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【目的】冷驯化是植物获得抗寒能力的重要生理过程，研究葡萄自然冷驯化对低温的响应过程，对揭示葡萄抗寒力的形成过程及生理机制具有重要意义。【方法】本文以贺兰山东麓赤霞珠和北红一年生成熟枝条为试验材料，在2020-2021年，通过测定自然冷驯化过程中的生理生化响应指标，包括过冷却点SD、结冰点FP、可溶性糖、可溶性蛋白、电导率Con、Ca2+、蔗糖Su、ABA等，构建了抗寒力指数反映葡萄枝条冷驯化过程，运用方差分析、t检验和数值模拟方法，分析葡萄生理生化参数对低温的响应过程，定量评价自然冷驯化过程对葡萄枝条抗寒性的影响。【结果】（1）最低气温是冷驯化过程的主导因子；低温引发葡萄枝条含水率降低，Ca2+增加，改善枝条渗透调节能力；随着冷驯化温度降低，葡萄枝条蔗糖含量增加，其抗寒性提高。枝条的ABA含量与日照时间（光周期）存在显著的正相关关系，但与低温关系不显著；降水（灌溉）降低了葡萄枝条抗寒力。（2）北红枝条抗寒力强于赤霞珠，年际间赤霞珠过冷却点SD和电导率Con均存在显著差异，北红过冷却点SD存在显著差异，其他因子差异不显著。（3）葡萄冷驯化过程是渐进累积的，葡萄抗寒力随着冷驯化气温的降低而增强，葡萄抗寒力指数与低温存在典型的Logistic 非线性关系，在气温低于18.0℃时，葡萄启动冷驯化过程，抗寒力随温度降低而增强；在气温低于12.0℃后，葡萄抗寒能力迅速增加；在气温低于3.0℃时，葡萄枝条的抗寒力增加趋缓，至埋土前，葡萄抗寒力趋于最大。【结论】随着夏末日照时间缩短，葡萄枝条ABA逐步增加；低温在冷驯化过程中起主导作用，随着气温降低，葡萄枝条含水率下降，Ca2+和蔗糖含量增加。随气温降低，葡萄枝条抗寒力呈Logistic 非线性渐进累积增加。