，受凍害嚴重，溫度繼續下降，植物組織逐漸死亡。

3.2 戶太系列葡萄綜合評價

葡萄抗寒能力綜合評估不但可為葡萄抗寒選種育種及地區推廣提供科學的手段，而且可為葡萄品種的抗寒性研究提供一定的理論基礎。在葡萄、蘋果等植物的抗寒性鑒定中常采用多個生理指標用于隸屬函數綜合鑒定法，更能準確判斷植物的抗寒性［26-27］。本試驗采用隸屬函數法對相對電導率和0、-10、-20 ℃3個溫度梯度下脯氨酸、丙二醛含量和超氧化物歧化酶活性3個生理特性指標進行抗寒性綜合評價，篩選出戶太系列葡萄中戶太8號最耐寒，且研究結果與果樹田間抗寒性表現基本一致。綜上所述，結合L9（34）正交試驗結果得出戶太8號在8月30日噴施100 mg/L的脫落酸為最佳處理。

3.3 最佳處理中外源物質與濃度對戶太系列葡萄抗寒性的影響

在果樹栽培管理中，通過外源物質（如ABA、JA、BR、SA等）處理來研究植物抗逆是一種有效的措施，主要體現在降低細胞膜損傷，增加滲透物質含量，增強SOD及POD等酶活性等方面［28］。有研究表明，ABA調節種子發育和成熟、萌發和氣孔關閉，其外源應用促進了低溫脅迫的耐受性，并且ABA突變體表現出抗性的改變［29］。低溫脅迫下，ABA可以誘導植物滲透調劑物質Pro、SS、SP含量升高來維持膜功能的穩定性；通過誘導植物體內SOD、CAT、POD及抗壞血酸（ASA）等活性來保護膜結構的完整性；還可誘導、啟動和引發植物固有的抗凍性基因的表達，提高植物的耐凍性［30］。本試驗噴施外源物質ABA對戶太系列葡萄提升抗寒能力的效果顯著高于BR和JA，并且發現ABA對SOD活性的影響較大，使戶太系列葡萄的Pro含量和SOD活性提高，這一結果與熊炳平等對常春藤的研究和周琳等對茶樹的研究結果［31-32］一致。王連榮等研究發現，適當的ABA濃度能夠緩解氧化脅迫，維持細胞穩態和提高抗氧化能力［33-34］。本試驗結果表明，噴施濃度為100 mg/L的ABA能夠提升Pro含量和SOD活性，表明有利于戶太系列葡萄抗寒能力的提升。

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