戶金鴿，白世踐，陳 光，蔡軍社

(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所，新疆鄯善 838200)

0 引 言

【研究意義】葡萄最適的生長(zhǎng)溫度為25～30℃，超過(guò)30℃光合速率迅速下降[1]，高溫還可灼傷枝、葉和莖，引起植物授粉受精不良，引起果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)下降[2，3]，持續(xù)高溫還會(huì)導(dǎo)致葉片失水甚至死亡[4]。我國(guó)新疆吐魯番地區(qū)屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候，夏季炎熱高溫、熱量豐富、降雨稀少、極端干燥。葡萄是吐魯番地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)來(lái)源之一，且葡萄大多選擇嫁接栽培，分析葡萄砧木耐熱性差異性顯得日益重要。【前人研究進(jìn)展】受高溫(42℃)影響，巨玫瑰葡萄葉片組織結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)葉肉組織發(fā)生紊亂，靠近主脈附近葉肉組織失水萎縮[5]，徐洪國(guó)[6 ]對(duì)葡萄的耐熱性進(jìn)行了評(píng)價(jià)同時(shí)還開(kāi)展不同耐熱性葡萄的轉(zhuǎn)錄組的研究，吳久赟等[7]對(duì)吐魯番地區(qū)的19個(gè)代表性品種進(jìn)行了耐熱性評(píng)價(jià)，將參試品種劃分為耐熱性強(qiáng)、中、弱3個(gè)類型，并篩選出紅地球、藤稔、貝達(dá)、和田黃4個(gè)耐熱性較強(qiáng)的品種。肖芳[8]對(duì)苗期紅提葡萄葉片光合及熒光特性、內(nèi)源激素及熱擊基因表達(dá)進(jìn)行研究，查倩等[9，10]研究發(fā)現(xiàn)，申華葡萄和夏黑為高溫耐受型，申豐和醉金香為高溫敏感型葡萄品種，樹(shù)齡和高溫是影響葡萄幼苗和成年樹(shù)抗逆基因和蛋白表達(dá)差異的主要因素。蔣建福等[11]以國(guó)家果樹(shù)種質(zhì)鄭州葡萄圃保存的196份代表性葡萄屬種質(zhì)為試材，利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)法對(duì)其耐熱性進(jìn)行了鑒定評(píng)價(jià)在這些研究中，大多采用人工氣候室模擬高溫，僅通過(guò)室內(nèi)鑒定葉片并不能完全真實(shí)地反映其在環(huán)境中的耐熱性[12]。此外，在小麥[13]、玉米[14]、番茄[15]、白菜[16]、黃瓜[17]、鳶尾[18]、杜鵑[19]、月季[20]、百合[21]等作物上也開(kāi)展了耐熱性研究。【本研究切入點(diǎn)】生產(chǎn)上大多采用嫁接換根栽培的方式，且嫁接栽培技術(shù)可以有效提高園藝作物的耐熱性[22]，目前已在農(nóng)作物、蔬菜、花卉、果樹(shù)等展開(kāi)了研究，關(guān)于葡萄砧木耐熱性的差異性分析報(bào)道較少。需進(jìn)行葡萄砧木耐熱性的研究?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在吐魯番地區(qū)特有的高溫干燥氣候環(huán)境條件下，分析15個(gè)葡萄砧木田間生長(zhǎng)情況和葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)高溫的相應(yīng)對(duì)其耐熱性的差異性，為葡萄耐熱砧木的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2019年春季從河北省農(nóng)林科學(xué)院引進(jìn)的15個(gè)葡萄砧木品種，籬架栽培，株行距0.5 m×5.0 m，東西行向，滴灌。利用田間自然高溫，于2020年6～8月在新疆葡萄瓜果研究所試驗(yàn)地進(jìn)行，地處吐魯番鄯善縣雙水磨，42°91′N，90°30′E，海拔419 m，年降雨量25.3 mm，年蒸發(fā)量2 751 mm，全年日照時(shí)數(shù)為3 122.8 h，10℃以上有效積溫4 525℃以上，無(wú)霜期192 d，干燥度(K)高達(dá)74.36，屬于典型的大陸性暖溫帶荒漠氣候。

1.2 方 法

1.2.1 砧木生長(zhǎng)期間溫度測(cè)定

選擇生長(zhǎng)勢(shì)一致的砧木，每個(gè)品種10株，將溫度計(jì)掛在離地面約1.0 m的位置，于2020年6～8月，監(jiān)測(cè)砧木生長(zhǎng)期的果園氣溫變化，每0.5 h測(cè)定1次。

1.2.2 田間植株生長(zhǎng)測(cè)定

2019年10月田間修剪后留2～3芽埋土越冬，2020年3月25日出土，出土后觀察各砧木的生長(zhǎng)情況，選擇生長(zhǎng)健壯的1個(gè)枝條牽引固定，2020年5月13日至8月18日定期測(cè)定各生長(zhǎng)指標(biāo)。

新梢生長(zhǎng)長(zhǎng)度：用鋼卷尺測(cè)定牽引枝條的長(zhǎng)度，每個(gè)品種測(cè)定10株，共測(cè)定8次，并計(jì)算生長(zhǎng)速率，生長(zhǎng)速率=(測(cè)定新梢長(zhǎng)度-前一次測(cè)定新梢長(zhǎng)度)/前一次測(cè)定新梢長(zhǎng)度×100%。

節(jié)數(shù)：從新梢基部開(kāi)始至梢尖，準(zhǔn)確詳細(xì)記錄節(jié)數(shù)，每個(gè)品種測(cè)定10株，共測(cè)定8次，計(jì)算平均節(jié)間長(zhǎng)度，平均節(jié)間長(zhǎng)度=新梢總長(zhǎng)度/總節(jié)數(shù)。

當(dāng)年地上部5 cm蔓粗：用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

中脈長(zhǎng)、葉寬：測(cè)定時(shí)選擇牽引的枝條，從上向下選擇第5片展開(kāi)的葉片，用直尺測(cè)定葉中脈長(zhǎng)、葉寬，重復(fù)3次。

在8月高溫期間觀察植株葉片顏色(黃綠/綠/墨綠)、葉片狀態(tài)(卷曲/正常)，觀察葉緣有無(wú)干枯(干枯/正常)、斑點(diǎn)(有/無(wú))等異?，F(xiàn)象。

1.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

于8月8日15:00～17:00測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，天氣晴朗無(wú)風(fēng)。葉綠素素?zé)晒鈪?shù)用熒光儀測(cè)定，測(cè)定時(shí)選擇葉齡一致(新梢自上而下第5片葉)、健康無(wú)病蟲(chóng)害的葉片，每個(gè)品種重復(fù)3次，取平均值。

初始熒光Fo反映類囊體膜的受損程度，F(xiàn)o越高，類囊體膜受損程度越嚴(yán)重。最大熒光Fm反映通過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況，F(xiàn)m越低，熱害程度越高。Fv/Fo表示PSⅡ的潛在活性，反映PSⅡ中心的活性大小。最大光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv/Fm表示PSⅡ中心的光能轉(zhuǎn)換效率。

Fv/Fm是植物發(fā)生光抑制的敏感指標(biāo)。將葉片熒光參數(shù)的Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm進(jìn)行模糊隸屬函數(shù)分析，并對(duì)綜合值進(jìn)行排序。采用有序樣本最優(yōu)分割聚類法，對(duì)AR值分類。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄砧木生長(zhǎng)期的氣溫變化

研究表明，從6月1日起至8月31日，最低溫度10～24.5℃，最高溫范圍為29.0～45.5℃，平均溫度變化范圍21.0～32.3℃；最高溫集中在7月中下旬和8月上旬，3個(gè)月中，絕大多數(shù)天數(shù)的溫度高于35℃，最長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)可達(dá)9.5 h，高于40℃的天氣多集中在7月中下旬和8月上旬，與最高溫出現(xiàn)時(shí)間一致。圖1、表1

2.2 高溫下砧木的基本生長(zhǎng)變化

2.2.1 高溫下葉片顏色、葉片狀態(tài)、葉緣、斑點(diǎn)等異?，F(xiàn)象

研究表明，葡萄砧木葉片顏色出現(xiàn)3種類型，貝達(dá)、5BB、Viliant、山河2號(hào)的葉片為黃綠色，1103P和Fercal表現(xiàn)為墨綠色，其余為綠色；110R和Fercal葉片卷曲，山河2號(hào)輕微卷曲；葉緣均正常，葉片上無(wú)斑點(diǎn)。表2

2.2.2 高溫下砧木生長(zhǎng)變化

研究表明，葡萄出土后，由于溫度適宜，葡萄砧木的生長(zhǎng)速率較大，隨氣溫的升高，5月26日至6月9日生長(zhǎng)速率迅速下降，6月9日后生長(zhǎng)速率逐漸減小，7～8月氣溫是全年中的最高溫，生長(zhǎng)速率較小，8月4日生長(zhǎng)速率最小，8月18日，氣溫逐漸減低，生長(zhǎng)速率有所回升。圖2

在適宜的溫度條件下，植株生長(zhǎng)較快，節(jié)間較長(zhǎng)，6月9日，氣溫逐漸升高，植株生長(zhǎng)減緩，高溫下新生節(jié)間變短，平均節(jié)長(zhǎng)也略變短，但減緩速率不明顯。圖3

不同砧木葉片對(duì)高溫的相應(yīng)不一致。高溫下貝達(dá)、5BB、101-15、1103P、 Viliant和BR No.2葉長(zhǎng)變短、葉寬略窄，京3309、140R、Fercal、5C和SO4徑粗變細(xì)。表3

圖3 葡萄砧木品種新梢平均節(jié)長(zhǎng)Fig.3 Average panel length of grape rootstocknew shoots

2.2.3 砧木全年生長(zhǎng)變化

研究表明，距基部5 cm徑粗最粗的是1103P，26.12 mm，從大到小依次是140R、Viliant、110R、山河2號(hào)、188-08、京3309、Fercal、貝達(dá)、5C、5BB、SO4、BR No.2、Du Lot、101-14，分別為26.12、19.39、15.82、15.75、14.72、14.46、14.33、14.17、12.66、12.17、12.12、11.73、10.69、12.28、10.08 mm。

當(dāng)年枝條成熟長(zhǎng)度最長(zhǎng)的是1103P，435.29 cm，山河2號(hào)(431.00 cm)>140R(363.30 cm)>110R(347.43 cm)>5BB(336.13 cm)>Fercal(324.50 cm)>Viliant(319.44 cm)>5C(314.00 cm)>188-08(287.00 cm)>BR No.2(273.75 cm)>京3309(257.38 cm)>DuLot(237.83 cm)>貝達(dá)(210.11 cm)>SO4(180.11 cm)>101-14(175.75 cm)。

當(dāng)年枝條成熟節(jié)數(shù)最長(zhǎng)的是1103P，平均58.6節(jié)，依次為Viliant(53.6)>山河2號(hào)(51.7)>140R(49.9)>Fercal(47.2)>BR No.2(42.4)>188-08(41.7)>京3309(41.0)>5C(41.0)>5BB(39.9)>110R(37.3)>Du Lot(36.0)>貝達(dá)(35.7)>101-14(33.8)>SO4(33.1)。

當(dāng)年枝條未成熟長(zhǎng)度最短的是Viliant，23.89 cm，貝達(dá)(42.44 cm)

當(dāng)年枝條未成熟節(jié)數(shù)從短到長(zhǎng)依次是SO4(33.1)<101-14(33.8)<貝達(dá)(35.7)

2019年表現(xiàn)較好的砧木是1103P、140R、山河2號(hào)、Valliant，表現(xiàn)較差的是101-14、SO4，其它砧木表現(xiàn)一般。表4

表3 高溫下葡萄砧木葉片中脈長(zhǎng)、寬、徑粗變化Table 3 Leaf length，leaf width，leaf area，stem diameter of grape rootstock under high temperature

表4 葡萄砧木品種田間生長(zhǎng)變化Table 4 Root stock growth in the field

2.3 不同葡萄砧木品種的葉綠素?zé)晒鈱?duì)高溫的響應(yīng)

研究表明，16:00，BR No.2的Fo(初始熒光)最小為278.43，與山河2號(hào)、Fercal存在極顯著相關(guān)，F(xiàn)ercal的Fo(初始熒光)最大為346.20，與BR No.2存在極顯著相關(guān)；對(duì)于Fm、Fv/Fo、Fv/Fm， BR No.2砧木均最小， Fercal的值均大于其它砧木， BR No.2的Fm和山河2號(hào)、Fercal存在極顯著相關(guān)，BR No.2的Fv/Fo、Fv/Fm與京3309、Fercal存在極顯著相關(guān)。表5

表5 葡萄砧木品種Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm下高溫響應(yīng)變化Table 5 Response of Fo，F(xiàn)m， Fv/Fo， Fv/Fm of different grape cultivars to high temperature

2.4 基于葉綠素?zé)晒獾钠咸颜枘灸蜔嵝缘牟町惻c評(píng)價(jià)

研究表明，山河2號(hào)排名第1，F(xiàn)ercal排名第2，依次是1 103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達(dá)、BR No.2、140R，而且山河2號(hào)當(dāng)年成熟長(zhǎng)度僅次于1 103P，成熟節(jié)數(shù)僅次于1 103P、Viliant，綜合熒光參數(shù)和田間生長(zhǎng)情況來(lái)看，山河2號(hào)表現(xiàn)優(yōu)良，山河2號(hào)的耐熱性較其他砧木品種好。表6

所有砧木品種耐熱性的最優(yōu)分割誤差函數(shù)及分類結(jié)果。當(dāng)分類數(shù)為2時(shí)，誤差函數(shù)為4.222，分類數(shù)為3時(shí)，誤差函數(shù)為3.3193，分類數(shù)為7時(shí)，誤差函數(shù)為0.7610，隨分類數(shù)的增加，誤差函數(shù)變小，且逐漸趨于0。表7

曲線拐點(diǎn)在5～6，隨分類數(shù)增加誤差函數(shù)逐漸趨于0，初步將最優(yōu)分割分為6類，將其耐熱性分為強(qiáng)、較強(qiáng)、中等、較弱、弱、極弱六大類，強(qiáng)耐熱的有1個(gè)，較強(qiáng)的有6個(gè)，中等的有2個(gè)，較弱的有1個(gè)，弱的有1個(gè)，極弱的有4個(gè)，R11耐熱性高于其它砧木。圖4

表6 葡萄砧木耐熱性的分析與評(píng)價(jià)Table 6 Analysis and evaluation of heat tolerance of different grape root stock cultivars

表7 不同分類數(shù)下的AR分類Table 7 Classification results of AR under different cluster numbers

圖4 不同AR分類數(shù)的誤差函數(shù) Fig.4 Error function under different ARcluster numbers

3 討 論

植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)受到各種非生物因子的脅迫，其中溫度是制約植物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要環(huán)境因子。溫度過(guò)高不僅會(huì)使植物表現(xiàn)出外觀形態(tài)的熱害癥狀，還會(huì)引起植物體內(nèi)酶活性的變化，目前大部分關(guān)于植物耐熱性的研究是在人工氣候室內(nèi)完成，和田間自然高溫存在很大的差異。研究利用吐魯番地區(qū)自然高溫干燥氣候環(huán)境條件，在砧木生長(zhǎng)期間持續(xù)觀測(cè)田間生長(zhǎng)情況，5月和6月初溫度適宜，砧木生長(zhǎng)速率較快，6月中下旬當(dāng)溫度高于35℃時(shí)，生長(zhǎng)速率下降，后期溫度緩慢上升，生長(zhǎng)速率逐漸趨于平穩(wěn)，平均節(jié)長(zhǎng)也略有變短。當(dāng)葡萄砧木基本停止生長(zhǎng)時(shí)，調(diào)查地上部5 cm徑粗、枝條成熟和未成熟長(zhǎng)度、節(jié)數(shù)，1103P表現(xiàn)優(yōu)良。

有關(guān)植物的耐熱性鑒定評(píng)價(jià)指標(biāo)多種多樣，包括植物的外部形態(tài)、顯微結(jié)構(gòu)、生理生化指標(biāo)、分子生物學(xué)指標(biāo)及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)等[23,24]。葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)是反映植物光合作用變化的主要指標(biāo)，具有快速、簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)、無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)[25]，葉綠素?zé)晒鈪?shù)被用于探知光合機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況[26]。試驗(yàn)將高溫下測(cè)定的葉綠素?zé)晒鈪?shù)作為砧木耐熱性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。

最大熒光Fm反映通過(guò)PSⅡ的電子傳遞情況，F(xiàn)m越低，表示熱害程度越高。當(dāng)溫度在40℃以上時(shí)，觀察葡萄砧木葉片狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，110R和Fercal葉片卷曲，山河2號(hào)輕微卷曲，葉緣均正常，葉片上無(wú)斑點(diǎn)。測(cè)定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)，并對(duì)Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm，山河2號(hào)的Fm值最大，140R的Fm值較小，僅次于BR No.2，初步推斷山河2號(hào)受熱害程度較輕，140R和BR No.2受熱害程度較高，并對(duì)4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行模糊隸屬函數(shù)分析，并對(duì)其進(jìn)行排名，山河2號(hào)排名第1，F(xiàn)ercal排名第2，依次是1103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達(dá)、BR No.2、140R。

植物的耐熱性還與植株的樹(shù)齡有很大的關(guān)系，試驗(yàn)所選試材為2年生砧木，在一定程度上也影響了砧木的耐熱性， 在今后的研究中，可持續(xù)觀察砧木的耐熱差異性，并從分子生物學(xué)方面開(kāi)展耐熱性研究。

4 結(jié) 論

當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，葡萄砧木110R和Fercal葉片卷曲，山河2號(hào)輕微卷曲。山河2號(hào)砧木耐熱性最強(qiáng)，依次是Fercal、1103P、5BB、110R、京3309、101-14、Du Lot、188-08、Valiant、5C、SO4、貝達(dá)、BR No.2和140R。