馬 凱，韓立群，周曉斌，趙國(guó)慶，艾沙江·買買提，梅 闖，樊丁宇，王繼勛*

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 園藝作物研究所，農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，新疆 烏魯木齊 830091；2.葉城縣林業(yè)局，新疆 葉城 844900)

核桃(Juglansregia)是世界四大干果之一，是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)林樹種，也是新疆傳統(tǒng)、特色、優(yōu)勢(shì)林果樹種，截止2015年，新疆核桃栽培面積已經(jīng)達(dá)到35.17×104hm2，成為全區(qū)第二大果樹。新疆核桃95%的面積集中在南疆環(huán)塔里木盆地，核桃產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)重要組成部分。核桃是喜溫樹種，枝條髓心大，水分多，抗寒性差，冬季易發(fā)生凍害及抽條現(xiàn)象[1-2]，新疆南疆屬于典型的暖溫帶大陸性氣候，近年冬季極端氣候事件發(fā)生頻繁，核桃等特色果樹時(shí)常遭受凍害[3-4]。潘儼[5]、張婷[6]等研究了新疆早實(shí)核桃溫185、扎343的抗寒生理指標(biāo)及1年生枝半致死溫度，車?guó)P斌[7]等研究提出了合理的修剪、追肥、灌水等栽培措施能夠提高溫185核桃1年生枝的抗寒力。美國(guó)核桃栽培品種由于果實(shí)性狀突出[8]，南疆地區(qū)已逐步開展了引種栽培，但目前尚未有美國(guó)核桃品種引種抗寒適應(yīng)性方面的系統(tǒng)觀察報(bào)道。因此，在南疆氣候生態(tài)區(qū)引進(jìn)美國(guó)核桃主栽品種并進(jìn)行抗寒適應(yīng)性觀察，通過室內(nèi)抗寒鑒定結(jié)合田間越冬調(diào)查，探討引進(jìn)品種在該區(qū)域的越冬情況及凍害臨界溫度，可為品種資源引種及篩選利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料來自于農(nóng)業(yè)部新疆地區(qū)果樹科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站(葉城)核桃品種資源圃，試驗(yàn)選用的8個(gè)核桃品種樹齡3年，包括5個(gè)美國(guó)核桃品種和3個(gè)新疆核桃地方品種，美國(guó)品種為強(qiáng)特勒、哈特利、維納、艾米格、彼得羅，新疆地方品種為溫185、新新2號(hào)、新豐。

1.2 試驗(yàn)處理

2016年1月5日采集試驗(yàn)用枝條，1月1日至1月10日每日最低氣溫最大值為-7.3℃，最小值為-12.7℃。每品種選5株樹采集樹冠外圍生長(zhǎng)正常的1年生枝，每品種采集50根枝條帶回實(shí)驗(yàn)室，先用清水沖洗干凈，再用蒸餾水沖洗3次，用吸水紙擦干后對(duì)枝條剪口進(jìn)行蠟封。將每個(gè)品種蠟封后的枝條分為8份進(jìn)行試驗(yàn)處理，低溫脅迫處理采用高低溫交變程控試驗(yàn)箱，溫度分別為-12℃、-16℃、-20℃、-24℃、-28℃、-32℃、-36℃共7個(gè)處理，以4℃/h速度自動(dòng)降溫，降到預(yù)設(shè)溫度后維持24 h后，以4℃/h速度勻速升溫至室溫時(shí)取出，靜置4 h后用于生理生化指標(biāo)的測(cè)定。每處理下3根枝條作為重復(fù)，以4℃溫度處理為對(duì)照。

1.3 相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定及田間抗寒性調(diào)查

1.3.1 室內(nèi)相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定 供試材料經(jīng)低溫脅迫處理后，室溫穩(wěn)定2 h，剪去枝條上部和下部各10 cm，選用枝條中段為試驗(yàn)材料，將中段枝條剪成0.1～0.3 cm的薄片，稱量1 g放入試管中，加入20 mL重蒸餾水，在室溫下靜置10～12 h后，測(cè)量初電導(dǎo),然后將試管封口，在100℃水浴鍋中水浴1 h，待其溫度降至室溫測(cè)量終電導(dǎo)，參照賀普超[9]等測(cè)定葡萄抗寒性的方法，以(直接電導(dǎo)值/煮沸電導(dǎo)值)×100%即為電解質(zhì)外滲率，試驗(yàn)采用DDS-12A型電導(dǎo)儀。

1.3.2 田間凍害調(diào)查 田間調(diào)查在2016年3月、2017年3月結(jié)合核桃枝條萌芽情況進(jìn)行凍害調(diào)查，2016年3月定株調(diào)查2015年夏季嫁接的不同品種枝條的生長(zhǎng)量和越冬情況，2017年3月繼續(xù)調(diào)查標(biāo)記株的1年生枝生長(zhǎng)量和越冬情況等。每品種標(biāo)記5株樹，每株選5個(gè)中部外圍枝條。

1.3.3 田間實(shí)際氣溫測(cè)定 田間安裝浙江大學(xué)電氣設(shè)備廠生產(chǎn)的ZDR-20型溫濕度記錄儀進(jìn)行溫度自動(dòng)記錄，高度為距地面1.5 m處，記錄周期為2015年12月份至2016年2月份、2016年12月份至2017年2月份共2個(gè)年度的冬季，記錄儀每2 h自動(dòng)記錄1次數(shù)據(jù)，每天記錄存儲(chǔ)12個(gè)溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)每日最低氣溫?cái)?shù)據(jù)得到2個(gè)冬季每日最低氣溫變化趨勢(shì)(圖1、圖2)。由圖1、圖2可以看出，12月中下旬氣溫開始明顯降溫，冬季低溫出現(xiàn)在12月下旬至1月下旬，2月上旬以后，每日最低氣溫呈逐漸上升趨勢(shì)。2015-2016年冬季極端最低氣溫為-15.4℃，低于-15.0℃低溫出現(xiàn)時(shí)間為2 d，2016-2017年冬季極端最低氣溫為-14.6℃，低于-14.0℃低溫出現(xiàn)時(shí)間為2 d。

圖1 2015-2016年冬季果園每日最低氣溫變化Fig.1 The daily lowest air temperature of orchard in winter of 2015-2016 years

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用SPSS17.0通過相對(duì)電導(dǎo)率擬合Logistic方程進(jìn)行非線性分析，得到拐點(diǎn)溫度即為半致死溫度[10]。

圖2 2016-2017年冬季果園每日最低氣溫變化Fig.2 The daily lowest air temperature of orchard in winter of 2016-2017 years

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫下不同品種的相對(duì)電導(dǎo)率

由表1可知，在低溫脅迫過程中，隨著溫度降低，所有品種的1年生枝的相對(duì)電導(dǎo)率都呈上升趨勢(shì)，這說明隨著溫度降低，細(xì)胞膜損傷程度增大，電解質(zhì)外滲增加。在CK～-16℃的降溫過程中，各品種相對(duì)電導(dǎo)率緩慢遞增。當(dāng)脅迫溫度降到-20℃時(shí)，哈特利、彼得羅的相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到50.91%和54.29%，強(qiáng)特勒為49.91%，其余品種都在50%以內(nèi)。當(dāng)脅迫溫度降到-24℃時(shí)，美國(guó)品種哈特利、強(qiáng)特勒、彼得羅的相對(duì)電導(dǎo)率都在50%以上，彼得羅達(dá)到66.23%。3個(gè)新疆品種以及美國(guó)品種艾米格、維納的相對(duì)電導(dǎo)率仍在50%以內(nèi)，新豐最大達(dá)到49.05%?；陔娊赓|(zhì)滲出率達(dá)50%時(shí)的溫度正好與組織半致死溫度(LT50)相一致，提出以電解質(zhì)滲出率達(dá)50%時(shí)的溫度作為組織的半致死溫度(LT50)[11]可知，初步可以判斷美國(guó)品種哈特利、強(qiáng)特勒、彼得羅的1年生枝條半致死溫度應(yīng)該在-20℃以內(nèi)，其余品種應(yīng)該在-24～-28℃。

2.2 低溫脅迫下不同品種的半致死溫度

以相對(duì)電導(dǎo)率和溫度擬合Logistic方程，得到8個(gè)核桃品種1年生枝條低溫處理Logistic方程、半致死溫度以及擬合度(r)，結(jié)果見表2。所有方程擬合度都在0.9以上，且達(dá)到顯著水平。擬合結(jié)果表明，美國(guó)品種哈特利、強(qiáng)特勒、彼得羅1年生枝條半致死溫度在-18.5～-19.1℃，艾米格、維納以及3個(gè)新疆品種的1年生枝條半致死溫度在-22.2～-26.6℃，以半致死溫度(LT50)初步判斷8個(gè)核桃品種抗寒力強(qiáng)弱的結(jié)果應(yīng)為溫185>維納>艾米格>新新2>新豐>強(qiáng)特勒>哈特利>彼得羅。

表1 不同溫度處理對(duì)不同品種1年生枝相對(duì)電導(dǎo)率的影響Table 1 Effects of different treatments on REC of annual shoots of different walnut varieties %

注：同列數(shù)據(jù)后的小寫字母為新復(fù)極差多重比較的結(jié)果，標(biāo)不同小寫字母表示差異達(dá)P<0.05顯著水平。

表2 核桃不同品種Logisitic方程參數(shù)及半致死溫度(LT50)Table 2 Logisitic equation parameters and LT50 of different walnut varieties

注：*/**分別代表在0.05/0.01水平上的差異顯著性。

2.3 不同品種田間越冬情況調(diào)查

2016年3月對(duì)2015年夏季嫁接的枝條越冬情況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明，3個(gè)新疆本地核桃品種溫185、新新2號(hào)、新豐的上一年夏季嫁接枝條均無越冬凍害現(xiàn)象，萌芽正常。美國(guó)品種艾米格、維納無越冬凍害，萌芽正常，哈特利、彼得羅的上一年夏季嫁接枝條均有不同程度受凍，強(qiáng)特勒受凍較重。2017年3月對(duì)1年生枝的調(diào)查結(jié)果與上年度相似，但哈特利、彼得羅受凍程度較輕，強(qiáng)特勒未受凍。哈特利、強(qiáng)特勒、彼得羅3個(gè)品種秋稍都表現(xiàn)為萌芽不正常而且表皮有失水皺縮現(xiàn)象，這可能與抽條有關(guān)。品種間比較，哈特利、強(qiáng)特勒、彼得羅抗寒力弱于其他品種，越冬適應(yīng)性相對(duì)較差。調(diào)查結(jié)果與不同品種的相對(duì)電導(dǎo)率和半致死溫度數(shù)據(jù)反映的結(jié)果基本吻合。

表3 核桃不同品種嫁接枝條及1年生枝越冬情況調(diào)查Table 3 Investigation on overwintering status of grafted branches and annual branches of walnut varieties

3 結(jié)論與討論

低溫引起細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)的破壞是導(dǎo)致植物寒害損傷和死亡的根本原因[12]。植物遭受低溫脅迫時(shí)，膜脂受損，細(xì)胞內(nèi)某些物質(zhì)的外滲引起細(xì)胞導(dǎo)電性的變化，是電導(dǎo)法測(cè)定植物抗寒性的主要依據(jù)，也是檢驗(yàn)植物抗寒性的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法[13]。張婷等[6]認(rèn)為相對(duì)電導(dǎo)率是核桃抗寒力評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。本試驗(yàn)中，隨著溫度降低，所有品種的1年生枝的相對(duì)電導(dǎo)率都呈上升趨勢(shì)，這說明低溫導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷，電解質(zhì)外滲增加。利用電導(dǎo)法配以Logistic方程估算植物組織的低溫半致死溫度，比較抗寒性差異已經(jīng)在多種作物上廣泛應(yīng)用[14-16]。本試驗(yàn)擬合出8個(gè)核桃品種的半致死溫度在-18.5～-26.6℃，以半致死溫度(LT50)初步判斷不同品種抗寒力強(qiáng)弱的結(jié)果為溫185>維納>艾米格>新新2>新豐>強(qiáng)特勒>哈特利>彼得羅，與田間凍害調(diào)查結(jié)果基本一致。說明了以Logistic方程擬合出的半致死溫度能夠較好地評(píng)價(jià)核桃品種間抗寒力強(qiáng)弱，與他人在杏[17]、葡萄[18]、石榴[19]等果樹作物方面的研究結(jié)論相同。

溫度指標(biāo)以及凍害調(diào)查結(jié)果表明，引進(jìn)品種強(qiáng)特勒、哈特利、彼得羅3個(gè)品種在南疆的越冬適應(yīng)性相對(duì)較弱，雖然擬合的半致死溫度在-18.5～-19.1℃，在果園實(shí)際極端氣溫-14.6～-15.4℃出現(xiàn)2 d的情況下，嫁接枝條及1年生枝出現(xiàn)了凍害，維納、艾米格以及3個(gè)新疆品種越冬正常，表現(xiàn)出較好的越冬適應(yīng)性。這也說明，本試驗(yàn)在室內(nèi)低溫脅迫擬合出的半致死溫度低于田間凍害臨界溫度。以溫185品種為例，本試驗(yàn)擬合的半致死溫度為-26.6℃，潘儼等[4]擬合的半致死溫度為-24.71℃，相關(guān)研究報(bào)道表明在田間實(shí)際溫度-20～-22℃且持續(xù)低溫達(dá)到2 d，溫185就會(huì)出現(xiàn)花芽、葉芽、1年生枝條的輕度至中度凍害[20]，高于該品種室內(nèi)擬合的半致死溫度。分析原因，首先與電導(dǎo)率測(cè)定計(jì)算方法有關(guān)[21]。其次，果園是一個(gè)開放環(huán)境，樹體凍害受多方面綜合因素影響，凍害臨界溫度也受多因素影響，田間自然降溫、升溫過程與室內(nèi)高低溫交變程控冰箱的程序化降溫、升溫也有不同。但通過本試驗(yàn)結(jié)果初步判斷，核桃1年生枝田間凍害臨界溫度高于室內(nèi)擬合的半致死溫度，這樣今后在品種資源引進(jìn)、抗寒適應(yīng)性評(píng)價(jià)等方面通過半致死溫度來估算和預(yù)測(cè)田間凍害臨界溫度對(duì)生產(chǎn)就更具有參考和指導(dǎo)意義。此外，本試驗(yàn)田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1年生枝主要以形成層褐化為主要凍害表征，秋稍還兼具表皮失水皺縮的現(xiàn)象，這說明田間的樹體凍害可能受凍害和抽條同時(shí)影響，這可以在今后結(jié)合更多的氣象、生理因子深入分析。果樹引種抗寒適應(yīng)性及凍害需要長(zhǎng)期、多點(diǎn)多因素綜合分析和研究，才能更加準(zhǔn)確，并指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。