葡萄砧木杂种的抗旱性评价*

张 星，张剑侠

（西北农林科技大学园艺学院，旱区作物逆境生物学国家重点实验室，农业农村部西北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，陕西杨凌 712100）

我国葡萄主产区以干旱半干旱气候为主，葡萄生产受到夏季高温干旱以及冬春干旱的影响，尤其是西北地区[1]，土地水分亏缺严重，导致葡萄产量及品质降低，严重制约着葡萄产业的进一步发展[2]。干旱胁迫已经成为影响我国北方地区葡萄栽培的重要阻碍[3]。为解决干旱胁迫条件下的葡萄生产问题，目前除了采用喷施抗旱蒸腾剂[4]、发展节水灌溉[5]、合理施肥[6]等措施外，利用抗性砧木嫁接栽培也越来越受到重视，这是减少干旱损失的有效途径。因此，选育抗旱葡萄砧木品种对于干旱、半干旱地区葡萄栽培具有重要意义。

国外选育的抗旱性很强的砧木品种如‘420A’‘3309’‘110R’‘140Ru’等主要来自于沙地葡萄、河岸葡萄、冬葡萄之间的杂交后代[7]。尽管这些砧木品种抗旱性强，但其他某些性状（如抗寒性、抗盐碱及嫁接后大小脚现象等）仍然存在不足之处，因此选育综合性状优良的多抗性（包括抗旱性）砧木新品种将会具有更广泛的适应性，以满足不同地域葡萄生产发展的需要。我国是葡萄属植物的发源地之一，蕴藏着丰富的抗性资源[8]，但我国利用野生葡萄进行抗旱砧木育种的研究较少[2]。本试验以课题组自主选育的4个葡萄砧木杂交组合的杂种优株作为试材，通过对其盆栽植株进行干旱胁迫处理，调查各株系的旱害严重度，对能够反映抗旱性强弱的生理指标进行测定并通过隶属函数法进行评价，然后以旱害严重度作为主指标，参考5项生理指标的平均隶属函数值，对其进行抗旱性评价，以期筛选出抗旱性强的杂种优株，为选育多抗性砧木新品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为西北农林科技大学葡萄种质资源圃中保存的4个砧木杂交组合的32个杂种优株。具体组合为：河岸葡萄（♀）×山葡萄左山75097的12个株系；山葡萄泰山-11×河岸-2的3个株系；山葡萄泰山-11×沙地葡萄的3个株系；‘5BB’×山葡萄黑龙江实生的14个株系。以欧洲葡萄品种‘红地球’作为抗旱对照（CK1），以砧木品种‘5BB’作为不抗旱对照（CK2）。

1.2 试验方法

1.2.1材料准备

2018年6月初对试验材料进行盆中压条繁殖。营养土配制按照园土∶蛭石∶有机肥＝5∶1∶0.5的比例，混合均匀后装入内径33 cm的花盆中，每盆装营养土10 kg。将装有营养土的花盆搬至试验树下，先将花盆中的土倒出一半，选择母树上生长较长的1年生绿枝，摘去刚好没入花盆中部生长的叶片，用小刀在韧皮部轻轻划两下，然后埋入土中，覆土并浇灌0.1 mg/L的IBA溶液，以促进生根，最后将另一半土覆上，浇透水，每杂种（品种）压条繁殖4盆。2019年3月将盆栽苗放入大棚中培养。待4月18日盆栽苗长出较多新叶后，开始进行干旱胁迫试验。胁迫前每盆植株浇透水，灌水后第0、8、16、28 d分别在植株相同位置采取叶片，测定各项生理指标，第8、16、28 d进行旱害表型调查。

1.2.2指标测定

叶片相对含水量的测定采用烘干称重法[9]，电导率的测定采用电导仪法[10]，叶绿素含量的测定采用直接浸提法，丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸法[11]，脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法[12]。旱害分级标准如下[13]：0级，生长正常，无旱害症状；1级，叶片出现轻微黄化或轻度萎蔫；2级，叶片叶缘焦枯或重度萎蔫；3级，大部分叶片焦枯或出现严重落叶或严重萎蔫；4级，枝条枯死。

1.2.3数据分析

采用隶属函数法进行抗旱性综合评价[14]，用每株系的生理指标隶属函数值的平均数作为其平均隶属度。参照李敏敏等[15]的方法按照平均隶属度（SL）将抗旱性分为4级：0.00～0.30为抗旱性弱（LR）；0.31～0.60为抗旱性中等（MR）；0.61～0.80为抗旱性强（HR）；0.81～1.00为抗旱性极强（FR）。以旱害严重度作为主指标，参考5项生理指标的平均隶属函数值，将葡萄的抗旱性分为4个类型：极抗旱、强抗旱、中等抗旱、弱抗旱。

2 结果与分析

由表1可知，干旱胁迫第16 d时，各株系受害程度差别并不十分明显，旱害最高为2级。干旱胁迫第28 d时，各株系受害程度出现明显差别，其中HS-6、BBS-8、BBS-11、‘红地球’生长正常，无旱害症状；HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-8、HS-9、HS-12、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-3、BBS-5、BBS-6、BBS-12、BBS-13、BBS-15出现轻度萎蔫，旱害等级为1级；HS-7、HS-10、HS-11、TS-1、BBS-4、BBS-10、‘5BB’出现重度萎蔫，旱害等级为2级；TH-2、TS-3、BBS-7叶缘焦枯，出现严重萎蔫，旱害等级为3级；HS-5、TH-1、TH-3、BBS-9出现枝条枯死现象，旱害等级达到4级。

表1 葡萄各砧木杂种优株旱害程度分级

叶片相对含水量是植物体内供水与保水机制综合作用的结果，由表2可知，随着干旱胁迫时间的延长，叶片相对含水量总体呈下降趋势。干旱胁迫第8 d时，叶片相对含水量下降不明显，甚至个别株系如HS-3、‘红地球’含水量上升；干旱胁迫第16 d时，不同株系间叶片相对含水量出现较明显差别，其中最高的是HS-9，为92.8%，最低的是BBS-5，为72.3%，其余株系为75.0%～91.3%，下降最快的是BBS-5，降幅为21.6%，HS-9下降最慢，降幅为2.1%；干旱胁迫第28 d时，各株系叶片相对含水量与同时间点对照相比下降明显，其中TH-1、TH-3、TS-3、BBS-9降幅均超过30%，TH-1、TH-3、TS-1、TS-3、BBS-2、BBS-9、BBS-10叶片相对含水量低于70%，HS-3、HS-8、HS-9、BBS-6、‘红地球’叶片相对含水量则保持在90%以上，表现了较好的保水性。

表2 葡萄各砧木杂种优株叶片相对含水量变化 %

由表3可知，不同砧木叶绿素含量随干旱胁迫时间的延长呈现不同的变化趋势，HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-7、TH-1、TS-1、TS-6、BBS-3、BBS-5先降后升，其余除‘红地球’一直升高外，多数株系先升后降，HS-5、HS-10、TH-2在干旱胁迫后期叶绿素含量不断下降且第28 d降幅大于第16 d降幅，由旱害分级可知，其均为旱害较重的株系。至干旱胁迫末期时，HS-1、HS-8、BBS-8、BBS-10、BBS-11、BBS-13、‘5BB’叶绿素含量仍大于1.00 mg/g，HS-5、TH-3、BBS-7、BBS-9含量则低于0.60 mg/g，其余株系叶绿素含量为0.60～0.98 mg/g，降幅最大的是BBS-5，达到0.77 mg/g，BBS-8则上升0.33 mg/g。不同株系叶绿素含量的多少及升降程度也反映了其对干旱胁迫不同的响应程度与耐受性。

表3 葡萄各砧木杂种优株叶绿素含量变化 mg/g

由表4可知，不同株系的相对电导率随时间逐渐上升且上升幅度各不相同。干旱胁迫16 d时，整体电导率增幅不大，除个别株系如HS-8、TH-2增幅较明显外，超过一半的株系相对电导率增幅在30%以下；干旱胁迫28 d时，各株系的相对电导率大幅增加且不同株系有较大差异，其中相对电导率最高的是TH-1，为86.9%，TS-1、BBS-4、BBS-10的相对电导率均超过70%且增幅超过100%，HS-8、HS-9、BBS-3、BBS-6、BBS-15相对电导率较低，均低于40%，BBS-5、BBS-15相对电导率增幅最小，分别增加了13.9%、14.8%，不同株系相对电导率以及变化幅度的不同，说明了株系间不同的细胞膜脂透性，也反映了逆境的胁迫强度与株系间不同的抗逆性。

表4 葡萄各砧木杂种优株相对电导率变化 %

丙二醛（MDA）是植物在胁迫下细胞过氧化的产物，由表5可知，随着干旱胁迫的加重，各株系整体MDA含量随时间逐渐增加且增幅因不同株系而表现出较大差异。干旱胁迫第8 d时，除了HS-5、‘5BB’MDA含量增幅超过4.00 mmol/g外，多数砧木株系MDA含量增幅在3.00 mmol/g以下，且BBS-8、BBS-12、BBS-15的MDA含量出现下降，说明此时胁迫较轻；干旱胁迫28 d时，各株系MDA含量出现大幅增加，最高的是BBS-7，达20.56 mmol/g，其次是TH-3、TS-3、BBS-15、‘5BB’，MDA含量均超过18.00 mmol/g，HS-12、BBS-12的MDA含量较低，均低于10.00 mmol/g，其余株系MDA含量为10.19～17.82 mmol/g，MDA含量不同反映了不同株系间细胞过氧化程度不同，在干旱胁迫下受到的伤害不同。

表5 葡萄各砧木杂种优株丙二醛含量变化 mmol/g

由表6可知，脯氨酸含量随时间的延长逐渐增加且不同株系脯氨酸的增量不同。因为试验前期有连阴雨且温度较低，所以干旱胁迫第8 d时脯氨酸增量并不明显，其中HS-7增量最大，增幅为7.48 μg/g；至干旱胁迫第16 d时，脯氨酸含量最高的是BBS-11，达19.65 μg/g，含量最低的是HS-5，为4.13 μg/g，其余株系脯氨酸含量为6.92～18.76 μg/g；干旱胁迫第28 d时，随着胁迫的加重各株系的脯氨酸含量大幅增加，其中HS-6、BBS-2、BBS-3、BBS-13、‘红地球’脯氨酸含量超过60.00 μg/g，HS-5、HS-11、TH-3、TS-3、BBS-1、BBS-9、BBS-10、BBS-12脯氨酸含量低于20.00 μg/g。脯氨酸含量的增加是植物适应逆境胁迫的一种表现，在干旱等逆境胁迫下，植物体内游离脯氨酸含量急剧上升，可比原始量增加几十至上百倍[16]，一般耐性强的株系受害后游离脯氨酸增量多于耐性弱的株系。

表6 葡萄各砧木杂种优株脯氨酸含量变化 μg/g

由表7可知，根据各株系的平均隶属函数值，HS-3、HS-6、HS-8、HS-9、BBS-3、BBS-6、BBS-8、BBS-11、BBS-13、‘红地球’属于强抗旱类型，HS-1、HS-2、HS-4、HS-7、HS-10、HS-11、HS-12、TH-2、TS-1、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-4、BBS-5、BBS-10、BBS-12、BBS-15、‘5BB’属于中等抗旱类型，HS-5、TH-1、TH-3、TS-3、BBS-7、BBS-9属于弱抗旱类型。

表7 干旱胁迫28 d葡萄各砧木杂种优株抗旱性平均隶属值与抗旱水平

综上，以旱害严重度为主指标，参考5项生理指标的平均隶属函数值，将试验材料的抗旱性分为4种类型：HS-6、BBS-8、BBS-11、‘红地球’属于极抗旱类型，HS-1、HS-2、HS-3、HS-4、HS-8、HS-9、HS-12、TS-6、BBS-1、BBS-2、BBS-3、BBS-5、BBS-6、BBS-12、BBS-13、BBS-15属于强抗旱类型，HS-7、HS-10、HS-11、TS-1、BBS-4、BBS-10、‘5BB’属于中等抗旱类型，HS-5、TH-1、TH-2、TH-3、TS-3、BBS-7、BBS-9属于弱抗旱类型。

3 结论与讨论

当受到干旱胁迫时，植物体内会发生一系列生理生化反应来应对逆境，包括渗透调节、生长代谢调节等。在植物的生长环境中，水分的影响尤为重要，叶片的相对含水量与其生理功能密切相关，可以直接反映植物组织的水分状况。潘学军等[17]通过对喀斯特山区野生葡萄实生苗进行干旱胁迫，表明干旱条件下较高的叶片相对含水量是植物抗旱能力较强的表现。任菲宏等[18]通过主成分分析法，得出叶片相对含水量与旱害系数对葡萄耐旱性的影响在90%以上。在干旱情况下，植物失水造成水势降低，细胞因失水渗透势发生改变，透性增大导致内容物外渗，可根据渗出液的电导率来对细胞膜的受损程度进行判断[19]。干旱胁迫条件下，葡萄叶片光合电子传递受到抑制，导致光合作用下降[20]，同时，细胞膜受损后发生膜质过氧化现象，造成膜质过氧化产物MDA的积累，MDA会与细胞内某些成分发生反应进一步加重膜质的过氧化并由此形成恶性循环，MDA含量也是衡量植物耐旱性的重要指标之一。植物在进行渗透调节过程中，游离脯氨酸作为渗透调节物质会大幅增加[16]，介导细胞与亚细胞的反应以起到保护蛋白分子、清除活性氧自由基的作用，因此干旱胁迫下植物体内游离脯氨酸含量多少也是判断植物抗旱性强弱的关键指标。在本试验中，随着干旱胁迫时间的延长，叶片相对含水量与叶绿素含量总体呈降低趋势，相对电导率升高，丙二醛和游离脯氨酸含量增加，虽然某些生理指标如叶片相对含水量、叶绿素含量、丙二醛含量在试验前期与中期与胁迫程度并未表现出严格的线性相关关系，但总体变化与理论研究相一致。

葡萄的抗旱性是由多基因控制的数量性状[21]，因此对葡萄的抗旱性评价不仅需要相关指标，科学的评价体系也非常关键，目前的评价方法主要为隶属函数法、主成分分析、灰色关联度分析等，采用多指标多方法相结合的方法能够使结果更为科学和客观[22]。对葡萄砧木杂交后代进行抗旱性鉴定是新品种选育的重要环节。本试验采用综合几项生理指标隶属函数法，结合旱害表观进行抗旱性综合评价，旨在提高鉴定结果的准确性。本研究获得了表型与各项生理指标的平均隶属函数值的评价结果基本一致，这与前人[17]得出的葡萄各项生理指标与其旱害指数间存在显著相关关系的结论相一致。

本试验中，虽然生理指标的隶属函数值评价与表观指标评价基本一致，但对各株系强抗旱类型与中等抗旱类型的评价结果仍有些许不同，这可能是因为随着干旱胁迫的加重，部分株系通过一系列生理生化变化对干旱产生适应性，内部相关指标变化情况与株系外在表现并不完全一致，通过测定叶片生理指标所得结论和整体表观调查所得结论之间有部分误差，这种误差应该可通过增加各株系的重复数量予以减小。

有研究指出，不同葡萄材料的抗旱性与其地理起源具有一定关系[2,23]。本试验中，4个砧木组合均为起源于中国的山葡萄与起源于北美洲的河岸葡萄、沙地葡萄、‘5BB’（冬葡萄×河岸葡萄）的种间杂交，亲本亲缘关系较远，植物学特性特别是抗旱性不同，杂种后代出现了抗性分离，杂种既可能表现出杂种优势，也可能表现出杂种劣势，如‘5BB’×山葡萄黑龙江实生组合中BBS-3、BBS-6等表现为强抗旱类型，而BBS-7、BBS-9为弱抗旱类型；河岸葡萄（♀）×山葡萄左山75097组合中HS-6等为强抗旱类型，而HS-5为弱抗旱类型。对于本试验筛选出的强抗旱杂种优株，我们将会进一步进行嫁接亲和性试验，并结合前期的抗寒性、抗盐碱、抗病性等鉴定结果，选育出多抗性砧木新品种。