楊 豫, 張曉煜,**, 陳仁偉, 劉兆宇, 李芳紅, 馮 蕊, 王 靜, 李紅英

不同品種釀酒葡萄根系抗寒性鑒定*

楊 豫1, 張曉煜1,2,3**, 陳仁偉1, 劉兆宇1, 李芳紅1, 馮 蕊1, 王 靜2,3, 李紅英2,3

(1. 寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院 銀川 750021; 2. 中國氣象局旱區(qū)特色農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與風(fēng)險管理重點實驗室 銀川 750002; 3. 寧夏氣象科學(xué)研究所 銀川 750002)

越冬凍害是制約中國北方釀酒葡萄產(chǎn)業(yè)發(fā)展的限制性因素之一, 葡萄根系的抗寒能力很弱且隨品種遺傳性狀差異而變化。為鑒定不同品種釀酒葡萄根系抗寒性, 為葡萄越冬凍害的監(jiān)測、預(yù)警和防御提供理論依據(jù)。本研究以賀蘭山東麓‘赤霞珠’ ‘美樂’ ‘馬瑟蘭’ ‘威代爾’ ‘西拉’ ‘北玫’ ‘北紅’ ‘龍眼’8個品種釀酒葡萄根系為試材, 測定其在模擬自然降溫冷凍過程中的生理響應(yīng)指標(biāo)(過冷卻點、結(jié)冰點、可溶性糖、可溶性蛋白、電導(dǎo)率及半致死溫度)。運用相關(guān)分析與聚類分析方法, 綜合評價8個品種釀酒葡萄根系的抗寒能力。研究結(jié)果表明: 1)可溶性蛋白含量顯著影響葡萄根系組織的抗寒性。2)供試的8個品種葡萄根系抗寒能力可分為3類: 弱抗寒型(‘赤霞珠’ ‘美樂’ ‘西拉’), 過冷卻點–3.8~–3.2 ℃, 結(jié)冰點–2.8~–2.3 ℃, 半致死溫度–4.34~–3.19 ℃; 中抗寒型(‘北玫’ ‘馬瑟蘭’ ‘威代爾’), 過冷卻點為–5.4~–4.4 ℃, 結(jié)冰點在–4.1~–3.7 ℃, 半致死溫度–5.90~–4.43 ℃; 強抗寒型(‘北紅’ ‘龍眼’), 過冷卻點在–6.4~–6.3 ℃, 結(jié)冰點–5.2~–4.8 ℃, 半致死溫度–6.55~–6.11 ℃。3)根系抗寒能力在不同品種間有顯著性差異, 8個品種葡萄根系的抗寒能力強弱順序為: ‘北紅’>‘龍眼’>‘北玫’>‘威代爾’>‘馬瑟蘭’>‘赤霞珠’>‘美樂’>‘西拉’。過冷卻點、結(jié)冰點溫度可以作為評價葡萄抗寒性的重要指標(biāo)。研究結(jié)果對于完善葡萄抗寒性評價方法及指導(dǎo)防寒減災(zāi)工作具有重要意義。

越冬凍害; 釀酒葡萄; 根系; 抗寒性; 過冷卻點; 電導(dǎo)率; 可溶性蛋白

越冬凍害是中國北方葡萄(L)種植區(qū)的主要氣象災(zāi)害之一[1], 主要發(fā)生在西北內(nèi)陸防寒埋土區(qū), 特別是寧夏賀蘭山東麓、甘肅河西走廊地區(qū)、新疆的焉耆盆地和石河子葡萄產(chǎn)區(qū), 葡萄越冬凍害發(fā)生頻率高, 影響范圍大, 這一帶的葡萄園3年一小凍, 5年一大凍, 10年1次特大凍害。越冬凍害發(fā)生嚴(yán)重的年份, 葡萄園植物大量死亡, 造成葡萄園缺苗斷壟。越冬凍害發(fā)生輕度和中度年份, 葡萄植株表現(xiàn)為放條后生長遲緩、滯長、減產(chǎn), 嚴(yán)重制約著這些產(chǎn)區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1]。開展釀酒葡萄抗寒性研究, 對揭示釀酒葡萄越冬凍害形成機理, 提高葡萄越冬凍害監(jiān)測、預(yù)警和防御能力具有重要意義。

葡萄為木質(zhì)藤本植物, 不同器官的抗寒性有所不同。有研究表明, 葡萄枝條抗寒性最強, 芽次之, 根系由于不休眠, 抗寒性最差[2-4]。因此, 葡萄根系抗寒性的強弱決定了葡萄樹體能否安全越冬。目前, 對于釀酒葡萄抗寒性已有大量研究報道[5-7]。盧精林等[8]認(rèn)為電導(dǎo)率、可溶性糖與葡萄枝條抗寒性密切相關(guān); 高振等[9]認(rèn)為低溫放熱法可判斷葡萄芽的抗寒性。但有關(guān)評價葡萄根系抗寒性研究較少[10]。王麗雪等[11]、郭修武等[12]、張文娥等[13]研究表明, 不同種群葡萄的抗寒性差異較大。除山葡萄外, 葡萄根系在–5 ℃時已遭受明顯凍害, 但不同品種的葡萄根系受凍臨界溫度不同。

差熱分析(different thermal analysis, DTA)在國內(nèi)主要應(yīng)用于確定果樹或昆蟲遭受凍害過程中的臨界溫度[14-15], 根據(jù)植物細(xì)胞的“過冷卻現(xiàn)象”判斷植物對低溫的響應(yīng)。該技術(shù)的原理為: 細(xì)胞液在低溫下形成冰晶時, 水由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)會釋放熱量, 通過DTA系統(tǒng)記錄溫度下降過程中的細(xì)胞放熱現(xiàn)象。此技術(shù)在仁用杏(L)花器官[16]、玉米(L.)與向日葵(L.)[17]、早春開花植物[18]的抗寒性鑒定中均有應(yīng)用。電導(dǎo)法結(jié)合半致死溫度是比較可靠的判斷植物逆境傷害的指標(biāo)[19], 可溶性糖和可溶性蛋白作為細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì), 其含量可改變細(xì)胞液濃度, 從而顯著影響細(xì)胞的結(jié)冰溫度[20]。DTA系統(tǒng)在葡萄抗寒性上的應(yīng)用較少, 特別是針對不同釀酒葡萄品種抗寒性鮮有報道。為此, 本文擬通過人工霜凍試驗箱(DTA系統(tǒng))和溫度交變箱, 模擬釀酒葡萄根系越冬凍害自然冷凍過程, 通過檢測葡萄根系的過冷卻點和結(jié)冰點, 結(jié)合電導(dǎo)率和生化指標(biāo)檢測, 綜合分析葡萄根系在凍害發(fā)生過程中的物理和生化過程, 從而鑒定各個葡萄品種根系的抗寒性強弱, 明確各個葡萄品種根系越冬凍害溫度指標(biāo)范圍, 為中國北方釀酒葡萄越冬凍害監(jiān)測、預(yù)警和防御提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料選擇8個中國北方規(guī)模種植的釀酒葡萄品種根系, 歐亞種‘赤霞珠’(Cabernet Sauvignon)、‘美樂’(Merlot)、‘西拉’(Syrah)、‘馬瑟蘭’(Marselan), 歐美雜種‘威代爾’(Vidal), 歐山雜種‘北玫’(Beimei)、‘北紅’(Beihong), 東亞種‘龍眼’(Longyan), 樣本來源見表1。其中巴格斯、西夏王葡萄基地土壤類型為灌淤土; 美賀莊園、觀蘭酒莊葡萄園土壤下層為淡灰鈣土, 上層為礫石土; 清徐園藝場土壤類型為褐土。采樣樹體樹齡5~7 a, 南北行向種植, 行距3.0 m, 露地廠字型栽培, 植株健壯, 無病蟲害, 產(chǎn)量水平為4.5 t?hm–2。各園區(qū)均采用常規(guī)葡萄園養(yǎng)護(hù)管理措施。于2018年11月1—3日, 葡萄采收修剪后, 枝條下架埋土前取樣。試驗采取單株小區(qū)取樣, 設(shè)置3次重復(fù)。在30~40 cm土層內(nèi), 取長勢良好、均勻一致的當(dāng)年生葡萄側(cè)根20根, 根系直徑2~3 mm, 去離子水漂洗干凈, 紗布吸干表面水分, 在樣本袋內(nèi)密封待測。

1.2 研究方法

1.2.1 過冷卻點和結(jié)冰點檢測

試驗以各品種的根系表皮作為測定部位。取釀酒葡萄根系放入人工霜凍試驗箱(型號: SDX-20)內(nèi), 將T(K)-G 0.32型熱電偶溫度傳感器固定在待測部位, 溫度傳感器與FrosTem40 V2.0數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微機連接, 計算機每10 s掃描采集1次數(shù)據(jù), 自動連續(xù)記錄數(shù)據(jù),分析根系表面溫度變化, 繪制溫度變化曲線, 精度±0.3 ℃。設(shè)置溫度曲線模擬自然降溫過程, 以3.0 ℃·h–1的速度降溫, 從室溫降至–15.0 ℃。降溫過程中由溫度曲線可確定根系的過冷卻點和結(jié)冰點(圖1)。當(dāng)溫度下降到一定程度時, 葡萄根系細(xì)胞溶液從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時放熱, 溫度驟然上升, 表現(xiàn)為溫度變化曲線出現(xiàn)峰值跳躍, 該峰的起點溫度就是過冷卻點(1)。當(dāng)細(xì)胞溶液形成冰晶核后, 溫度不再上升, 放熱與吸熱處于平衡狀態(tài), 該溫度峰到達(dá)頂點, 此時溫度即結(jié)冰點(2)。根系的過冷能力以過冷卻點和結(jié)冰點的溫度差表示, 即過冷能力=過冷卻點溫度-結(jié)冰點溫度。

表1 供試釀酒葡萄品種及來源

圖1 降溫過程葡萄根系過冷卻點(T1)和結(jié)冰點(T2)模擬圖

1.2.2 相對電導(dǎo)率測定和半致死溫度(LT50)計算

用高低溫交變試驗箱(型號: BC1300)對8個品種根系進(jìn)行低溫冷凍處理。以4 ℃保存的根系樣本為對照, 設(shè)置–2.0 ℃、–4.0 ℃、–6.0 ℃、–8.0 ℃4個低溫處理。以2.0 ℃·h–1的幅度降溫, 從4.0 ℃降至處理溫度時保持8 h, 后以相同的幅度勻速升溫, 升至室溫后取出放置2 h。將冷凍后的根系剪成3~4 mm小段[21],混合均勻, 稱取1 g放入具塞試管中, 加20 mL去離子水搖勻, 每處理3次重復(fù)。在室溫下浸提24 h后, 用DDSJ-308F型電導(dǎo)儀測初電導(dǎo)率。封口于沸水中煮30 min, 冷卻至室溫, 測定終電導(dǎo)率。

相對電導(dǎo)率(%)=初電導(dǎo)率/終電導(dǎo)率×100 (1)

LT50計算參照Logistic回歸方程:

=/(1+e–bt) (2)

式中:為電導(dǎo)率,為處理溫度,為的最大值。將Logistic方程=/(1+e-)轉(zhuǎn)化為ln[(-)/]=ln-, 變成轉(zhuǎn)化細(xì)胞傷害率(′)與處理溫度()的直線方程, 通過直線回歸的方法求出方程參數(shù)、值。拐點溫度即為根系的半致死溫度(LT50)。

在作品《傳承》中運用中國畫小寫意技法，描繪廣西黑衣壯族婦女在織壯錦，并傳授三位黑衣壯少女織錦技藝，體現(xiàn)廣西非遺文化傳承后繼有人。畫面構(gòu)圖完整，人物形象各異，黑白灰關(guān)系處理基本得當(dāng)，國畫水墨語言表現(xiàn)到位，不失為一幅佳作。

1.2.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量測定

將沖洗干凈的葡萄根系用剪刀剪成1~2 cm的薄片, 用液氮迅速冷凍后放入–78 ℃超低溫冰箱保存待測?？扇苄缘鞍缀坎捎每捡R斯亮藍(lán)法測定[22], 標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程:=5.005+0.002 5,2=0.999 0。可溶性糖含量采用蒽酮-硫酸比色法測定[22], 標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程:=4.905-0.024 7,2=0.999 7。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析, 方差分析為單因素方差分析(One-way ANOVA), 聚類分析方法為分層聚類法(Hierarchical Cluster Method)。采用Origin 9.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種葡萄根系過冷卻點與結(jié)冰點

2.1.1 冷卻點與結(jié)冰點溫度范圍

溫度降至0 ℃以下時, 葡萄根系組織細(xì)胞內(nèi)的水分仍然保持液體狀態(tài), 即根系組織處于過冷卻的狀態(tài), 過冷卻狀態(tài)下的細(xì)胞不會受到冰凍傷害。因此, 過冷卻點越低, 根系組織抗寒性越強。但過冷卻點和結(jié)冰點并不是一個確定值而是一個范圍(表2)。此次供試的8個釀酒葡萄品種根系中, ‘北紅’的過冷卻點溫度范圍最低, 最低能抵御–7.2 ℃的低溫環(huán)境; ‘西拉’的過冷卻點溫度范圍最高, 抗低溫能力較差。結(jié)冰點溫度范圍在–6.8~–1.8 ℃, ‘北紅’的結(jié)冰點溫度最低, 可忍受–6.8 ℃的低溫環(huán)境; ‘西拉’的結(jié)冰點溫度最高, 溫度降至–1.8 ℃即有可能發(fā)生根系結(jié)冰的情況。

2.1.2 過冷卻點頻率分析

各品種葡萄根系過冷卻點出現(xiàn)的溫度范圍不盡相同, 各溫度頻段出現(xiàn)過冷卻點的頻率也不盡相同。以‘北玫’為例說明, ‘北玫’的過冷卻點溫度范圍為–6.2~–4.5 ℃(圖2), 在–5.9~–5.5 ℃間分布次數(shù)最多, 占‘北玫’根系過冷卻點全部樣本的40%, 而在–6.3~–5.9 ℃的溫度范圍內(nèi)僅出現(xiàn)1次。說明‘北玫’的根系在–5.9~–5.5 ℃范圍內(nèi)最易受凍, 溫度高于–5.5 ℃時受凍幾率較小, 能抵御–5.9 ℃以下低溫的個體也較少。

表2 8個品種釀酒葡萄根系過冷卻點與結(jié)冰點溫度范圍

圖2 ‘北玫’葡萄根系在不同溫度范圍的過冷卻點頻率分布(n=25)

8個葡萄品種根系的過冷卻點、結(jié)冰點溫度方差分析結(jié)果(表3)表明: ‘北紅’ ‘龍眼’的過冷卻點溫度顯著低于其他品種, ‘赤霞珠’ ‘美樂’ ‘馬瑟蘭’ 3個品種間沒有顯著差異, ‘西拉’顯著高于其他品種?！奔t’的結(jié)冰點顯著低于其他品種, 其次是‘龍眼’ ‘北玫’ ‘威代爾’和‘馬瑟蘭’, ‘西拉’根系結(jié)冰點的溫度最高。過冷卻點和結(jié)冰點在‘北玫’ ‘威代爾’兩個品種間均沒有顯著性差異。葡萄根系組織的過冷能力可用結(jié)冰點與過冷卻點溫度差來表示[17], 溫度差越大, 說明組織的過冷能力越強。由表3可知, ‘北玫’和‘龍眼’根系的過冷能力相同并強于其他品種, 溫度差達(dá)1.6 ℃。其次是‘威代爾’ ‘北紅’, 溫度差均為1.1 ℃, ‘西拉’過冷能力較弱, 溫度差為0.9 ℃。

根據(jù)釀酒葡萄根系過冷卻點和結(jié)冰點溫度范圍、均值、方差分析結(jié)果與過冷能力綜合分析, 8個釀酒葡萄品種根系抗寒能力依次為: ‘北紅’>‘龍眼’>‘北玫’>‘威代爾’>‘馬瑟蘭’>‘赤霞珠’>‘美樂’> ‘西拉’。

表3 不同品種釀酒葡萄根系過冷卻點與結(jié)冰點的溫度

表中同列數(shù)據(jù)后不同大、小寫字母分別表示品種間在<0.01和<0.05水平差異顯著。The capital and lowercase letters in the same column mean significant differences among varieties at< 0.01 and< 0.05 levels, respectively.

2.1.4 基于過冷卻點和結(jié)冰點的不同品種葡萄根系抗寒能力聚類分析

結(jié)合過冷卻點、結(jié)冰點平均值結(jié)果(表3)對8個釀酒葡萄品種進(jìn)行聚類分析(圖3)。結(jié)果表明, 供試的8個葡萄品種抗寒能力可分為3類: 第1類為弱抗寒型, 過冷卻點在–3.8~–3.2 ℃, 結(jié)冰點–2.8~–2.3 ℃, 包括‘赤霞珠’ ‘美樂’ ‘西拉’3個品種; 第2類中等抗寒型, 過冷卻點為–5.4~–4.4 ℃, 結(jié)冰點在–4.1~–3.7 ℃, 包括‘北玫’ ‘威代爾’ ‘馬瑟蘭’3個品種; 第3類為強抗寒型, 過冷卻點低于–6.3 ℃, 結(jié)冰點低于–4.8 ℃, 包括‘北紅’ ‘龍眼’2個品種。聚類分析結(jié)果表明, ‘北紅’與‘龍眼’兩個葡萄品種的根系抗寒性較強, 所測定的8個品種中有4個過冷卻點溫度低于–5 ℃。

2.2 不同品種葡萄根系電導(dǎo)率與半致死溫度分析

葡萄根系的相對電導(dǎo)率隨處理溫度的變化如表4所示, 不同品種葡萄根系經(jīng)不同低溫處理后, 電解質(zhì)滲出率隨處理溫度的降低呈上升趨勢。4 ℃下保存的根系電解質(zhì)滲出率在品種間沒有顯著差異。–2 ℃時, 電解質(zhì)滲出率與4 ℃時相比差別不大, 8個品種均未遭受冰凍傷害。當(dāng)溫度降至–6 ℃時, 只有‘北紅’ ‘龍眼’兩個品種的電解質(zhì)滲出率未超過50%, 說明這兩個品種抗寒性較好, 其他品種根系組織細(xì)胞均已遭受嚴(yán)重的凍害損傷。以相對電導(dǎo)率擬合Logistic方程計算的拐點溫度LT50(半致死溫度)可反映植物的抗寒能力差異。由表4可知, 所測定的8個葡萄品種根系中有4個品種半致死溫度低于–5 ℃, ‘北紅’最低, 為–6.55 ℃, ‘西拉’最高, 為–3.19 ℃。8個葡萄品種根系的半致死溫度與過冷點溫度呈現(xiàn)一一對應(yīng)的關(guān)系。根據(jù)半致死溫度對8個品種根系抗寒能力進(jìn)行排序, 其抗寒性強弱依次為‘北紅’>‘龍眼’>‘北玫’>威代爾’>‘馬瑟蘭’>‘赤霞珠’>‘美樂’>‘西拉’, 與過冷卻點分析結(jié)果相同。

2.3 不同品種葡萄根系滲透調(diào)節(jié)能力

蛋白質(zhì)可提高細(xì)胞保水能力, 增強植物的抗寒能力。不同品種葡萄根系可溶性蛋白含量存在差異, ‘北玫’ ‘龍眼’的可溶性蛋白含量較高, 分別為2.93 mg·g–1、2.81 mg·g–1; 其次‘北紅’為2.40 mg·g–1; ‘西拉’ ‘美樂’ ‘赤霞珠’3個品種可溶性蛋白含量較低, 且品種間沒有顯著性差異; 可溶性蛋白含量最低品種是‘馬瑟蘭’, 為1.50 mg·g–1(圖4)。

圖3 基于過冷卻點、結(jié)冰點的釀酒葡萄品種根系抗寒性聚類分析

表4 8個品種釀酒葡萄根系低溫脅迫過程中相對電導(dǎo)率及半致死溫度(LT50)變化

可溶性糖可增加細(xì)胞液濃度, 提高滲透壓, 從而使組織細(xì)胞免受冰凍傷害。8個供試品種中, ‘西拉’可溶性糖含量最低, 為11.25 mg·g–1, ‘北紅’可溶性糖含量也較低, 為12.23 mg·g–1; ‘赤霞珠’和‘美樂’可溶性糖含量沒有顯著性差異, 分別為13.83 mg·g–1和14.59 mg·g–1; ‘北玫’和‘威代爾’可溶性糖含量較高且沒有顯著性差異, 分別為17.45 mg·g–1、17.62 mg·g–1; ‘龍眼’的含糖量最高, 為20.92 mg·g–1(圖4)。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量方差分析結(jié)果與過冷卻點聚類分析分類結(jié)果相同。

2.4 葡萄根系各抗寒指標(biāo)相關(guān)關(guān)系

8個品種葡萄根系的過冷卻點、結(jié)冰點、半致死溫度、可溶性蛋白含量、可溶性糖相關(guān)系數(shù)如表5所示。半致死溫度與過冷卻點有極顯著的正相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)0.964。其次是過冷卻點與結(jié)冰點相關(guān)性較高, 相關(guān)系數(shù)達(dá)0.957?？扇苄缘鞍着c過冷卻點、半致死溫度均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 說明可溶性蛋白含量越高, 過冷卻點和半致死溫度越低?？扇苄蕴桥c半致死溫度顯著負(fù)相關(guān), 與過冷卻點和結(jié)冰點相關(guān)性不顯著。

圖4 8個品種釀酒葡萄根系可溶性蛋白及可溶性糖含量

圖中不同小寫和大寫字母表示品種間可溶性蛋白含量和可溶性糖含量在<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters and capital letters show significant differences in soluble protein content and soluble sugar content among varieties at< 0.05 level, respectively.

表5 葡萄根系抗寒性指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣

*和**分別表示<0.05和<0.01水平顯著相關(guān)。* and ** mean significant correlation at< 0.05 and< 0.01, respectively.

3 討論與結(jié)論

半致死溫度是判斷植物逆境傷害的指標(biāo)之一[23],尤其在果樹抗寒性上有廣泛應(yīng)用[24]。本試驗采用電導(dǎo)法與過冷卻點、結(jié)冰點相結(jié)合的方法, 在測定葡萄根系抗寒性上是較為可靠的。根系抗寒性與根系含水量相關(guān)性較大[25-27], 而蛋白質(zhì)可以與細(xì)胞中的自由水結(jié)合, 降低細(xì)胞液濃度, 同時減少細(xì)胞間隙中的水分, 從而降低細(xì)胞冰點[28]。本研究也表明可溶性蛋白含量與植物組織過冷卻點與半致死溫度有密切關(guān)系。可溶性糖是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì), 糖分積累可以增加滲透壓, 保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不致遇冷凝固, 從而起到冰凍保護(hù)劑的作用[29]。

此次供試的8個品種釀酒葡萄根系的過冷卻點溫度范圍為–7.2~–2.9 ℃, 此溫度范圍與王麗雪等[11]研究所得根系受凍臨界溫度基本相同, 與高振等[30]研究結(jié)果相似。葡萄根系抗寒性從強到弱的排序為‘北紅’>‘龍眼’>‘北玫’>‘威代爾’>‘馬瑟蘭’>‘赤霞珠’>‘美樂’>‘西拉’。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)‘美樂’與‘赤霞珠’抗寒能力相差不大, 同為弱抗寒性品種?？购芰ψ顝姷钠贩N是‘北紅’和‘龍眼’, 過冷卻點都低于–6.0 ℃?！泵怠?‘北紅’在寧夏地區(qū)冬季不埋土即可安全越冬, 翌年可正常生長發(fā)育, 田間調(diào)查結(jié)果也顯示其抗寒性較強?！堁邸购芰H次于‘北紅’, 可能與其多年在中國北方種植, 逐步適應(yīng)寒冷環(huán)境有關(guān)。同時也有研究表明, 由于‘龍眼’根系扎根較深, 遭到凍害后恢復(fù)能力比較強, 所以抗寒性較強[5]?！嘞贾椤?‘美樂’ ‘西拉’根系的抗寒性較弱, 過冷卻點溫度在–3.5 ℃左右。過冷卻點、結(jié)冰點溫度與半致死溫度一致性很高, 且聚類分析結(jié)果與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量方差分析結(jié)果基本一致, 抗寒能力相似的品種間滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量沒有顯著性差異。本研究各類指標(biāo)所得不同品種釀酒葡萄的抗寒性結(jié)果比較一致, 因此可以把–7.2~–2.9 ℃作為這8個釀酒葡萄品種根系越冬凍害的溫度參考指標(biāo)。但需要說明的是, 不同風(fēng)土條件與管理措施會對葡萄抗寒性產(chǎn)生一定影響[31], 不同土壤類型對根系抗寒性的影響還需進(jìn)一步研究。

鑒于以上分析, 得出以下結(jié)論: 葡萄根系結(jié)冰點與半致死溫度有很好的相關(guān)關(guān)系, 可溶性蛋白對增強葡萄品種的抗寒性有重要作用。葡萄根系的抗寒力可分為3類: 弱抗寒型(‘赤霞珠’ ‘美樂’ ‘西拉’), 過冷卻點在–3.8~–3.2 ℃, 結(jié)冰點–2.8~–2.3 ℃, 半致死溫度–4.34~–3.19 ℃; 中抗寒型(‘北玫’ ‘馬瑟蘭’ ‘威代爾’), 過冷卻點為–5.4~–4.4 ℃, 結(jié)冰點在–4.1~–3.7 ℃, 半致死溫度–5.90~–4.43 ℃; 強抗寒型(‘北紅’ ‘龍眼’), 過冷卻點在–6.4~–6.3 ℃, 結(jié)冰點–5.2~–4.8 ℃, 半致死溫度–6.55~–6.11 ℃。8個品種葡萄根系抗寒性強弱依次為: ‘北紅’>‘龍眼’>‘北玫’>‘威代爾’>‘馬瑟蘭’>‘赤霞珠’>‘美樂’>‘西拉’。8個品種釀酒葡萄根系過冷卻點在–6.4~–3.2 ℃, 半致死溫度在–6.55~–3.19 ℃。

需要指出的是: 由于試驗條件所限, 本研究沒有采集葡萄主根進(jìn)行抗寒性分析, 在各類土壤環(huán)境下, 因根系分布不均勻, 根系的形態(tài)、結(jié)構(gòu)不盡相同, 分布的深淺也不一樣, 其抗寒性也不盡相同。因此, 不同粗細(xì)和形態(tài)葡萄根系的抗寒性還有待進(jìn)一步研究。

[1] 王奉玉, 劉效義, 王銀川, 等. 2002年冬季葡萄凍害調(diào)查簡報[J]. 中外葡萄與葡萄酒, 2003, (5): 38–39 WANG F Y, LIU X Y, WANG Y C, et al. Brief report on the survey of frost damage on grape in 2002 winter[J]. Sino-overseas Grapevine & Wine, 2003, (5): 38–39

[2] ZHENG C L, HALALY T, ACHEAMPONG A K, et al. Abscisic acid (ABA) regulates grape bud dormancy, and dormancy release stimuli may act through modification of ABA metabolism[J]. Journal of Experimental Botany, 2015, 66(5): 1527–1542

[3] QUAMME H A. Use of thermal analysis to measure freezing resistance of grape buds[J]. Canadian Journal of Plant Science, 1986, 66(4): 947–952

[4] 焦奎寶. 葡萄根系抗寒性的研究[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2010 JIAO K B. Study on cold hardiness of grape roots[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2010

[5] 曹建東, 陳佰鴻, 王利軍, 等. 葡萄抗寒性生理指標(biāo)篩選及其評價[J]. 西北植物學(xué)報, 2010, 30(11): 2232–2239 CAO J D, CHEN B H, WANG L J, et al. Cold resistance indexes identification and comprehensive evaluation of grape varieties[J]. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica, 2010, 30(11): 2232–2239

[6] 范宗民, 孫軍利, 趙寶龍, 等. 低溫脅迫下不同砧木‘赤霞珠’葡萄枝條抗寒性比較[J], 果樹學(xué)報, 2019, doi.org/ 10.13925/j.cnki.gsxb.2019020190450 FAN Z M, SUN J L, ZHAO B L, et al. Effect of low temperature stress on cold resistance of one-year branch of ‘Cabernet Sauvignon’ grape grafted on different rootstocks[J]. Journal of Fruit Science, 2019, doi.org/10.13925/j.cnki. gsxb.2019020190450

[7] TODARO T M, DAMI I E. Trunk renewal methods for recovery of ‘Cabernet Franc’ grapevines after winter injury in Ohio[J]. Horticulture Technology, 2018, 28(3): 382–390

[8] 盧精林, 李丹, 祁曉婷, 等. 低溫脅迫對葡萄枝條抗寒性的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 46(4): 36–43 LU J L, LI D, QI X T, et al. Effect of low temperature stress on cold resistance of grapes branch[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2015, 46(4): 36–43

[9] 高振, 翟衡, 孫魯龍, 等. 基于溫度-傷害度關(guān)系分析釀酒葡萄根系及芽抗寒性[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(4): 983–990 GAO Z, ZHAI H, SUN L L, et al. Evaluation of root and bud cold hardiness of wine grape varieties based on temperature-injury relation[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2014, 25(4): 983–990

[10] 付曉偉, 張倩, 劉崇懷, 等. 評價葡萄根系抗寒性指標(biāo)的確定[J]. 果樹學(xué)報, 2014, 31(1): 52–59 FU X W, ZHANG Q, LIU C H, et al. Index for the evaluation of grape root cold-resistance[J]. Journal of Fruit Science, 2014, 31(1): 52–59

[11] 王麗雪, 趙金枝, 余茂莉, 等. 葡萄根系抗寒力的研究[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報, 1982, (1): 111–123 WANG L X, ZHAO J Z, YU M L, et al. Study on cold resistance of grape roots[J]. Journal of Inner Mongolia Institute of Agriculture & Animal Husbandry, 1982, (1): 111–123

[12] 郭修武, 傅望衡. 葡萄根系抗寒性的研究[J]. 園藝學(xué)報, 1989, 16(1): 17–22 GUO X W, FU W H. Studies on cold hardiness of grape roots[J]. Acta Horticulturae Sinica, 1989, 16(1): 17–22

[13] 張文娥, 王飛, 潘學(xué)軍. 應(yīng)用隸屬函數(shù)法綜合評價葡萄種間抗寒性[J]. 果樹學(xué)報, 2007, 24(6): 849–853 ZHANG W E, WANG F, PAN X J. Comprehensive evaluation on cold hardiness ofspecies by Subordinate Function (SF)[J]. Journal of Fruit Science, 2007, 24(6): 849–853

[14] 王景紅, 劉璐, 高峰, 等. 陜西富士系蘋果花期霜凍災(zāi)害氣象指標(biāo)的修訂[J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2015, 36(1): 50–56 WANG J H, LIU L, GAO F, et al. Revision on meteorological indices of florescence frost disaster for Fuji apple in Shaanxi Province[J]. Chinese Journal of Agrometeorology, 2015, 36(1): 50–56

[15] 秦明, 王紅芳, 劉振國, 等. 中華蜜蜂和意大利蜜蜂耐寒性能差異比較[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(12): 2380–2388 QIN M, WANG H F, LIU Z G, et al. Comparison of different cold resistance betweenand[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(12): 2380–2388

[16] 孟慶瑞, 王文鳳, 梁隱泉, 等. 杏品種花器官過冷卻點及結(jié)冰點的研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(4): 1128–1133 MENG Q R, WANG W F, LIANG Y Q, et al. Study on supercooling point and freezing point in floral organs of apricot[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(4): 1128–1133

[17] 王海梅, 侯瓊, 云文麗, 等. 內(nèi)蒙古河套灌區(qū)玉米與向日葵霜凍的關(guān)鍵溫度[J]. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(11): 2948–2953 WANG H M, HOU Q, YUN W L, et al. Key temperatures of corn and sunflower during cooling process in Hetao irrigation district, Inner Mongolia[J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(11): 2948–2953

[18] 李盼華. 低溫脅迫對早春開花植物花器官抗寒性及花色的影響[D]. 保定: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2011LI P H. The impact of cold hardiness and floral color under low temperature stress on floral organs of early spring flowering plants[D]. Baoding: Hebei Agricultural University, 2011

[19] 王文舉, 張亞紅, 牛錦鳳, 等. 電導(dǎo)法測定鮮食葡萄的抗寒性[J]. 果樹學(xué)報, 2007, 24(1): 34–37 WANG W J, ZHANG Y H, NIU J F, et al. Study on cold tolerance of table grape cultivars by measuring the conductivity[J]. Journal of Fruit Science, 2007, 24(1): 34–37

[20] 賀普超. 葡萄學(xué)[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 1999 HE P C. Viniculture[M]. Beijing: China Agriculture Press, 1999

[21] 郭修武. 葡萄根系抗寒性鑒定方法研究[J]. 葡萄栽培與釀酒, 1994, (4): 26–29 GUO X W. Study on identification method of cold resistance of grape roots[J]. Sino-overseas Grapevine & Wine, 1994, (4): 26–29

[22] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2003 LI H S. Experimental Principles and Techniques of Plant Physiology and Biochemistry[M]. Beijing: Higher Education Press, 2003

[23] 劉建, 項東云, 陳健波, 等. 應(yīng)用Logistic方程確定三種桉樹的低溫半致死溫度[J]. 廣西林業(yè)科學(xué), 2009, 38(2): 75–78 LIU J, XIANG D Y, CHEN J B, et al. Low temperature LT50 of three eucalyptus seedlings with electrical conductivity method and Logistic equation[J]. Guangxi Forestry Science, 2009, 38(2): 75–78

[24] 王瑋, 李紅旭, 趙明新, 等. 7個梨品種的低溫半致死溫度及耐寒性評價[J]. 果樹學(xué)報, 2015, 32(5): 860–865 WANG W, LI H X, ZHAO M X, et al. Study on the cold resistance and the semi-lethal temperatures for seven pear cultivars[J]. Journal of Fruit Science, 2015, 32(5): 860–865

[25] 張建文. 蘋果根系分區(qū)灌溉的水分運輸及分配機理[D]. 保定: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008 ZHANG J W. Mechanism of water transportation and distributing with partial rootzone irrigation in apple[D]. Baoding: Hebei Agricultural University, 2008

[26] 李艷, 付艷東, 馬艷春, 等. 淹水對不同葡萄砧木生長及光合特性的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(5): 995–1004 LI Y, FU Y D, MA Y C, et al. Effects of waterlogging on characteristics of growth and photosynthesis in different grape rootstocks[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(5): 995–1004

[27] 李敏敏, 袁軍偉, 韓斌, 等. 26個葡萄砧木品種耐旱性評價[J].西北林學(xué)院學(xué)報, 2018, 33(4): 132-138 LI M M, YUAN J W, HAN B, et al. Evaluations on the drought resistance of 26 grape rootstocks[J]. Journal of Northwest Forestry University, 2018, 33(4): 132-138

[28] RUIZ N, BARRANCO D, RAPOPORT H F. Anatomical response of olive (L.) to freezing temperatures[J]. The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 2006, 81(5): 783–790

[29] Grant T N L, Dami I E. Physiological and biochemical seasonal changes ingenotypes with contrasting freezing tolerance[J]. American Journal of Enology and Viticulture, 2015, 66(2): 195-203

[30] 高振, 翟衡, 張克坤, 等. LT-Ⅰ分析7個釀酒葡萄品種枝條的抗寒性[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(5): 1014–1024 GAO Z, ZHAI H, ZHANG K K, et al. A study on cold hardiness of seven wine grape canes by LT-I analysis[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(5): 1014–1024

[31] GUSRA L V, WISNIEWSKI M. Understanding plant cold hardiness: an opinion[J]. Physiologia Plantarum, 2013, 147(1): 4-14

Comparing the cold resistance of roots of different wine grape varieties*

YANG Yu1, ZHANG Xiaoyu1,2,3**, CHEN Renwei1, LIU Zhaoyu1, LI Fanghong1, FENG Rui1, WANG Jing2,3, LI Hongying2,3

(1. College of Agriculture, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. Key Laboratory for Meteorological Disaster Monitoring, Early Warning and Risk Management of Characteristic Agriculture in Arid Regions, China Meteorological Administration, Yinchuan 750002, China; 3. Ningxia Institute of Meteorological Sciences, Yinchuan 750002, China)

Winter freezing injury of wine grape refers to the phenomenon in which grape tissue cells are injured or even killed when they are exposed to temperatures lower than 0 ℃. Northern China in winter is colder and drier than areas of similar latitude elsewhere in the world. Winter freezing injury is one of the most significant limiting factors restricting the development of wine grape cultivation in northern China. Different parts of the grapevine vary in their resistance to cold. The root has the least resistance as it does not have the process of dormancy in winter. However, the cold tolerance level of the root depends on the genetic character of the wine grape varieties. An investigation into the cold resistance of roots of different wine grape varieties should provide scientific guidance on the monitoring, early warning, and prevention of winter-freezing injury of wine grape in northern China. In this paper, roots from eight common varieties of wine grape, such as ‘Cabernet Sauvignon’, ‘Merlot’, ‘Marselan’, ‘Vidal’, ‘Syrah’, ‘Beimei’, ‘Beihong’ and ‘Longyan’, in the eastern foothills of Helan Mountain were selected and tested. The freezing experiment on these roots was carried out by an artificial freezing system simulating the natural cooling and freezing processes. The temperatures of the supercooling point and the frozen point, the concentrations of the soluble sugar and the soluble protein, the relative electronic conductivity, and the semi-lethal temperature of the roots were measured in the laboratory. The critical temperatures for roots of different varieties were further identifiedusing correlation analysis and cluster analysis. After that, the cold resistance abilities of roots of eight tested wine grapes were comprehensively analyzed for the indicators mentioned above. The following conclusions were drawn: 1) The content of soluble protein in the root significantly affected the cold resistance ability of wine grapes. 2) The cold resistance ability of roots from the eight varieties could be grouped into three categories: the light cold resistance type (‘Cabernet Sauvignon’, ‘Merlot’, ‘Syrah’), for which the supercooling point was –3.8 ℃ to –3.2 ℃, the frozen point was –2.8 ℃, to –2.3 ℃, and the semi-lethal temperature was –4.34 ℃ to –3.19 ℃; the moderate cold resistance type (‘Beimei’, ‘Marselan’, ‘Vidal’), for which the supercooling point was –5.4 ℃ to –4.4 ℃, the frozen point was –4.1 ℃ to –3.7 ℃, and the semi-lethal temperature was –5.90 ℃ to –4.43 ℃; the strong cold resistance type (‘Beihong’, ‘Longyan’), for which the supercooling point was –6.4 ℃ to –6.3 ℃, the frozen point was –5.2 ℃ to –4.8 ℃, and the semi-lethal temperature was –6.55 ℃ to –6.11 ℃. 3) The cold resistance abilities of roots of the eight varieties varied from strong to light in this order: ‘Beihong’ > ‘Longyan’ > ‘Beimei’ > ‘Vidal’ > ‘Marselan’ > ‘Cabernet Sauvignon’ > ‘Merlot’ > ‘Syrah’. The results showed that both temperatures of the supercooling point and the frozen point for the grape roots could be used as indicators to evaluate the cold resistance ability of grapes.

Freezing injure; Wine grapes; Roots; Cold resistance; Supercooling point; Conductivity; Soluble protein

S663.1

10.13930/j.cnki.cjea.190787

楊豫, 張曉煜, 陳仁偉, 劉兆宇, 李芳紅, 馮蕊, 王靜, 李紅英. 不同品種釀酒葡萄根系抗寒性鑒定[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(中英文), 2020, 28(4): 558-565

YANG Y, ZHANG X Y, CHEN R W, LIU Z Y, LI F H, FENG R, WANG J, LI H Y. Comparing the cold resistance of roots of different wine grape varieties[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(4): 558-565

* 國家自然科學(xué)基金項目(41675114)、寧夏回族自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目(2018BFH03012)和寧夏自然科學(xué)基金項目(NZ16202)資助

張曉煜, 主要從事釀酒葡萄氣象研究。E-mail: zhang_xynet@163.com

楊豫, 主要從事果樹生理生態(tài)研究。E-mail: 17614731944@163.com

2019-11-07

2020-01-09

* This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (41675114), the Key R&D Program of Ningxia (2018BFH03012) and the Natural Science Foundation of Ningxia (NZ16202).

, E-mail: zhang_xynet@163.com

Nov. 7, 2019;

Jan. 9, 2020