不同防霜剂对赤霞珠葡萄幼叶抵御霜冻的效果研究

宋伟，孙鲁龙，杜远鹏，翟衡*（山东农业大学园艺科学与工程学院/山东省果树生物学重点实验室，山东泰安 271018）



不同防霜剂对赤霞珠葡萄幼叶抵御霜冻的效果研究

宋伟，孙鲁龙，杜远鹏，翟衡*
（山东农业大学园艺科学与工程学院/山东省果树生物学重点实验室，山东泰安 271018）

摘 要：为筛选适用于葡萄的防霜剂，以温室培养的一年生赤霞珠盆栽苗为试材，春霜冻来临前两天分别喷清水、‘天达2116’和‘防霜1号’、‘防霜2号’和‘防霜3号’，于2015年4月7、8两日发生春霜冻期间搬至室外进行低温霜冻，并于8号上午进行相关指标的测定和样品的采集。结果显示，喷施防霜剂能够增强叶片抗氧化酶的活性，减轻膜质过氧化程度；增加渗透调节物质含量，提高渗透调节能力；减轻光合机构的损伤程度，从而减轻叶片的伤害程度。几种防霜剂防霜效果由高到低依次为：‘天达2116’＞‘防霜1号’＞‘防霜3号’＞‘防霜2号’，其中，‘天达2116’和‘防霜1号’两种防霜剂在防御葡萄幼叶霜害上作用明显，具有良好的防霜应用前景，值得进一步推广应用。

关键词：赤霞珠；春霜冻；防霜剂

霜冻害是指果树在生长期，当地面温度骤然降到0 ℃或0 ℃以下，引起果树幼嫩部分发生冻结而遭受伤害的农业气象灾害[1]。根据霜冻发生的季节不同，霜冻可分为春霜冻（晚霜冻）、秋霜冻（早霜冻）两种。随着气候变暖和极端天气日趋增多，霜冻的发生频率有明显增加趋势，特别是春季霜冻，对正处于生长发育期的葡萄危害最为严重，不但对其幼嫩组织造成伤害，还影响产量和质量，更严重的还会造成葡萄地上部分死亡，使葡萄园遭受大面积灾害[2-6]。可见，葡萄前期防霜避霜以及霜冻来临时采取应急措施对于葡萄产业的可持续发展非常重要。

为减轻霜冻对葡萄生产带来的灾害，长期以来人们总结出了许多防霜措施，如灌水、熏烟等，国外也有采用风力搅拌机等进行机械防霜。近年来，化学药剂防霜的研究逐渐增多，师占君等人[7]通过田间实验筛选出‘果树花芽防冻剂’来提高杏扁的坐果率，减轻杏花霜冻危害；李志军等人[8]用‘天达2116’、‘必博POB’和‘碧护’等研究梨幼果低温胁迫下的防霜效果，通过分析相对电导率、MDA、POD等相关胁迫指标，指出‘天达2116’、‘必博POB’对减轻梨幼果在低温胁迫的膜质过氧化均有一定的效果；施海燕等人[9]通过研究认为，‘爱多收’和‘天达2116’的混合药液能够提高大樱桃‘红灯’的初春抗寒能力。但是在葡萄霜冻的防治上，化学药剂防御效果的研究尚未见报道。

本研究对比了不同药剂对提高葡萄叶片抗霜冻的效果，以期为制定有效的防霜措施提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年4月在山东农业大学园艺学院葡萄园进行，试材为一年生赤霞珠盆栽苗，温室栽培，处理时株高60～70 cm，8～10片叶。防霜剂为‘天达2116’和山东圣通环保科技有限公司研制的‘防霜1号’、‘防霜2号’和‘防霜3号’。

1.2 霜冻天气实时监测

4月为泰安地区霜冻易发月份，本试验从4月初开始，用温湿度自动记录仪（HOBO U12 Temperature Data Logger，Onset，美国）对葡萄园气温进行实时监测，记录并分析霜冻天气的降温特点。

1.3 试验处理

根据气象预报，于霜冻来临前两天（即4月5日）选择长势一致的赤霞珠盆栽苗进行以下6个处理，每处理3株：A喷清水对照，置温室测定，无霜冻胁迫（最低温15 ℃）；B喷清水处理；C喷1000倍的‘天达2116’水溶液；D喷50倍的‘防霜1号’水溶液；E喷200倍的‘防霜2号’水溶液；F喷500倍‘防霜3号’水溶液。B～F均于6日下午搬至室外，7日和8日两天凌晨进行低温胁迫，于8号上午进行相关指标的测定和样品采集，室内指标测定在山东农业大学果树抗逆栽培生理实验室完成。

1.4 相关生理指标的测定

常规方法测定游离脯氨酸、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）含量[10]。

用CIRAS-2便携式光合系统测定仪（PP Systems英国）测定叶片净光合速率（Pn）。

用连续激发式荧光仪和调制脉冲式荧光仪（Handy PEA，FMS，Hansatech，英国）测定PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）和光适应下PSⅡ实际光化学效率（φPSⅡ）。

采用Microsoft Excel 2010进行数据预处理和作图，采用DPS 7.55S进行统计分析，方差分析显著水平设为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 霜冻天气实时监测

图1显示春霜冻来临时葡萄园气温变化情况。监测表明，2015年春霜冻发生的时间为4月7～8日，4月7日葡萄园温度最低值出现在5时17分为-2.334 ℃，4月8日葡萄园温度最低值出现在6点17分为-1.958 ℃，并且这两天0 ℃以下低温持续时间均为4 h以上。

2.2 霜冻来临时喷施不同防霜剂对渗透调节物质的影响

图1　2015年4月7日、8日霜冻天气气温

图2　霜冻胁迫后不同处理的赤霞珠叶片脯氨酸的含量

图3　霜冻胁迫后不同处理的赤霞珠叶片可溶性蛋白的含量

图4　霜冻胁迫后不同处理的赤霞珠叶片MDA含量

脯氨酸是分布最广泛的一种渗透调节物质，在低温胁迫下植物体内会积累大量的脯氨酸，这对调节渗透平衡、减小胁迫伤害有重要意义。图2所示，霜冻胁迫后叶片内的脯氨酸含量都明显提高，其中喷‘天达2116’和‘防霜1号’的叶片脯氨酸含量较高，分别比温室对照值增加38.86%和34.01%；其他处理与清水对照没有显著性差异，但均高于温室对照。

霜冻胁迫后各处理的可溶性蛋白含量均明显增加（图3），以喷‘天达2116’的增加最多，分别比温室对照和清水对照增加162.72%、45.26%；防霜剂1～3号处理与喷清水没有显著性差异。

2.3 春霜冻来临时喷施不同防霜剂对丙二醛的影响

如图4，霜冻胁迫后，喷‘天达2116’和‘防霜1号’处理的MDA增加较少，分别比温室对照增加18.62%、24.16%，说明这两种处理能够显著减轻叶片膜质过氧化程度；喷防霜2号和3号的及清水处理的MDA分别比对照增加47.03%、42.30%和52.54%，三者没有显著性差异，但喷清水的增加最多。

2.4 春霜冻来临时喷施不同防霜剂对叶片抗氧化酶活性的影响

表1所示为霜冻胁迫后叶片抗氧化酶的含量，其中，喷‘天达2116’、‘防霜1号’的POD含量分别是温室对照的4.91倍和4.25倍；而其他处理比对照有所提高，但处理间没有显著性差异。

不同处理在低温胁迫后CAT的活性表现与POD有所不同，仅喷‘天达2116’的显著提高，分别比温室对照和清水对照提高了1.58倍和4.31倍；喷防霜剂1～3号的有所提高，但没有显著性差异。

不同处理在低温胁迫后SOD的活性有增高趋势，但提高幅度不如POD和CAT大，以喷‘天达2116’和‘防霜1号’的显著提高，分别比温室对照提高了20.42%和20.95%；喷防霜2号、3号和清水处理有所提高，但没有显著性差异。

表1　霜冻胁迫后不同处理叶片抗氧化酶活性 (U/g FW)

2.5 喷施不同防霜剂对叶片光合荧光参数的影响

霜冻胁迫后，叶片净光合速率明显降低，以喷‘天达2116’和‘防霜1号’降幅较小，分别比温室对照降低了53.33%、61.78%，其他三个处理的Pn值下降显著，其中喷清水的Pn比温室对照值下降了90.74%。

霜冻后最大光化学效率（Fv/Fm）和光适应下PSⅡ的实际光化学效率（φPSⅡ）值也相应出现显著下降，但喷施防霜药剂能够不同程度的提高各处理的叶绿素荧光参数值。与温室对照相比，喷‘天达2116’的Fv/Fm和φPSⅡ降幅最小，分别比温室对照下降29.89%和35.15%；喷防霜剂1～3号的φPSⅡ与喷清水没有显著性差异，但以喷清水的降幅最大，比温室对照下降了52.19%（表2）。

表2　霜冻胁迫后不同处理的光合荧光值

3 讨论

植物在遭受逆境胁迫后体内游离的脯氨酸含量会发生很大变化，这既可能有适应性的意义，也可能是细胞结构和功能受损伤的表现，其积累量与植物对逆境的抗性水平有关[11-12]。与温室对照相比，霜冻胁迫后各处理的脯氨酸含量均上升，其中以喷‘天达2116’和‘防霜1号’两个处理的增加最显著。喷‘防霜2号’的处理值低于其他处理和清水对照，可能与其药剂成分和起效时间有关。

可溶性蛋白吸水性很强，有助于提高细胞内的束缚水，减少原生质内结冰而伤害致死的机会[13]。霜冻胁迫后各处理叶片的可溶性蛋白含量均有增加，其中喷‘天达2116’处理的含量明显高于其它几个处理，这可能与不同防霜剂的药剂成分和防御机理有关，也可能与处理时间过短，其他处理的可溶性蛋白合成较慢有关。

正常情况下植物体内活性氧代谢处于平衡状态，霜冻胁迫后，活性氧的产生和清除失去平衡，导致体内活性氧大量积累，引起膜质的过氧化并产生丙二醛（MDA）。本试验中以喷清水的MDA增加最多，说明仅喷水对预防膜质过氧化作用不大。本研究发现，霜冻胁迫后POD、CAT两种酶活性变化幅度极大，而SOD变幅较小，说明POD 和CAT两种酶对霜冻胁迫比SOD更敏感，这可能与三种酶清除活性氧的代谢机制不同有关[14]；喷施‘天达2116’和‘防霜1号’能明显提高三种抗氧化酶含量。

叶片经霜冻后光合能力明显下降，各处理的Fv/Fm、φPSⅡ值均低于温室对照值，表明霜冻对光系统Ⅱ反应中心产生了损坏，致使PSⅡ反应中心捕获激发能效率下降，同时降低了PSⅡ光合电子传输能力，喷‘天达2116’和‘防霜1号’处理的与温室对照相比下降较小，说明这两种防霜剂能减轻霜冻对叶片光合机构的损伤。

4 结论

当春季遭受-2℃的霜冻天气时，喷施防霜剂能显著减轻赤霞珠叶片的霜害胁迫，其中以‘天达2116’和‘防霜1号’的效果最好，‘防霜3号’次之，喷清水对于抵御春霜冻没有效果。

参考文献

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[4]刘升,张长俭,戚尚恩.一次罕见晚霜冻对春季葡萄的冻害及晚霜冻的预防[J].安徽农业科学,2011,39(20):12364-12365,12384.

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Effects of different anti-frost agents on young leaves of Cabernet Sauvignon grapevine in resisting frost

SONG Wei,SUN Lulong,DU Yuanpeng,ZHAI Heng*
(State Key Laboratory of Crop Biology College of Horticultural Science and Engineering,Shandong Agricultural University,Tai' an 271000,Shandong,China)

Abstract:In order to select the best anti-frost agent suitable for resisting frost in grapevine,the antifrost effect of 'Tian Da 2116','Fang Shuang 1','Fang Shuang 2','Fang Shuang 3' on young leaves of one year old potted seedlings of Cabernet Sauvignon grown in greenhouse were tested.Results indicated that leaves of control were damaged dramatically when frost happened.Anti-frost agents enhanced the frost resistance of leaves by improving the activities of antioxidant enzyme and osmotic adjustment,reducing the production of MDA.The protective effects of anti-frost agents on photosynthetic apparatus were also proved.'Tian Da 2116' and 'Fang Shuang 1' were the best preparations to improve the frost resistance of leaves among all candidates,have good frost prevention application,deserves further popularization and application.

Key Words:Cabernet Sauvignon seedling; spring frost; anti-frost agent

*通讯作者：翟衡，E-mail:hengz@sdau.edu.cn

作者简介：宋伟（1990-）男，在读硕士研究生，主要从事葡萄抗寒生理研究。E-mail:songwei5150@163.com

基金项目：国家现代农业产业体系建设专项资金项目（CARS-30）；长江学者和创新团队发展计划项目（IRT1155）

收稿日期：2015-11-06

DOI：10.13414/j.cnki.zwpp.2016.01.001

中图分类号：S663.1

文献标识码：A