根域加温对塑料大棚内葡萄芽萌发及生理特性的影响

尹翠+孙利鑫+曹震+陈磊+张亚红

摘要：为研究根域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，试验以五年生红地球葡萄为试验材料，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一年生枝条和10、20、30 cm 3个深度根系的脯氨酸含量（Pro）、丙二醛含量（MDA）和SOD活性的变化。结果表明：塑料大棚促早栽培通过根域加温可以提高土壤温度约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Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速升高；升温管理后，T20 ℃处理下根系Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速下降，CK 处理Pro和MDA含量下降缓慢，SOD活性先上升后下降；2种处理下，枝条内Pro含量、MDA含量、SOD活性均呈现下降趋势，且T20 ℃处理根系和枝条各个生理指标均低于CK。适当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。

关键词：根域加温；红地球葡萄；休眠期；萌芽期；生理特性；萌发

中图分类号： S663.101文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0203-04

随着果树设施栽培的迅速发展，落叶果树的休眠研究成为热点。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]。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受需冷量和需热量的控制。在設施果树生产中，如果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[2-3]。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萌发晚1个月。大量研究表明，温度是影响果树芽体解除休眠的最主要的因子[4-5]，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变化前人做了较多研究，韩浩章等认为，葡萄和油桃在自然休眠解除过程中，2种果树芽体SOD活性在初休眠期缓慢增强并一直保持较高水平，在休眠后期减弱[6]。王连荣等发现，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15 ℃土壤温度处理和对照[7]。李政红等认为，曙光油桃未进入休眠时，芽体MDA含量呈下降趋势，随着外界低温的来临，芽体进入休眠状态，MDA含量迅速上升，并稳定在较高水平上[8]。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。王世平等提出，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，果粒质量、果穗质量和单株产量均显著高于未加温处理[9]。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。

本研究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，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年与2014年在宁夏小任果业发展有限公司的[CM（25]塑料大棚内进行，（塑料大棚长96[KG*3]m，宽16[KG*3]m，脊高[CM）]〖LM〗 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）。以五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日对土壤温度作以下处理：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个小区，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。脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定[10]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定[10]。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定[10]。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，选择20 cm处根系作代表分析。

1.3统计方法

运用Excel 2007 和SAS进行数据处理，采用五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图1所示，2013年11月8日至12月28日进行扣棚反保温管理后气温降低，日平均气温和日最低气温虽有波动，但多在0～7.2 ℃之间满足葡萄休眠对温度的要求。12月29日后塑料大棚开始升温管理，气温呈上升趋势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—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。

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日至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 ℃之间，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个处理间差异极显著。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处理提早6 d解除休眠。

2.3土壤温度对葡萄根系和枝条生理指标的影响

2.3.1对脯氨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脯氨酸含量变化有一定的影响，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK处理下根系内脯氨酸含量随时间变化而稳定上升，12月28日达到最大值，分别为0.192 1、0.183 9 μg/g，12月28日升温管理后T20 ℃处理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK缓慢下降。T20 ℃、CK处理下枝条内脯氨酸含量均呈先上升后下降趋势，T20 ℃处理下其含量低于对照处理。由于空气温度的影响，枝条内脯氨酸含量在休眠前期（12月10日前）和升温后期（1月10日后）均高于根系脯氨酸含量。

2.3.2对丙二醛含量变化的影响由图4可知，休眠期（11月8日至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，MDA含量迅速上升，并稳定在较高水平上，枝条丙二醛含量低于根系。说明休眠期低温使根系膜系统受过氧化作用而损伤，这种损伤可以通过根系和枝条丙二醛含量反映出来。升温后（12月28日后）根系和枝条MDA含量均呈现下降趋势，T20 ℃处理下根系丙二醛含量急速下降，CK则缓慢下降，说明根系MDA含量对温度反应较敏感。枝条MDA含量变化相对稳定，可能由于枝条对温度敏感性较差。T20 ℃处理下根系和枝条均低于CK处理，说明土壤增温可以抵消低温对丙二醛的部分影响。

2.3.3对SOD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SOD活性具有一定的影响，休眠期（11月8日至12月28日），SOD活性迅速增强，12月20日至1月3日，SOD活性呈现“V”字形，出現谷值分别为161.99、170.67 OD/g。1月3日T20 ℃处理下根系SOD活性呈快速减弱趋势，CK处理则先增强后减弱，且T20 ℃根系SOD活性明显弱于CK。枝条SOD活性缓慢减弱，2种处理减弱趋势基本相同。SOD是诱导酶，每处理开始时保持较高的水平，这可能与休眠期低温诱导有关，而T20 ℃处理下根系和枝条SOD活性都弱于CK处理，说明较高土壤温度可以消除低气温的部分影响。

3结论与讨论

果树休眠是在系统发育过程中形成的，是一种对逆境的适应性[11]。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，这方面报道较少。Young等认为，苹果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[12]。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，需冷量满足后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。这与高东升等对油桃和杏研究结果[13]相似，肯定了土壤温度对葡萄休眠解除有影响。

在日本，果树加温（气温）促早栽培中，翌年发芽不良和生长缓慢的现象比较普遍，增温时间越早，花芽分化率越低，花穗原基发育越差[14]。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[15]。在本研究中，2种处理在同一个塑料大棚内，土壤增温没有造成空气温度的差异，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，缩短萌芽期，提前成熟。据Kliewer报道，Cabernet Sauvignon葡萄根域温度设置为 11～35 ℃，地温越高，新梢生长越快，叶片数越多，叶面积越大[16]。

脯氨酸是植物细胞中重要的渗透调节物质，对植物抗逆性起重要的调节作用，植物通过增加细胞内脯氨酸含量增强对外界低温环境的耐受性[17]。在低温条件下，植物组织中脯氨酸的含量显著增加，可提高植物的抗寒性。试验结果表明，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK处理下根系内脯氨酸含量随时间变化而稳定上升，由于蓄冷期温度较低，脯氨酸含量增加，与欧阳汝欣研究的在自然休眠过程中，随着低温积累，游离脯氨酸含量不断上升的结果[18]一致，升温管理后T20 ℃处理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK缓慢下降。T20 ℃、CK处理下枝条内脯氨酸含量均呈先上升后下降趋势，T20 ℃处理下的含量低于CK处理。与王连荣研究的结果[7]相反，可能是由于测定的部位和氨基酸种类不同，还须要进一步探究。

MDA是脂质过氧化的主要产物之一，其含量可以反映脂质过氧化的程度[19]，植物器官衰老或在逆境下遭受伤害，发生膜脂过氧化作用。休眠期较高MDA含量，表明低温对根系和枝条体造成了一定伤害，作为应对机制，根系和枝条作出积极响应，如膜组分的变化以及清除过氧化氢、超氧阴离子自由基等有毒物质，这些机制可能参与休眠的调控。试验结果表明，休眠期（11月8日至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，MDA含量迅速上升，并稳定在较高水平，枝条丙二醛含量低于根系。这可能是未休眠的根系和枝条发生的一系列生理生化变化，为进入休眠做准备，这种变化可从膜透性上反映出来。升温后（12月28日后），根系和枝条丙二醛含量均呈下降趋势，T20 ℃处理下根系丙二醛含量急速下降，CK则缓慢下降，与李政红等的研究结果[8]相似。

超氧化物歧化酶（SOD）是一种植物体内抗氧化系统中重要的酶，是典型的诱导酶[20-22]，它能催化超氧阴离子自由基产生过氧化氢，防止氧自由基破坏细胞的组成和结构，保护细胞免受氧化损伤。因此，SOD具有保护生物体免受活性氧伤害的能力。在本试验中，随着休眠进程的继續，根系和枝条SOD活性升高，产生大量或过量的H2O2，进入萌芽期后SOD活性有所降低。在萌芽期，T20 ℃处理根系和枝条SOD活性低于CK处理。这可能是T20 ℃处理减少了根系和枝条内活性氧的形成，活性氧浓度降低，SOD活性相应降低；而CK处理土壤温度较低，增加了根系和枝条内活性氧含量，SOD是一种诱导酶，为了消除芽体内合成的活性氧，低温诱导了SOD的大量合成，从而提高了SOD活性。植物生长发育过程中休眠具有重大的意义，因此在休眠期间一定会发生一系列不同于生长期间的生理生化变化，可能是由于不同生理生化变化导致植株由休眠逐渐进入萌芽。

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