杂交蓝莓‘兴安1号’抗寒能力分析

佟 斌，李 虹，孙 波

（黑龙江省科学院自然与生态研究所，哈尔滨150040）

0 引言

蓝莓是杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vaccinium)植物。果实中营养丰富，并且具增强免疫力、预防疾病等多种功能[1-3]。全球杜鹃花科越橘属植物种类繁多，中国自然分布一种为笃斯越橘（野生蓝莓），在大、小兴安岭等地区分布，引进品种较多[4-5]。在北方高寒地区由于低温等制约因素，致使大多引进的蓝莓品种产生冻害，生长缓慢[6-10]。在实际栽培时多进行防寒处理，增加了蓝莓的生产成本，严重影响北方高寒地区蓝莓产业化发展[11-16]。因此，开展蓝莓的抗寒性研究对北方地区蓝莓产业发展具有重要意义。

蓝莓‘兴安1号’由大兴安岭野生蓝莓为母本、美国矮丛蓝莓为父本进行杂交获得，于2013年12月25日经国家林业局审定授予蓝莓植物新品种。田间栽培显示与野生蓝莓相比，‘兴安1号’蓝莓的性状表现更优秀，单株果实产量也有所增加。而抗寒能力的强弱成为杂交蓝莓新品种推广应用的关键因素之一[17]。因此本研究利用人工防寒驯化方法，选取蓝莓‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓为试验材料，通过盆栽防寒试验，设置差异处理梯度，对比不同蓝莓品种的生理、生化特征，结合隶属函数法进行综合评估，衡量‘兴安1号’的抗寒能力，以期为杂交蓝莓新品种的应用推广与规模化生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与处理方法

2019年3月将‘兴安1号’蓝莓、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓3年生组培苗定植于黑龙江省科学院自然与生态研究所实验基地内。2019年10月选择生长势均一的苗木栽于盆中，置于室外自然环境条件下正常管理养护。

2019年11月中旬，利用室外自然低温胁迫。防寒措施采取深坑覆土的方式，设置轻度低温胁迫（蓝莓株高30%露出地面）、中度低温胁迫（蓝莓株高60%露出地面）、重度低温胁迫（蓝莓株高90%露出地面）、对照（不覆土）4个梯度，每个梯度处理30株。

1.2 指标测定方法

确定采样期为温度最低的2020年1月，选择同规格蓝莓盆栽苗10株，每株在相同树冠部位采样，选取成熟度一致、深休眠期未受冻伤的枝条，用以测定各项指标。采用硫代巴比妥酸法[18]测定蓝莓枝条丙二醛含量，采用电导法[19]测定蓝莓枝条电导率，参照Jin等[20]的方法测定蓝莓枝条H2O2含量，参照Huang等[21]的方法测定蓝莓枝条O2-含量，采用酶联免疫吸附检测法[22]测定蓝莓ABA含量。

1.3 抗寒性的评估方法

生理抗寒性的评估采用隶属函数法[23-24]，可有效消除单一指标的片面性结论，计算如式(1)～(2)。

式中，i为蓝莓类别，j为具体特定指标，Xjmin为全类别特定指标的最低极限值，Xjmax为全类别特定指标的最高极限值，Uij为i类别j指标的抗寒性隶属函数值，Xij为i类别j指标的值。

权重计算采用客观赋权法，以无量纲数Ij反映低温胁迫下特定指标值与对照的比值，如式(3)～(4)。归一化得到指标权重Wj，如式(5)。抗寒性综合评估如式(6)。

式中，Cj表示第j项指标实测值，Sj表示第j项指标均值。

1.4 田间试验的观测方法

2019年3月与盆栽试验均在黑龙江省科学院自然与生态研究所实验基地内，将‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓3年生苗木定植于田间，株行距0.7 m×1.5 m，采用随机区组设计。土壤有机质含量5%～12%，pH 4.5～6.0，土壤湿度20%～80%。至2020年5月初为止定期统计株高、冠幅、植株存活率。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫对蓝莓枝条相对电导率的影响

如图1所示，在轻度低温胁迫条件下，蓝莓的相对电导率变化不显著；中度低温胁迫条件下，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的相对电导率与对照相比均有所提高，幅度在154.4%～450%；在重度低温胁迫条件下，3种蓝莓的相对电导率提升幅度更大，达到297.6%～450%。由此可知，蓝莓枝条的相对电导率受低温胁迫影响较明显，以美国矮丛蓝莓的变化幅度最为显著。

图1 低温胁迫对蓝莓枝条相对电导率的影响

2.2 低温胁迫对蓝莓枝条丙二醛(MDA)含量的影响

如图2所示，蓝莓的MDA含量的变化与低温胁迫程度的加剧呈显著的正相关关系。在重度低温与中度低温胁迫条件下，与对照相比，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的MDA含量均有大幅提升，差异性达到极显著水平。由此可见，一定程度的低温胁迫下，野生蓝莓、‘兴安1号’的变化幅度比美国矮丛蓝莓低，可以推测低温胁迫对其质膜伤害程度相对较小。

图2 低温胁迫对蓝莓枝条MDA含量的影响

2.3 低温胁迫对蓝莓枝条的H2O2含量的影响

如图3所示，在低温胁迫条件下，H2O2含量随着胁迫程度的加剧呈显著上升趋势。在轻度低温胁迫条件下，与对照相比，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的H2O2含量不存在显著差异。而在重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的H2O2含量都显著提高，差异达到极显著水平。

图3 低温胁迫对蓝莓枝条H2O2含量的影响

2.4 低温胁迫对蓝莓枝条的O2-速率的影响

如图4所示，在低温胁迫条件下，O2-速率随着胁迫程度的加剧显著上升。在轻度低温胁迫条件下，与对照相比，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的O2-速率不存在显著差异。而在重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的O2-速率都显著提高，差异达到极显著水平。在同一程度的低温胁迫下，不同品种的蓝莓的O2-速率变化不同。

图4 低温胁迫对蓝莓枝条O2-速率的影响

2.5 低温胁迫对蓝莓枝条的ABA含量的影响

如图5所示，在低温胁迫条件下，ABA含量随着胁迫程度的加剧呈现显著上升趋势。在轻度低温胁迫条件下，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的ABA含量与对照之间显著不差异。而在中度、重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的ABA含量都显著提高，差异达到极显著水平。

图5 低温胁迫对蓝莓枝条ABA含量的影响

2.6 蓝莓的抗寒性评估

基于隶属函数的上述各指标的加权平均值对各蓝莓品种抗寒性进行综合评估（表1）。经过计算发现，MDA含量、相对电导率、O2-速率的权重值较大，推测可能与蓝莓抗寒性紧密相关。经过综合评估值的计算3种蓝莓抗寒性有强到弱表现为‘兴安1号’>野生蓝莓>美国矮丛。

表1 蓝莓的抗寒性评估

2.7 田间试验验证结果

2019—2020年试验时间内哈尔滨市冬季平均气温为-12.7℃，平均降雪量为4.9 mm，接近于该地区历史平均值。该地区总体气候环境优于野生蓝莓自然分区地区，劣于美国矮丛蓝莓引种地气候环境。在哈尔滨越冬时冬季温度成为蓝莓生长的主要限制因子。由表2可知‘，兴安1号’、野生蓝莓的存活率显著高于美国矮丛蓝莓；‘兴安1号’蓝莓的冠幅明显高于野生蓝莓和美国矮丛蓝莓；3个品种的株高野生蓝莓、‘兴安1号’蓝莓数值高于美国矮丛蓝莓。总体来说，田间试验与指标抗寒性综合评估结果趋于一致。

表2 田间栽培条件下低温对3个蓝莓品种的生长影响

3 结论

本研究基于人工防寒驯化方法，利用隶属函数法，以田间实验和生理指标相互验证为切入点进行研究。在中度低温胁迫条件下，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的相对电导率与对照相比均有所提高。在重度低温胁迫条件下，3种蓝莓的相对电导率提升幅度增加；蓝莓的MDA含量的变化与低温胁迫程度的加剧呈显著的正相关。在重度低温与中度低温胁迫条件下，与对照相比，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的MDA含量均有大幅度的提升，差异性达到极显著水平；H2O2含量随着胁迫程度的加剧呈显著上升趋势。在重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的H2O2含量显著提高，差异达到极显著水平；蓝莓O2-速率随着胁迫程度的加剧呈显著上升趋势。在轻度低温胁迫条件下，与对照相比，‘兴安1号’、野生蓝莓、美国矮丛蓝莓的O2-速率不存在显著差异。在重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的O2-速率显著提高，差异达到极显著水平；ABA含量随着胁迫程度的加剧呈现显著上升趋势。在中度、重度低温胁迫条件下，与对照相比，蓝莓的ABA含量显著提高，差异达到极显著水平。通过蓝莓的抗寒性评估MDA含量、相对电导率、O2-速率在5种生理指标中的权重值较大，‘兴安1号’抗寒能力总体优于野生蓝莓、美国矮丛蓝莓。田间试验结果表明‘兴安1号’、野生蓝莓的自然越冬存活率显著高于美国矮丛与蓝莓生理指标表现和抗寒性综合评估结果趋于一致。

4 讨论

在低温条件下，植物细胞质膜是植物最先受到伤害的部位，可使质膜的透性增加、电解质渗出。质膜伤害越小植物的抗寒性越强，细胞膜的渗出率与植物御寒能力呈现负相关的趋势，与本试验测得MDA含量与相对电导率数据所呈现的规律相同。“膜脂相变”学说被称为近代植物抗寒性机理研究的奠基石[19]。低温胁迫阻碍了植物体内活性氧自由基的代谢，导致细胞内活性氧自由基的产生和清除紊乱从而形成积累。这在蓝莓中已有报道[6,16,23]。在本实验中3个蓝莓品种H2O2含量与O2-含量均随低温胁迫程度的加剧而呈上升趋势，推测可能是引起蓝莓膜脂过氧化程度、质膜透性等参数呈差异化表现的主要根源[27]。经生理指标的综合分析可知，美国矮丛蓝莓的变化幅度相较‘兴安1号’蓝莓和野生蓝莓大，由此推断，低温胁迫对美国矮丛蓝莓的伤害程度较大，‘兴安1号’蓝莓和野生蓝莓抗寒性相对较强。低温胁迫对于资源植物的影响是多样化的，众多学者针对蓝莓等资源植物的抗寒性鉴定主要集中在生理、生化指标[14-17,25]。评估依据总体上可归纳为生理化指标、农艺性状参数及解剖结构等[26]，然而，所得结论各不相同。有学者针对‘美登’、‘北陆’、‘蓝丰’、‘密斯梯’等蓝莓品种的抗寒性分析表明，LT50值、MDA含量变化量、保护酶活性与4个蓝莓品种的抗寒性最为密切相关[25]。龚月桦等[22]对美国黄松、班克松和油松的抗寒性研究表明，生理生化指标对其的影响显著大于农艺性状指标。本研究3个蓝莓品种5个生理化指标在低温胁迫下均呈现不同程度的变化，与3种蓝莓抗寒性相对较紧密的指标依次为MDA含量、相对电导率、O2-速率。由此可知，蓝莓的抗寒性评估趋向于综合生理指标结合形态结构指标等。植物的抗逆性反映了植物在逆境胁迫条件下的生存、成长及繁育能力，是多重因素复合作用的集合机制。到目前为止领域内尚未形成合理的、标准化的方法[28]。因此，仅着眼于单一因素而试图评估资源植物的抗寒性，存在若干局限性。参考前人的研究成果，隶属函数分析在一定程度上实现了基于多指标测定的针对目标对象的综合性评估，其鉴定评估的准确性相对较高[29-30]。

本研究共测定了3个蓝莓品种的5个主要抗性生理指标，指标种类不够全面。分析了不同低温处理梯度下各蓝莓品种的指标变化规律，但其中3个蓝莓品种的若干指标之间的变化趋势呈现出不一致的复杂性，各指标的增幅排序就各有差异，如MDA含量与O2-含量。对于其内部机理探究不深，更多地应用了前人的研究成果对本试验进行论证。对生理指标进行客观赋权方式结合隶属函数对3个蓝莓品种抗寒性进行了综合评估，一定程度上仍存在评估中的主观随意性。3年生蓝莓仍处于植株的苗期，应用短时间的试验数据研究各品种蓝莓的抗寒能力并不够详实。‘兴安1号’蓝莓是一个优良的杂交蓝莓新品种，本研究旨在对其环境适应性进行一定的了解，为‘兴安1号’蓝莓在北方高寒地区应用与推广提供一定理论参考。