要努力成為抗凍的葡萄丨箋草釋木_風聞

　　編者按：植物發芽有時，開花有時，結實也有時，從一株植物到一個種羣，再到一片羣落和一個生態系統，從植物進化到植被演替，從一個樣點到一片區域，植物是演變過程中生命更迭的記錄者，更是歲月變遷中生命力量的守護者。植物是自然的縮影，與世間萬物都有千絲萬縷的聯繫，溝通着人與自然。中科院之聲與中國科學院植物研究所聯合開設“箋草釋木”，在這裏，我們一起解讀植物，解讀自然，解讀生命的秘密，和草木一起，不辜負每一個季節。

　　葡萄（Vitis vinifera L.）為葡萄科葡萄屬木質藤本植物，起源於歐亞大陸和北美洲地區，隨着人類文化和經濟的交流而逐漸擴展到歐洲乃至全世界。作為世界最古老的果樹樹種之一，早在距今約6500萬年的新生代第三紀葡萄屬的成員就已遍佈歐亞大陸北部和格陵蘭西部。

　　瞧瞧葡萄越冬的本領

　　眾所周知，休眠是動物適應環境，維持個體生存的一種獨特生理過程。與動物一樣，植物也有着“休眠”的生命活動。為了熬過北方的漫漫冬日，和其他落葉植物一樣，葡萄通過自然落葉來進入冬季休眠，這可是抵禦低温等不利環境威脅的大本領，此時的葡萄生長代謝變緩甚至停滯，以減少對能量的消耗，待到適宜的環境時再“滿血復活”。

　　葡萄休眠季（範培格 攝）

　　然而，常駐北方地區的葡萄兄弟們只靠休眠這個技能還不足以抵禦冬季的嚴寒氣候，大多數為歐亞種的它們往往還需要藉助埋土的方式。而在它們之間有一位在寒風中依舊瀟灑的兄弟——山葡萄，得天獨厚的基因優勢讓它在抗凍界賺足了流量。

　　葡萄園埋土（範培格 攝）

　　抗凍能力大比拼

　　全世界約有8000多個兄弟姐妹的葡萄家族，可分為：歐亞種羣、美洲種羣、東亞種羣、雜交種羣。其中歐亞種為栽培價值最高的種，廣泛分佈於世界各地，但其抗寒性較差，且易感染真菌病害。而東亞種羣中的山葡萄，對！就是前面q過的抗凍大兄弟，其枝蔓可耐-40℃低温，根系可耐-15℃低温，是抗寒育種極好的親本。

　　20世紀70年代，低温放熱（LTE）分析方法開始應用於木本植物組織的抗寒性評價。它的基本原理為，在低温下植物組織結冰時會放熱，導致瞬間温度升高，通過差熱分析檢測記錄放熱温度，來評價其抗寒性。在葡萄抗寒研究中，通常採用測定葡萄冬芽主芽的 LTE來評價植株的抗寒能力。植物所科研人員對田間不同遺傳背景的種質資源進行測定，包含歐亞種168份，歐美雜種26份，種間雜種58份和野生種6份。研究發現歐亞種的LTE最高，平均為-17.01℃；而野生種葡萄的LTE最低，平均為-23.33℃，其中山葡萄LTE可達-27.69℃。

　　另外，關於葡萄抗寒性生理指標的研究已有一些報道，認為相對電導率、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和抗氧化酶系統都能作為葡萄抗寒性的篩選指標。

　　那是如何看出誰更抗凍的呢？在常温下，細胞膜為具有選擇性的半透膜，在遭受低温脅迫時，細胞膜結構被破壞，類囊體結構瓦解，導致細胞內溶液外滲，從而造成了電導率的改變。因此可以根據相對電導率的大小，來判斷膜透性的大小及膜損傷的程度，也就是説，相對電導率越大的兄弟抗凍能力越突出呀。

　　低温脅迫下的細胞膜（Shi et al., 2018）

　　除了相對電導率以外，可溶性糖含量和脯氨酸含量也是目前公認的用來評價植物抗寒性的指標。在葡萄採收前後，植株會將葉片製造的糖類物質以澱粉的形式貯藏起來，當氣温逐漸降低，澱粉轉化為葡萄糖與蔗糖，來幫助植株抵禦寒冷，因此可溶性糖含量越高，植物抗寒性越強。

　　同時，植物體內的一系列滲透物如脯氨酸、可溶性蛋白會被激活，大量代謝物和保護蛋白合成；保護酶系統如過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)以及過氧化氫酶(CAT)被激活，用來清除體內活性氧和其他過氧化物自由基，以幫助植株減少低温凍害。

　　科學家們致力於抗寒新秀的選育

　　隨着全球氣候變化加劇，葡萄遭受低温凍害問題愈漸頻發。因此，培育抗寒性強的優質葡萄品種是產業發展的必然趨勢。在中科院植物所葡萄與葡萄酒科學研發團隊的努力下，以抗寒的山葡萄為父本和品質優良的歐亞種品種為母本，培育出了一系列品質優良、抗寒能力強的釀酒葡萄品種，‘北紅’‘北玫’‘北璽’‘北馨’‘新北醇’等。

　　目前，這些“北”字號品種在我國北方地區冬季不用埋土即可安全露地越冬，得到了廣泛推廣，有效促進了我國葡萄產業的可持續健康發展。另一方面，從分子生物學的角度解析葡萄抗寒性的形成機制，也將為葡萄抗逆育種提供分子基礎，為農業生產實踐提供理論指導。

　　“北”字號品種葡萄（範培格、匡陽甫 攝）

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　　來源：中國科學院植物研究所