熟性和季节因素与葡萄叶片耐霜冻能力的关系研究

孙鲁龙，段秋艳，杜远鹏*，翟衡*

（1. 山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018；2. 贵州大学农学院，贵州贵阳 550025；3. 德州市园林管理局，山东德州 253000）

低温是影响植物正常生长、发育、结实的重要非生物胁迫[1]。在我国的东北、西北以及西南云贵高原产区，冻害成为限制葡萄品种引进和品种布局的重要因素。在过去的研究中，关于葡萄抗寒性的评价和比较取得较为突出的进步，这对于葡萄研究者和种植者了解葡萄的抗寒机理、减轻冻害具有重要的指导意义。但是，这些研究大多针对葡萄休眠季的根系、枝条和芽等器官而开展[2-6]，而春季和秋季霜冻对葡萄的影响相对较少[7]。

虽然春、秋季霜冻发生的频率和强度都远小于冬季冻害，但是霜冻对植物生长、发育及分布具有特殊的意义。生长季的霜冻可以对植物的营养器官甚至生殖器官造成不可逆转的伤害[8-9]，从而形成环境选择压，进而影响植物的地域分布[10]。近年来，由于气候的变化，霜冻发生的可能性越来越大[11-12]，了解霜冻对葡萄生长的影响显得越来越重要。对葡萄生产而言，春季的晚霜和秋季的早霜都可能对葡萄叶片造成伤害。一般认为，组织厚实的成龄叶比幼嫩的新生叶更耐低温，但葡萄叶片对春、秋两季霜冻的敏感性以及二者的差异究竟如何并没有直接的研究。

植物在进化过程中可以通过改变生长周期以适应霜冻，即在春季晚发芽以躲避春季霜冻，在秋季早衰老以躲避秋季霜冻[8]。对于葡萄而言，早熟品种一般发芽早落叶早，晚熟品种一般发芽晚落叶晚，但葡萄熟性与叶片耐霜冻能力之间的关系并不明确。生产上具有经济价值的葡萄品种一般可以分为欧亚种、欧美种和种间杂种3大种群，每一种群中都有早熟品种和晚熟品种，葡萄种群与叶片耐霜冻能力之间的关系也不明确。充分了解各品种、种群的耐霜冻能力，可以为开发抗性种质资源奠定基础，同时对葡萄引种和品种布局也具有重要的意义。

本试验在春季和秋季分别对生产上用到的3个种群、熟性不同的6个品种（每个种群选择一种早熟品种、一种晚熟品种）的耐霜冻能力进行分析比较。

1 材料与方法

1.1 品种选择与样品采集

本试验于2016年春季、秋季在山东农业大学园艺科学与工程学院试验站葡萄园及园艺学院实验室进行。本葡萄园的种质主要有欧亚种、欧美种和种间杂种3大种群，从每个种群中选择一个早熟品种和一个晚熟品种作为试验材料。所选品种信息如表1所示。

表1 试验材料Table 1 Information of cultivars selected as materials

春季采样及试验时间为5月4—11日，此时所有品种都进入萌芽期；秋季采样及试验时间为9月1—7日，此时叶片还未出现大面积失绿衰老。春季采样时，将新梢梢尖下第一片展开叶连同叶柄采下；秋季采样时，将未失绿的功能叶片连同叶柄一起采下。为了防止叶片失水，每次采样时间8∶00—9∶00。样品采下后放在自封袋中，做好标记，置于冰盒保鲜，尽快带回实验室，放在4 ℃冰箱内备用。一次采集的样品在2 d之内用于试验。

1.2 霜冻处理

叶片采下后在高低温湿热测试箱（苏州智河环境试验设备有限公司）中进行霜冻试验。参考CaraDonna的方法[13]进行霜冻处理。采集的叶片每20片一组，用铝箔纸包裹成一束（秋季采集的叶片较大，每片叶单独包裹，仍以20片为一组进行霜冻试验），确保铝箔纸中的叶片互不重叠，保证每片叶受冻均匀。试验设定0、-1 ℃、-2 ℃、-3 ℃、-4 ℃、-5 ℃、-6 ℃七个目标低温。霜冻降温程序为：在20 min内，测试箱中的温度从室温降到5 ℃；在6 h内，测试箱中的气温从5 ℃降到目标低温，之后在目标低温维持2 h；在1 h内测试箱中的气温从目标温度恢复到5 ℃，霜冻处理结束。每个品种在每个目标低温下重复处理7次。

1.3 霜冻伤害的判定

受冻的叶片表现为整片叶萎蔫、失绿、变褐，并由于细胞破裂而出现水渍状，叶片失去膨压变软。

1.4 数据分析

统计受冻叶片的比例，伤害比例=受冻叶片数/20。采用Origin 9.0建立伤害比例与温度之间的Logistics回归模型。根据回归曲线方程，计算10%、50%、90%叶片受冻时的致死温度LT10、LT50、LT90。采用半致死温度LT50结合t检验，比较不同季节、不同成熟特性葡萄的叶片耐霜冻能力。

2 结果与分析

2.1 葡萄叶片霜冻伤害与低温的关系

图1、图2显示，葡萄叶片对低温的反应差异比较大，叶片冻害比例与低温的关系可以用Logistics模型较好拟合。随着温度的降低，叶片霜冻伤害比例逐渐加大。

表2列出了葡萄叶片伤害比例为10%、50%、90%时的致死温度LT10、LT50、LT90。从表2看出，可以造成叶片伤害的温度并不是特别低，冻害温度范围也不是很广。在春季，葡萄叶片发生霜冻伤害的温度范围为-5.09～-2.93 ℃（图1，表2）；在秋季，葡萄叶片发生霜冻伤害的温度范围为-4.84～-1.63 ℃（图2，表2）。

表2 不同葡萄品种叶片的LT10、LT50、LT90（单位：℃）Table 2 LT10、LT50、LT90 in leaf of different grapevine cultivar (Unit: ℃)

2.2 春季、秋季葡萄叶片耐霜冻能力比较

如表3所示，6个参试品种中有5个品种的春季、秋季叶片耐霜冻能力存在差异，只有‘弗兰特纳克’的叶片在春季、秋季的耐霜冻能力差异不明显。大多数品种都表现出春季叶片耐霜冻能力高于秋季叶片耐霜冻能力，二者的温度差值在0.17～1.52 ℃，差异最小的品种为‘美乐’，差异最大的品种为‘夏黑’。

表3 春季、秋季葡萄叶片耐霜冻能力比较Table 3 Comparison of leaf frost sensitivity in spring and fall

2.3 早熟、晚熟葡萄品种叶片耐霜冻能力比较

品种的早熟、晚熟特性与叶片耐霜冻能力存在显著的相关性（表4）。在春季，欧美杂交种（夏黑、威代尔）、种间杂交种（弗兰特纳克、摩尔多瓦）早熟品种、晚熟品种的耐霜冻能力存在显著性差异，且早熟品种叶片的耐霜冻能力低于晚熟品种叶片的耐霜冻能力。欧亚种（美乐、赤霞珠）早熟品种、晚熟品种叶片的耐霜冻能力不存在显著性差异。

在秋季，3个种群早熟品种、晚熟品种叶片耐霜冻能力都存在显著性差异。欧美杂交种早熟品种‘夏黑’叶片的耐霜冻能力要高于晚熟品种‘威代尔’叶片的耐霜冻能力；欧亚种（美乐、赤霞珠）、种间杂交种（弗兰特纳克、摩尔多瓦）早熟品种叶片的耐霜冻能力要低温晚熟品种叶片的耐霜冻能力。

3 讨论与结论

一直以来，生长季低温对葡萄的影响并未引起生产者和研究者的足够关注。这主要因为霜冻发生的概率和强度都较冬季冻害小。因此，关于葡萄抗寒性鉴定方面的工作大部分是针对冬季根系、芽、枝条进行的[2-5]，这种现象在其他果树树种上也是如此。随着全球气候变暖，“暖冬”出现的年份越来越多，冬季极度寒冷的情况逐渐减少，这使葡萄冬季冻害发生的可能性大大降低。然而，生长季波动性降温天气发生的概率却有所增加[11-12]。近年山东发生的几次秋季冻害，造成蓬莱、济宁等地区上千亩葡萄的枝条叶片严重受损。这些说明，生长季低温冻害对葡萄产业发展的威胁越来越大，必须引起足够的重视。

表4 早熟、晚熟葡萄品种叶片耐霜冻能力比较Table 4 Comparison of leaf frost sensitivity in early and late-maturing cultivars

注：按照公认的标准，选择半致死温度LT50作为比较叶片耐霜冻能力的指标，采用T检验比较同一种群早熟、晚熟品种LT50的差异，显著水平设定为0.05.*，0.05水平下差异显著；**，0.01水平下差异显著

Note: to be consistent with commonly accepted standard in cold-hardiness evaluation,LT50was selected as parameter used in T-test to compare the frost-tolerance of leaves. *as significant at 0.05 level; **as significant at 0.01 level

影响叶片抗寒能力的因素比较多，本研究对比了3大葡萄种群中，早熟品种和晚熟品种的叶片在春季和秋季的霜冻敏感性，总体而言季节和熟性都会影响葡萄叶片的耐霜冻能力。

在本试验中发现，葡萄叶片冻害发生的温度范围为-5.09～-1.63 ℃（表2）。袁军伟等[14]研究11个葡萄品种的根系半致死温度，发现葡萄根系的低温半致死温度范围在-9～-5.64 ℃；高振等[3]研究表明，酿酒葡萄枝条的半致死温度范围在-14.75～-13 ℃；高振[15]证明，冬芽的半致死温度范围为-29.84～-16.83 ℃。以上研究结果表明，叶片的耐低温能力远小于葡萄根系、枝条和冬芽的耐低温能力。

在温带地区，一年之内通常会发生两次霜冻，即春季的晚霜和秋季的早霜。由于葡萄的生长期比较长，因此在生长季遭遇早霜、晚霜冻害都有可能。葡萄叶片在春季和秋季的耐霜冻能力存在很大的差异。大部分品种叶片在春季具有更高的耐霜冻能力，而在秋季对低温比较敏感（表3），这一现象在3个种群中都有所体现。虽然目前没有直接的研究结果来阐述抗寒性的季节性差异，但有研究表明，植物营养生长阶段具有较多的可溶性糖、脯氨酸等抗寒性物质，以及较高的抗氧化酶活[16]，这可能是造成春季、秋季葡萄叶片耐冻能力差异的主要原因。

品种成熟早晚的特性对叶片耐霜冻能力也有影响。在同一时期内，至少有两个种群早熟品种和晚熟品种的叶片耐霜冻能力存在显著性差异（表4），这说明遗传因素对叶片耐霜冻能力具有一定的影响。但是由成熟早晚特性造成的叶片耐霜冻能力差异会受到季节的强烈影响。在春季，欧亚种早熟葡萄‘美乐’叶片的耐霜冻能力与晚熟品种‘赤霞珠’叶片的耐霜冻能力差异不显著，但是在秋季差异显著；欧美杂交种早熟品种‘夏黑’叶片的耐霜冻能力和晚熟品种‘威代尔’叶片的耐霜冻能力在春季差异显著，而在秋季差异更大更显著；种间杂交种早熟品种‘弗兰特纳克’叶片的耐霜冻能力和晚熟品种‘摩尔多瓦’叶片的耐霜冻能力在春季差异显著，而在秋季差异不仅变得更大更显著，二者耐霜冻能力的相对关系也发生逆转（表4）。由此可见，季节因素对葡萄叶片耐霜冻能力的影响可能要大于品种的熟性对葡萄叶片耐霜冻能力的影响。季节因素与葡萄熟性之间是否存在互作机制以调节葡萄叶片的耐霜冻能力是以后研究的重点。