尹翠+孫利鑫+曹震+陳磊+張亞紅

摘要：為研究根域加溫對塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄休眠期至萌芽期生理特性及芽萌發(fā)的影響，試驗以五年生紅地球葡萄為試驗材料，在需冷量滿足后進(jìn)行根域加溫處理，設(shè)置（20±2） ℃（以下簡稱T20 ℃）和對照（CK）2個溫度梯度，觀測芽體萌發(fā)進(jìn)程、測定休眠期至萌芽期葡萄一年生枝條和10、20、30 cm 3個深度根系的脯氨酸含量（Pro）、丙二醛含量（MDA）和SOD活性的變化。結(jié)果表明：塑料大棚促早栽培通過根域加溫可以提高土壤溫度約9.9 ℃，T20 ℃處理比對照提早6 d解除休眠。休眠期葡萄枝條和根系內(nèi)Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速升高；升溫管理后，T20 ℃處理下根系Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速下降，CK 處理Pro和MDA含量下降緩慢，SOD活性先上升后下降；2種處理下，枝條內(nèi)Pro含量、MDA含量、SOD活性均呈現(xiàn)下降趨勢，且T20 ℃處理根系和枝條各個生理指標(biāo)均低于CK。適當(dāng)提高土壤溫度可以使葡萄提早解除生態(tài)型抑制休眠，提前進(jìn)入萌芽，提早上市。

關(guān)鍵詞：根域加溫；紅地球葡萄；休眠期；萌芽期；生理特性；萌發(fā)

中圖分類號： S663.101文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0203-04

隨著果樹設(shè)施栽培的迅速發(fā)展，落葉果樹的休眠研究成為熱點。休眠是落葉果樹為在冬季低溫或夏季高溫等不良環(huán)境條件下生存，以暫時停止生長或進(jìn)行落葉的方式來適應(yīng)環(huán)境變化的現(xiàn)象[1]。落葉果樹必須經(jīng)歷低溫休眠過程才能正常萌芽、開花和結(jié)果，其開花早晚在理論上主要受需冷量和需熱量的控制。在設(shè)施果樹生產(chǎn)中，如果未滿足落葉果樹對低溫的需求而過早揭苫升溫，則會導(dǎo)致果樹生長發(fā)育不正常，出現(xiàn)不能適期萌芽或萌芽不整齊現(xiàn)象，并引起花器官畸形或嚴(yán)重敗育，影響果實的品質(zhì)和產(chǎn)量[2-3]。塑料大棚可以通過反保溫處理的方式（白天覆蓋保溫被弱光低溫，夜間揭開保溫被降溫）提前滿足落葉果樹的低溫需求，但升溫管理后（保溫被白天揭開夜間覆蓋），塑料大棚內(nèi)白天氣溫能夠滿足芽萌發(fā)環(huán)境條件但由于夜間失熱，土溫上升緩慢，達(dá)不到萌發(fā)所需的熱量，果樹處于生態(tài)抑制休眠階段，造成同品種葡萄的萌芽期在塑料大棚中比日光溫室萌發(fā)晚1個月。大量研究表明，溫度是影響果樹芽體解除休眠的最主要的因子[4-5]，不同溫度條件下果樹的枝條與根系生理指標(biāo)變化也不同。

對落葉果樹芽休眠的誘導(dǎo)和解除過程中生理指標(biāo)變化前人做了較多研究，韓浩章等認(rèn)為，葡萄和油桃在自然休眠解除過程中，2種果樹芽體SOD活性在初休眠期緩慢增強(qiáng)并一直保持較高水平，在休眠后期減弱[6]。王連榮等發(fā)現(xiàn)，20 ℃ 土壤溫度處理下早露蟠桃花芽可溶性糖、淀粉、蛋白質(zhì)和氨基酸含量在整個休眠期均低于15 ℃土壤溫度處理和對照[7]。李政紅等認(rèn)為，曙光油桃未進(jìn)入休眠時，芽體MDA含量呈下降趨勢，隨著外界低溫的來臨，芽體進(jìn)入休眠狀態(tài)，MDA含量迅速上升，并穩(wěn)定在較高水平上[8]。以上主要是針對落葉果樹休眠期至萌芽期枝條和芽的生理生化變化的研究，但對根系生理特性研究較少。王世平等提出，通過根域加溫可以提高促成栽培早期土壤溫度約10 ℃，各物候期均早于未加溫處理2～5 d，新梢生長好、葉面積大、花穗發(fā)育好、單株果穗數(shù)顯著增加，能提高果實品質(zhì)，果粒質(zhì)量、果穗質(zhì)量和單株產(chǎn)量均顯著高于未加溫處理[9]。目前，國內(nèi)外對芽體和枝條休眠的研究主要集中在打破休眠（內(nèi)休眠或自然休眠）的機(jī)理上，對自然休眠解除后的生態(tài)抑制休眠的規(guī)避，以及土壤溫度對根系生理特性及萌芽期的影響研究甚少。

本研究通過對塑料大棚內(nèi)葡萄根域進(jìn)行加溫處理，研究其對土壤溫度、對葡萄解除休眠進(jìn)程、休眠期至萌芽期根系和枝條生理指標(biāo)變化規(guī)律的影響，探究設(shè)施果樹休眠與萌芽的生理機(jī)理，為設(shè)施果樹生產(chǎn)管理提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2013年與2014年在寧夏小任果業(yè)發(fā)展有限公司的[CM（25]塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，（塑料大棚長96[KG*3]m，寬16[KG*3]m，脊高[CM）]〖LM〗 4.25 m，南北延長，為鋼架結(jié)構(gòu)，覆蓋材料為PE膜，保溫覆蓋材料為棉被）。以五年生且生長發(fā)育良好的紅地球葡萄一年生枝條和10、20、30 cm處根系為試材。溫度數(shù)據(jù)采用美國Campbellsci公司生產(chǎn)的CR10X、CR800數(shù)據(jù)采集器和相關(guān)溫度傳感器，每15 min采集1次。

1.2試驗方法

1.2.1溫度的設(shè)置與測定2013年11月8日對塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄扣棚反保溫管理（白天覆蓋保溫被弱光低溫，夜間揭開保溫被降溫），期間將棚內(nèi)氣溫控制在0～7.2 ℃，以滿足紅地球葡萄解除休眠的低溫需求量。12月28日升溫管理（保溫被白天揭開夜間覆蓋），同時在12月28日對土壤溫度作以下處理：常溫處理（CK），地表覆蓋黑色地膜，保持棚內(nèi)自然土壤溫度，作為對照；（20±2） ℃（以下簡稱T20 ℃）處理，選擇生長良好的6行葡萄，在距離葡萄主根40 cm處地表下30 cm鋪設(shè)電熱線（電熱線固定在納米材料板上）之后覆土，覆蓋黑色地膜保溫，外接控溫儀控制溫度（控溫儀設(shè)置斷電溫度為22 ℃）。安裝加熱設(shè)備后，在每個處理地表下（離葡萄根系30 cm）10、20、30 cm處埋設(shè)溫度探頭，重復(fù)2次，試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，2行（20株）為1個小區(qū)，重復(fù)3次，每個處理間設(shè)置保護(hù)行。

1.2.2生理指標(biāo)的測定休眠期每2周對每處理隨機(jī)選取3株葡萄，采集發(fā)育良好的一年生枝條和地表下10、20、30 cm處的根系，升溫期每周采樣1次。樣品裝入保鮮袋內(nèi)封口，放在保溫箱帶回實驗室，用液氮處理，放在-20 ℃冰箱中保存供測定，測定指標(biāo)時采用表皮與木質(zhì)部的混合樣。脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[10]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑法測定[10]。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[10]。結(jié)果表明，10、20、30 cm處根系生理指標(biāo)值大小不同，但變化趨勢基本相同，選擇20 cm處根系作代表分析。

1.3統(tǒng)計方法

運(yùn)用Excel 2007 和SAS進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用五日滑動法處理溫度數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1塑料大棚內(nèi)空氣溫度和土壤溫度變化

2.1.1塑料大棚內(nèi)空氣溫度變化圖1所示，2013年11月8日至12月28日進(jìn)行扣棚反保溫管理后氣溫降低，日平均氣溫和日最低氣溫雖有波動，但多在0～7.2 ℃之間滿足葡萄休眠對溫度的要求。12月29日后塑料大棚開始升溫管理，氣溫呈上升趨勢并穩(wěn)定在較高水平上，能夠滿足紅地球葡萄需熱量的積累，葡萄由休眠逐漸進(jìn)入萌芽。2014年2月2—9日，出現(xiàn)低溫是由于下雪導(dǎo)致外界氣溫驟然下降，之后溫度迅速回升。

2.1.2塑料大棚內(nèi)土壤溫度變化由圖2可知，休眠期（11月8日至12月28日）土壤日平均溫度在 2～7 ℃之間波動，能夠滿足葡萄需冷量的需求。12月28日升溫后，T20 ℃處理下土壤日平均溫度變化相對穩(wěn)定，波動范圍在18～22 ℃之間，加溫期間1月22日出現(xiàn)最低值為18.1 ℃。加溫處理 50 d（2月18日），T20 ℃處理下土壤日平均溫度比CK處理日平均溫度高9.9 ℃，之后隨著外界氣溫不斷升高，加熱與對照處理之間土壤溫差逐漸變小。

2.2土壤溫度對葡萄萌芽率的影響

由表1可知，土壤溫度對塑料大棚葡萄休眠解除有一定的影響，隨著熱量累積量（需熱量）的積累，CK處理和T20 ℃處理萌芽率逐漸升高，2個處理間差異極顯著。T20 ℃、CK處理下塑料大棚內(nèi)葡萄開始萌動日期分別為2014年2月8日和2月14日，2月14日T20 ℃處理下葡萄萌芽率為25.6%，2月18日萌芽率超過50%；CK處理在2月24日萌芽率為 52.7%，已超過50%，說明芽體已經(jīng)解除休眠，開始萌動。通過以上分析可知，T20 ℃處理比CK處理提早6 d解除休眠。

2.3土壤溫度對葡萄根系和枝條生理指標(biāo)的影響

2.3.1對脯氨酸含量變化的影響由圖3可知，土壤加溫對紅地球葡萄根系和枝條內(nèi)脯氨酸含量變化有一定的影響，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK處理下根系內(nèi)脯氨酸含量隨時間變化而穩(wěn)定上升，12月28日達(dá)到最大值，分別為0.192 1、0.183 9 μg/g，12月28日升溫管理后T20 ℃處理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK緩慢下降。T20 ℃、CK處理下枝條內(nèi)脯氨酸含量均呈先上升后下降趨勢，T20 ℃處理下其含量低于對照處理。由于空氣溫度的影響，枝條內(nèi)脯氨酸含量在休眠前期（12月10日前）和升溫后期（1月10日后）均高于根系脯氨酸含量。

2.3.2對丙二醛含量變化的影響由圖4可知，休眠期（11月8日至12月28日），T20 ℃、CK處理下葡萄根系和枝條隨著外界低溫的來臨逐漸進(jìn)入休眠，MDA含量迅速上升，并穩(wěn)定在較高水平上，枝條丙二醛含量低于根系。說明休眠期低溫使根系膜系統(tǒng)受過氧化作用而損傷，這種損傷可以通過根系和枝條丙二醛含量反映出來。升溫后（12月28日后）根系和枝條MDA含量均呈現(xiàn)下降趨勢，T20 ℃處理下根系丙二醛含量急速下降，CK則緩慢下降，說明根系MDA含量對溫度反應(yīng)較敏感。枝條MDA含量變化相對穩(wěn)定，可能由于枝條對溫度敏感性較差。T20 ℃處理下根系和枝條均低于CK處理，說明土壤增溫可以抵消低溫對丙二醛的部分影響。

2.3.3對SOD活性變化的影響由圖5可知，土壤增溫對紅地球葡萄根系和枝條SOD活性具有一定的影響，休眠期（11月8日至12月28日），SOD活性迅速增強(qiáng)，12月20日至1月3日，SOD活性呈現(xiàn)“V”字形，出現(xiàn)谷值分別為161.99、170.67 OD/g。1月3日T20 ℃處理下根系SOD活性呈快速減弱趨勢，CK處理則先增強(qiáng)后減弱，且T20 ℃根系SOD活性明顯弱于CK。枝條SOD活性緩慢減弱，2種處理減弱趨勢基本相同。SOD是誘導(dǎo)酶，每處理開始時保持較高的水平，這可能與休眠期低溫誘導(dǎo)有關(guān)，而T20 ℃處理下根系和枝條SOD活性都弱于CK處理，說明較高土壤溫度可以消除低氣溫的部分影響。

3結(jié)論與討論

果樹休眠是在系統(tǒng)發(fā)育過程中形成的，是一種對逆境的適應(yīng)性[11]。一般認(rèn)為，落葉果樹根系沒有自然休眠現(xiàn)象，在環(huán)境適宜的條件下可以周年生長，自然休眠接受低溫信號的位點在地上部，以芽為主體，而根系是否影響低溫需求量及其自然休眠解除，這方面報道較少。Young等認(rèn)為，蘋果根系需要接受一定的低溫才能正常的萌芽和生長，而桃根系經(jīng)過低溫處理，推遲發(fā)芽并減少新梢的生長[12]。在本試驗中，塑料大棚內(nèi)紅地球葡萄地上部接受正常自然休眠，需冷量滿足后對土壤進(jìn)行不同溫度處理，結(jié)果表明，較高的土壤溫度，能促進(jìn)葡萄提早解除生態(tài)型抑制休眠，縮短萌芽期。這與高東升等對油桃和杏研究結(jié)果[13]相似，肯定了土壤溫度對葡萄休眠解除有影響。

在日本，果樹加溫（氣溫）促早栽培中，翌年發(fā)芽不良和生長緩慢的現(xiàn)象比較普遍，增溫時間越早，花芽分化率越低，花穗原基發(fā)育越差[14]。后來研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于在加溫時地上部開始活動，而根系卻仍然處在較低的溫度環(huán)境中，根際營養(yǎng)供給不能滿足地上部的生長需要[15]。在本研究中，2種處理在同一個塑料大棚內(nèi)，土壤增溫沒有造成空氣溫度的差異，但提高土壤溫度后，適宜的根際溫度有利于根系生長，根系不斷合成細(xì)胞分裂素并向上運(yùn)輸，影響芽的休眠進(jìn)程，從而使葡萄提早解除休眠，縮短萌芽期，提前成熟。據(jù)Kliewer報道，Cabernet Sauvignon葡萄根域溫度設(shè)置為 11～35 ℃，地溫越高，新梢生長越快，葉片數(shù)越多，葉面積越大[16]。

脯氨酸是植物細(xì)胞中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對植物抗逆性起重要的調(diào)節(jié)作用，植物通過增加細(xì)胞內(nèi)脯氨酸含量增強(qiáng)對外界低溫環(huán)境的耐受性[17]。在低溫條件下，植物組織中脯氨酸的含量顯著增加，可提高植物的抗寒性。試驗結(jié)果表明，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK處理下根系內(nèi)脯氨酸含量隨時間變化而穩(wěn)定上升，由于蓄冷期溫度較低，脯氨酸含量增加，與歐陽汝欣研究的在自然休眠過程中，隨著低溫積累，游離脯氨酸含量不斷上升的結(jié)果[18]一致，升溫管理后T20 ℃處理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK緩慢下降。T20 ℃、CK處理下枝條內(nèi)脯氨酸含量均呈先上升后下降趨勢，T20 ℃處理下的含量低于CK處理。與王連榮研究的結(jié)果[7]相反，可能是由于測定的部位和氨基酸種類不同，還須要進(jìn)一步探究。

MDA是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物之一，其含量可以反映脂質(zhì)過氧化的程度[19]，植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，發(fā)生膜脂過氧化作用。休眠期較高M(jìn)DA含量，表明低溫對根系和枝條體造成了一定傷害，作為應(yīng)對機(jī)制，根系和枝條作出積極響應(yīng)，如膜組分的變化以及清除過氧化氫、超氧陰離子自由基等有毒物質(zhì)，這些機(jī)制可能參與休眠的調(diào)控。試驗結(jié)果表明，休眠期（11月8日至12月28日），T20 ℃、CK處理下葡萄根系和枝條隨著外界低溫的來臨逐漸進(jìn)入休眠，MDA含量迅速上升，并穩(wěn)定在較高水平，枝條丙二醛含量低于根系。這可能是未休眠的根系和枝條發(fā)生的一系列生理生化變化，為進(jìn)入休眠做準(zhǔn)備，這種變化可從膜透性上反映出來。升溫后（12月28日后），根系和枝條丙二醛含量均呈下降趨勢，T20 ℃處理下根系丙二醛含量急速下降，CK則緩慢下降，與李政紅等的研究結(jié)果[8]相似。

超氧化物歧化酶（SOD）是一種植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)中重要的酶，是典型的誘導(dǎo)酶[20-22]，它能催化超氧陰離子自由基產(chǎn)生過氧化氫，防止氧自由基破壞細(xì)胞的組成和結(jié)構(gòu)，保護(hù)細(xì)胞免受氧化損傷。因此，SOD具有保護(hù)生物體免受活性氧傷害的能力。在本試驗中，隨著休眠進(jìn)程的繼續(xù)，根系和枝條SOD活性升高，產(chǎn)生大量或過量的H2O2，進(jìn)入萌芽期后SOD活性有所降低。在萌芽期，T20 ℃處理根系和枝條SOD活性低于CK處理。這可能是T20 ℃處理減少了根系和枝條內(nèi)活性氧的形成，活性氧濃度降低，SOD活性相應(yīng)降低；而CK處理土壤溫度較低，增加了根系和枝條內(nèi)活性氧含量，SOD是一種誘導(dǎo)酶，為了消除芽體內(nèi)合成的活性氧，低溫誘導(dǎo)了SOD的大量合成，從而提高了SOD活性。植物生長發(fā)育過程中休眠具有重大的意義，因此在休眠期間一定會發(fā)生一系列不同于生長期間的生理生化變化，可能是由于不同生理生化變化導(dǎo)致植株由休眠逐漸進(jìn)入萌芽。

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