吕英忠，陈汉鑫，代永欣，张拥兵，王 林，①

(山西农业大学： a. 果树研究所，b. 林学院，山西 太谷 030801)

树莓(RubusidaeusLinn.)的中文学名为复盆子，隶属于蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属(RubusLinn.)，主要分布在北半球的温带地区。树莓果实营养丰富，富含多种糖、有机酸、维生素和矿质元素，还含有黄酮类和酚类等成分，被认为是第3代水果和保健食品，发展前景广阔[1-3]。树莓在欧美地区广泛栽培，近年来在国内也开始种植[4]。目前，国内有关树莓的研究主要集中在引种试验、抗性评价、水肥管理、果实品质和功能性成分分析以及品种繁育等方面[5-6]，而关于其生理生态特征的深入研究却较少，不利于针对树莓制定高效的栽培管理措施。

树莓的地上部主要由当年生枝条和二年生枝条组成，且结果枝条主要为二年生枝条，但笔者在前期研究中发现树莓二年生枝条的生长势及叶片大小较当年生枝条差。虽然树莓的适应性较强[7]，并具有一定的抗旱性[8-9]，但抗寒性不强，在寒冷地区越冬需要采取埋土防寒措施[4]。相关研究结果表明：低温冰冻可导致植物体内气穴栓塞，增加栓塞脆弱性，破坏木质部的水分输导功能[10]，进而影响植物的光合作用和碳代谢[11]。据此推测，低温冰冻可能是导致树莓二年生枝条生长变差的主要原因[12-13]，但目前尚无直接的实验证据。

鉴于此，以树莓品种‘Royalty’的当年生枝条和二年生枝条(冬季覆土厚度分别为15和30 cm)为研究对象，对6月和8月各处理的二年生枝条木质部径向生长量、单小叶面积和小叶比叶质量、枝条水力结构、叶光合特性以及叶和枝条的非结构性碳含量进行了比较，并对不同处理枝条的栓塞脆弱性曲线进行了分析，以期探讨冬季覆土厚度对树莓生长、水力结构、叶光合特性以及叶和枝条的非结构性碳含量的影响，初步分析树莓二年生枝条生长变差与其水力结构改变的关系，为华北和黄土高原区树莓冬季防寒措施制定提供参考依据。

1 研究地概况和研究方法

1.1 研究地概况

本研究在山西省太谷县山西农业大学果树研究所试验基地(东经112°30′21″、北纬37°20′59″)完成。该区域属温带大陆性季风气候，年均温5 ℃～10 ℃，1月均温-6.4 ℃，极端最低温-21.0 ℃，年均降水量458 mm，年均太阳总辐射量5 100 MJ·m-2，年均日照时数2 500～2 600 h，无霜期160～190 d。

1.2 材料

选择基地内种植的引自沈阳农业大学的树莓品种‘Royalty’进行实验。供试样株为2018年春季定植的植株，行距2.5 m、株距0.6 m。严重缺水时进行沟灌补水。

1.3 研究方法

1.3.1 枝条冬季覆土处理 在冬季来临前(2018年11月上旬)，将树莓枝条沿地面水平放置，在生长状况相近的邻行样株枝条上分别覆盖厚度15和30 cm的土壤进行防寒处理，分别记为T2和T3组。每个处理组3行，记为3个生物学重复，每行约15株。以样株基部萌发的枝条作为当年生枝条，记为T1组。

1.3.2 二年生枝条木质部径向生长量测定 分别在2019年6月中旬(干旱期，土壤含水量13%～15%)和8月中旬(湿润期，土壤含水量29%～33%)，每组随机选取6个二年生枝条，在枝条中部进行横切，用OLYMPUS BH-2光学显微镜(日本Olympus公司)观察并拍照，用ToupView软件测量前一年年轮晚材以外部分的宽度，即二年生枝条木质部径向生长量。

1.3.3 单小叶面积和小叶比叶质量测定 在2019年6月中旬和8月中旬，每组随机选取6个枝条，用LI-3100C叶面积仪(美国LI-COR公司)测量枝条中上部成熟叶中间小叶的面积，即单小叶面积；将小叶于70 ℃～80 ℃烘干2 d，用万分之一电子天平称量单小叶干质量；根据公式“小叶比叶质量=单小叶干质量/单小叶面积”计算小叶比叶质量。

1.3.4 枝条水力结构测定 分别在2019年6月中旬和8月中旬选择连续晴天，每组随机选取6个枝条，用PMS 600D水势仪(美国PMS公司)在5：00至5：30测定枝条的凌晨水势，在12：00至14：00测定枝条的正午水势；参照王林等[14]的方法在12：00至14：00测定枝条的正午导水损失率，同时获得枝条的最大比导水率。

在2019年8月中旬，每组随机选取3个枝条，参照Wang等[15]的方法，用PMS 1505D-EXP水势仪(美国PMS公司)测定枝条的导水率。在水下，将枝条接近基部位置剪断；剪取枝条中部约30 cm的无分枝茎段，修平剪口；去除气穴室内枝条的韧皮部，用0.175 MPa高压KCl溶液(经0.22 μm微孔过滤器抽滤)冲洗20 min；用低压液流测定系统测定枝条的最大导水率，之后用气穴室逐渐加压，测定不同压力下的导水率，并计算各压力下的导水损失率，直到导水损失率达到或接近90%时停止检测。根据测定结果绘制枝条栓塞脆弱性曲线，并拟合方程。

1.3.5 叶光合特性指标测定 分别在2019年6月中旬和8月中旬连续晴天的9：00至11：30，每组随机选取3～4个枝条，在每个枝条的中上部选取1枚成熟叶，用LI-6400光合仪(美国LI-COR公司)测定叶的净光合速率、气孔导度和水分利用效率。测定时，设定光照强度1 500 μmol·m-1·s-1，空气CO2浓度410 μmol·mol-1。

1.3.6 叶和枝条非结构性碳含量测定 分别在2019年6月中旬和8月中旬，每组随机选取3个枝条，采集枝条中上部的叶和枝条，采用硫酸-蒽酮法[16]测定可溶性糖和淀粉的含量，并计算非结构性碳总含量(可溶性糖含量和淀粉含量的总和)。各指标均重复测定3次。

1.4 数据处理及分析

采用SPSS 13.0软件对数据进行处理及单因素方差分析(one-way ANOVA)和多重比较(LSD法)，并采用SigmaPlot软件绘制枝条栓塞脆弱性曲线。

2 结果和分析

2.1 冬季覆土厚度对树莓二年生枝条木质部径向生长和小叶生长的影响

不同处理组树莓二年生枝条木质部径向生长和小叶生长的统计结果(表1)表明：在6月和8月，冬季覆土厚度30 cm的树莓二年生枝条(T3组)木质部径向生长量和单小叶面积显著(P<0.05)高于冬季覆土厚度15 cm的二年生枝条(T2组)；在6月和8月，T2和T3组的小叶比叶质量显著高于当年生枝条(T1组)，但二者间的小叶比叶质量差异不显著。

表1 冬季覆土厚度对树莓枝条和小叶生长的影响

由表1还可见：在8月，各处理组的二年生枝条木质部径向生长量及单小叶面积均高于6月，而小叶比叶质量却低于6月；并且，各处理组的二年生枝条木质部径向生长量在不同月份间差异显著，T2组的单小叶面积以及T2和T3组的小叶比叶质量在不同月份间也差异显著。

2.2 冬季覆土厚度对树莓枝条水力结构的影响

不同处理组树莓枝条水力结构的统计结果(表2)表明：在6月，树莓当年生枝条(T1组)的凌晨水势显著(P<0.05)高于冬季覆土厚度15 cm的二年生枝条(T2组)，略高于冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条(T3组)；在8月，3个处理组间的凌晨水势差异不显著，表现为T1组最高、T2组最低。在6月和8月，3个处理组间的正午水势和正午导水损失率差异显著，其中，正午水势表现为T1组最高、T2组最低，而正午导水损失率则表现为T1组最低、T2组最高。在6月，T1和T3组的最大比导水率显著高于T2组，但二组间差异不显著；在8月，3个处理组间的最大比导水率差异显著，表现为T1组最高、T2组最低。

由表2还可见：在8月，各处理组的凌晨水势、正午水势和最大比导水率均高于6月，而正午导水损失率却低于6月；并且，各处理组的凌晨水势、正午水势和正午导水损失率以及T1组的最大比导水率在不同月份间差异显著。

表2 冬季覆土厚度对树莓枝条水力结构的影响

根据不同处理组树莓的枝条栓塞脆弱性曲线(图1)，在0.5～2.0 MPa内，相同木质部压力下T2组的导水损失率均最高，T1组的导水损失率均最低；T1、T2和T3组的木质部压力(x)与导水损失率(y)的拟合方程分别为y=94.42/{1+exp〔(1.20-x)/0.48〕}、y=97.43/{1+exp〔(0.68-x)/0.37〕}和y=94.86/{1+exp〔(0.91-x)/0.48〕}，R2值分别为0.981、0.998和0.993，导水损失率为50%时的水势分别为-1.24、-0.73和-0.94 MPa。

2.3 冬季覆土厚度对树莓叶光合特性的影响

不同处理组树莓叶光合特性的统计结果(表3)表明：在6月和8月，不同处理组间树莓叶净光合速率和气孔导度的差异均显著(P<0.05)，3个处理组中，当年生枝条(T1组)的净光合速率和气孔导度均最高，而冬季覆土厚度15 cm的二年生枝条(T2组)的净光合速率和气孔导度均最低。在6月，3个处理组间的水分利用效率差异显著，表现为T1组最低、T2组最高；而在8月，T1组的水分利用效率显著低于T2组和冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条(T3组)，且T2组略低于T3组。

： 当年生枝条Annual branch； ： 冬季覆土厚度15 cm的二年生枝条Biennial branch with covering soil thickness of 15 cm in winter； ： 冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条Biennial branch with covering soil thickness of 30 cm in winter.

由表3还可见：在8月，各处理组的净光合速率和气孔导度显著高于6月，而水分利用效率却低于6月，且T1和T3组的水分利用效率显著低于6月。

2.4 冬季覆土厚度对树莓叶和枝条非结构性碳含量的影响

不同处理组树莓叶和枝条非结构性碳含量的统计结果(表4)表明：在6月和8月，冬季覆土厚度15 cm的树莓二年生枝条(T2组)和冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条(T3组)的叶可溶性糖含量均显著(P<0.05)低于当年生枝条(T1组)，且二组间的叶可溶性糖含量在6月差异显著、在8月差异不显著；而在6月和8月，T2组的枝条可溶性糖含量显著低于T1和T3组，且T3组的枝条可溶性糖含量略低于T1组。在6月和8月，T2组的叶淀粉含量显著低于T1和T3组，且T3组的叶淀粉含量略低于T1组；在6月，T2组的枝条淀粉含量显著低于T1组，T3组的枝条淀粉含量略低于T1组并略高于T2组，而在8月，T2组的枝条淀粉含量显著低于T1和T3组，且T3组的枝条淀粉含量略高于T1组。在6月和8月，3个处理组间的叶非结构性碳总含量差异显著，表现为T1组最高、T2组最低；在6月，3个处理组间的枝条非结构性碳总含量也差异显著，也表现为T1组最高、T2组最低，而在8月，T2组的枝条非结构性碳总含量显著低于T1和T3组，且T3组的枝条非结构性碳总含量略低于T1组。

表3 冬季覆土厚度对树莓叶光合特性的影响

表4 冬季覆土厚度对树莓叶和枝条非结构性碳含量的影响

由表4还可见：在8月，T1组的叶和枝条可溶性糖含量显著低于6月，而T2组的叶和枝条可溶性糖含量却显著高于6月；各处理组的叶和枝条淀粉含量均显著高于6月；而T2和T3组的叶和枝条非结构性碳总含量显著高于6月。另外，同一月份，相同处理组的叶可溶性糖含量、淀粉含量和非结构性碳总含量均高于枝条。

3 讨论和结论

本研究结果表明：冬季覆土厚度15 cm的树莓二年生枝条(T2组)木质部径向生长量显著(P<0.05)低于冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条(T3组)，表明冬季覆土厚度15 cm的树莓二年生枝条较冬季覆土厚度30 cm的二年生枝条受低温冰冻的影响更大。叶面积减小、比叶质量增加通常是植物对水分条件变差的响应[17]。实验期间，T2和T3组的单小叶面积显著低于当年生枝条(T1组)，而小叶比叶质量却显著高于T1组，表明经历低温冰冻的树莓二年生枝条的水分状况较未经历低温冰冻的当年生枝条差，这可能与低温冰冻导致枝条受到一定的损伤有关[18-19]。

低温冰冻是导致植物导水损失率和栓塞脆弱性增加的重要原因[20-21]。其中，导水损失率增加主要是因为在结冰过程中，导管内汁液中溶解的气体析出，在导管内形成气穴栓塞[21]；栓塞脆弱性增加主要是因为低温冰冻对纹孔膜的结构产生不可逆的破坏作用[10，22]。在越冬后，T2和T3组的正午导水损失率在6月和8月较T1组显著升高，说明T2和T3组的枝条栓塞脆弱性显著增加，且T2组的枝条栓塞脆弱性较T3组更大，这种现象被称为“霜冻疲劳”[10]，这可能与低温冰冻导致木质部导管结构产生不可逆变化有关[18-21]。T2和T3组的正午导水损失率显著高于T1组，这是枝条的栓塞脆弱性增大和水势降低共同作用的结果。越冬后，树莓枝条正午导水损失率和枝条栓塞脆弱性增加严重影响枝条次年的水分输导能力，导致二年生枝条及其叶片的水分状况变差，这种现象在较干旱时期(6月)表现尤为突出。在受到低温冰冻伤害后，植物在春季依靠根压和栓塞修复等机制对木质部气穴栓塞进行修复[23-24]，新生木质部也能在一定程度上修复植物的抗栓塞能力[10]。T2和T3组的正午导水损失率和栓塞脆弱性显著高于T1组，表明树莓的抗栓塞能力受到低温冰冻伤害后不能完全修复，这可能是二年生枝条水分输导能力变差的主要原因。另外，T2和T3组的二年生枝条木质部径向生长量较低，且T2组的二年生枝条木质部径向生长量显著低于T3组，这可能是限制树莓二年生枝条栓塞修复的重要原因，还可能是T2组的枝条栓塞脆弱性明显高于T3组的主要原因。

植物水分输导能力降低可影响其叶片的光合能力[25-27]。在6月和8月，T2和T3组的正午水势、净光合速率和气孔导度显著低于T1组，且T2组的正午水势、净光合速率和气孔导度显著低于T3组，说明树莓二年生枝条的叶光合作用严重受阻，据此推测低温冰冻可导致树莓水分状况变差，影响叶光合作用，且冬季覆土厚度15 cm的枝条受到冻害的程度显著高于冬季覆土厚度30 cm的枝条。但是T2和T3组的水分利用效率显著高于T1组，说明树莓二年生枝条越冬后受到的胁迫程度尚未严重损伤光合系统。

非结构性碳含量降低会影响植物的生长、呼吸及栓塞修复等生理过程[16，18-19]。在6月和8月，T2和T3组的叶非结构性碳总含量显著低于T1组，表明树莓二年生枝条上叶的碳平衡能力低于当年生枝条；T2组的枝条非结构性碳总含量显著低于T1和T3组，表明覆土厚度不够导致枝条受低温冰冻伤害严重，使枝条也受到一定程度的碳限制，进而影响植物的生长和生理功能。在8月，T2和T3组的枝条和叶非结构性碳总含量均显著高于6月，表明随着树莓水分状况好转，低温冰冻对枝条碳失衡的影响在一定程度上得到缓解。

本研究结果显示：冬季覆土可明显降低树莓受到的低温冰冻伤害程度，且覆土厚度30 cm的效果优于覆土厚度15 cm。在华北和黄土高原区，树莓枝条的冬季覆土厚度应在30 cm以上，最佳覆土厚度有待深入研究。