根区土壤加温对塑料大棚内葡萄芽萌发及生理特性的影响

尹 翠，董 艳，孙利鑫，曹 震，张亚红

(宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021)

根区土壤加温对塑料大棚内葡萄芽萌发及生理特性的影响

尹 翠，董 艳，孙利鑫，曹 震，张亚红*

(宁夏大学农学院， 宁夏 银川 750021)

为研究根区土壤加温对塑料大棚内红地球葡萄休眠期至萌芽期生理特性及芽萌发的影响，试验以5年生红地球葡萄为试材，在需冷量满足后进行根域加温处理，设置(20±2) ℃(以下简称T20 ℃)和对照(CK)2个温度梯度，观测芽体萌发进程、测定休眠期至萌芽期葡萄1年生枝条和10、20、30 cm 3个深度根系的氨基酸含量、可溶性糖含量和IOD活性的变化。结果表明：塑料大棚促早栽培通过根区土壤加温，可提高土壤温度约9.9 ℃，T20 ℃处理比对照提早6 d解除休眠；休眠期葡萄枝条和根系内氨基酸含量、可溶性糖含量、IOD活性均迅速升高，但升温管理后T20 ℃处理下根系和枝条氨基酸含量、可溶性糖含量、IOD活性均迅速下降；CK 处理下根系和枝条氨基酸和可溶性糖含量下降缓慢，IOD活性先上升后下降，且T20 ℃处理根系和枝条各个生理指标的含量或活性均低于CK。其中T20 ℃处理下根系和枝条氨基酸含量、可溶性糖含量、IOD活性的最高值均比对照出现的早，表明T20 ℃处理有提早解除休眠的趋势。适当的提高土壤温度可以使葡萄提早解除生态型抑制休眠，提前进入萌芽，提早上市。

根区土壤加温；红地球葡萄；休眠期和萌芽期；生理特性；萌发

近几年，随着设施果树栽培的迅速发展，落叶果树的休眠和萌芽研究成为。休眠是落叶果树为在冬季低温或夏季高温等不良环境条件下生存，以暂时停止生长或进行落叶的方式来适应环境变化的现象[1-2]。落叶果树必须经历低温休眠过程才能正常萌芽、开花和结果，其开花早晚在理论上主要由需冷量和需热量的控制。在设施果树生产中，若未满足落叶果树对低温的需求而过早揭苫升温，则会导致果树生长发育不正常，出现不能适期萌芽或萌芽不整齐现象，并引起花器官畸形或严重败育，影响果实的品质和产量[3-4]。塑料大棚可以通过反保温处理的方式(白天覆盖保温被弱光低温，夜间揭开保温被降温)提前满足落叶果树的低温需求，但升温管理后(保温被白天揭开夜间覆盖)，塑料大棚内白天气温能够满足芽萌发环境条件但由于夜间失热，土温上升缓慢，达不到萌发所需的热量，果树处于生态抑制休眠阶段，造成同品种葡萄的萌芽期在塑料大棚中比日光温室晚萌发1个月。大量研究表明，温度是影响果树芽体休眠解除的最主要的因子[5-6]。不同温度条件下果树的枝条与根系生理指标变化也不同。

对落叶果树芽休眠的诱导和解除过程中生理指标的变化前人做了较多研究，植物体内糖类含量的变化是低温条件下植物代谢较为敏感的生理指标之一[7]。夏国海研究表明休眠期根系中糖含量高于地上部，说明蔗糖在根系碳素营养的贮藏与再利用中起着重要作用[8]。高东升[9]等认为自然休眠期间桃树一年生枝条中淀粉和总糖含量变化平缓；休眠结束后糖含量迅速上升，而淀粉则呈下降趋势，花芽中碳水化合物亦有相似变化。王连荣[10]等发现，20 ℃土壤温度处理下早露蟠桃花芽可溶性糖、淀粉、蛋白质和氨基酸含量在整个休眠期均低于25 ℃土壤温度处理。以上主要是针对落叶果树休眠期至萌芽期枝条和芽的生理生化变化的研究，但对根系生理特性研究较少。根系是植物吸收水分和养分的主要器官，也是水分和养分在植物体内运输的重要通道。王世平[11]等提出，通过根域加温可以提高促成栽培早期土壤温度约10 ℃，各物候期均早于未加温处理2～5 d，新梢生长好、叶面积大、花穗发育好、单株果穗数显著增加，能提高果实品质，果粒重量、果穗重量和单株产量均显著高于未加温处理。目前国内外对芽体和枝条休眠的研究主要集中在打破休眠(内休眠或自然休眠)的机理上，对自然休眠解除后的生态抑制休眠的规避，以及土壤温度对根系生理特性及萌芽期的影响研究甚少。

本文通过对塑料大棚内葡萄根域进行加温处理，研究其对土壤温度、对葡萄解除休眠进程、休眠期至萌芽期根系和枝条生理指标变化规律的影响，以期通过生理指标界定休眠期与萌芽期，探究设施果树休眠与萌芽的生理机理，为设施果树生产管理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2013-2014年宁夏小任果业发展有限公司的塑料大棚内进行，(塑料大棚长96 m，跨度16 m，脊高4.25 m，南北延长，为钢架结构，覆盖材料为PE膜，保温覆盖材料为棉被)。以5年生且生长发育良好的红地球葡萄一年生枝条和10、20、30 cm处根系为试材。温度数据采用美国Campbellsci公司生产的CR10X、CR800数据采集器和相关温度传感器，每15 min采集1次。

1.2 试验方法

1.2.1 温度的设置与测定 2013年11月8日对塑料大棚内红地球葡萄扣棚反保温管理(白天覆盖保温被弱光低温，夜间揭开保温被降温)，期间将棚内气温控制在0～7.2 ℃，以满足红地球葡萄解除休眠的低温需求量。12月28日升温管理(保温被白天揭开夜间覆盖)，同时在12月28日对土壤温度做以下处理，常温处理(CK)：地表覆盖黑色地膜，保持棚内自然土壤温度，作为对照；(20±2) ℃(以下简称T20 ℃)处理：选择生长良好的6行葡萄，在距离葡萄主根40 cm处地表下30 cm铺设电热线(电热线固定在纳米材料板上)之后覆土，覆盖黑色地膜保温，外接控温仪控制温度(控温仪设置断电温度为22 ℃)。安装加热设备后，在每个处理地表下(离葡萄根系30 cm)10、20、30 cm处埋设温度探头，重复2次，试验采用随机区组设计，2行(20株)为1小区，重复3次，每个处理间设置保护行。

1.2.2 生理指标的测定 休眠期每2周对每处理随机选取3株葡萄，采集发育良好的一年生枝条和地表下10、20、30 cm处的根系，升温期每周采样1次。样品装入保鲜袋内封口，放在保温箱带回实验室，用液氮处理，放在-20 ℃冰箱中保存供测定，测定指标时采用表皮与木质部的混合样。氨基酸含量采用茚三酮比色法测定[12]、吲哚乙酸氧化酶(IOD)活性采用2,4-二氯酚法测定[12]、可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[12]。结果表明：10、20、30 cm处根系生理指标值大小不同，但变化趋势基本相同，故选择20 cm处根系做代表分析。

1.3 统计方法

运用Excel 2007 和SAS进行数据处理。采用5日滑动法处理温度数据。

2 结果与分析

2.1 塑料大棚内空气温度和土壤温度变化

2.1.1 塑料大棚内空气温度变化 如图1所示，2013年11月8至12月28日进行扣棚反保温管理，气温逐渐降低， 日平均气温和日最低气虽有波动，但多在0～7.2 ℃，满足葡萄休眠期对温度的需求。12月29日后塑料大棚开始升温管理，气温逐渐上升并稳定在较高水平上，能够满足红地球葡萄需热量的积累，葡萄由休眠逐渐进入萌芽。2014年2月2日至2月9日，出现低温是由于下雪导致外界气温骤然下降，之后温度迅速回升。

图1 塑料大棚内空气温度变化Fig.1 Change of air temperature within plastic greenhouses

2.1.2 塑料大棚内土壤温度变化 由图2可知：休眠期(11月8至12月28日)土壤日平均温度在2～7 ℃之间波动，能够满足葡萄需冷量的需求。12月28日升温后，T20 ℃处理下土壤日平均温度变化相对稳定，波动范围在18～22 ℃，加温期间1月22日出现最低值为18.1 ℃。加温处理50 d(2月18日)，T20 ℃处理下土壤日平均温度比CK处理日平均温度高9.9 ℃，之后随着外界气温不断升高，加热与对照处理之间土壤温差逐渐变小。

2.2 土壤温度对葡萄萌芽率的影响

由表1可知，土壤温度对塑料大棚葡萄休眠解除有一定的影响，随着热量累积量(需热量)的积累，CK处理和T20 ℃处理萌芽率逐渐升高，2处理间存在显著性差异。T20 ℃、CK处理下塑料大棚内葡萄开始萌动日期分别为2014年2月8日和2月14日，2月14日T20 ℃处理下葡萄萌芽率为25.6 %，2月18日萌芽率超过50 %，CK处理在2月24日萌芽率为52.7 %，已超过50 %，说明芽体已经解除休眠，开始萌动。通过以上分析可知:T20 ℃处理比CK处理的提早6 d解除休眠。

图2 塑料大棚内土壤温度的变化Fig.2 Soil temperature change within plastic greenhouses

2.3 土壤温度对葡萄根系和枝条生理指标的影响

2.3.1 对氨基酸含量变化的影响 由图3可知，土壤加温对红地球葡萄根系和枝条内氨基酸含量变化有一定的影响，随着时间的变化，枝条和不同深度根系的氨基酸含量都出现了先增加后减少的趋势，说明植株对外界的环境做出了反应。11月26日至12月31日根系和枝条氨基酸含量呈上升趋势，是因为在此期间为葡萄的蓄冷时期，温度较低，使得氨基酸含量增加。之后由于扣棚升温，塑料大棚内温度上升，氨基酸含量逐渐下降。枝条和根系都在12月24日至12月31日出现峰值，说明根系与枝条开始由休眠期逐渐转入萌芽期，枝条下降幅度略高于根系，说明枝条比根系更早进入萌芽期。由于土壤温度低于空气温度导致萌芽期延长，根系处于生态型抑制休眠期。

2.3.2 对可溶性糖含量变化的影响 由图4可知，休眠期(11月8至12月28日)，T20 ℃、CK处理下葡萄根系和枝条随着外界低温的来临逐渐进入休眠，可溶性糖含量迅速上升，并稳定在较高水平上，枝条可溶性糖含量低于根系。在12月24日至12月31日，根系和枝条可溶性糖含量出现峰值，说明根系和枝条逐渐由休眠期进入萌芽期，开始萌动。升温后(12月28日后)根系和枝条可溶性糖含量均呈现下降趋势，T20 ℃处理下根系可溶性糖含量急速下降，CK则缓慢下降，说明根系可溶性糖含量对温度反应较敏感。枝条可溶性糖含量变化相对稳定，说明蔗糖在根系碳素营养的贮藏与再利用中起着重要作用。根系在12月31日至1月7日几乎无变化，而枝条呈下降趋势，说明枝条提前萌芽期。受土壤温度的影响根系进入萌芽期较迟，根系处于生态型抑制休眠阶段，进入萌芽期后由于温度升高使根系和枝条可溶性糖含量降低。

表1 不同处理对塑料大棚内葡萄萌芽率的影响

注：A、B代表(P<0.01)的显著性差异检验。

Note:A, B represent a significant difference at 0.01 levels.

图3 葡萄根系和枝条内氨基酸含量变化Fig.3 Amino acid contents of grape roots and branches change within plastic greenhouses

图4 葡萄根系和枝条内可溶性糖含量变化Fig.4 Change of soluble sugar content of grape roots and branches within plastic greenhouses

2.3.3 对吲哚乙酸氧化酶活性变化的影响 由图5可知，土壤增温对红地球葡萄根系和枝条IOD活性具有一定的影响：休眠期(11月8日至12月28日)，IOD活性迅速上升，12月20日至1月3日，IOD活性呈现倒“V”字型，出现峰值分别为6.2 和7.6 0 D·g-1FW·h-1。1月3日T20 ℃处理下根系IOD活性呈快速下降趋势，CK处理则先上升后下降，且T20 ℃根系IOD活性明显低于CK。枝条IOD活性缓慢下降，2种处理下降趋势基本相同。在12月24日至1月7日之间出现峰值，说明根系和枝条在此期间休眠期结束进入萌芽期，枝条和根系几乎同时进入萌芽期，以上3个指标的峰值出现时间(12月24-31日)与已测定的需冷量满足的时间一致，红地球葡萄由休眠期逐渐进入萌芽期。在出现峰值之后升温对解除生态型抑制休眠具有显著作用。

图5 葡萄根系和枝条内IOD活性变化 Fig.5 IOD activity of grape roots and branches within plastic greenhouses

3 讨论与结论

根系是植物吸收水分和养分的主要器官，也是水分和养分在植物体内运输的重要通道。根系在土壤中能固定植物，保证植物正常受光和生长，并能作为养分的贮藏库。果树的休眠是在系统发育过程中形成的，是一种对逆境的适应性[13]。一般认为，落叶果树根系没有自然休眠现象，在环境适宜的条件下可以周年生长，自然休眠接受低温信号的位点在地上部，以芽为主体，而根系是否影响低温需求量及其自然休眠解除，这方面报道还很少。Westwood[14]等将巴梨嫁接到豆梨或洋梨砧上，接穗与砧木(根系)分别接受冷温处理，发现部分冷温处理的接穗接到充分冷温处理的砧木上可以正常生长，接受低温不足的砧木上则生长势弱。Young[15]认为苹果的根系需要接受一定的低温才能正常的萌芽和生长，而桃根系经过低温处理，推迟发芽并减少新梢的生长。在本试验中，塑料大棚内红地球葡萄地上部接受正常自然休眠，而对土壤进行不同温度处理。结果表明:较高的土壤温度，能促进葡萄提早解除生态型抑制休眠，缩短萌芽期。这与高东升[16]对油桃和杏树的研究结果相似，肯定了土壤温度对葡萄休眠解除有影响。在日本的果树加温促早栽培中，翌年发芽不良和生长缓慢的现象比较普遍，加温越早，花芽分化率越低，花穗原基发育越差[17]。后来研究发现，出现这种现象是由于在加温时地上部开始活动，而根系却仍然处在较低的温度环境中，根际营养供给不能满足地上部的生长需要。

在本研究中，3种处理在同一个塑料大棚内，土壤增温没有造成3种处理下空气温度的差异，但提高土壤温度后，适宜的根际温度有利于根系生长，根系不断合成细胞分裂素并向上运输，影响芽的休眠进程，从而使葡萄提早解除休眠，缩短了萌芽期，提早成熟。据Kliewer[18]报道，Cabernet Sauvignon 葡萄的根域温度设置为11～35 ℃，地温越高，新梢生长越快，叶片数越多，叶面积越大。久保田等[19]研究发现，Muscat of Alexandria葡萄的加温促早栽培中，通过根系加温，促进新根生长和代谢，使萌芽期果树中所含糖类物质、含氮化合物都有显著的增加，因而发芽整齐健壮。

研究表明，休眠期间，蛋白质与游离氨基酸呈相反的变化趋势，蛋白质的含量逐渐下降，游离氨基酸的含量逐渐上升，处于休眠状态的苹果花芽内与蛋白质合成相联系的RNA和DNA含量，以及与核酸更新和周转有关的核酸降解酶和合成活性都处于低水[20]。本试验2种土壤温度处理的根系和枝条氨基酸含量变化与上述研究结果相一致。T20 ℃处理下根系氨基酸含量在12月28之后开始下降，T20 ℃下比CK早7 d。根系和枝条均在12月24日至12月31日之间达到最大值，与可溶性糖峰值出现的日期相吻合，故也可以通过氨基酸含量的变化判断休眠进程，确定休眠解除的时间。试验发现，不同处理下根系中氨基酸的含量均低于枝条，这可能是因为根系温度较高，根系代谢旺，消耗了部分贮藏营养，用于器官的形态发育或作为呼吸底物提供能量有关，但这需进一步研究。

Dowler，King用5年生桃Southlana测定休眠期间枝条内可溶性糖和淀粉含量，在10月、11月淀粉含量最多，到1月迅速减少，到萌芽前再次增加，但可溶性糖和淀粉相反，到l-2月急剧增加，在萌芽前减少。有研究认为：通过碳水化合物的变化可以判断花芽休眠进程，在总糖含量下降，淀粉含量增加的时候，开始自然休眠，当淀粉达最高含量的时候，自然休眠最深[21]，而淀粉含量急剧降低，可溶性糖含量迅速增加的时期正是自然休眠结束的时间[22]。本试验两种土壤温度处理的根系和枝条，可溶性糖的含量随着低温累积量的增加而升高，且20 ℃处理根系和枝条内可溶性糖含量的高峰比CK处理出现早，可溶性糖含量峰值出现时期，与较高土壤温度提早解除休眠相一致，表明可溶性糖含量可作为休眠解除的生理指标，且休眠期可溶性糖含量峰值出现是解除休眠的标志之一[9]。

研究表明，过氧化物酶(POD) 和吲哚乙酸氧化酶(IOD) 与植物的矮化性状密切相关[23-24]，这2种酶的作用主要是通过影响吲哚乙酸(IAA) 生理水平从而达到对植物生长发育的调控。本试验中，2种土壤温度处理休眠期间根系和枝条I0D活性先逐渐下降，然后迅速上升。I0D活性的高低直接影响IAA的生理功能[24-25]。促使葡萄提前进入萌芽期。枝条和根系内IOD活性降低，相应增加了IAA的含量，使根系和枝条在休眠期内部生理代谢旺盛，加速器官发育，从而提早解除休眠。根系和枝条均在12月24日至12月31日之间达到最大值，与可溶性糖峰值出现的日期也相吻合，是芽解除休眠的标志，IOD活性最高的时期是休眠解除的时间。根系IOD活性出现下降拐点的时间顺序是T20 ℃>CK，表明T20 ℃比CK提前7 d下降，说明地温变化能打破葡萄生态型抑制休眠。

由此可以认为在土壤温度较低的促早栽培萌芽期时，进行土壤增温，能促进根系的营养吸收、代谢和对地上部的营养供给，改善营养生长和花穗的发育。提早进入萌芽，缩短萌芽期，使果品提早上市。

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(责任编辑 陈 虹)

Effect of Root-zone Soil Heating on Dormancy and Germination’s Physiological Characteristics of Grape under Plastic Greenhouse

YIN Cui, DONG Yan,SUN Li-xin, CAO Zhen, ZHANG Ya-hong*

(School of Agriculture, Ningxia University, Ningxia Yinchuan 750021, China)

In order to study the effect of root-zone heating on the dormancy and germination’s physiological characteristics of red globe grape under plastic greenhouse, the five-year-old red globe grape were used as tested materials, (20±2) ℃ (below referred to as T20 ℃) and control (CK) were set in the test, the root-zone was heated during the early germination period of protected cultivation, the one-year-old branches of red globe grapes during the period of dormancy to sprout were observed, and the changes of the amino acids content, soluble sugar content and IOD activity of their root in10, 20, 30 cm depths were studied. The results showed that the temperature of root-zone soil heating by plastic greenhouse was increased by 9.9 ℃, the grape dormancy release with T20 ℃treatment was 6 days earlier than that with CK; During dormant, the amino acids content, soluble sugar content and IOD activity of the grape roots and branches were increased rapidly, but with T20 ℃treatment, the amino acids content, soluble sugar content and IOD activity of roots and branches were rapidly decreased after heating; With control treatment, the amino acids content, soluble sugar content of roots and branches were slow down, IOD activity was increased first and then decreased, and with T20 ℃treatment, the various physiological indicators of roots and branches were lower than that with control treatment. With T20 ℃treatment, the maximalist of contents of soluble sugar, amino acid and IOD activity of roots and branches appeared earlier than that with the control treatment, indicating that dormancy with T20 ℃treatment was broken earlier than that with control. It was concluded that the appropriate increase of soil temperature could make grape ecotype inhibition of dormancy early get into the bud in advance and early display on the market.

Root-zone soil heating; Red Globe grape; Dormancy and germination period; Physiological characteristics; Germination

1001-4829(2016)12-2944-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.12.031

2015-11-18

国家自然科学基金(31360493)

尹 翠(1989-)，女，宁夏吴忠人，设施园艺专业在读研究生，研究方向：果树学，E-mail: 1083265273@qq.com；*为通讯作者：张亚红(1965-)，女，宁夏平罗县人，教授，博士生导师，研究方向：设施园艺环境。

S663.1

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