根域加溫對塑料大棚內葡萄芽萌發及生理特性的影響

尹翠+孫利鑫+曹震+陳磊+張亞紅

摘要：為研究根域加溫對塑料大棚內紅地球葡萄休眠期至萌芽期生理特性及芽萌發的影響，試驗以五年生紅地球葡萄為試驗材料，在需冷量滿足后進行根域加溫處理，設置（20±2） ℃（以下簡稱T20 ℃）和對照（CK）2個溫度梯度，觀測芽體萌發進程、測定休眠期至萌芽期葡萄一年生枝條和10、20、30 cm 3個深度根系的脯氨酸含量（Pro）、丙二醛含量（MDA）和SOD活性的變化。結果表明：塑料大棚促早栽培通過根域加溫可以提高土壤溫度約9.9 ℃，T20 ℃處理比對照提早6 d解除休眠。休眠期葡萄枝條和根系內Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速升高；升溫管理后，T20 ℃處理下根系Pro含量、MDA含量、SOD活性均迅速下降，CK 處理Pro和MDA含量下降緩慢，SOD活性先上升后下降；2種處理下，枝條內Pro含量、MDA含量、SOD活性均呈現下降趨勢，且T20 ℃處理根系和枝條各個生理指標均低于CK。適當提高土壤溫度可以使葡萄提早解除生態型抑制休眠，提前進入萌芽，提早上市。

關鍵詞：根域加溫；紅地球葡萄；休眠期；萌芽期；生理特性；萌發

中圖分類號： S663.101文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0203-04

隨著果樹設施栽培的迅速發展，落葉果樹的休眠研究成為熱點。休眠是落葉果樹為在冬季低溫或夏季高溫等不良環境條件下生存，以暫時停止生長或進行落葉的方式來適應環境變化的現象[1]。落葉果樹必須經歷低溫休眠過程才能正常萌芽、開花和結果，其開花早晚在理論上主要受需冷量和需熱量的控制。在設施果樹生產中，如果未滿足落葉果樹對低溫的需求而過早揭苫升溫，則會導致果樹生長發育不正常，出現不能適期萌芽或萌芽不整齊現象，并引起花器官畸形或嚴重敗育，影響果實的品質和產量[2-3]。塑料大棚可以通過反保溫處理的方式（白天覆蓋保溫被弱光低溫，夜間揭開保溫被降溫）提前滿足落葉果樹的低溫需求，但升溫管理后（保溫被白天揭開夜間覆蓋），塑料大棚內白天氣溫能夠滿足芽萌發環境條件但由于夜間失熱，土溫上升緩慢，達不到萌發所需的熱量，果樹處于生態抑制休眠階段，造成同品種葡萄的萌芽期在塑料大棚中比日光溫室萌發晚1個月。大量研究表明，溫度是影響果樹芽體解除休眠的最主要的因子[4-5]，不同溫度條件下果樹的枝條與根系生理指標變化也不同。

對落葉果樹芽休眠的誘導和解除過程中生理指標變化前人做了較多研究，韓浩章等認為，葡萄和油桃在自然休眠解除過程中，2種果樹芽體SOD活性在初休眠期緩慢增強并一直保持較高水平，在休眠后期減弱[6]。王連榮等發現，20 ℃ 土壤溫度處理下早露蟠桃花芽可溶性糖、淀粉、蛋白質和氨基酸含量在整個休眠期均低于15 ℃土壤溫度處理和對照[7]。李政紅等認為，曙光油桃未進入休眠時，芽體MDA含量呈下降趨勢，隨著外界低溫的來臨，芽體進入休眠狀態，MDA含量迅速上升，并穩定在較高水平上[8]。以上主要是針對落葉果樹休眠期至萌芽期枝條和芽的生理生化變化的研究，但對根系生理特性研究較少。王世平等提出，通過根域加溫可以提高促成栽培早期土壤溫度約10 ℃，各物候期均早于未加溫處理2～5 d，新梢生長好、葉面積大、花穗發育好、單株果穗數顯著增加，能提高果實品質，果粒質量、果穗質量和單株產量均顯著高于未加溫處理[9]。目前，國內外對芽體和枝條休眠的研究主要集中在打破休眠（內休眠或自然休眠）的機理上，對自然休眠解除后的生態抑制休眠的規避，以及土壤溫度對根系生理特性及萌芽期的影響研究甚少。

本研究通過對塑料大棚內葡萄根域進行加溫處理，研究其對土壤溫度、對葡萄解除休眠進程、休眠期至萌芽期根系和枝條生理指標變化規律的影響，探究設施果樹休眠與萌芽的生理機理，為設施果樹生產管理提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗材料

試驗于2013年與2014年在寧夏小任果業發展有限公司的[CM（25]塑料大棚內進行，（塑料大棚長96[KG*3]m，寬16[KG*3]m，脊高[CM）]〖LM〗 4.25 m，南北延長，為鋼架結構，覆蓋材料為PE膜，保溫覆蓋材料為棉被）。以五年生且生長發育良好的紅地球葡萄一年生枝條和10、20、30 cm處根系為試材。溫度數據采用美國Campbellsci公司生產的CR10X、CR800數據采集器和相關溫度傳感器，每15 min采集1次。

1.2試驗方法

1.2.1溫度的設置與測定2013年11月8日對塑料大棚內紅地球葡萄扣棚反保溫管理（白天覆蓋保溫被弱光低溫，夜間揭開保溫被降溫），期間將棚內氣溫控制在0～7.2 ℃，以滿足紅地球葡萄解除休眠的低溫需求量。12月28日升溫管理（保溫被白天揭開夜間覆蓋），同時在12月28日對土壤溫度作以下處理：常溫處理（CK），地表覆蓋黑色地膜，保持棚內自然土壤溫度，作為對照；（20±2） ℃（以下簡稱T20 ℃）處理，選擇生長良好的6行葡萄，在距離葡萄主根40 cm處地表下30 cm鋪設電熱線（電熱線固定在納米材料板上）之后覆土，覆蓋黑色地膜保溫，外接控溫儀控制溫度（控溫儀設置斷電溫度為22 ℃）。安裝加熱設備后，在每個處理地表下（離葡萄根系30 cm）10、20、30 cm處埋設溫度探頭，重復2次，試驗采用隨機區組設計，2行（20株）為1個小區，重復3次，每個處理間設置保護行。

1.2.2生理指標的測定休眠期每2周對每處理隨機選取3株葡萄，采集發育良好的一年生枝條和地表下10、20、30 cm處的根系，升溫期每周采樣1次。樣品裝入保鮮袋內封口，放在保溫箱帶回實驗室，用液氮處理，放在-20 ℃冰箱中保存供測定，測定指標時采用表皮與木質部的混合樣。脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定[10]，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定[10]。丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法測定[10]。結果表明，10、20、30 cm處根系生理指標值大小不同，但變化趨勢基本相同，選擇20 cm處根系作代表分析。

1.3統計方法

運用Excel 2007 和SAS進行數據處理，采用五日滑動法處理溫度數據。

2結果與分析

2.1塑料大棚內空氣溫度和土壤溫度變化

2.1.1塑料大棚內空氣溫度變化圖1所示，2013年11月8日至12月28日進行扣棚反保溫管理后氣溫降低，日平均氣溫和日最低氣溫雖有波動，但多在0～7.2 ℃之間滿足葡萄休眠對溫度的要求。12月29日后塑料大棚開始升溫管理，氣溫呈上升趨勢并穩定在較高水平上，能夠滿足紅地球葡萄需熱量的積累，葡萄由休眠逐漸進入萌芽。2014年2月2—9日，出現低溫是由于下雪導致外界氣溫驟然下降，之后溫度迅速回升。

2.1.2塑料大棚內土壤溫度變化由圖2可知，休眠期（11月8日至12月28日）土壤日平均溫度在 2～7 ℃之間波動，能夠滿足葡萄需冷量的需求。12月28日升溫后，T20 ℃處理下土壤日平均溫度變化相對穩定，波動范圍在18～22 ℃之間，加溫期間1月22日出現最低值為18.1 ℃。加溫處理 50 d（2月18日），T20 ℃處理下土壤日平均溫度比CK處理日平均溫度高9.9 ℃，之后隨著外界氣溫不斷升高，加熱與對照處理之間土壤溫差逐漸變小。

2.2土壤溫度對葡萄萌芽率的影響

由表1可知，土壤溫度對塑料大棚葡萄休眠解除有一定的影響，隨著熱量累積量（需熱量）的積累，CK處理和T20 ℃處理萌芽率逐漸升高，2個處理間差異極顯著。T20 ℃、CK處理下塑料大棚內葡萄開始萌動日期分別為2014年2月8日和2月14日，2月14日T20 ℃處理下葡萄萌芽率為25.6%，2月18日萌芽率超過50%；CK處理在2月24日萌芽率為 52.7%，已超過50%，說明芽體已經解除休眠，開始萌動。通過以上分析可知，T20 ℃處理比CK處理提早6 d解除休眠。

2.3土壤溫度對葡萄根系和枝條生理指標的影響

2.3.1對脯氨酸含量變化的影響由圖3可知，土壤加溫對紅地球葡萄根系和枝條內脯氨酸含量變化有一定的影響，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK處理下根系內脯氨酸含量隨時間變化而穩定上升，12月28日達到最大值，分別為0.192 1、0.183 9 μg/g，12月28日升溫管理后T20 ℃處理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK緩慢下降。T20 ℃、CK處理下枝條內脯氨酸含量均呈先上升后下降趨勢，T20 ℃處理下其含量低于對照處理。由于空氣溫度的影響，枝條內脯氨酸含量在休眠前期（12月10日前）和升溫后期（1月10日后）均高于根系脯氨酸含量。

2.3.2對丙二醛含量變化的影響由圖4可知，休眠期（11月8日至12月28日），T20 ℃、CK處理下葡萄根系和枝條隨著外界低溫的來臨逐漸進入休眠，MDA含量迅速上升，并穩定在較高水平上，枝條丙二醛含量低于根系。說明休眠期低溫使根系膜系統受過氧化作用而損傷，這種損傷可以通過根系和枝條丙二醛含量反映出來。升溫后（12月28日后）根系和枝條MDA含量均呈現下降趨勢，T20 ℃處理下根系丙二醛含量急速下降，CK則緩慢下降，說明根系MDA含量對溫度反應較敏感。枝條MDA含量變化相對穩定，可能由于枝條對溫度敏感性較差。T20 ℃處理下根系和枝條均低于CK處理，說明土壤增溫可以抵消低溫對丙二醛的部分影響。

2.3.3對SOD活性變化的影響由圖5可知，土壤增溫對紅地球葡萄根系和枝條SOD活性具有一定的影響，休眠期（11月8日至12月28日），SOD活性迅速增強，12月20日至1月3日，SOD活性呈現“V”字形，出現谷值分別為161.99、170.67 OD/g。1月3日T20 ℃處理下根系SOD活性呈快速減弱趨勢，CK處理則先增強后減弱，且T20 ℃根系SOD活性明顯弱于CK。枝條SOD活性緩慢減弱，2種處理減弱趨勢基本相同。SOD是誘導酶，每處理開始時保持較高的水平，這可能與休眠期低溫誘導有關，而T20 ℃處理下根系和枝條SOD活性都弱于CK處理，說明較高土壤溫度可以消除低氣溫的部分影響。

3結論與討論

果樹休眠是在系統發育過程中形成的，是一種對逆境的適應性[11]。一般認為，落葉果樹根系沒有自然休眠現象，在環境適宜的條件下可以周年生長，自然休眠接受低溫信號的位點在地上部，以芽為主體，而根系是否影響低溫需求量及其自然休眠解除，這方面報道較少。Young等認為，蘋果根系需要接受一定的低溫才能正常的萌芽和生長，而桃根系經過低溫處理，推遲發芽并減少新梢的生長[12]。在本試驗中，塑料大棚內紅地球葡萄地上部接受正常自然休眠，需冷量滿足后對土壤進行不同溫度處理，結果表明，較高的土壤溫度，能促進葡萄提早解除生態型抑制休眠，縮短萌芽期。這與高東升等對油桃和杏研究結果[13]相似，肯定了土壤溫度對葡萄休眠解除有影響。

在日本，果樹加溫（氣溫）促早栽培中，翌年發芽不良和生長緩慢的現象比較普遍，增溫時間越早，花芽分化率越低，花穗原基發育越差[14]。后來研究發現，出現這種現象是由于在加溫時地上部開始活動，而根系卻仍然處在較低的溫度環境中，根際營養供給不能滿足地上部的生長需要[15]。在本研究中，2種處理在同一個塑料大棚內，土壤增溫沒有造成空氣溫度的差異，但提高土壤溫度后，適宜的根際溫度有利于根系生長，根系不斷合成細胞分裂素并向上運輸，影響芽的休眠進程，從而使葡萄提早解除休眠，縮短萌芽期，提前成熟。據Kliewer報道，Cabernet Sauvignon葡萄根域溫度設置為 11～35 ℃，地溫越高，新梢生長越快，葉片數越多，葉面積越大[16]。

脯氨酸是植物細胞中重要的滲透調節物質，對植物抗逆性起重要的調節作用，植物通過增加細胞內脯氨酸含量增強對外界低溫環境的耐受性[17]。在低溫條件下，植物組織中脯氨酸的含量顯著增加，可提高植物的抗寒性。試驗結果表明，休眠期（11月8日至12月28日）T20 ℃、CK處理下根系內脯氨酸含量隨時間變化而穩定上升，由于蓄冷期溫度較低，脯氨酸含量增加，與歐陽汝欣研究的在自然休眠過程中，隨著低溫積累，游離脯氨酸含量不斷上升的結果[18]一致，升溫管理后T20 ℃處理下根系脯氨酸含量迅速下降，且含量最低，CK緩慢下降。T20 ℃、CK處理下枝條內脯氨酸含量均呈先上升后下降趨勢，T20 ℃處理下的含量低于CK處理。與王連榮研究的結果[7]相反，可能是由于測定的部位和氨基酸種類不同，還須要進一步探究。

MDA是脂質過氧化的主要產物之一，其含量可以反映脂質過氧化的程度[19]，植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，發生膜脂過氧化作用。休眠期較高MDA含量，表明低溫對根系和枝條體造成了一定傷害，作為應對機制，根系和枝條作出積極響應，如膜組分的變化以及清除過氧化氫、超氧陰離子自由基等有毒物質，這些機制可能參與休眠的調控。試驗結果表明，休眠期（11月8日至12月28日），T20 ℃、CK處理下葡萄根系和枝條隨著外界低溫的來臨逐漸進入休眠，MDA含量迅速上升，并穩定在較高水平，枝條丙二醛含量低于根系。這可能是未休眠的根系和枝條發生的一系列生理生化變化，為進入休眠做準備，這種變化可從膜透性上反映出來。升溫后（12月28日后），根系和枝條丙二醛含量均呈下降趨勢，T20 ℃處理下根系丙二醛含量急速下降，CK則緩慢下降，與李政紅等的研究結果[8]相似。

超氧化物歧化酶（SOD）是一種植物體內抗氧化系統中重要的酶，是典型的誘導酶[20-22]，它能催化超氧陰離子自由基產生過氧化氫，防止氧自由基破壞細胞的組成和結構，保護細胞免受氧化損傷。因此，SOD具有保護生物體免受活性氧傷害的能力。在本試驗中，隨著休眠進程的繼續，根系和枝條SOD活性升高，產生大量或過量的H2O2，進入萌芽期后SOD活性有所降低。在萌芽期，T20 ℃處理根系和枝條SOD活性低于CK處理。這可能是T20 ℃處理減少了根系和枝條內活性氧的形成，活性氧濃度降低，SOD活性相應降低；而CK處理土壤溫度較低，增加了根系和枝條內活性氧含量，SOD是一種誘導酶，為了消除芽體內合成的活性氧，低溫誘導了SOD的大量合成，從而提高了SOD活性。植物生長發育過程中休眠具有重大的意義，因此在休眠期間一定會發生一系列不同于生長期間的生理生化變化，可能是由于不同生理生化變化導致植株由休眠逐漸進入萌芽。

參考文獻：

[1]曾驟. 果樹生理學[M]. 北京：北京農業大學出版社，1992：21-41.

[2]張鳳敏，官美英，梁樹樂. 果樹設施栽培中存在的問題及對策[J]. 河北果樹，2003（3）：4-5.

[3]姜衛兵，韓浩章，汪良駒，等. 落葉果樹需冷量及其機理的研究進展[J]. 果樹學報，2003，20（5）：364-368.

[4]江澤平. 栓皮櫟葉芽休眠解除過程的模擬[J]. 地理研究，1994，13（1）：43-50.

[5]江澤平. 溫帶木本植物芽休眠的解除與溫度[J]. 林業學，1995，31（2）：160-168.

[6]韓浩章，姜衛兵，費憲進，等. 葡萄和油桃自然休眠解除過程中H2O2含量和抗氧化酶活性的變化[J]. 南京農業大學學報，2007，30（1）：50-54.

[7]王連榮. 土壤溫度對溫室早露蟠桃休眠及升溫期生理生化的影響[D]. 保定：河北農業大學，2003.

[8]李政紅，高東升. 休眠期曙光油桃芽電導率及丙二醛含量的變化[J]. 安徽農業科學，2009，36（24）：10340-10343.

[9]王世平，費全風，秦衛國，等. 根域加溫對促成栽培緋紅葡萄生長發育的影響[J]. 果樹學報，2003，20（3）：182-185.[ZK）]

[10]鄒琦. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：中國農業出版社，2010.[HJ1.83mm]

[11]黃卓烈，林韶湘，譚紹滿，等. 按樹等植物吲哚乙酸氧化酶活性變化與插枝生根的比較研究[J]. 林業科學研究，1996，9（5）：510-516.

[12]Young E，Werner D J. 6-BA applied after shoot and/or root chilling and its effect on growth resumption in apple and peach[J]. HortScience，1986，21（2）：280-281.

[13]高東升，束懷瑞，李憲利. 幾種適宜設施栽培果樹需冷量的研究[J]. 園藝學報，2001，28（4）：283-289.

[14]岡本五郎. 果實發育及其調節[M]. 養賢堂，1996：14-31.

[15]久保田尚浩，江川俊之，村和夫. 加溫期の なるブドウ‘マスカット オブ アレキサンドリアの根の生 及びその活性に及ぼす影[J]. 園蕓學會，1987，56：280-286.

[16]Kliewer W M. Effect of root temperature on budbreak，shoot growth，and fruit-set of ‘Cabernet Sauvignongrapevines[J]. American Journal of Enology and Viticulture，1975，26（2）：82-89.

[17]余叔文，湯章城. 植物生理與分子生物學[M]. 北京：科學出版社，2001：381.

[18]歐陽汝欣. 溫度對芽休眠及開花坐果的影響[D]. 保定：河北農業大學，2002.

[19]王令霞，吳志祥，王家保，等. 芒果花期內源激素含量的變化[J]. 熱帶作物學報，2005，26（1）：60-62.

[20]和華龍，黃華，薛建輝. 模擬酸雨和富營養化復合脅迫對水葫蘆抗氧化酶的影響[J]. 江蘇農業科學，2015，43（11）：430-432.

[21]陳美靜，劉倚雯，張寶龍，等. 不同預處理對PEG脅迫下水稻幼苗抗氧化系統的影響[J]. 江蘇農業科學，2015，43（8）：76-78.

[22]孫佳佳，張其安，江力，等. 3 種不同耐寒番茄品系的生理特性研究[J]. 安徽農業科學，2010，38（5）：2315-2317.