楊 陽(yáng)，譚玉超，常睿哲，任鳳山，蔣錫龍，吳新穎

(1.山東省葡萄研究院/山東省葡萄栽培與精深加工工程技術(shù)研究中心，山東 濟(jì)南 250100；2.煙臺(tái)張?jiān)？ㄋ固鼐魄f有限公司，山東 煙臺(tái) 264000； 3.山東省農(nóng)藥科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250100)

近年來，葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已成為我國(guó)較為重要的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)[1]。然而，在葡萄生產(chǎn)中會(huì)受到干旱、高溫、低溫、病、蟲等各種因素的影響，對(duì)葡萄生產(chǎn)造成不可挽救的損失[2-3]。有研究表明，適當(dāng)增加鈣、硅、鉬等礦質(zhì)養(yǎng)分，不僅可改善植物營(yíng)養(yǎng)狀況，還能有效減少或減輕各種環(huán)境及生物脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的影響，進(jìn)而提升植物的生產(chǎn)能力[4-5]。通過合理施用礦質(zhì)元素來提高植物抗性，以抵御不良環(huán)境和生物脅迫，已逐漸成為植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的研究熱點(diǎn)[6]。

硼是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，不僅具有促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)和生殖器官建成，參與碳水化合物、酚類、氮素的代謝過程等多種營(yíng)養(yǎng)生理功能[7]，還能以多種方式直接或間接地提高植物抗性[8]。有研究認(rèn)為，在抵御外界不良環(huán)境上，適當(dāng)?shù)呐鹂商岣呷~片抗氧化系統(tǒng)的酶活性，抑制超氧陰離子產(chǎn)生速率，進(jìn)而提高其抗旱性[9]；在抗病性上，硼可通過改變植物細(xì)胞特性[10]，誘導(dǎo)植物產(chǎn)生系統(tǒng)獲得性抗性[11]，以提高寄主植物對(duì)病原菌的抵抗能力。有關(guān)硼對(duì)植物各種抗性的影響研究，主要集中在馬鈴薯[12]、大白菜[13]、黃瓜[14]、煙草[15]、桃樹[16]上，但硼對(duì)葡萄抗性影響的相關(guān)研究還未見報(bào)道。

紅地球葡萄(V.viniferaL.cv.Red Globe)是我國(guó)栽培面積較大的鮮食葡萄品種，粒大、色艷、耐儲(chǔ)、含糖量高，但存在抗旱性、抗病性和抗寒性弱的特點(diǎn)[17]。有研究表明，與野生型葡萄相比，紅地球葡萄對(duì)硼元素利用率低，是硼低效品種[18]。而有關(guān)外源硼對(duì)紅地球生長(zhǎng)及各種生理生化指標(biāo)的影響研究還未見報(bào)道。鑒于此，通過分析不同質(zhì)量濃度硼處理?xiàng)l件下紅地球葡萄幼苗的生長(zhǎng)指標(biāo)、根系和葉片硼含量、葉片中抗性相關(guān)指標(biāo)的變化趨勢(shì)以及各指標(biāo)間的相關(guān)性，探究不同質(zhì)量濃度硼處理對(duì)葡萄生長(zhǎng)以及抗性指標(biāo)的影響，初步探討硼元素在提高葡萄抗性上的作用及生理機(jī)制，為葡萄硼肥的合理施用提供理論支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)于2017年在山東省葡萄研究院溫室內(nèi)進(jìn)行。以1年生歐洲葡萄(V.vinifera)紅地球(Red Globe)為試材，選擇主干粗細(xì)較均一的苗木，培養(yǎng)前進(jìn)行統(tǒng)一修剪，地上部保留2個(gè)芽(約10 cm)，根系保留5 cm長(zhǎng)度，于基質(zhì)中培養(yǎng)3～5片葉時(shí)，再分別選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木36棵，用蒸餾水洗去根部基質(zhì)定植于盆中，經(jīng)洗凈消毒的珍珠巖培養(yǎng)，花盆底部放置小托盤。采用改良Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，在其他營(yíng)養(yǎng)成分濃度不變的情況下，設(shè)置B0(0 mg/L)、B1(0.2 mg/L)、B2(3.1 mg/L)、B3(6.2 mg/L) 4個(gè)硼質(zhì)量濃度處理。其他元素質(zhì)量濃度(mg/L)：Ca(NO3)2·4H2O 945、K2SO4607、NH4H2PO4115、MgSO4493、Fe-EDTA 30、MnSO42.13、ZnSO4·7H2O 0.22、CuSO4·5H2O 0.05和H2MoO40.05。用0.1 mol/L的HCl或NaOH調(diào)節(jié)pH值到6.5。

每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)3株。每隔7 d，每株澆150 mL營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液處理3 d時(shí)用去離子水將珍珠巖中的殘液用滲出法滲出，以防止離子積累出現(xiàn)鹽害。處理121 d后，采集地上部上、中、下部葉片，混合后用液氮處理，放入-80 ℃冰箱待用，用以測(cè)定各種酶活性。然后按根、葉、新梢收集材料，測(cè)量新梢長(zhǎng)度，稱量各部分鮮質(zhì)量，然后于105 ℃殺青、80 ℃烘干，稱量各器官干質(zhì)量后磨碎備用。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

硼含量采用Optima 2100 DV等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定[19]；可溶性糖和淀粉含量采用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定[20]；可溶性蛋白質(zhì)含量采用BCA法測(cè)定[20]；脯氨酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定[20]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定[20]；SOD(超氧化物歧化酶)活性采用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[20]；PAX(抗壞血酸過氧化物酶)活性采用氧化法測(cè)定[20]；POD(過氧化物酶)活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定[20]；CAT(過氧化氫酶)活性采用紫外吸收法測(cè)定[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用 Microsoft excel 2007進(jìn)行處理。采用DPS數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行方差分析，用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 硼處理對(duì)紅地球葡萄植株生長(zhǎng)的影響

不同質(zhì)量濃度硼營(yíng)養(yǎng)液處理121 d后，無硼(0 mg/L)和高硼(6.2 mg/L)處理的B0和B3植株均生長(zhǎng)良好，葉片和根系未表現(xiàn)出明顯缺硼和高硼脅迫癥狀，但不同處理植株的生長(zhǎng)勢(shì)出現(xiàn)明顯差別，以硼質(zhì)量濃度為3.1 mg/L和6.2 mg/L的B2和B3處理效果較好。

與B0相比，增加根系外界環(huán)境中的硼濃度有利于紅地球葡萄幼苗生物質(zhì)量的增加和新梢的生長(zhǎng)(表1)。且隨著外界硼濃度的增加，紅地球植株的全株鮮、干質(zhì)量和當(dāng)年生新梢生長(zhǎng)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，B1、B2、B3處理的全株鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別增加14.4%、26.1%、21.2%和23.6%、50.8%、42.4%，當(dāng)年生新梢生長(zhǎng)量的增加量分別增加11.1%、20.1%、13.9%。

表1 硼處理的紅地球葡萄當(dāng)年新生器官生物積累量和當(dāng)年新梢長(zhǎng)度

處理B1、B2和B3的各器官(根、莖、葉)生物質(zhì)量顯著高于無硼處理B0。且外界硼濃度的增加對(duì)葉片的影響要大于根系，與B0相比，B1、B2、B3處理的葉片鮮質(zhì)量分別增加了26.2%、43.3%、32.6%，而根系鮮質(zhì)量?jī)H增加9.4%、16.5%、15.0%。

2.2 硼處理對(duì)紅地球葡萄硼含量的影響

根系環(huán)境的硼濃度直接影響葡萄植株的硼含量水平，紅地球葡萄根系和葉片中的硼含量隨外界硼濃度的升高而增加(圖1)，與B0相比，硼處理的B1、B2、B3根系硼含量分別增加了21.7%、68.6%、159.7%，葉片硼含量則分別增加了125.4%、668.7%、810.6%。在高濃度硼條件下，硼可在葉片中大量積累，硼質(zhì)量濃度為6.2 mg/L時(shí)，葉片中硼含量為448.0 mg/kg，而根系中硼含量?jī)H為75.3 mg/kg，葉片中的硼含量極顯著高于根系，是根系中硼含量的5.95倍。

不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平Different letters indicate significant differences at 5% level

2.3 硼處理對(duì)紅地球葡萄抗性相關(guān)生理指標(biāo)的影響

硼可促進(jìn)植物體內(nèi)碳水化合物的運(yùn)輸和代謝。表2數(shù)據(jù)顯示，紅地球葡萄根系可溶性糖含量隨著外界硼濃度的升高而升高，而淀粉含量則隨著外界硼濃度的升高而降低，且外界硼濃度對(duì)可溶性糖含量的影響程度大于對(duì)淀粉的影響，與B0處理相比，B1、B2、B3處理的可溶性糖含量分別提高了19.9%、19.6%、37.6%，而淀粉含量卻降低0.8%、4.5%、14.3%。

可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量是植物體內(nèi)重要的抗性生理指標(biāo)。表2數(shù)據(jù)顯示，紅地球葡萄葉片可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量隨外界硼濃度的增加而升高，以B3處理的含量較高，與B0相比，分別提高了88.0%、14.4%，可見，不同濃度硼處理對(duì)可溶性蛋白含量的影響程度要大于脯氨酸含量。

丙二醛是膜脂過氧化的終產(chǎn)物，其含量高低可作為考察細(xì)胞受到脅迫程度的指標(biāo)。外界硼質(zhì)量濃度為0 mg/L和6.2 mg/L的B0和B3處理的丙二醛含量較高(表2)，分別為31.51 nmol/g和27.11 nmol/g，說明無硼和高硼條件下對(duì)葡萄葉片產(chǎn)生了一定的傷害作用，且無硼條件對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害程度要高于高硼條件。同時(shí)，適當(dāng)?shù)耐饨缗饾舛瓤山档推咸讶~片的丙二醛含量，B1和B2處理的丙二醛含量較低，與B0相比，分別降低了30.4%、24.6%。

表2 硼處理的紅地球葡萄根系和葉片的抗性生理指標(biāo)Tab.2 Resistance physiological indexes of root and leaf of Red Globe grape in boron treatment

2.4 硼處理對(duì)紅地球葡萄葉片抗性相關(guān)酶活性的影響

不同質(zhì)量濃度硼處理后，葡萄葉片抗氧化系統(tǒng)酶活性呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)(表3)。隨著外界硼濃度的升高，SOD活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，以B1和B2處理的酶活性較高，且B2與B1處理間無顯著性差異，以B0活性最小，與B1相比，B0、B3處理分別降低了26.3%、23.0%；APX活性也呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，以B1處理較高，B0次之，B2、B3處理則逐漸降低，與B1相比，B3處理降低了36.1%，而B0處理僅降低了16.1%。

表3 硼處理的紅地球葡萄葉片POD、SOD、CAT、APX活性Tab.3 The activity of POD，SOD，CAT and APX of Red Globe grape leaves processed by boron

高硼條件降低了POD活性，卻提高了CAT活性。

隨著外界硼濃度的升高，POD活性呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，以B0處理較高，B1、B2、B3處理則逐漸降低，與最大值B0相比，分別降低了35.5%、47.9%、63.9%；與POD活性的變化趨勢(shì)相反，CAT活性呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，以B0處理較低，B1、B2、B3處理逐漸升高，分別升高了11.0%、12.6%、57.9%。說明高硼質(zhì)量濃度6.2 mg/L對(duì)POD和CAT的影響更大一些。

2.5 各指標(biāo)間的相關(guān)性分析

通過對(duì)各指標(biāo)間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(表4)，紅地球葡萄葉片和根系硼含量與外界硼質(zhì)量濃度均呈顯著正相關(guān)性(r=0.950 1，r=0.989 4)；根系中可溶性糖含量與外界硼質(zhì)量濃度呈正相關(guān)(r=0.853 9)，而根系淀粉含量與外界硼質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.978 2)；葉片可溶性蛋白質(zhì)含量與葉片硼含量呈顯著正相關(guān)(r=0.984 5)，葉片脯氨酸含量與葉片硼含量為極顯著正相關(guān)(r=0.997 6)；葉片POD活性與外界硼質(zhì)量濃度及各指標(biāo)間均為負(fù)相關(guān)，其中與根系可溶性糖含量和葉片可溶性蛋白質(zhì)含量為顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.965 7，r=-0.960 7)，葉片CAT活性與根系硼含量為顯著正相關(guān)(r=0.964 7)，與根系淀粉含量為顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.978 7)。

表4 各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)臨界值及相關(guān)性分析Tab.4 Critical value and correlation analysis of correlation coefficient between indicators

3 結(jié)論與討論

最新研究表明，葡萄對(duì)硼素的吸收量?jī)H次于鐵元素，位于微量元素中的第2位[21]。硼素在葡萄生產(chǎn)上的應(yīng)用方式較單一，主要以葉面肥的形式于葡萄花期前后噴施，研究上更側(cè)重于葡萄坐果率[22]及果實(shí)品質(zhì)[23-24]的提高。而有關(guān)硼素對(duì)葡萄生長(zhǎng)發(fā)育影響的研究，主要集中在缺硼脅迫和硼中毒方面，有研究認(rèn)為，植物硼適宜和硼中毒的濃度范圍較小，外界硼超過2 mg/kg時(shí)葡萄生長(zhǎng)將受到抑制[25]。但也有研究表明，葡萄對(duì)硼具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，在極度缺硼的土壤上，葡萄仍可良好生長(zhǎng)[26]；而當(dāng)外界硼達(dá)到13.02 mg/kg和19.22 mg/kg時(shí)，葡萄葉片會(huì)出現(xiàn)硼中毒癥狀，但對(duì)葡萄產(chǎn)量不造成影響[25]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過121 d不同濃度硼處理，紅地球葡萄幼苗的生長(zhǎng)表現(xiàn)出顯著差異，新梢生長(zhǎng)和生物量的積累隨外界硼濃度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在硼質(zhì)量濃度為3.1 mg/L時(shí)有最大值，且在無硼(0 mg/L)和高硼(6.2 mg/L)環(huán)境條件下植株未表現(xiàn)出明顯脅迫癥狀。這一結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)脑黾油饨缗饾舛扔欣诩t地球葡萄的生長(zhǎng)，而有關(guān)適宜的濃度范圍及適宜量與前人研究結(jié)果有所差異，這可能與苗木品種、年齡、處理時(shí)間、試驗(yàn)栽培環(huán)境及硼試劑形態(tài)存在差異有關(guān)。無硼條件121 d未出現(xiàn)缺硼脅迫癥狀，這可能與幼苗儲(chǔ)藏的硼以及在前期基質(zhì)栽培時(shí)吸收的硼已足夠1年生紅地球葡萄生長(zhǎng)的需求有關(guān)，也表明生產(chǎn)上葡萄樹體可以在一定時(shí)間內(nèi)抵御缺硼或高硼的環(huán)境脅迫。

本試驗(yàn)中，紅地球葡萄葉片和根系硼含量與外源硼濃度呈顯著正相關(guān)性，外源硼濃度直接影響葡萄體內(nèi)硼的含量水平，這一結(jié)果與YERMIYAHU等[27]的研究結(jié)果一致。葉片中硼含量可作為硼缺乏和硼中毒的指標(biāo)，有研究認(rèn)為，葡萄葉片硼含量低于20 mg/kg為硼缺乏，葉片硼含量超過150 mg/kg為硼中毒[28]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在硼質(zhì)量濃度分別為3.1、6.2 mg/L時(shí)，葉片硼含量可高達(dá)378.2 mg/kg和448.0 mg/kg，而葉片未表現(xiàn)出明顯硼中毒現(xiàn)象，這可能與硼處理時(shí)間不夠有關(guān)，在短時(shí)間內(nèi)植株可能會(huì)通過其他方式來抵御硼過量的傷害。

根系中可溶性糖含量是衡量根系抗寒性能力的關(guān)鍵性指標(biāo)之一[29]。硼可促進(jìn)碳水化合物的運(yùn)輸和代謝，葉面噴施硼砂增加了馬鈴薯塊莖中的蔗糖、還原性糖和淀粉含量[30]。而本試驗(yàn)中，葡萄根系可溶性糖含量與外源硼質(zhì)量濃度呈正相關(guān)，但不顯著；根系淀粉含量與外源硼質(zhì)量濃度呈顯著負(fù)相關(guān)。表明，外界硼濃度的增加提高了根系可溶性糖含量，但降低了淀粉含量，推測(cè)是高濃度的硼促進(jìn)了根系中淀粉向可溶性糖的轉(zhuǎn)化，這一結(jié)果與孫爽[31]在甜瓜上的研究一致，但與馬光恕等[30]在馬鈴薯上的研究有所差異。

可溶性蛋白質(zhì)、脯氨酸、丙二醛含量是重要的植物逆境生理指標(biāo)[32]。本試驗(yàn)中，葉片可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量與葉片硼含量分別呈顯著正相關(guān)和極顯著正相關(guān)，高質(zhì)量濃度硼環(huán)境增加了葉片可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸含量，這一結(jié)果與熊博等[33]的研究結(jié)果一致。而丙二醛是細(xì)胞膜過氧化的產(chǎn)物，可作為衡量細(xì)胞膜系統(tǒng)受到傷害的指標(biāo)之一，POD、SOD、CAT、APX等抗氧化系統(tǒng)酶活性是衡量植物抗性的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，外源硼質(zhì)量濃度為0.2 mg/kg時(shí)，有較低的丙二醛含量，較高的SOD和APX活性；在外源硼質(zhì)量濃度為0 mg/L和6.2 mg/L時(shí)，葡萄葉片丙二醛含量顯著升高，而SOD和APX活性顯著降低。有研究表明，適當(dāng)增加硼含量可增加逆境條件下植物的保護(hù)性酶活性[34]，硼處理洋桔梗24 h后，洋桔梗的SOD、CAT、APX活性增強(qiáng)，尤其CAT活性顯著增強(qiáng)[35]。本試驗(yàn)中，隨著外源硼濃度的增加，POD活性呈減少趨勢(shì)，CAT活性呈增加趨勢(shì)，SOD和APX活性為先升高后降低趨勢(shì)。綜上，當(dāng)外界硼不足或過量時(shí)，會(huì)對(duì)細(xì)胞膜造成一定的傷害，此時(shí)，外源硼可通過調(diào)節(jié)抗性相關(guān)生理生化指標(biāo)在一定時(shí)間內(nèi)來協(xié)調(diào)和抵御這種傷害，以維持植株正常生長(zhǎng)，但具體作用機(jī)制及調(diào)節(jié)方式還需要進(jìn)一步研究。