低温胁迫下不同苹果矮化砧木品种的抗寒性研究

石游，罗秉瑜，吾买尔江·亚森

（新疆伊犁州林业科学研究院，新疆 伊宁 835000）

苹果矮化密植是当今世界苹果发展的趋势，具有结果早、产量高、便于机械作业、降低果园劳动强度等优点。目前，新疆伊犁河谷苹果矮化密植栽培正处于初步发展阶段[1]，而抗寒性是影响苹果矮化砧木适应性和栽培区域的重要因素。伊犁河谷冬春季易发生低温冻害、倒春寒、霜冻等灾害性天气，严重影响果树正常生长和结果，给林果业生产造成不同程度的损失。因此，应用抗寒性强的砧木和品种尤为重要[2]。伊犁州林业科学研究院自2010 年开始从疆内外引进多种苹果矮化中间砧及自根砧进行区域栽培试验，通过砧木抗寒性鉴定，筛选出抗寒性强的苹果矮化砧木品种，对提高苹果产量和品质，扩大苹果栽培区域[3]，促进伊犁河谷苹果产业健康持续发展具有重要意义。

不同砧木品种的抗寒能力不同，抗寒性差的品种枝干受冻后会出现开裂、抽条等现象[4]，这只是果树的外在表现。而在植物体内部，细胞受到低温胁迫后，细胞质膜受损，大量电解质外渗[5，6]，表现为抗寒性越差的品种，电解质渗出率越大。朱根海等[7]提出，利用电解质渗出率拟合Logistic 方程，通过数学分析后可得到植物的半致死温度（LT50）。王依等[8]采用人工模拟低温的方法，利用LT50，比较了4 个酿酒葡萄品种的抗寒性。刘兴禄等[9]利用电导法结合Logistic 方程，综合评价了5 个苹果砧木枝条的抗寒性。前人在利用电导法结合Logistic 方程比较多种植物的抗寒性方面取得了良好效果。但截至目前，对近年引入伊犁河谷的苹果矮化砧木品种尚未进行抗寒性的综合比较。因此，选择引入伊犁河谷的10 个苹果矮化砧木品种为试材进行低温处理，利用电解质渗出率拟合Logistic 方程计算LT50，结合冻害分级和恢复生长试验，综合评价参试砧木的抗寒性，旨为伊犁河谷苹果抗寒栽培和筛选抗寒性强的苹果矮化砧木品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试苹果矮化砧木品种10 个（表1），来自全国6 家育种单位。2021 年1 月初在伊犁州林业科学研究院察布查尔县千亩科技示范基地，选择露地栽培、管理一致的苹果矮化砧木采集1 a 生枝条，要求枝条长势良好、粗度一致且无病虫害。每个品种采集60枝，长度截留约50 cm，粗度0.5～0.8 cm，采样当日气温-12～0 ℃。

表1 参试砧木品种的用途和品种来源Table 1 Use and source of apple rootstock varieties tested

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 从枝条电解质渗出率、LT50、冻害程度、恢复生长的萌发率4 个指标，对10 个苹果矮化砧木的抗寒性进行综合评价。

1.2.1.1 参试苹果砧木品种的电解质渗出率。将各品种枝条均匀分成8 组，用干净的湿纱布包好，贴上标签后放入冰箱内，4 ℃保存。随机取1 组作为对照（不进行低温处理），测定其在室温条件下的电解质渗出率；其他7 组放入超低温冰箱中进行低温处理，试验温度设-16、-20、-24、-28、-32、-36和-40 ℃计7 个处理，降温速度与升温速度保持一致，为4 ℃/h 降至所设定温度后保持12 h，再升至室温保持12 h，测定枝条的电解质渗出率。

电解质渗出率测定方法。将低温处理后的枝条依次用自来水、蒸馏水冲洗干净，擦干后避开芽眼剪成长3 mm 左右的枝段，混合均匀，从中随机挑选无损伤的枝段称取1 g 放入试管中，加蒸馏水20 mL 振荡摇匀，室温下浸提10 h，用HANNA-EC215 型电导仪测定初电导值（S1）；然后封住试管口，置于沸水浴中煮20 min，取出后晾至室温，测定其终电导值（S2）。每个处理重复4 次。根据公式，计算电解质渗出率：

式中，Y为电解质渗出率；S0为蒸馏水电导值；S1为初电导值；S2为终电导值。

1.2.1.2 参试苹果砧木品种的LT50。用电解质渗出率拟合Logistic 方程，通过公式Y=k/（1+ae-bt），应用SPSS 软件直接计算得出枝条的LT50（电解质渗出率为50%时的温度）。公式中，Y为电解质渗出率，t为处理温度，k为相对电导率的饱和容量，a、b均为方程参数。

1.2.1.3 参试苹果砧木品种的冻害分级。将低温处理后的枝条两端各剪去5 cm，剩余部位进行斜剪，根据横截面的褐变程度[10]判断枝条的受冻害级别（表2）。

表2 冻害分级标准Table 2 Classification standard of freezing injury

1.2.1.4 参试苹果砧木品种低温处理枝条的萌发率（恢复生长试验）。将经过低温处理过的枝条在室温（25 ℃）条件下放入水杯中进行恢复生长，定期浇水，30 d 后调查枝条萌发率。

1.2.2 数据统计分析 利用Excel 12.0 软件做图和制表。利用SPSS 19.0 统计软件，采用线性回归方法进行指标的差异显著性检验，置信水平为95%。

2 结果与分析

2.1 低温处理下参试苹果砧木品种电解质渗出率的变化

随着温度的降低，参试品种的电解质渗出率均基本呈升高—降低—升高的变化，在-32 和-40 ℃处理下出现2 个峰值，指标值除M26、青砧1 号、SH6 和T337 在-40 ℃处理下最高外，其他品种均为-32 ℃处理下最高，说明-32 ℃低温处理时细胞质膜受到严重损害，抗寒性很差（图1）。温度由-32 ℃下降至-36 ℃时，所有品种的电解质渗出率均有所降低，这是植物组织处于低温胁迫时自我保护功能的体现。

图1 不同低温处理下参试砧木品种枝条电解质渗出率的变化Fig.1 Changes of electrolyte exudation rate of apple rootstock varieties under different low temperature treatments

温度为-16～-20 ℃时，电解质渗出率除SH6 降低外，其他品种均缓慢升高；温度为-20～-24 ℃时，电解质渗出率仅M26 和Y-1 略微下降，其他品种均缓慢上升；温度降至-32 ℃时，所有品种的电解质渗出率均达到较高水平，指标值顺序为62-396＜青砧1 号＜SH6＜T337＜（M26=GM256）＜Y-1＜KM23＜SH1＜BP-176；温度为-40 ℃时，各品种的电解质渗出率顺序为62-396＜BP-176＜青砧1 号＜GM256＜SH6＜SH1＜KM23＜Y-1＜T337＜M26。试验低温处理下，各参试品种枝条的平均电解质渗出率顺序为62-396＜Y-1＜青砧1 号＜BP-176＜SH1＜SH6＜GM256＜KM23＜M26＜T337。综合分析低温处理下枝条的电解质渗出率，认为62-396、Y-1 和青砧1 号抗寒性较强。

2.2 低温处理下参试苹果砧木品种LT50 的变化

参试品种的LT50为-41.15～-25.75 ℃，指标值顺序为62-396＜Y-1＜青砧1 号＜BP-176＜SH1＜SH6＜GM256＜KM23＜M26＜T337，其中，62-396、Y-1 和青砧1 号的LT50达到-40 ℃以下（表3），表明这3 个品种抗寒性较强；T337 的LT50居参试品种最高，表明其抗寒性为参试品种最差。

表3 参试砧木品种的LT50Table 3 LT50 of apple rootstock varieties tested

2.3 低温处理下参试苹果砧木品种冻害级别的变化

随着温度的降低，参试品种的受冻害程度增大（表4）。温度为-16 ℃时，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 号未观察到冻害发生，BP-176 出现了0～Ⅰ级冻害，GM256、M26、KM23 和T337 均出现了Ⅰ级冻害；温度为-32～-20 ℃时，除T337 出现了Ⅱ级冻害外，其他品种冻害均为0～Ⅰ级；温度为-36 ℃时，各品种均出现了不同程度的冻害，除T337 冻害（Ⅲ级）严重外，其他品种均受冻害较轻；温度为-40 ℃时，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 号出现了Ⅰ级冻害，GM256、M26、KM23 和BP-176 出现了Ⅱ级冻害，T337 出现了Ⅳ级冻害。可以看出，62-396、Y-1、SH1、SH6 和青砧1 号抗寒性较强，其次是BP-176、GM256、M26和KM23，T337 抗寒性为参试品种最差。

表4 不同低温处理下参试砧木品种的冻害级别 （级）Table 4 Freezing injury levels of apple rootstock varieties under different low temperature treatments

2.4 低温处理后参试苹果砧木品种枝条萌芽率的变化（恢复生长试验）

试验低温条件下，除-40 ℃处理的T337 枝条未能萌发外，其他品种所有低温处理后的枝条均能萌发，但不同品种的萌发率不同；随着温度的降低，参试品种的枝条萌芽率均呈先升高后降低的变化，指标值除BP-176 以-32 ℃处理最高外，其他品种均以-24～-20 ℃低温处理最高（表5）。-16 ℃处理后，62-396 的萌芽率最高，T337最低；-24～-20 ℃处理后，参试品种枝条的萌芽率普遍达到最高，在一定程度上说明适当的低温促进了芽的休眠[11]，使植物组织抵抗低温的伤害，其中62-396 的萌芽率最高；-32 ℃处理后，BP-176、KM23、62-396、青砧1 号的萌芽率超过60%，Y-1、SH1 和SH6的萌芽率为50%～60%，T337 萌芽率最低；-40 ℃处理后，KM23、62-396 和青砧1 号的萌芽率较高，达到了57%。综合分析枝条低温处理后的萌芽率，认为62-396、BP-176 和青砧1号抵御低温的能力较强，T337 抵御低温的能力为参试品种最差。

表5 不同低温处理后参试砧木品种的枝条萌芽率Table 5 Shoot germination rate of apple rootstock varieties tested after different low temperature treatments （%）

3 结论与讨论

3.1 讨论

植物在受到低温胁迫时，体内组织会发生一系列的生理生化反应，组织细胞变化过程复杂，因此不能用某一项指标来评价植物的抗寒性[12]。植物受冻后，细胞质膜受到损伤，膜透性发生变化，细胞中电解质等会渗出到周围溶液中，通过测定溶液的电导值可反应出电解质的渗出情况，表现为电解质渗出越多，电导值就越高，抗寒性也就越差。利用电导法配合Logistic 方程可计算出植物的LT50，当外界温度低于该温度时，植物将受到不可恢复的伤害甚至死亡，该方法已在苹果[13]、草莓[14]、樱桃[15]等果树上得到了广泛应用。冻害分级是根据低温胁迫下植物组织的褐变程度来进行等级划分的一种方法。恢复生长是根据枝条受低温胁迫后恢复生长或形成愈伤组织的能力来评价抗寒性的一种传统的方法，在杨树[16]抗寒性研究中已经得到了较好应用。本研究采用这4 种方法，所得结果相互印证，可综合评价各参试苹果矮化砧木品种的抗寒性。在室内利用超低温冰箱人工模拟低温环境，试验过程中会产生一定的误差，但是抗冻试验是在同一水平下进行的，虽不能准确地判定植物所耐受的低温值，但通过品种间的比较也可以筛选出较为抗寒的品种。

3.2 结论

对10 个苹果矮化砧木品种进行梯度低温处理，测定电导值，计算电解质渗出率，通过拟合Logistic方程计算LT50，再结合冻害分级和恢复生长试验，可以综合比较各参试品种的抗寒性。研究结果表明，62-396、青砧1 号、Y-1 和BP-176 抗寒性较强，其次是SH1、SH6、GM256、KM23 和M26，T337 抗寒性相对较差。