露地越冬葡萄枝条水分含量与抗旱寒性关系研究

乔改霞，姚雪楠，谢军，徐美隆.，王荣1,，范培格*

（1. 宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2. 中国科学院植物研究所，北京 100093；3. 宁夏林业研究院/种苗生物工程国家重点实验室，宁夏银川 750004）

水是植物体内的重要组成部分，其含量常常是控制生命活动强弱的关键因素[1]。自由水和束缚水含量的高低与葡萄的生长和抗寒性密切相关[2]。低温一方面使树体细胞间隙和细胞内的水分结成冰晶，造成细胞的机械损伤，从而对树体造成一定的伤害[3]；另一方面，枝条表皮组织在冬季休眠期间，要蒸腾相当多的水分，当蒸腾的水分过多致使地上部生理干旱而枯死[4]。我国北方地区为极端大陆性季风气候条件，冬季寒冷而干旱，葡萄枝条往往会遇到以上两种伤害，即旱寒[4]。

张文娥等[5]研究表明，离体枝条的水分含量动态变化与葡萄抗寒性呈明显负相关，失水速率快的品种容易蒸发丧失水分，抗寒力弱；柴慈江等[6]研究也证明枝条失水是导致露地越冬葡萄芽眼死亡的直接原因；刘军等[7]认为，导致‘里扎马特’等品种萌芽率下降的原因是枝条含水量的下降。陈佰鸿等[8]则认为，以束缚水与自由水比值为单一指标评价葡萄枝条的抗寒性较可靠；刘期国等[9]研究也表明束缚水/自由水比值与抗寒性密切相关，可作为测定或比较果树抗寒性的指标。以上研究均表明，离体条件下不同葡萄品种（种）枝条水分含量与其抗旱寒性能紧密相关。

有关葡萄水分变化与抗旱寒性关系的研究报道已有很多，但在宁夏贺兰山东麓产区冬季干旱且寒冷的冬季，研究抗旱寒较强的种间杂种在自然露地越冬条件下，活体葡萄枝条自由水、束缚水、总含水量及萌芽率的变化特点，从枝条含水量角度探讨品种抗旱寒性能的研究未有报道。本研究为生产中栽培技术合理运用调节枝条含水量提高越冬性，及筛选适合露地越冬新优品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选用5个欧山杂种品种‘北玫’‘北红’‘北馨’‘新北醇’和‘北玺’，一个欧美杂种品种‘威代尔’。‘威代尔’‘北玫’和‘北红’为5年生树体，‘北馨’‘新北醇’和‘北玺’为3年生树体。

1.2 试材情况

试材种植于贺兰山东麓中科院西北生物分中心平吉堡基地。采用‘厂’字形树形，行距3.0 m，株距1.0 m。栽培管理一致，冬季不埋土。

1.3 种植地环境指标

采用戴维斯气象站自动记录仪。记录间隔每60 min一组。数据区间为2018年11月至2019年4月，指标均为日平均温度、湿度。

1.4 试验方法

1.4.1 枝条总含水量方法

枝条含水量为总含水量，测定方法参照邹琦等的烘干法[10]。分别于2018年12月1日、12月18日、2019年1月7日、1月21日、2月12日、2月27日、3月15日每隔15～20 d剪取供试的6个品种1年生成熟枝条，带回实验室，将枝条剪截成长10 cm左右的枝段，枝段每3段为一组进行逐一编号，精确称重，记为Wf（组织鲜重）；然后将其置于烘箱中，在105 ℃烘30 min杀青，之后再置于80 ℃烘至恒重，称其重量记为Wd（组织干重）。同一植株上的3个枝段为1个重复，重复10次。

1.4.2 枝条自由水测定方法

总含水量测定参照潘炽瑞[11]的方法，取出10 mL型号的离心管，逐一编号，并将空离心管放在天平上准确称重，记录好相应的数据，记录为W1，将配好的65%蔗糖分别加入每个离心管中，每管加5 mL，再称重记录为W2，将带回实验室的枝条避开芽眼用刀片切成0.1 cm厚的薄片，每个重复准确称取0.5 g，置于含有蔗糖溶液的试管中，再称量试管总重量，并作相应记录W3。塞紧试管，以免水分散失，置于暗处放置6～8 h，其间不时轻轻摇动，用折射仪测定各试管蔗糖溶液浓度。

式中：W2-W1为枝条鲜重（g）；W3-W2为糖液原重量（g）；C1为糖液原浓度（%）；C2为浸泡后糖液浓度（%）

枝条束缚水含量=枝条总含水量-枝条自由水含量

1.5 枝条萌芽率试验

将每个品种带有1个冬芽的枝条切段，切口处横截面用保鲜膜包裹，以免失水，分别将剪好的枝条插入泡沫板中，并将底部横截面露出1～3 cm，放入装有自来水的30 cm×20 cm×8 cm的试验盒中，放培养室进行培养。在光照强度为2000～3000 Lx的灯管下培养12 h，黑暗培养12 h，温度为25～28 ℃。每个品种重复3次，每个重复10个芽。

萌芽率/%=萌发枝数/总扦插枝数×100

1.6 数据处理

用SPASS19.0统计软件对数据进行统计分析，用Microsoft Excel软件进行数据整理，用Origin 2018软件作图。

抗寒性隶属函数公式为：

Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)正相关；

Uij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)负相关。

式中：Uij表示i种类j指标的抗寒隶属函数值；Xij表示i种类j指标的测定值；Xjmin表示所有种类j指标的最小值；Xjmax表示所有种类j指标的最大值。

根据公式计算出隶属函数值，再用每株系的5个指标隶属函数值的平均数作为其平均隶属度。按照平均隶属度（Subordinate level，SL）将抗寒性分为5级：0.70～1.00为高抗（High resistance，HR），1级；0.60～0.69为抗（Resistance，R），2级；0.40～0.59为中抗（Middle resistance，MR），3级；0.30～0.39为低抗（Lower resistance，LR），4级；0～0.29为不抗（Susceptible，S），5级。

2 结果与分析

2.1 越冬期间温湿度的变化特点

基于2018年11月至2019年4月越冬期间的日温度均值发现（图1），整体日平均温度呈“V”形变化趋势，先高后低然后再升高。期间2018年11月15日平均气温出现0 ℃以下；在2018年12月2—8日温度骤然下降，从-0.93 ℃降到-10.77 ℃，降幅为9.84 ℃；12月22—23日又出现一次小幅度降温，日平均最低温度出现在12月27—28日，最低值为-16.02 ℃；之后气温跌宕回升，在2019年2月27日开始气温稳定0 ℃以上。

同时，空气相对湿度在此期间也发生了很大的变化（图2），总体来看湿度呈逐渐下降趋势。2018年11月和12月份期间，没有出现降水，空气相对湿度较为平缓下降，从80%下降到49%；之后2019年1月份有少量降水，湿度略有上升，降水之后的大风天气致使平均湿度迅速下降到最低21%；之后虽有上升，但整体湿度呈逐渐下降趋势。3月份为试验期间平均湿度最低的月份。这与3月初气温增高，水分蒸发加快有关。整体来看，2018年11月到2019年4月的冬季温湿度变化较为典型。

图1 2018年11月—2019年4月气温变化情况Figure 1 Temperature changes from November 2018 to April 2019

2.2 露地越冬期间不同葡萄品种枝条萌芽率的比较

从图3和表1中来看，越冬期间，6个不同葡萄品种枝条萌芽率变化趋势基本一致，呈现从高到低的变化趋势，如‘北玫’‘北红’‘北玺’和‘新北醇’从12月初的100%下降到3月中旬的60%、90%、20%和40%，同期‘北馨’从80%下降到10%。除了‘威代尔’外，各品种枝条的萌芽率从第4次取样（1月21日）开始出现明显下降（北玺），第5次取样时（2月12日）‘北玫’‘北馨’‘新北醇’‘北馨’下降明显，而且各品种间萌芽率差异更为显著。试验期间成年树体‘北红’的萌芽率最高，除了12月18日和3月15日为80%和90%，其余时间均为100%，显著高于同龄的‘北玫’，也明显高于树龄较小的‘新北醇’‘北玺’‘北馨’和‘威代尔’，表现出优异的抗旱寒性能。而且树龄大的树体上枝条相对于树龄小的枝条，萌发的快而整齐。从表1中还可以看出，树龄较小的‘新北醇’‘北玺’‘北馨’在后期萌芽率下降的更为明显，同为3年生树体，‘新北醇’的萌芽率明显更高，抗旱寒性能更强，其次为‘北玺’和‘北馨’。抗逆性较强的欧美杂种‘威代尔’其萌芽率表现明显与其他5个品种不同，12月初其萌芽率仅为30%，到第2次取样（12月18日）为10%，此后的枝条均无萌发。从春季田间树体萌发情况看，‘北红’树体均能正常萌发，而‘威代尔’地上部无萌发（图3）。

图2 2018年11月—2019年4月湿度变化情况Figure 2 Changes in humidity from November 2018 to April 2019

图3 不同品种葡萄枝条7个不同时期萌芽情况Figure 3 Germination of different varieties of grape branches in 7 different dates

2.3 露地越冬期间葡萄枝条水分变化动态

2.3.1 露地越冬期间葡萄枝条总含水量的变化情况

从表2中可以看出，越冬期间葡萄枝条总含水量逐渐下降，后期随着气温的升高有的品种枝条总含水量有小幅回升。‘北红’‘新北醇’‘北玫’‘北玺’‘北馨’5个品种在2019年2月27日降到最低，分别降到37.74%、37.03%、36.32%、34.40%和26.73%，在最后一次取样时又有不同程度的回升；而‘威代尔’在最初几次取样时总含水量明显大于‘北红’‘北玫’等品种，但在后期几次取样时总含水量跌幅较大，从2月12日开始明显下降，最后并无回升趋势，直到3月15日降到最低，仅为22.75%，显著低于其他几个品种枝条的总含水量。

2.3.2 露地越冬期间葡萄枝条自由水含量的变化情况

在越冬期间6个葡萄品种枝条自由水含量差异水平不如同期总含水量间差异大。‘北玫’‘北红’‘北馨’3个品种自由水含量一直下降到1月21日后出现缓慢上升，‘北玺’和‘新北醇’是先上升后下降，也是在1月21日后出现缓慢上升趋势，‘威代尔’自由水含量变化与其他品种不同，从12月8日开始，一直呈现下降趋势，在后期下降幅度较大，在3月15日最后一次取样时降到最低，仅为2.36%。葡萄枝条在冬季气温偏低时细胞液的浓度降低了自由水的总量，意味着植物体本身不易结冰提高了自身的抗寒能力。而当气温回升时，土壤温度随之升高，抗寒能力强的品种根部开始活动吸水，使地上部植物组织水分增加。抗寒性较差的品种在越冬期间，枝条和根系受害，气温回升时，根系无法吸收水分；当蒸腾作用增强时，自由水含量就会降低，最后导致整个植株失水死亡[12]。

2.3.3 露地越冬期间葡萄枝条束缚水含量的变化情况

从表2可看出，越冬期间葡萄枝条束缚水含量呈现上升又下降的总体趋势，与自由水含量变化趋势相反。除了‘新北醇’和‘北玺’在12月18日下降外，从2018年12月1日到2019年1月21日‘新北醇’‘北玺’‘北馨’‘北红’‘北玫’呈现明显上升趋势，在1月21日束缚水含量达到最高，之后开始下降；‘北红’‘北玫’‘新北醇’在2月27日降到最低后又有小幅上升，‘北玺’‘北馨’在3月15日最后一次采样时一直呈下降走向。‘威代尔’枝条束缚水含量从开始的最高大幅下降，至第二次取样时仅为4.08%，明显低于‘北红’‘北玫’等品种，因自1月7日开始‘威代尔’枝条均未能萌发，枝条形成层出现褐变，试验只进行了总含水量和自由水测定。在2018年12月下旬开始低温持续时间长，植物在低温时自由水转换为束缚水可提高自身的抗寒能力，即在低温时，束缚水越高抗寒性可能越强[13]。从试验结果还可以看出，同一时期不同品种间的束缚水含量水平不如总含水量间差异大。

2.3.4 露地越冬期间葡萄枝条束缚水/自由水比值的变化

在越冬期间，不同葡萄品种枝条束缚水/自由水的比值总体呈现先增大后减小的变化，变化趋势与束缚水相似。随着低温的持续，2019年1月21日取样时，‘北红’‘北玫’‘新北醇’‘北馨’‘北玺’枝条束缚水/自由水的比值达到最大，均大于1；在此时期束缚水均大于自由水，随后比值开始下降。增加束缚水含量，减缓自由水在结冰和解冻期间对细胞膜的破坏作用，当温度持续一定时间后，其自身调节能力减弱，束缚水含量减小[10]，束缚水/自由水的比值较高时，葡萄组织或器官代谢活动缓慢，抗寒性强。

表1 不同品种枝条7个采样日期萌芽率情况Table 1 Germination rate of branches of different varieties in 7 sampling dates(Unit: %)

2.4 不同葡萄品种枝条水分及萌芽率抗旱寒性隶属值

分别对6个葡萄品种的抗旱寒性指标进行隶属值分析（表3），表明‘北红’‘新北醇’和‘北玫’为抗旱寒类型，‘北玺’‘北馨’为中抗旱寒型，而‘威代尔’为低抗旱寒型。

2.5 枝条各水分含量及萌芽率与抗旱寒性的关系

通过相关性分析得出（表4）：水分含量与枝条抗旱寒性均具有相关性，与枝条总含水量、束缚水、萌芽率显著正相关，与失水量显著负相关，相关系数均达0.896以上，说明此4项指标可以表示葡萄抗旱寒性大小；葡萄枝条萌芽率与其水分含量均具有相关性，其中与总含水量显著正相关，与失水量显著负相关。表明露地越冬期间，枝条总含水量及束缚水含量越高，失水量越小，葡萄失水死亡的几率就越小，枝条萌芽率越高，品种枝条抗旱寒性越好。因此，葡萄在露地越冬的条件下，枝条总含水量、萌芽率、束缚水以及失水量可以作为葡萄抗旱寒性能评价指标。而自由水含量与葡萄萌抗旱寒性能相关性较小。

表2 不同品种葡萄枝条7个采样时间的水分含量变化Table 2 Changes in water content of grape cultivars of different varieties in 7 sampling dates

表3 不同品种水分及萌芽率隶属值Table 3 Water and germination rate of different varieties

表4 不同葡萄品种枝条含水量各指标与其抗旱寒性的关系Table 4 Relationship between different indicators of different grape branches and their resistance to drought and cold

表5 不同品种葡萄枝条总含水量拟合方程Table 5 Fitting equations for total water content of different grape varieties

2.6 葡萄品种枝条水分含量对其萌芽率的影响

为了确定葡萄枝条萌芽率对水分含量反应临界值，分别对6个不同葡萄品种枝条总含水量与萌芽率进行了一元线性回归分析。

综合图2与表1可看出，越冬期间‘北红’与‘北玫’的萌芽率变化几乎保持不变，而‘北馨’和‘威代尔’的变化较大，这与枝条总含水量的变化相一致（表2）。通过对不同时期的萌芽率与枝条总含水量进行一元线性回归分析，得出6个葡萄品种的枝条总含水量与萌芽率呈线性关系，说明枝条总含水量是影响葡萄萌芽率的重要指标。其中‘北红’‘北玫’‘北玺’‘威代尔’‘北馨’线性拟合度均达到显著水平。结果显示，‘北红’‘新北醇’‘北玫’‘北玺’‘北馨’‘威代尔’总含水量分别降低到35.49%、33.60%、30.55%、30.32%、25.98%、42.16%时，枝条萌芽率为0，其枝条含水量的反应临界点分别为40.70%、39.68%、40.80%、42.75%、42.22%、43.99%（表5），当含水量值低于此值时，萌芽率就会明显下降。

3 讨论与结论

贺兰山东麓产区为极端大陆性季风气候条件，冬季寒冷、干旱，葡萄越冬条件恶劣。本试验发现露地越冬的葡萄品种出现不同的抗旱寒性能，而且品种枝条内水分含量出现了不同变化。萌芽率的估价是评价树木受冻害或能否存活的最直观方法[12,14-15]。前人研究表明，随露地越冬时间延长,‘玫瑰香’枝条含水量逐渐下降，随枝条含水量的下降，发芽率降低，含水量降至38.5%时，发芽率降低为零[14]。另外，刘军等[7]研究发现，‘红地球’与‘里扎马特’的枝条含水量在春季大幅下降时，他们的萌芽率也急速下降。本研究发现，越冬期间多数品种枝条的含水量总体呈现下降趋势，而且不同葡萄品种萌芽率出现极显著差异，水分含量也存在着明显差异，萌芽率与总含水量呈显著相关。这与前人研究结果一致，说明萌芽率较高的品种抗旱寒性越强，失水量较大的品种抗旱寒性较弱。根据试验拟合方程计算，‘北红’‘新北醇’‘北玫’‘北玺’‘北馨’‘威代尔’总含水量分别降低到35.49%、33.60%、30.55%、30.32%、25.98%、42.16%时，枝条萌芽率为0；其枝条含水量的反应临界点分别为40.70%、39.68%、40.80%、42.75%、42.22%、43.99%，当含水量值低于此值时，萌芽率就会明显下降。抗旱寒性能较强的品种其枝条含水量反应临界点较低，相反则临界点较高。生产中提高葡萄越冬枝条含水量的措施可以提高其越冬性能。而枝条内水分含量可作为抗旱寒评价的指标，也可作为抗旱寒新优品种的筛选指标。从本研究结果可以得出，‘北红’‘新北醇’‘北玫’‘北玺’‘北馨’等5个品种在宁夏产区2018年冬季至2019年春季的气候条件下可以露地安全越冬，具有较强的抗旱寒性能，而‘威代尔’露地不能安全越冬，要采取防护措施。

本试验结果除了发现抗旱寒性能与品种基因型密切相关外，还与树龄有关。宋瑞等[16]研究表明，随着树龄的增加，贺兰山东麓‘赤霞珠’‘美乐’葡萄根系的半致死温度降低，说明树龄大的葡萄根系抗寒性提高；陈文朝等[17]研究表明，同一立地条件下，树龄大的植株抗寒性比树龄小的强。本研究中，树龄较大的‘北红’‘北玫’的萌芽率及含水量高于树龄较小的‘北馨’‘北玺’及‘新北醇’。

休眠季枝条内含水量变化研究对于我国北方冬季旱寒气候条件下提高树体越冬能力具有重要理论价值，为探讨葡萄抗旱寒调控机制，还需在调控基因、生理表型等方面开展进一步深入研究。