嫁接對西瓜根際土壤酶和葉片氮代謝酶活性及產量的影響

高玉紅，閆生輝，許 娟，丁愛杰

（1.鄭州職業技術學院 鄭州 450121； 2.信陽市水稻工程技術中心 河南信陽 464000；3.河南省西平縣五溝營鎮農業服務中心 河南西平 463913）

嫁接是將植株上的枝條或芽等器官接到另一株帶有根系的植物上形成新植株的技術，依靠砧木發達的根系為接穗生長提供所需的水分、礦質養分，達到豐產的目的[1-2]。隨著我國農業結構的調整，西瓜種植面積逐年增大[3]，但土壤病原微生物和自毒物質積累，連作障礙嚴重發生，已成為我國西瓜增產的瓶頸[4]。嫁接作為克服作物連作障礙的一項重要栽培措施，已在園藝作物生產上大面積應用[5-6]。近年來，國內有關西瓜嫁接的研究多集中于嫁接技術、抗病性、嫁接對產量和品質的影響及嫁接后植株生理特性變化的研究等方面[7-10]。而從嫁接西瓜根際土壤微環境的變化和植株氮代謝方面揭示西瓜增產機制方面的研究較少。硝酸還原酶的活性決定了硝態氮的代謝速度，是植物氮素代謝作用中的關鍵性酶，與作物吸收和利用氮肥有關[11]；谷氨酰胺合成酶（GS）是植物體內氨同化的關鍵酶之一，對植物氮素代謝具有重要作用。筆者研究了嫁接西瓜不同發育時期根際土壤酶及葉片氮代謝關鍵酶活性的變化特點及對最終產量的影響，以期為揭示嫁接增產的營養生理機制及西瓜砧木的篩選提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試西瓜品種‘農發3號’（簡稱X），三倍體西瓜品種，由新疆安農種子有限公司選育，從種子市場購買。供試砧木品種‘超豐F1’（葫蘆，簡稱H）、‘西嫁強生’（南瓜，簡稱N）、‘野力1號’（野生西瓜，簡稱Y），均由中國農業科學院鄭州果樹研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2014年在中牟縣國家農業科技示范園內進行。砧木于3月18日播種，西瓜3月21日播種育苗，砧木和西瓜溫湯浸種后催芽，待種子露白時播于營養缽中，并覆蓋小拱棚，3月28日，砧木露出真葉、接穗子葉展平時，采用插接法進行嫁接，4月26日定植于大田，單壟栽培，行株距為1.8 m×0.5 m，小區面積為72 m2。試驗采用完全隨機區組設計，每個處理設3次重復。田間栽培管理方法均按常規進行。

1.2.2 樣品采集與測定方法 在伸蔓期（營養生長期）、坐瓜期（由營養生長向生殖生長過渡期）、膨瓜期（生殖生長期）取各處理植株頂端生長點向下第4或第5片功能葉（為充分展開的新功能葉），每小區取樣5株，測定硝酸還原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性。同時取土樣用于測定土壤酶活性，具體取樣方法：先將2 cm表土輕輕除去，再挖出全部根系，抖落大土塊后將附著于根系上的細土抖落至干凈取樣袋中，風干后過1 mm篩保存。谷氨酰胺合成酶活性測定采用比色法[12]；硝酸還原酶活性采用磺胺比色法[13]；土壤酶活性測定參照許光輝和鄭洪元的方法[14]，其中，轉化酶活性測定采用硫代硫酸鈉滴定法；磷酸酶活性測定采用磷酸苯二鈉比色法；脲酶活性測定采用靛酚藍比色法。6月28日收獲期一次性測定各小區產量，并折合成每hm2產量。

1.2.3 數據處理 數據采用Excel2003和DPS7.05數據處理軟件進行統計和分析，方差分析采用Duncan’s檢驗法。

2 結果與分析

2.1 嫁接對西瓜葉片硝酸還原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影響

不同砧木嫁接均可提高西瓜葉片NR活性（圖1）。伸蔓期，不同砧木組合顯著高于自根苗，‘西嫁強生’嫁接組合葉片NR活性最高，顯著高于其他嫁接組合，‘超豐F1’‘野力1號’嫁接組合間差異不顯著；坐瓜期，‘西嫁強生’‘超豐F1’嫁接組合葉片NR活性顯著高于自根苗，但其二者間差異不顯著，‘野力1號’嫁接組合與‘超豐F1’和自根苗間差異不顯著。膨瓜期，不同嫁接組合及其與自根苗間葉片NR活性差異不顯著。結果表明，不同砧木主要在西瓜生長前期影響葉片NR活性，進而來調節硝態氮的代謝速度，其中南瓜砧木對NR活性影響最大，葫蘆和野生西瓜砧木次之。

圖1 不同砧木嫁接對西瓜葉片NR活性的影響

不同砧木嫁接組合影響西瓜葉片GS活性（圖2）。伸蔓期，‘西嫁強生’嫁接組合葉片GS活性顯著高于‘超豐F1’‘野力1號’和自根苗，‘超豐F1’‘野力1號’嫁接組合和自根苗之間差異不顯著；坐瓜期，‘西嫁強生’嫁接組合葉片GS活性顯著高于‘野力1號’和自根苗，但與‘超豐F1’間差異不顯著，‘野力1號’嫁接組與自根苗間差異不顯著；膨瓜期，不同嫁接組合及其與自根苗間葉片GS活性差異不顯著。結果表明，南瓜砧木嫁接在西瓜生長前期可提高西瓜葉片GS活性，加速植物氮素代謝進程，從而促進植株的生長。

圖2 不同砧木嫁接對西瓜葉片GS活性的影響

2.2 嫁接對西瓜植株根際土壤酶活性影響

土壤酶參與有機質的分解和腐殖質的形成，反映土壤養分的轉化能力，對豐富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性營養物質起著重要作用[15]。不同砧木嫁接均可改變西瓜根際土壤酶活性（表1），影響根系對土壤養分的吸收能力。伸蔓期，不同嫁接組合土壤轉化酶和脲酶活性均顯著高于自根苗，其中，‘西嫁強生’嫁接組合2種酶活性分別為12.04 mL·g-1·d-1和 8 714.35 mg·100 g-1·d-1，其轉化酶活性與‘超豐F1’間差異不顯著，顯著高于‘野力1號’；‘超豐F1’‘野力1號’嫁接組合脲酶活性差異不顯著，但均顯著低于‘西嫁強生’。坐瓜期，不同嫁接組合土壤轉化酶活性顯著高于自根苗，‘西嫁強生’嫁接組合轉化酶活性與‘超豐F1’差異不顯著，但顯著高于‘野力1號’；‘西嫁強生’‘超豐F1’嫁接組合脲酶活性差異顯著，且顯著高于自根苗，‘野力1號’與自根苗間差異不顯著。膨瓜期，不同嫁接組合土壤轉化酶和脲酶活性均顯著高于自根苗，其中，3種砧木嫁接組合間土壤轉化酶活性差異不顯著，‘西嫁強生’嫁接組合脲酶活性與‘超豐F1’差異不顯著，但顯著高于‘野力1號’。土壤磷酸酶活性在西瓜各個生育期嫁接組合及其與自根苗間均差異不顯著。結果表明，嫁接總體上增加了西瓜根際土壤轉化酶和脲酶的活性，且南瓜砧木對2種酶活性影響較大，有助于改善土壤微生態環境，為西瓜增產打下基礎。

表1 不同砧木嫁接對西瓜根際土壤酶活性的影響

2.3 不同砧木嫁接對西瓜產量影響

不同砧木嫁接西瓜產量均高于自根苗。其中，‘西嫁強生’嫁接組合西瓜產量為57219.31kg·hm-2，顯著高于‘野力1號’和自根苗，與‘超豐F1’嫁接組合間差異不顯著?！SF1’嫁接組合西瓜產量為51269.4kg·hm-2，顯著高于自根苗，但與‘野力1號’嫁接組合間差異不顯著，‘野力1號’組合西瓜產量為44 217.45 kg·hm-2，與自根苗間差異不顯著（圖3）。說明南瓜作砧木更有利西瓜產量的提高，這可能與南瓜砧木具有較強的根系吸收能力和抗逆性有很大關系。

圖3 不同砧木嫁接對西瓜產量影響

3 討論與結論

植物發育狀況、生長特性以及地上部形態建成與根際微域環境和根系對營養物質吸收利用的能力密切相關[16]。嫁接是兩個系統融合成一個系統的過程，可以改變原有自根根系分泌物的成分，使根際微生物群落發生變化，利用砧木發達的根系，促進植株光合作用和營養物質的吸收。本研究結果表明，嫁接換根增加了西瓜根際土壤酶活性和植株葉片氮代謝酶活性，加速土壤生態系統氮素的轉化及植株氮代謝的進程，提高了西瓜產量。其中，‘西嫁強生’嫁接組合對西瓜產量的影響較大，可能與其和接穗間基因型的差異程度大，有利于提高土壤酶活性和植株葉片氮代謝酶活性，改善根際土壤環境，為植株生長發育提供充足的營養有關。但其具體原因還有待于進一步研究。

土壤酶參與有機質的分解和腐殖質的形成，與土壤C、N、P、S等養分元素的轉換密切相關[15]，可以作為衡量土壤生物學活性和土壤生產力的指標[17]。土壤酶活性增強意味著土壤生物活性提高，生物群落會明顯改變。肖宏等[18]研究表明，隨土壤中脲酶、中性磷酸酶、轉化酶活性的顯著增加，細菌的數量明顯增加，而真菌的數量則明顯減少。筆者研究表明，嫁接增加了西瓜土壤轉化酶、脲酶活性，但對磷酸酶活性的影響不大。說明嫁接能夠提高根際土壤酶活性，改善土壤微生態環境，為最終嫁接西瓜增產打下基礎。

作物對氮素的吸收利用能力是其生長發育及品質形成的重要限制因素之一。NR、GS分別參與植物體內氨同化和硝態氮的代謝，在高等植物氮代謝中起著重要的作用。張磊等[19]的研究表明硝酸還原酶活性直接影響大豆葉片氮素積累；梅芳等[20]的研究表明嫁接苗在低氮水平下能明顯的提高烤煙的氮代謝關鍵酶（NR和GS）活性。本研究表明，不同砧木主要在西瓜生長前期影響葉片2種酶的活性，進而來調節氮的代謝速度，且南瓜砧木對其活性影響最大，葫蘆和野生西瓜砧木次之，這可能與南瓜砧木具有較發達的根系有很大關系。研究還發現，嫁接增加了西瓜葉片NR和GS的活性，并隨植株的生長呈逐漸降低的趨勢，這與王云華等[21]和梅芳等[20]對黃瓜GS活性和煙草氮代謝關鍵酶（NR和GS）活性在植株生育期內變化趨勢的研究結果一致，但與周寶利等[22]對嫁接茄子NR活性變化趨勢的研究結果不同，可能是物種之間的差異所致，但其具體原因還有待進一步探討。

在本試驗條件下，嫁接有助于提高西瓜植株前期氮代謝酶活性，改善根際土壤酶活性，提高西瓜產量。其中，‘西嫁強生’對植株葉片和土壤酶活性及西瓜產量有顯著的影響，葫蘆砧木和野生西瓜砧木次之。但本文僅通過土壤水解酶和葉片氮代謝間接地說明了嫁接提高了西瓜對土壤環境物質的轉化能力，還需進一步探討土壤微生物類群和土壤水解酶與植株葉片氮代謝關鍵酶相關性，從根際土壤微環境、植株對營養元素吸收利用和抗病性等多個方面揭示嫁接增產的生理機制。