要努力成为抗冻的葡萄丨笺草释木_风闻

　　编者按：植物发芽有时，开花有时，结实也有时，从一株植物到一个种群，再到一片群落和一个生态系统，从植物进化到植被演替，从一个样点到一片区域，植物是演变过程中生命更迭的记录者，更是岁月变迁中生命力量的守护者。植物是自然的缩影，与世间万物都有千丝万缕的联系，沟通着人与自然。中科院之声与中国科学院植物研究所联合开设“笺草释木”，在这里，我们一起解读植物，解读自然，解读生命的秘密，和草木一起，不辜负每一个季节。

　　葡萄（Vitis vinifera L.）为葡萄科葡萄属木质藤本植物，起源于欧亚大陆和北美洲地区，随着人类文化和经济的交流而逐渐扩展到欧洲乃至全世界。作为世界最古老的果树树种之一，早在距今约6500万年的新生代第三纪葡萄属的成员就已遍布欧亚大陆北部和格陵兰西部。

　　瞧瞧葡萄越冬的本领

　　众所周知，休眠是动物适应环境，维持个体生存的一种独特生理过程。与动物一样，植物也有着“休眠”的生命活动。为了熬过北方的漫漫冬日，和其他落叶植物一样，葡萄通过自然落叶来进入冬季休眠，这可是抵御低温等不利环境威胁的大本领，此时的葡萄生长代谢变缓甚至停滞，以减少对能量的消耗，待到适宜的环境时再“满血复活”。

　　葡萄休眠季（范培格 摄）

　　然而，常驻北方地区的葡萄兄弟们只靠休眠这个技能还不足以抵御冬季的严寒气候，大多数为欧亚种的它们往往还需要借助埋土的方式。而在它们之间有一位在寒风中依旧潇洒的兄弟——山葡萄，得天独厚的基因优势让它在抗冻界赚足了流量。

　　葡萄园埋土（范培格 摄）

　　抗冻能力大比拼

　　全世界约有8000多个兄弟姐妹的葡萄家族，可分为：欧亚种群、美洲种群、东亚种群、杂交种群。其中欧亚种为栽培价值最高的种，广泛分布于世界各地，但其抗寒性较差，且易感染真菌病害。而东亚种群中的山葡萄，对！就是前面q过的抗冻大兄弟，其枝蔓可耐-40℃低温，根系可耐-15℃低温，是抗寒育种极好的亲本。

　　20世纪70年代，低温放热（LTE）分析方法开始应用于木本植物组织的抗寒性评价。它的基本原理为，在低温下植物组织结冰时会放热，导致瞬间温度升高，通过差热分析检测记录放热温度，来评价其抗寒性。在葡萄抗寒研究中，通常采用测定葡萄冬芽主芽的 LTE来评价植株的抗寒能力。植物所科研人员对田间不同遗传背景的种质资源进行测定，包含欧亚种168份，欧美杂种26份，种间杂种58份和野生种6份。研究发现欧亚种的LTE最高，平均为-17.01℃；而野生种葡萄的LTE最低，平均为-23.33℃，其中山葡萄LTE可达-27.69℃。

　　另外，关于葡萄抗寒性生理指标的研究已有一些报道，认为相对电导率、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和抗氧化酶系统都能作为葡萄抗寒性的筛选指标。

　　那是如何看出谁更抗冻的呢？在常温下，细胞膜为具有选择性的半透膜，在遭受低温胁迫时，细胞膜结构被破坏，类囊体结构瓦解，导致细胞内溶液外渗，从而造成了电导率的改变。因此可以根据相对电导率的大小，来判断膜透性的大小及膜损伤的程度，也就是说，相对电导率越大的兄弟抗冻能力越突出呀。

　　低温胁迫下的细胞膜（Shi et al., 2018）

　　除了相对电导率以外，可溶性糖含量和脯氨酸含量也是目前公认的用来评价植物抗寒性的指标。在葡萄采收前后，植株会将叶片制造的糖类物质以淀粉的形式贮藏起来，当气温逐渐降低，淀粉转化为葡萄糖与蔗糖，来帮助植株抵御寒冷，因此可溶性糖含量越高，植物抗寒性越强。

　　同时，植物体内的一系列渗透物如脯氨酸、可溶性蛋白会被激活，大量代谢物和保护蛋白合成；保护酶系统如过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)以及过氧化氢酶(CAT)被激活，用来清除体内活性氧和其他过氧化物自由基，以帮助植株减少低温冻害。

　　科学家们致力于抗寒新秀的选育

　　随着全球气候变化加剧，葡萄遭受低温冻害问题愈渐频发。因此，培育抗寒性强的优质葡萄品种是产业发展的必然趋势。在中科院植物所葡萄与葡萄酒科学研发团队的努力下，以抗寒的山葡萄为父本和品质优良的欧亚种品种为母本，培育出了一系列品质优良、抗寒能力强的酿酒葡萄品种，‘北红’‘北玫’‘北玺’‘北馨’‘新北醇’等。

　　目前，这些“北”字号品种在我国北方地区冬季不用埋土即可安全露地越冬，得到了广泛推广，有效促进了我国葡萄产业的可持续健康发展。另一方面，从分子生物学的角度解析葡萄抗寒性的形成机制，也将为葡萄抗逆育种提供分子基础，为农业生产实践提供理论指导。

　　“北”字号品种葡萄（范培格、匡阳甫 摄）

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　　来源：中国科学院植物研究所