復合鹽堿脅迫對葡萄生長及顯微結構的影響

盧倩倩，李 月，王樂樂，王 爽，周 龍

（新疆農業大學 園藝學院，新疆 烏魯木齊 830052）

葡萄Vitis uinifera是世界四大果樹之一，其果實酸甜可口、營養豐富，其栽植面積和產量曾長期居于世界首位[1]。從2012年開始，中國葡萄總產量位居世界首位，葡萄種植面積位列世界第2位，鮮食葡萄產量占世界總產量的近50%[2]。新疆是我國葡萄栽培面積最大的省區，獨特的氣候資源使得該區的葡萄品質具有明顯優勢[3]。同時因為獨特的氣候、地形等因素，新疆地區是我國鹽堿地面積最大、分布范圍最廣的地區，有“世界鹽堿地博物館之稱”[4]。葡萄種植面積不斷擴大與鹽堿化耕地不斷增多的矛盾日益凸顯，篩選耐鹽堿能力強的鮮食葡萄品種成為當前的緊要任務，對新疆地區葡萄產業的持續健康發展具有重要意義。鹽堿脅迫會影響果樹的生長發育，葉片作為果樹與外界進行物質、能量交換的主要器官，其組織結構也必然會隨之發生一定的變化以適應環境[5]，且葉片變化程度與脅迫濃度為正比關系[6]。李學孚等[7]對鹽脅迫下‘鄞紅’葡萄的葉片細胞結構進行了研究，發現鹽脅迫會抑制葡萄生長，葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織變厚。秦玲等[8]對鹽脅迫下釀酒葡萄的葉片細胞結構進行了研究，發現鹽脅迫使得葉綠體在細胞內不規則分布，柵欄組織與海綿組織的厚度比（柵海比）相對降低。張德等[9]對鹽脅迫下2種垂絲海棠砧木的葉片細胞結構進行了研究，發現耐鹽性強的‘9-1-6’的葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織厚度的變幅均小于耐鹽性差的山定子。

目前，關于葡萄砧木耐鹽堿性的研究報道較多，但新疆地區多采用自根苗建園的種植模式，因此對耐鹽堿性較強的鮮食葡萄新品種有較大的需求量。近年來，由于未在引種前進行耐鹽堿性評價，導致實際生產中部分新引品種因不耐鹽堿而生長不良，種植戶損失較大，因此在引種前進行新引進葡萄品種耐鹽堿性的評價和區域試驗，對整個新疆葡萄產業的健康發展具有十分重要的意義。本研究中以新疆10個新引鮮食葡萄品種為研究對象，通過盆栽控制性試驗，對復合鹽堿脅迫30 d后葡萄的生長指標和顯微結構進行觀測，以期為10個新引鮮食葡萄品種在新疆地區的進一步推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

2020年4—9月，在新疆農業大學園藝學院進行試驗，供試材料為新疆地區10個新引鮮食葡萄品種的1年生扦插苗，包括‘深紅玫瑰’‘絲路紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘黑脆無核’‘早夏無核’‘甜蜜藍寶石’‘浪漫紅顏’‘紫甜無核’‘戶太8號’和‘夏黑’（表1）。將扦插苗定植于上口直徑25 cm、下口直徑20 cm、高25 cm的塑料花盆中，基質采用營養土。定植后，每3 d澆1次透水，保證基質處于濕潤狀態。待葡萄苗長出7葉1心后，選擇直徑和高度均較為一致的幼苗，進行復合鹽堿脅迫處理。

表1 供試葡萄品種的基本信息Table 1 Basic information of tested grape varieties

依據新疆鹽堿土成分，將中性鹽NaCl、Na2SO4和堿性鹽NaHCO3按濃度1∶1∶1的比例混合配置成復合鹽堿溶于水。根據鹽堿質量分數（鹽堿質量和土壤干質量的百分比）設置處理，設對照（不加鹽堿，CK）和加入0.29%（T1）、0.58%（T2）、0.87%（T3）盆土干質量（5 kg）的復合鹽堿，共4個處理，每處理3次重復。為避免鹽沖擊效應，預處理期間每天以0.29%復合鹽堿溶液遞增添加，經3 d同時達到預定濃度，此時設定為正式處理第1天。為防止澆水時土壤溶液流失，每個盆底墊塑料托盤，且定期回澆到盆內，以保持盆內土壤鹽堿總量。處理后定期澆灌少量水，以平衡蒸發量。

1.2 形態指標測定

鹽堿處理第1天和第30天分別用米尺測量新梢長度，用直尺和Digital數顯式游標卡尺測量第3莖節的長度和直徑，用直尺測量第3節位葉片的長度和寬度，計算各指標生長量。

1.3 解剖結構觀測

鹽堿處理第30天，從葡萄新梢中部功能葉片中部主脈兩側取材（2 mm×2 mm），FAA固定，乙醇和二甲苯系列脫水，石蠟包埋，橫切片厚度8 μm，番紅-固綠染色，Nikon顯微鏡下觀察并拍照。測量葉片厚度、柵欄組織和海綿組織厚度、上下表皮厚度，每個樣片觀察30個視野，計算柵海比、葉片組織結構緊密度（柵欄組織厚度占葉厚度的百分比）、葉片組織結構疏松度（海綿組織厚度占葉厚度的百分比）[10]。

1.4 數據統計與分析

計算各鹽堿脅迫處理組和對照組各性狀的平均值。若指標與耐鹽堿性正相關，耐鹽堿系數為處理組平均值與對照組平均值的百分比；若指標與耐鹽堿性負相關，耐鹽堿系數為對照組平均值與處理組平均值的百分比[11-12]。

用Microsoft Excel 2010軟件進行數據整理及圖表制作，用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析（Duncan法）、相關性分析、主成分分析。

2 結果與分析

2.1 復合鹽堿脅迫對葡萄植株形態指標的影響

復合鹽堿脅迫下葡萄植株形態指標的變化見表2。由表2可知，隨著鹽堿濃度的增加，葡萄新梢長度、莖節長度和直徑、葉片長度和寬度的生長量均呈下降趨勢，且各處理間差異顯著。從新梢生長量來說：T3處理下相對CK降幅最大的是紫甜無核，為71.70%；降幅最小的是浪漫紅顏，為18.97%。莖節長度生長量降幅最大的是陽光玫瑰，為85.14%；降幅最小的是深紅玫瑰，為35.81%。莖節直徑生長量降幅最大的是深紅玫瑰，為73.88%；降幅最小的是黑脆無核，為30.48%。葉片長度和寬度生長量降幅最大的均為黑脆無核，分別是90.16%、78.73%；降幅最小的均為夏黑，分別為15.12%、17.02%。

表2 復合鹽堿脅迫下葡萄植株形態指標的變化?Table 2 Changes of morphological indexes of grape plants under saline-alkali stress

續表2Continuation of Table 2

2.2 復合鹽堿脅迫對葡萄葉片組織顯微結構的影響

正常（CK）和復合鹽脅迫（T3）條件下生長30 d的葉片解剖結構如圖1所示。從葉片解剖結構看，葉片由上下表皮、柵欄組織、海綿組織構成。正常生長時，柵欄組織的細胞為長柱狀，排列較整齊。鹽脅迫下，柵欄組織排列散亂，海綿組織細胞數目減少，細胞間隙增加。

正常（CK）和復合鹽脅迫（T3）條件下生長30 d的葉片解剖結構指標的變化見表3。由表3可知，復合鹽脅迫下，上下表皮、柵欄組織、海綿組織及葉片的厚度呈現增加趨勢，柵海比呈現降低趨勢，細胞結構緊實度降低，疏松度增加。柵欄組織、海綿組織的厚度增加幅度最大的是浪漫紅顏，分別為21.32%、56.91%；增加幅度最小的是黑脆無核，分別為0.25%、7.66%。柵海比降低幅度最大的是浪漫紅顏，為22.68%；降低幅度最小的是陽光玫瑰，為3.87%。

2.3 葡萄耐鹽堿性綜合評價

2.3.1 各指標的耐鹽堿系數

復合鹽堿脅迫下葡萄植株形態和解剖結構指標的耐鹽堿系數見表4。由表4可知，不同指標在葡萄耐鹽堿性中所起的作用不同，在鹽堿脅迫下不同品種各指標的變化幅度也不同。以新梢生長量這個指標來衡量，耐鹽堿性最強的為‘浪漫紅顏’，最弱的為‘紫甜無核’。以柵海比這個指標來衡量，耐鹽堿性最強的為‘陽光玫瑰’，最弱的為‘浪漫紅顏’。因此，不能利用單個指標評價各葡萄品種的耐鹽堿性[13]。

2.3.2 各指標耐鹽堿系數的相關性分析

對各指標的耐鹽堿系數進行相關性分析，結果見表5。由表5可知，各指標之間均存在不同程度的相關性，所提供的信息發生了不同程度的重疊。其中，葉片厚度與柵欄組織厚度呈極顯著正相關，與新梢長度生長量呈極顯著負相關。海綿組織厚度與柵海比呈極顯著正相關。葉片作為一個完整的器官，其各組織結構之間必然會互相影響，因此只有進行綜合比較分析才能客觀評價[14]。

2.3.3 各指標耐鹽堿系數的主成分分析

對10個葡萄品種10個指標的耐鹽堿系數進行主成分分析，以較少的相互獨立的主因子代替較多的相互關聯的指標[15]，結果見表6。由表6可知，提取到特征值大于1的主成分共4個，累計貢獻率83.76%，這表明前4個主成分能夠代表原來13個指標的大部分信息。以前4個主成分的特征值比所提取的主成分總特征值之和作為權重，構建主成分綜合模型[16]：

圖1 復合鹽堿脅迫下葡萄葉片解剖結構的變化Fig. 1 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

式中：F表示主成分綜合值；C1～C13分別表示新梢生長量、莖節長度生長量、莖節直徑生長量、葉片長度生長量、葉片寬度生長量、上表皮細胞厚度、柵欄組織厚度、海綿組織厚度、下表皮細胞厚度、葉片厚度、柵海比、細胞結構緊實度、細胞結構疏松度等指標的耐鹽堿系數。

根據主成分綜合模型，得出綜合主成分值，結果見表7。由表7可知，各葡萄品種按照耐鹽堿性由強到弱排序依次為‘黑脆無核’‘戶太8號’‘甜蜜藍寶石’‘夏黑’‘早夏無核’‘深紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘紫甜無核’‘絲路紅玫瑰’‘浪漫紅顏’。

表3 復合鹽堿脅迫下葡萄葉片解剖結構指標的變化?Table 3 Changes of leaf anatomical structure of grapes under saline-alkali stress

表4 復合鹽堿脅迫下葡萄植株形態和解剖結構指標的耐鹽堿系數?Table 4 Salinity-alkali tolerance coefficients of morphological and anatomical structure indexes of grape plants under complex saline-alkali stress

表5 葡萄植株形態和解剖結構指標的耐鹽堿系數的相關系數?Table 5 Correlation coefficient matrix of salinity-alkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

3 結論與討論

表6 葡萄植株形態和解剖結構指標的耐鹽堿系數的主成分分析結果?Table 6 Principal component analysis results of salinityalkali tolerance coefficients of morphology and anatomical structure indexes of grape plants

在盆栽控制復合鹽堿濃度條件下對10個葡萄品種的生長及顯微結構的變化進行研究，結果表明隨著鹽堿濃度的增加，葡萄新梢長度、莖節長度和直徑、葉片長度和直徑的生長量均呈現下降趨勢，上下表皮、柵欄組織、海綿組織及葉片的厚度呈現增加趨勢，柵海比呈現降低趨勢，細胞結構緊實度降低，細胞結構疏松度增加。采用主成分分析法綜合評價各品種的耐鹽堿能力，結果表明10個葡萄品種按照耐鹽堿性由強到弱排序依次為‘黑脆無核’‘戶太8號’‘甜蜜藍寶石’‘夏黑’‘早夏無核’‘深紅玫瑰’‘陽光玫瑰’‘紫甜無核’‘絲路紅玫瑰’‘浪漫紅顏’。

3.1 鹽堿脅迫對葡萄形態特征的影響

鹽堿脅迫會導致葡萄生長受阻，葉片干枯甚至死亡。牛銳敏等[17]經研究發現，鹽脅迫20 d后，6種葡萄砧木的新梢生長量、葉片數量、新梢鮮干質量、幼苗根系的鮮干質量均有不同程度的降低，耐鹽性強品種110R的新梢生長量降幅最小，耐鹽性弱品種貝達的新梢生長量降幅最大。丁守鵬等[18]的研究結果表明，鹽脅迫會使葡萄生長減緩，生物量下降。劉學良等[19]對接骨木的研究結果表明，鹽脅迫下無性系‘XY-2’的生長量等生長指標降幅最小，其耐鹽性較強。本研究結果表明，鹽堿脅迫30 d后，葡萄新梢生長量、莖節長度和直徑、葉片長度和寬度的生長量均下降，新梢生長量下降幅度最大的品種為浪漫紅顏，綜合評價結果表明其耐鹽堿能力最差。因此新梢生長量是判斷鹽堿對葡萄品種影響的直觀指標。鹽堿脅迫下，葡萄根系吸水困難，易受離子毒害及氧化脅迫，造成代謝紊亂、光合能力下降，最終導致植物生長受阻[20]。

表7 10個葡萄品種耐鹽堿能力的綜合得分及排名Table 7 Comprehensive scores and rankings of saline-alkali tolerance of 10 grape varieties

3.2 鹽堿脅迫對葡萄葉片解剖結構的影響

葉片是植物進行光合作用的器官，其結構的有序性、完整性決定了植物光合生產的能力。鹽脅迫會導致葉片結構發生顯著變化。李學孚等[7]對‘鄞紅’葡萄在鹽脅迫下的葉片組織顯微結構變化進行了研究，發現上下表皮層、柵欄組織、海綿組織等均變厚，柵海比顯著降低。本研究結果表明，鹽堿脅迫下10個葡萄品種的葉片表皮層、柵欄組織、海綿組織均變厚，柵海比、細胞結構緊實度降低，細胞結構疏松度增加。這是葡萄對鹽堿環境的適應性表現，葉片增厚可以一定程度上減弱葉片的蒸騰作用，增強其吸收、儲存水分的能力，降低植物體內鹽堿濃度，進而提高植物本身對鹽堿脅迫的抗性[21]。

3.3 本研究存在的局限及下一步研究方向

自然條件下，鹽堿地的鹽堿成分相當復雜，不僅有鈉鹽，還有鉀鹽等，且NaCl、Na2SO4等鈉鹽的比例也各有不同[22]。本研究中僅進行了NaCl、Na2SO4、NaHCO3（濃度 1∶1∶1）復合鹽堿條件下的盆栽控制試驗，未進行大田試驗，不能完全反映葡萄品種的耐鹽堿性。植物的耐鹽堿性受到遺傳基因、起源地、生長環境等各方面的影響，本研究中僅對特定環境下表觀形態及顯微結構進行了探討。因此，若要科學全面評價葡萄品種的耐鹽堿性，為實際生產提供更可靠的理論依據，應結合生理、光合等方面指標進行研究，且在大田條件下栽培和觀測。