种质资源收集与评价岗位

刘勇翔 姜建福 樊秀彩 张颖 孙海生 刘崇怀

　　摘　要：随着全球气候变暖，高温正成为葡萄生长的关键因素。目前迫切需要研究耐热性并培育高耐热品种以抵抗热应激。中国是野生葡萄的主要原产地之一，野生葡萄具有很高的抗寒性和抗旱性。以247个野生葡萄株系，并在2016年，2017年和2018年使用Fv/Fm比率，即叶绿素荧光参数测试了它们对高温的抵抗力。结果表明，刺葡萄（洪江9＃，刺0940，梅岭山1301），毛葡萄（广西，烂泥村）等均具有较强的耐热性。然而，山葡萄（北冰红），变叶葡萄（老君山1＃），桦叶葡萄（嵩县，嵩山3＃），老君山4＃）等对热胁迫较敏感。该结果为耐高温葡萄育种提供一定理论依据。

　　前言：葡萄是全球最重要的文化、经济和生态水果作物之一，其浆果是葡萄干、葡萄酒和鲜食葡萄等的重要来源。葡萄的生长和发育对不同环境因素敏感，如温度，CO2和水，其生长、产量和浆果成熟受气温的强烈影响。然而，在许多重要的葡萄产区，温度上升对葡萄栽培的显著影响已经显示出来。叶绿素荧光是研究PSII生理状态的一种探针，它已被广泛认可用于评估植物对各种环境胁迫的响应，高温已被证明是那些胁迫因素之一。

　　在最近的一项研究中发现，叶绿素荧光被用于检测作物对叶片光合机构的热应激响应，这是一种中国野生葡萄耐热性鉴定快速、灵敏、方便的测量热损伤的方法。此外，这种方法的可重复性非常高，如不同年份和不同月份之间的相关性分析所示。Fv/Fm比率是最重要的叶绿素荧光参数之一，之前的研究表明，在高温下Fv/Fm比率的损伤评估反应不同。

　　不同的葡萄品种表现出不同的Fv/Fm值，Fv/Fm值越高，对热应激的耐受性越强。中国是野生葡萄的主要原产地之一。关于野生葡萄的抗寒性和抗旱性的研究很多。然而，野生葡萄的耐高温胁迫价值在很大程度上被忽视了。Zha等人和徐洪国等人测试了野生葡萄的耐热性。表明刺葡萄的一部分具有高耐热性，但他们的研究中很少有野生葡萄品种。随着全球气候变暖，对植物耐热性的研究已成为热门话题，高耐热品种已成为葡萄藤的育种目标。

　　郑州果树研究所已收集了大量的野生葡萄，更有利于这项研究。本研究的目的是评估247个野生葡萄株系的耐热性，并为葡萄的抗性育种计划提供参考。

　　1　材料与方法

　　1.1　实验材料

　　247个野生葡萄单株都取自中国农业科学院郑州果树研究所国家果树种质种质葡萄圃（表1）。 资源圃位于海拔114m（113°42'E，38°48'N），年平均气温14.2℃，夏季最高气温43℃，年平均降雨量660mm，每年有超过2400h的光照。葡萄行内间隔1m，行间距离2.5m，南北行。葡萄叶片取自枝条第5至第8片叶。

　　1.2　叶绿素荧光参数Fv/Fm值的测量

　　将采集的葡萄叶片切割成直径为3cm的叶盘，将其包裹在湿滤纸中并置于铝盒中，然后将铝盒放在47℃恒温水浴中40min，拿出叶盘在室温下冷却20min。使用脉冲幅度调制（IMAGING-PAM，Heinz Walz GmbH，Effeltrich，Germany）测量Fv/Fm值。

　　1.4　数据分析

　　利用 SPSS Statistics 21.0进行数据统计分析（IBM Corporation，Somers，USA）。

　　2　结果与分析

　　2.1　不同野生葡萄株系Fv/Fm值差异性分析

　　247个野生葡萄株系的Fv/Fm值为0.0783-0.7022。Fv/Fm值越高，表示对热应激的耐受性越强。Fv/Fm值在不同的株系之间存在差异。

2 0 1 6 年， 在腺枝葡萄双溪- 0 3 中检测到最高的F v/ F m值（0.6966），在红叶葡萄浮梁-1605中检测到最低值（0.0783）。28种葡萄的中位数Fv/Fm值差异显着，最高值见于绵毛葡萄（0.6538），其次为菱叶葡萄（0.6488），最低值为红叶葡萄（0.0783），鸡足葡萄（0.6232）和武汉葡萄（0.6141）的Fv/Fm中值相似，略低于绵毛葡萄和菱叶葡萄。变叶葡萄和桦叶葡萄的Fv/Fm范围相似，并且在刺葡萄、桑叶葡萄、腺枝葡萄和云南葡萄中具有显着较低的范围。2017年，在桑叶葡萄中检测到最高的Fv/Fm比率为0.6948，在沙地葡萄中检测到最低的0.0866。在菱叶葡萄中观察到最大Fv/Fm中值（0.6728），接着是绵毛葡萄（0.6444），河口葡萄（ 0 . 5 9 7 0 ） 和武汉葡萄（0.5944），在红叶葡萄中检测到最小Fv/Fm中值（0.0910）。所有28种葡萄品种的Fv/Fm值范围，在刺葡萄、桑叶葡萄、变叶葡萄和桦叶葡萄中相似，并且在毛葡萄、腺枝葡萄和武汉葡萄中具有显着较低的范围。但在2018年，在桑叶葡萄（石板岩11＃，0.7022）中检测到最高的Fv/Fm值，其次是武汉葡萄（大悟1701，0.6704），并且在变叶葡萄中检测到最低的Fv/Fm值（老君山1＃，0.0896）。在绵毛葡萄中检测到最大中值Fv/Fm值（0.6532），然后是菱叶葡萄（0.6329）和鸡足葡萄（0.6326），并且28种葡萄物种中最低的一种是红叶葡萄（0.1042）。

　　2.2　不同野生葡萄株系基于Fv/Fm值的聚类分析

基于SPSS 21.0的聚类分析，将247个葡萄株系分为五大类 - I（强耐热型），II（耐热型），III（中耐热型），IV（中敏型）和V（敏感型）。从2016年到2018年的结果可以看出，约有51个株系如石板岩11＃，大悟1701，石板岩5＃，白云山等株系均表现强耐热型，主要分布在河南和湖北省；冯举沟3＃，版纳园，双溪3＃，福安等近72个株系均为耐热型，主要分布在河南、云南、浙江、福建等地；22个株系如浮梁1605（247），嵩山（174）等株系属敏感类型，主要分布在江西和河南省。研究发现，同一种类内不同株系的耐热性也不同，如刺葡萄中的洪江9＃和天目山2＃、桑叶葡萄中的石板岩1＃和户县等，这与徐洪国等人和Zha等人的研究一致。

　　3　讨论

　　光合作用的最佳温度为25至35摄氏度。最近的研究表明，中国夏季最高气温可达45℃。为了避免在雨水环境中常见的葡萄病虫害，通常在雨棚中种植葡萄。防雨棚内的温度通常高于防雨棚外的温度。作为一种非生物胁迫因素，高温直接或间接影响葡萄的生长；因此需要评估葡萄的高温敏感性。高温会导致植物生理和生化过程发生一系列变化，不同的研究方法可用于不同的研究，叶绿素荧光、电解质渗漏和光合作用O2进化率，然而，热应激损伤研究叶绿素荧光主要集中在Fv/Fm比例，主要是在最近几十年的研究中。最大光化学Fv/Fm比率是最普通的叶绿素荧光测量方法，与PSII反应中心叶片的热损伤成反比。

　　我们通过叶绿素荧光测定，确定了247个野生葡萄株系在高环境温度下对热胁迫的响应的显着差异，并且它清楚地显示了在2016年，2017年和2018年，刺葡萄（洪江9＃，刺0940，梅岭山1301），毛葡萄（广西，烂泥村），桑叶葡萄（石板岩1＃，石板岩3＃，石板岩5＃，石板岩11＃，洛宁9＃），山葡萄（长白9＃，双优），华东葡萄（信阳5＃，福建），变叶葡萄（变叶0957），变叶0958，神农架1604），桦叶葡萄（灵宝♂，灵宝♀），云南葡萄（湖南），武汉葡萄（咸宁1710），京山1708，大悟1701），菱叶葡萄（菱叶0945，瑞安1610）和绵毛葡萄（罗城1602）等株系均表现耐热性强；而山葡萄（北冰红），变叶葡萄（老君山1＃），桦叶葡萄（嵩县，嵩山 3＃，老君山 4＃），河岸葡萄（河岸0921）和红叶葡萄（浮梁1605）等株系在2016年，2017年和2018年均表现出对高温胁迫敏感。在247个野生葡萄株系中，耐热性强的株系大多来自河南省，其次是湖北、湖南、广西、云南等；然而，敏感株系也大多来自河南省和广西生。