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A comprehensive assessment method for cold resistance of grape vines

葡萄抗寒性综合评价方法的建立



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫20150307 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
苏李维,李胜,马绍英,戴彩虹,时振振,唐斌,赵生琴,蒲彦涛.葡萄抗寒性综合评价方法的建立.草业学报,2015,24(3):7079.
SuLW,LiS,MaSY,DaiCH,ShiZZ,TangB,ZhaiSQ,PuYT.Acomprehensiveassessmentmethodforcoldresistanceofgrapevines.Acta
PrataculturaeSinica,2015,24(3):7079.
葡萄抗寒性综合评价方法的建立
苏李维1,李胜1,2,马绍英1,戴彩虹1,时振振1,唐斌1,赵生琴1,蒲彦涛1
(1.甘肃农业大学生命科学技术学院,甘肃 兰州730070;2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室,甘肃 兰州730070)
摘要:为建立葡萄抗寒性的综合评价方法,以7个葡萄品种的枝条为试材,通过人工模拟低温的方法,分别于10、
-5、-15、-25、-35、-45℃下处理葡萄枝条,测定枝条可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游离脯氨酸、组织含水量、
相对电导率等抗寒相关指标,根据抗寒性指标在低温处理过程中的变化,确定葡萄枝条抗寒性指标的有效低温适
用范围。并以相对电导率结合Logistic方程计算葡萄枝条的半致死温度(LT50),以LT50为葡萄抗寒能力的衡量指
标,用相关分析法确定评价葡萄抗寒性的5个主要相关指标。用主成分分析法将5个指标转化为综合的主成分,
确定指标权重,并结合隶属函数法建立葡萄抗寒的评价方法,运用隶属度函数值求得各葡萄抗寒性的综合评价指
数Y。根据综合指数判断抗寒性强弱顺序为:双优>左优红>北冰红>贝达>5BB>5C>黑比诺。结果表明:葡
萄枝条可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量、相对电导率等与葡萄抗寒性有极显著或显
著相关关系,因此,运用主成分分析法结合隶属度函数法,来综合评价葡萄的抗寒性将更加准确、科学。
关键词:葡萄;抗寒性;综合评价  
犃犮狅犿狆狉犲犺犲狀狊犻狏犲犪狊狊犲狊狊犿犲狀狋犿犲狋犺狅犱犳狅狉犮狅犾犱狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狅犳犵狉犪狆犲狏犻狀犲狊
SULiwei1,LISheng1,2,MAShaoying1,DAICaihong1,SHIZhenzhen1,TANGBin1,ZHAOShengqin1,
PUYantao1
1.犆狅犾犾犲犵犲狅犳犔犻犳犲犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,犌犪狀狊狌犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔,犔犪狀狕犺狅狌730070,犆犺犻狀犪;2.犌犪狀狊狌犘狉狅狏犻狀犮犻犪犾犓犲狔犔犪犫
狅犳犃狉犻犱犾犪狀犱犆狉狅狆犛犮犻犲狀犮犲,犔犪狀狕犺狅狌730070,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Toestablishacomprehensiveassessmentmethodforcoldresistanceofgrapes,branchesfromseven
grapecultivarswereexposedtodifferenttemperatures(10,-5,-15,-25,-35,-45℃).Afterexposure,
coldresistancerelatedindices,includingsolublesugarcontent,solubleproteincontent,malondialdehyde
(MDA)content,freeprolinecontent,watercontentandrelativeelectricconductivity,weremeasured.The
mostefficienttemperaturerangefordeterminingcoldresistancerelatedindexeswasdecidedbyassessingchan
gesindicesafterlowtemperatureexposure.Semilethaltemperature(LT50)wascalculatedusingrelativeelec
tricconductivity.TheLT50wasusedtoassesscoldresistanceindicesusingcorrelationanalysis.Thecoldre
sistanceindiceswerethensubjectedtoprincipalcomponentanalysis.Acomprehensivemethodforassessing
coldresistanceingrapeswasestablishedusingamembershipfunctionmethod.Thecoldresistanceofcultivars
wasfoundtovary:Shuangyou>Zuoyouhong>Beibinghong>Beda>5BB>5C>Pinotnoir.Ourresultsindica
第24卷 第3期
Vol.24,No.3
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年3月
March,2015
收稿日期:20140304;改回日期:20140421
基金项目:甘肃省科技成果转化项目(CNCX2011036),甘肃省重大专项(1002FKDA031),甘肃省自然基金(1208RJZA280)和甘肃农业大学
SRTP项目(20140806)资助。
作者简介:苏李维(1988),男,甘肃甘谷人,在读硕士。Email:1052220913@qq.com
通讯作者Correspondingauthor.Email:lish@gsau.edu.cn
tedthatsolublesugarcontent,solubleproteincontent,freeprolinecontent,MDAcontentandrelativeelectric
conductivityweresignificantlycorrelatedwithcoldresistanceinthesegrapecultivars.Principalcomponenta
nalysiscombinedwithmembershipfunctionanalysiswasusefulforevaluatingcoldresistanceingrapes.
犓犲狔狑狅狉犱狊:grape(犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪);coldresistance;comprehensiveanalysis
葡萄(犞犻狋犻狊狏犻狀犻犳犲狉犪)是葡萄属(犞犻狋犻狊)落叶藤本植物。其作为世界上栽培历史悠久的果树之一,具有营养价
值丰富、产量高、经济效益显著等特点。常见葡萄除鲜食外,大量用于酿酒、制干、加工等,已成为我国农业产业化
的一个重要分支。但近年来,由于我国北方葡萄栽培地区冬季特有的严寒气候,葡萄冻害频频发生,使得众多葡
萄生产基地经济损失惨重,因此,选育葡萄抗寒良种并确定抗寒良种的鉴定方法尤为重要。但田间抗寒性研究周
期长,可控度低;而室内鉴定常通过人工模拟冰冻试验对葡萄生理生化指标和生物物理指标的测定来比较,可以
有效弥补田间试验的不足。
果树的抗寒性综合评价是现代果树抗性育种工作的重要内容之一。关于果树的抗寒性评价,国内外学者已
经提出了一些与抗寒性有关的生理生化指标,如:可溶性糖、可溶性蛋白、电导率等。由于果树的抗寒性是许多数
量或质量遗传基因综合作用的结果,单一指标评价葡萄抗寒性是片面的[1],用多个指标进行综合性评价才是科学
的[2]。目前,葡萄抗寒性的鉴定方法及抗寒生理的研究已有诸多报道。杜永吉等[3]对结缕草(犣狅狔狊犻犪sp.)抗寒
性进行了综合评价。张倩等[4]对5个葡萄种群18个葡萄品种根系的抗寒适应能力和抗寒适应性观察,通过Lo
gistic方程确定其拐点温度,为将LT50作为葡萄抗寒种质的筛选指标提供了理论和实践依据。Lindén[5]运用Lo
gistic方程,成功分析了植物茎干的冻害数据。艾琳等[6]将不同葡萄品种经低温胁迫10h后,测定根系的细胞膜
透性和可溶性糖含量及脯氨酸含量变化,得出细胞膜透性、可溶性糖含量、脯氨酸含量变化与抗寒性的关系。张
文娥等[7]应用隶属函数法对葡萄属12个种的膜透性变化、含水量动态变化及萌芽能力进行了综合评价。曹建东
等[8]通过模拟低温处理,研究了7个葡萄砧木的萌芽率、生根率、愈伤组织率、电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、游
离脯氨酸和丙二醛含量与抗寒性的关系,并通过主成分分析对葡萄的抗寒性生理指标进行了筛选,对不同葡萄品
种的抗寒性进行了综合评价。但对葡萄抗寒性运用Logistic方程结合隶属函数法的综合评价却鲜有报道。
本文研究了各品种葡萄枝条在低温胁迫过程中可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游离脯氨酸、组织含水量、相
对电导率等抗寒性相关指标的变化,确定判断葡萄抗寒性的主要指标及衡量抗寒能力的低温有效范围。并通过
主成分分析结合隶属函数法对葡萄抗寒能力进行鉴定,以期为葡萄的抗寒性评价提供一种科学的方法。
1 材料与方法
1.1 材料采集
于2013年11月上旬取材于嘉峪关紫轩葡萄基地,采集露地栽培、长势良好且一致的一年生枝条,每品种50
枝,长度约50cm,在实验室剪口封蜡后,置于10℃条件下贮藏备用。采集品种有‘双优’(Shuangyou)、‘北冰红’
(Beibinghong)、‘左优红’(Zuoyouhong)、‘黑比诺’(Pinotnoir)、‘贝达’(Beda)、‘5C’、‘5BB’。
1.2 材料处理
于2013年11月上旬,将供试一年生枝条,用蒸馏水冲洗干净,选择充分成熟、粗度相对一致的健壮枝条分割
成段,每段长约15cm,剪口用石蜡封闭。每个葡萄品种分6份,每份约12段,将同一条件处理的各品种葡萄枝
条用干净纱布包好,放入泡沫盒中,置于SANYO超低温冰箱中。分别在-5、-15、-25、-35、-45℃等不同温
度模拟低温处理[9],并以常温10℃处理为对照。以4℃/h的速率降至目的温度后持续12h。之后逐步升温至
10℃放置8h。然后进行相关指标的测定,每个指标测定采用随机取样。
1.3 测定指标
相对电导率用电导仪测定[10],可溶性糖含量用蒽酮法测定,可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法测定,丙二醛含量
采用硫代巴比妥酸法测定,脯氨酸含量采用茚三酮比色法测定[11],含水量采用烘干法测定。运用Logistic方程
17第3期 苏李维 等:葡萄抗寒性综合评价方法的建立
计算各品种葡萄枝条的半致死温度(LT50)。
1.4 数据处理
以未经低温胁迫处理(10℃放置)的枝条测定值为对照值,以各低温处理后各主要抗寒性指标的测定值为处
理值,如式(1)计算变化率α,对变化率α进行标准化处理,并进行主成分分析。
利用Logistic方程[12],如式(2)。其中犢 为电导率,犪、犫为方程参数,犓 为曲线的渐近线,即最大电解质透出
率,求曲线的拐点温度LT50,即低温半致死温度。
α=(处理值-对照值)/对照值 (1)
犢=犓/(1+犪e-犫犡) (2)
其他数据采用 Microsoftexcel2003和SPSS17.0进行统计与分析,并用Duncan’s新复极差法进行差异显
著性检验。
抗寒性综合评价隶属函数公式为[13]:
隶属函数值计算公式:R(犡犻犼)= (犡犻犼-犡犼min)/(犡犼max-犡犼min)
反隶属函数值计算公式:R(犡犻犼)=1- (犡犻犼-犡犼min)/(犡犼max-犡犼min)
式中,R(犡犻犼)表示犻种类犼指标的抗寒隶属函数值;犡犻犼表示犻种类犼指标的测定值;犡犼min表示所有种类犼指标的
最小值;犡犼max表示所有种类犼指标的最大值;犻表示某个品种;犼表示某指标。
2 结果与分析
2.1 相对电导率与抗寒性关系
植物细胞电解质的外渗程度可用相对电导率来表示,来反映植物细胞膜系统的低温伤害程度[14]。由图1可
知,各品种葡萄枝条相对电导率随处理温度的降低呈慢-快-慢的增加趋势,说明低温处理使细胞膜受损程度加
重。在-15~-35℃之间,各品种葡萄枝条相对电导率显著增加(犘<0.05),但不同葡萄品种相对电导率的增加
幅度不同,且双优相对电导率变化量明显低于其他各品种。而经-35℃后继续低温处理时,由于-35℃已超过大
多品种葡萄的临界温度LT50,葡萄枝条在-35~-45℃之间电导率变化无显著差异(犘>0.05),因此,-35~
-45℃低温处理段各品种葡萄枝条相对电导率的变化已不能说明葡萄的抗寒能力。故根据-15~-35℃处理阶
段相对电导率增幅大小,可知葡萄各品种抗寒性的强弱程度。其抗寒强弱为双优>左优红>贝达>北冰红>5C
>5BB>黑比诺。
2.2 可溶性糖含量与抗寒性关系
在逆境条件下,植物体内渗透调节物质大量积累,赋予各种植物渗透调节的能力。可溶性糖是植物细胞内重
要的渗透调节物质,能降低细胞溶液的结冰点和减少低温对细胞的伤害,其次,糖分的积累还可增加渗透压,起冰
冻保护剂的作用,此外还可提供能量和代谢底物,促进其他与抗寒性相关的生理生化过程的进行。
由图2可以看出,在低温驯化过程中,葡萄枝条组织中可溶性糖的含量总体呈上升趋势。在-15℃处理后,
双优的可溶性糖含量最高,其值达1.24%(犘<0.05),而黑比诺含量最小,为0.6%(犘<0.05)。在10~-15℃
的低温处理过程中,可溶性糖含量急剧升高。其中,增速最快为北冰红,其值达0.73%(犘<0.05),最小为黑比
诺,其值为0.25%(犘<0.05),且这几个品种的可溶性糖含量的变化基本表现出与半致死温度一一对应的关系,
因此,可溶性糖含量在10~-15℃的变化量可以作为葡萄抗寒性鉴定的主要指标之一。但在-25~-35℃之
间,可溶性糖含量急剧下降,且变化显著(犘<0.05),可能是由于枝条在低温下,为适应外界环境,机体代谢增强,
糖的分解加速所致。而在-35~-45℃之间,可溶性糖的含量又急剧升高(犘<0.05),可能由于极限低温刺激机
体低温信号,机体感受极限低温以后,诱导可溶性糖合成的相关代谢酶基因表达以及与合成糖类有关的特殊物质
生成所致。
2.3 可溶性蛋白含量与抗寒性关系
可溶性蛋白是植物组织的保护物质,能明显增强细胞的持水力,其含量的增加,一方面降低了组织或细胞的
27 草 业 学 报 第24卷
冰点温度,同时也使细胞的水合度增大,保水能力增强,避免原生质在低温下的脱水伤害[15]。各葡萄品种可溶性
蛋白测定结果如图3所示,在低温胁迫期间,各品种葡萄枝条可溶性蛋白含量变化呈升-降-升的趋势。在低温
胁迫初期,可溶性蛋白对温度的变化敏感,随处理温度降低,各品种可溶性蛋白含量急剧升高。经-5℃处理后,
可溶性蛋白含量均达到峰值。左优红变化最大,黑比诺变化最小(犘<0.05),其余品种差异较大。各品种在10~
-5℃之间的变化量与枝条半致死温度LT50基本呈对应关系,因此,选择10~-5℃范围内可溶性蛋白含量的变
化量作为葡萄抗寒性鉴定的衡量指标之一。
2.4 丙二醛含量与抗寒性的关系
各葡萄枝条内丙二醛含量的测定结果见图4。由图4可知,葡萄枝条在低温处理初期MDA含量呈缓慢下降
趋势,随着胁迫的深入,MDA含量逐渐升高。说明在进行抗寒锻炼的初期,其生理上有一个适应的过程。随着
温度的持续降低,各品种中 MDA含量呈升高趋势,特别在-15℃处理后,增加趋势更加明显。在-15~-25℃
处理期间,所有葡萄枝条的丙二醛含量均呈升高趋势,且变化显著(犘<0.05),但双优、左优红的变化较小,表明
这时双优、左优红对膜脂过氧化产物的清除能力强,抗寒能力强。而黑比诺的变化趋势最大,表明低温处理后在
供试葡萄品种中黑比诺对膜脂过氧化产物的清除能力最弱,抗寒能力最弱,且在-25℃时黑比诺、5BB枝条丙二
醛含量最大,表明达到此温度时,葡萄枝条细胞膜脂过氧化程度高,受冻害严重,温度继续下降,组织逐渐死亡,葡
萄枝条膜脂过氧化程度下降。此处理段各枝条 MDA含量的变化量与半致死温度LT50基本吻合。因此,-15~
-25℃处理间 MDA的变化量可以作为葡萄抗寒性鉴定的主要指标。
图1 低温处理后枝条相对电导率变化
犉犻犵.1 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狉犲犾犪狋犻狏犲犮狅狀犱狌犮狋犻狏犻狋狔犻狀狊犺狅狅狋狊
犪犳狋犲狉犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
图2 不同低温处理可溶性糖含量变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狊狅犾狌犫犾犲狊狌犵犪狉犮狅狀狋犲狀狋犪犳狋犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋
犾犲狏犲犾狊狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
图3 低温处理后枝条可溶性蛋白含量变化
犉犻犵.3 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狊狅犾狌犫犾犲狆狉狅狋犲犻狀犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀狊犺狅狅狋狊
犪犳狋犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
图4 不同低温处理丙二醛含量变化
犉犻犵.4 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犕犇犃犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀狊犺狅狅狋狊犪犳狋犲狉
犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
37第3期 苏李维 等:葡萄抗寒性综合评价方法的建立
2.5 脯氨酸含量变化与抗寒性关系
脯氨酸介导植物体内很多细胞和亚细胞的反应,脯氨酸的积累是由于植物体内脯氨酸生物合成激活和脯氨
酸降解的抑制共同导致的[16],并且在逆境解除后被迅速分解利用[17]。而植物体内游离脯氨酸能促进蛋白质的
水合作用,蛋白质胶体亲水面积增大,能使植物处于低温时免受伤害。各葡萄枝条脯氨酸含量变化如图5所示,
各枝条中脯氨酸含量均在原有基础上随外界温度的降低基本呈规律性变化,其变化趋势为升-降-升,但各品种
间变化幅度存在一定的差异,由图5可知,双优在10~-25℃之间变化幅度最大,其他品种变化较小,且各品种
在10~-25℃之间变化显著(犘<0.05),而依据此处理阶段游离脯氨酸的变化量来判断葡萄抗寒性的结果与
LT50判断结果基本相同。因此,可以根据10~-25℃之间脯氨酸的变化量来判断葡萄的抗寒性。
2.6 组织含水量变化与抗寒性关系
植物体内的水分常以束缚水和自由水的形式存在。自由水和束缚水含量与植物生长与抗性密切相关。自由
水相对含量较高的植物组织或器官,代谢活动旺盛,生长较快,但抗逆性较差;反之则生长较缓慢,但抗逆性较强,
由图6可以看出,随处理温度的逐渐降低,枝条组织含水量呈上升趋势。并且在枝条低温处理的各个时期,枝条
组织含水量的变化与葡萄抗寒性均无对应关系,因此,11月上旬采摘的葡萄枝条中组织含水量不能作为葡萄抗
寒性鉴定的有效指标。
图5 不同低温处理下枝条脯氨酸含量变化
犉犻犵.5 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犳狉犲犲狆狉狅犾犻狀犲犮狅狀狋犲狀狋犻狀狊犺狅狅狋狊
犪犳狋犲狉犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
图6 不同低温处理下的含水量
犉犻犵.6 犆犺犪狀犵犲狊狅犳狑犪狋犲狉犮狅狀狋犲狀狋犪犳狋犲狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋
犾犲狏犲犾狊狅犳犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狋狉犲犪狋犿犲狀狋狊
 
2.7 抗寒指标相关性分析
环境胁迫对机体的影响是多方面的。芽是植物对低温最敏感的部位,经过低温处理后,各品种枝条均受不同
程度的伤害。随着处理温度的降低,枝条电导率逐渐增大,在植物抗寒研究中,利用电解质外渗50%时的胁迫温
度作为植物抗寒强弱的标志,已在抗寒研究中广泛应用。因此,运用Logistic方程计算各葡萄枝条的低温半致死
温度LT50,以LT50作为葡萄抗寒性的衡量指标。各抗寒性指标相关性分析结果如表1所示。葡萄的可溶性糖含
量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量与葡萄的抗寒能力极显著相关,可溶性蛋白含量、相对电导率与抗寒性显著相
关。
2.7.1 抗寒指标的选取  根据相关性分析结果,选取与葡萄抗寒性显著或极显著相关的可溶性蛋白含量、相
对电导率、可溶性糖含量、丙二醛含量、脯氨酸含量作为评价葡萄抗寒性综合评价的主要指标。在这5个指标中,
电导率的变化反映出脂膜透性的大小,随脂膜伤害程度的增大相对电导率也随之增大,从而反映所测葡萄材料抗
寒性的强弱。各相关抗寒指标随处理温度的降低,均发生一定变化,且在一定低温处理阶段,都可鉴定葡萄的抗
寒性,但不能完全解释葡萄抗寒的实质。因此,以葡萄枝条可溶性糖在10~-15℃、可溶性蛋白在10~-5℃、丙
二醛在-15~-25℃、游离脯氨酸在10~-25℃、相对电导率在-15~-35℃的变化量,结合隶属函数法,对葡
47 草 业 学 报 第24卷
萄的抗寒性进行综合评价。
低温处理后葡萄枝条各抗寒指标在有效低温内的变化率(α)如表2所示,5个生理生化指标中,抗寒性指标
比对照都有所增大(α>0),但变化率的大小有一定的差异,这是由于葡萄品种间差异造成,这些指标都与抗寒性
有密切的关系,但由于众变量之间存在一定的相关性,使得观测数据所反映的信息存在重叠现象。故采用主成分
分析,将原始指标转化成综合的主成分,能够较好地反映葡萄的抗寒性。
低温胁迫后各指标的变化量利用SPSS17.0分析软件进行标准化。利用各抗寒性指标的变化率作为综合评
价的原始数据,得到标准化数据如表3所示。
表1 葡萄抗寒指标间的相关性分析
犜犪犫犾犲1 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳犮狅犾犱狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲犻狀犱犲狓犲狊狅犳犵狉犪狆犲
相关指标
Relatedindex
可溶性糖含量
Solublesugarcontent
可溶性蛋白含量
Solubleproteincontent
丙二醛含量
MDA
脯氨酸含量
Freeprolinecontent
组织含水量
Watercontent
相对电导率
Relativeconductivity
LT50Semilethaltemperature -0.888 -0.787 0.883 -0.892 -0.264 0.844
 注:表示犘≤0.01,表示犘≤0.05的显著水平。
 Note:meanssignificantdifferenceat犘≤0.01, meanssignificantdifferenceat犘≤0.05.
表2 低温处理后葡萄枝条各抗寒指标的变化率(α)
犜犪犫犾犲2 犜犺犲犮犺犪狀犵犲狉犪狋犲狅犳犲犪犮犺犮狅犾犱狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲犻狀犱犲狓狅犳犵狉犪狆犲犫狉犪狀犮犺犲狊犻狀犾狅狑狋犲犿狆犲狉犪狋狌狉犲狆狉狅犮犲狊狊
品种
Varieties
可溶性糖
Solublesugarcontent
可溶性蛋白
Solubleproteincontent
丙二醛
MDA
脯氨酸
Freeprolinecontent
相对电导率
Relativeconductivity
贝达Beda 1.346939 2.973929 4.00 0.264791 0.655380
双优Shuangyou 1.357143 9.695652 3.00 0.396188 0.542874
5C 1.078431 4.279412 4.00 0.060566 0.722623
北冰红Beibinghong 1.408163 7.687657 3.00 0.157456 0.540484
黑比诺Pinotnoir 1.028571 2.487179 6.00 -0.117198 0.726749
左优红Zuoyouhong 1.372549 8.661800 3.00 0.080839 0.655140
5BB 1.306122 2.928571 5.00 0.107982 0.714286
表3 标准化数据
犜犪犫犾犲3 犛狋犪狀犱犪狉犱犻狕犲犱犱犪狋犲
品种
Varieties
可溶性糖
Solublesugarcontent
可溶性蛋白
Solubleproteincontent
丙二醛
MDA
脯氨酸
Freeprolinecontent
相对电导率
Relativeconductivity
贝达Beda 0.62525 -0.83732 0.00000 -0.24580 0.05351
双优Shuangyou 0.68961 1.36406 -0.86603 1.93793 -1.34530
5C -1.06830 -0.40977 0.00000 -0.28428 0.88955
北冰红Beibinghong 1.01141 0.70644 -0.86603 0.35725 -1.37501
黑比诺Pinotnoir -1.38278 -0.99673 1.73205 -1.37712 0.94084
左优红Zuoyouhong 0.78678 1.02548 -0.86603 -0.15005 0.05052
5BB -0.66195 -0.85217 0.86603 -0.23794 0.78589
  利用SPSS17.0对标准数据进行主成分分析,如表4所示,葡萄抗寒性与可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游
离脯氨酸含量呈正相关;而与丙二醛含量、相对电导率呈负相关。第1主成分的特征根大于1,且对综合抗寒性
的贡献率达到73.225%,可以反映大部分的信息,所以提取第1主成分对葡萄抗寒性作综合评价。
57第3期 苏李维 等:葡萄抗寒性综合评价方法的建立
2.7.2 抗寒指标的权重  通过第一主成分中各指
标负荷量犉与贡献值犢 计算各抗寒性指标对葡萄抗
寒性的作用大小,确定权重犠犻,如表5所示。对葡萄
抗寒性影响由强到弱的指标依次是:相对电导率、可溶
性蛋白含量、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量。
2.8 葡萄抗寒性指标的隶属度值与综合评价指标
由于各指标的单位、性质和数量不同,需要进行标
准数量化。各指标的变化具有连续性,采用隶属度函
数法进行标准数量化,根据主成分因子负荷量的正负
确定隶属函数的升降顺序。
根据各指标隶属度值与权重,通过加乘法则犢=
犠犻犼×R(犡犻犼),犠犻犼为各指标权重,R(犡犻犼)为各指标隶属
度值,对各指标进行合成,得到各葡萄品种的抗寒性综
合指数犢。如表6所示。根据抗寒性综合指数的大
小,不同葡萄品种抗寒性强弱的顺序是:双优>左优红
>北冰红>贝达>5BB>5C>黑比诺。
2.9 综合抗寒指数与半致死温度相关性分析
半致死温度是表征植物抗寒性的主要生态因
子[18],运用Logistic方程求曲线拐点(相对电导率随
处理温度的变化率最大的一点),即半致死温度
(LT50),如表7所示,是用来鉴定植物抗寒性的经典
方法。葡萄抗寒性综合指数与半致死温度的相关性分
析如表8所示,两种方法评价的结果完全一致。
表4 主成分分析结果
犜犪犫犾犲4 犜犺犲狉犲狊狌犾狋狅犳狆狉犻狀犮犻狆犪犾犮狅犿狆狅狀犲狀狋狊犪狀犪犾狔狊犻狊
主成分
Component
特征根
Eigenvalue
贡献率
Contribution
rate(%)
累计贡献率
Cumulativecontribution
rate(%)
1 3.661 73.225 73.225
2 0.601 12.017 85.242
3 0.414 8.283 93.525
4 0.211 4.225 97.751
5 0.112 2.249 100.000
表5 葡萄枝条各抗寒性指标的负荷量和权重
犜犪犫犾犲5 犆犪狆犪犮犻狋狔犪狀犱狑犲犻犵犺狋狅犳犮狅犾犱狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲犻狀犱犻犮犪狋狅狉
狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狏犪狉犻犲狋狔犫狉犪狀犮犺犲狊
指标
Index
负荷量Load
第1主成分
Thefirstprincipal
component
权重
Weight
可溶性糖含量Solublesugarcontent 0.720 0.141453
可溶性蛋白含量Solubleproteincontent 0.911 0.226925
丙二醛含量 MDAcontent -0.909 0.225833
脯氨酸含量freeprolinecontent 0.809 0.178591
相对电导率Relativeconductivity -0.912 0.227198
表6 葡萄枝条各抗寒指标的隶属度值
犜犪犫犾犲6 犛狌犫狅狉犱犻狀犪狋犻狅狀狏犪犾狌犲狅犳犮狅犾犱狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲犻狀犱犻犮犪狋狅狉狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狏犪狉犻犲狋狔犫狉犪狀犮犺犲狊
品种
Varieties
可溶性糖
Solublesugarcontent
可溶性蛋白
Solubleproteincontent
丙二醛
MDA
脯氨酸
Freeprolinecontent
相对电导率
Relativeconductivity
综合指数
Compositeindex(Y)
贝达Beda 0.468750 0.290793 0.50 0.39099 1.00000 0.542236
双优Shuangyou 1.000000 1.000000 1.00 0.98470 0.21713 0.819400
5C 0.859375 0.136281 0.50 0.00000 0.30144 0.333889
北冰红Beibinghong 0.968750 0.890155 1.00 0.86949 0.00000 0.720146
黑比诺Pinotnoir 0.000000 0.000000 0.00 0.40932 0.20899 0.120583
左优红Zuoyouhong 0.953125 0.717867 1.00 1.00000 0.32518 0.776028
5BB 0.562500 0.170465 0.00 0.95962 0.51511 0.406661
3 讨论
研究表明,相对电导率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、游离脯氨酸含量等指标虽不能直接判
断品种间的抗寒性强弱,但都与抗寒性有密切的关系[1920]。其中,可溶性糖含量的增加可提高细胞的渗透浓度,
降低水势,增加保水能力,从而降低冰点,同时,可溶性糖的积累,还为低温处理下机体代谢提供能量;而低温胁迫
下可溶性蛋白含量与可溶性糖含量密切相关,它们常作为植物抗寒鉴定的指标;MDA是膜脂过氧化作用的最终
产物,其累积量是反映植物遭受逆境伤害程度的重要指标[21];脯氨酸是植物体内的渗透调节物质,并且积累的指
数与抗逆性有关[22]。
67 草 业 学 报 第24卷
表7 各葡萄品种的致死性温度
犜犪犫犾犲7 犔犜50狅犳犱犻犳犳犲狉犲狀狋狏犪狉犻犲狋狔犫狉犪狀犮犺犲狊
品种
Varieties
各处理温度下的相对电导率
Therelativeconductivityunderdifferenttemperature(%)
-5℃ -15℃ -25℃ -35℃ -45℃
Logistic方程参数
ParameterforLogisticfunction
K a b
LT50
Semilethaltemperature
(℃)
贝达Beda 44.92 45.50 57.00 69.12 90.91 1.33 3.3298 -0.0366 -32.87
双优Shuangyou 57.00 67.34 78.81 90.87 96.43 1.98 2.8189 -0.0249 -41.61
5C 42.13 50.47 69.40 88.54 89.73 1.42 4.1385 -0.0550 -25.83
北冰红Beibinghong 52.94 64.83 80.43 96.92 87.04 1.92 3.3011 -0.0347 -34.42
黑比诺Pinotnoir 37.81 39.75 71.24 91.11 93.33 1.02 10.4947 -0.0939 -25.02
左优红Zuoyouhong 43.25 56.09 71.38 87.88 94.23 1.80 3.8655 -0.0373 -36.24
5BB 41.90 46.80 64.20 82.60 88.06 1.45 4.5160 -0.0511 -29.50
  本试验通过测定各低温处理后可溶性糖含
量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、游离脯氨酸含
量、组织含水量、相对电导率等6个相关指标发
现,在整个低温处理过程中,可溶性蛋白对低温变
化比较敏感,在10~-5℃之间,可以根据可溶性
蛋白含量的变化初步判断各品种的抗寒性强弱。
而在10~-25℃之间,可溶性糖、游离脯氨酸的
变化在一定程度上体现了各品种的抗寒能力。在
-15~-25℃范围内 MDA的变化量能更准确的
反应葡萄的抗寒性。随着低温的深入,相对电导
率逐渐增大,根据相对电导率在-15~-35℃处
表8 抗寒综合指数与半致死温度的相关性分析
犜犪犫犾犲8 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀犮狅犾犱
犮狅犿狆狅狊犻狋犲犻狀犱犲狓犪狀犱犔犜50
指标
Item
指数
Index
综合指数
Composite
index(Y)
LT50
Semilethal
temperature
综合指数Composite相关系数Correlationcoefficients 1 -0.874
index(Y) 标准偏差Standarddeviation 0.010
 注:表示犘≤0.05的显著水平。
 Note: meanssignificantdifferenceat犘≤0.05.
理段的变化量,可知葡萄各品种抗寒性的强弱为双优>左优红>贝达>北冰红>5C>5BB>黑比诺。但植物组
织含水量与葡萄抗寒性并无显著相关关系。
根据前人研究,相对电导率的变化反映出脂膜受伤害的程度,可作为抗寒性鉴定的指标,结合Logistic方程
求得低温半致死温度(LT50)能更好、更加准确的反应植物的抗寒性。由于植物是一个有机整体,其受到逆境胁
迫而引起植物生理生化指标变化的因素是错综复杂的[23],因此,运用单一指标很难反应葡萄抗寒的实质,也不能
充分揭示抗寒的本质,为了全面准确的鉴定葡萄的抗寒性,克服单一指标在葡萄抗寒鉴定中的不足,本文根据与
LT50的相关性大小确定了主要判断葡萄抗寒性的5个指标:相对电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛、游离脯
氨酸。运用主成分分析方法从原始指标中抽提出更少的新指标,更客观的解释原始指标里所包含的信息[2425]。
本文将衡量葡萄抗寒性的各指标在有效低温衡量范围内的变化率用主成分分析将多个指标转化成综合的主成
分,再根据主成分的负荷量确定各个抗寒性指标在葡萄抗寒作用中的权重,结合隶属函数法建立综合评价方法。
根据综合抗寒指数犢 的大小,得出葡萄抗寒能力的强弱顺序:双优>左优红>北冰红>贝达>5BB>5C>黑比
诺。该排序结果与LT50的计算结果完全吻合,也与前人研究结果一致。本试验通过测定低温处理后葡萄枝条各
项抗寒生理指标的变化,在多指标测定的基础上运用隶属函数法进行综合评价。
葡萄抗寒性综合评价方法的建立,不仅为葡萄的抗寒性选育和生产发展提供了更加科学的鉴定方法,也为各
相关植物抗寒性的研究提供了理论依据。但不同时期葡萄的各个生理指标可能发生变化,对其他时间采集的材
料进行抗寒评价时,各生理生化指标与LT50的相关性可能发生变化,需要建立新的综合评价方法进行评价。植
物体抗寒机制非常复杂,影响其抗寒性的因素较多,因此产生了多种测定植物抗寒性的方法,目前,国内外测定木
本植物抗寒性的主要方法有电解质渗出率法(EL)[26]、全株冰冻测试法[27]、电解质渗出率法[28]、叶绿素荧光
77第3期 苏李维 等:葡萄抗寒性综合评价方法的建立
法[29]、热分析法[30]等,国内在形态结构、膜脂的成分及蛋白质、抗寒生理生化、抗寒基因等方面的研究已取得显
著进展[31]。但在具体评定葡萄抗寒性时,还应多方面综合评价,同时结合田间观察,才能使结果更加准确、科学。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲:
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97第3期 苏李维 等:葡萄抗寒性综合评价方法的建立