西瓜砧木育種研究進展

劉 廣， 羊杏平， 徐錦華， 張 曼， 李蘋芳， 姚協豐， 侯 茜， 朱凌麗

(江蘇省農業科學院蔬菜研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇南京 210014)

近年來嫁接已成為了防治西瓜連作障礙及土傳病害最經濟環保的一種途徑。隨著嫁接在西瓜栽培中的普遍應用，關于嫁接的研究也越來越多，已不單單局限于西瓜砧木品種的抗性篩選及選育研究，國內外學者重點開展了優良砧木資源的篩選、引進、選育、嫁接方法、嫁接育苗的溫光條件以及其嫁接苗的生理生化、栽培模式、抗病、抗逆、品質影響等研究。本文對近3年西瓜砧木育種領域國內外研究進展進行總結，旨在為農業科技工作者提供一些參考。

1 優良砧木資源篩選、引進及評價

引進優良的砧木資源，篩選出適宜的砧木品種，對西瓜的優質高產具有重要意義。在抗病蟲優良砧木篩選引進方面，研究發現，嫁接植株不管用的是西瓜雜交種砧木還是印度南瓜與中國南瓜雜交種砧木，都呈現出對枯萎病的相似抗性[1]。國內外學者對砧木黑點根腐病、黃瓜綠斑駁花葉病毒病、黃萎病、枯萎病及根結線蟲病的抗性進行研究，篩選了抗病性優良的南瓜砧木PEK-05、PES-07、PEC-01及葫蘆砧木H04、H10、H12、H13，抗根結線蟲病優良的砧木RKVL野生西瓜、PI189225、PI482324、PI606135、PI482298和青農2號[1-8]。

在產量品質優良砧木篩選引進方面，通過從嫁接親和性、抗病性、果實性狀以及產量、品質等方面進行比較篩選和綜合評判，篩選出一批適宜武漢、上海、江蘇等地區的優良砧木，如東方長生、野郎、美力堅、綠神嫁接王、青萌砧木一號、京欣砧3號、青研秀砧、甬砧5號、海砧1號、剛健1號、親抗水瓜、雪鐵王子、甬砧7號等[9-13]。

在抗逆優良砧木篩選引進方面，通過評價高溫、低溫、干旱脅迫下不同砧木及砧木嫁接苗的生長和生理指標，陳文明等篩選出了一批耐熱砧木(如H07、H10、H12、H13)、耐冷砧木(如NZ、CF、AS、RS、HG、QY)、耐旱性砧木(如日本綠霸和日本強力士)[3，13-16]。

2 不同嫁接方法研究

適宜的嫁接方法可以培育健壯的西瓜嫁接苗。通過對劈接法、插接法與砧木不斷根、斷根組合成常規劈接、斷根劈接、常規插接、斷根插接、無萌蘗嫁接方法等不同嫁接技術進行比較發現，改良式劈接法[17]、砧木斷根劈接法[18]、無萌蘗貼接法[19]嫁接西瓜后，嫁接苗成活率高，發根多，根系活力強，長勢健壯，可在生產上推廣應用。任淑年等介紹了西瓜兩段砧雙貼嫁接育苗新技術，采用南瓜作根砧、葫蘆作中間砧，該方法既可以避免葫蘆嫁接西瓜的自毒問題，又能解決南瓜嫁接西瓜的質量和口感差問題[20]。這些新技術進一步完善了西瓜早熟栽培技術。

3 不同嫁接育苗因子研究

通過對接穗種子發芽率、嫁接后覆蓋薄膜處理、夜溫處理、光照處理等方面的研究，摸索最適宜的育苗條件，以增加嫁接苗的成活率。在接穗種子發芽方面，秦東等對嫁接西瓜砧木與接穗種子的浸種催芽技術進行了探索和實踐，摸索出一套簡單有效的浸種催芽技術[21]。

在嫁接后覆蓋薄膜處理方面，李剛等研究不同掀膜處理對西瓜嫁接苗的影響，結果表明，嫁接后第8～10天掀膜，嫁接苗成活率高，莖矮壯不徒長，植株長勢良好，達到壯苗要求[10]。

在嫁接后夜溫處理方面，夜溫對西瓜嫁接苗接穗下胚軸徒長影響較大，較低的夜溫有利于抑制西瓜嫁接苗徒長，Yang等建議，在嫁接苗成活期管理上，夜溫不得低于 18 ℃[22]；而黃雯等認為，夜溫12 ℃效果最好[23]。在光照處理方面，黃蕓萍等在早春持續低溫陰雨寡日照的天氣下，利用發光二極管(LED)燈、高壓鈉燈對剛長出心葉的嫁接西瓜進行連續25 d的補光，結果表明，人工補光能明顯促進西瓜嫁接苗的生長，且可使嫁接苗生物量積累加快，葉片光合能力增加，嫁接苗成活率提高，苗期猝倒病等發病率降低；同時發現，LED燈的效果優于高壓鈉燈[24]。

4 砧木嫁接機理的研究

4.1 防御酶活性

王文英等研究了京欣砧3號、新土佐、超豐F1、勇士、抗生王等砧木對嫁接西瓜成活率和產量的影響，通過測定葉片中的葉綠素含量、丙二醛含量、過氧化物酶活性等生理指標分析不同砧木的嫁接效果及各生理指標與成活率、產量之間的相關性，結果表明，以勇士、抗生王為砧木時，葉片中的葉綠素含量較高，嫁接成活率與其體內過氧化物酶活性存在正相關關系，與丙二醛含量存在負相關關系[25]。

4.2 抗病性

嫁接通常用于克服土傳疾病，而它是如何影響有關作物的根相關微生物以及微生物和土傳病抗性之間的關系仍然未知。Ling等研究認為，嫁接西瓜根相關的細菌具有更廣泛的生態位重疊，嫁接西瓜可以運用根際的最大化占有提高土傳病抗性，而不是招募更多的有益細菌[26]。Mahmud等利用核磁共振光譜來識別抗白粉病砧木對感病西瓜接穗的反式代謝物，包括膽堿、延胡索酸酯、5-羥基吲哚-3-乙酸鹽和褪黑激素，且這些代謝物從抗白粉病砧木到相應的白粉病感病接穗發生了改變，這可能與白粉病抗性相關[27]。Avramidou等使用甲基化敏感擴增多態性(MSAP)分析研究了黃瓜、甜瓜和西瓜接穗異源嫁接到南瓜砧木上時總DNA甲基化變化，觀察到總DNA甲基化在黃瓜和甜瓜接穗中顯著增加，在葫蘆科異源嫁接中存在一個表觀遺傳效應；在不同砧穗組合中，利用微分表觀遺傳標記可能導致表觀分子標記的發展[28]。

4.3 抗逆性

在低溫脅迫方面，研究發現，砧木材料“黃金搭檔”是較有潛力的西瓜砧木，其根系活力、可溶性糖含量、脯氨酸(Pro)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和過氧化物酶(POD)活性亦不同程度高于其他砧木，而丙二醛(MDA)含量則顯著低于其他砧木[29]。

在鹽脅迫方面，有研究認為，瓠瓜砧木嫁接可有效防止Na+的大量累積，在體內維持較高的K+/Na+和吲哚-3-乙酸(IAA)/玉米核苷的總量(Z+ZR)比值，從而防止離子毒害的發生，有效維持鹽脅迫下西瓜嫁接植株體內的離子穩態，提高西瓜嫁接植株的鹽脅迫耐性[30]。在鹽脅迫下砧木嫁接增加了葉片中的葉綠素含量，尤其是增加了葉綠素b含量，并最小化光系統Ⅱ(PSⅡ)反應中心和氯化鈉脅迫對類囊體結構的有害影響；此外，砧木嫁接增強二磷酸核酮糖羧化酶的含量和活性，從而提高在鹽脅迫下西瓜接穗葉片的碳固定能力[31]。此外，有研究開發了轉基因葫蘆系表達擬南芥H+焦磷酸酶AVP1基因，在葫蘆中AVP1的表達可以改善溫室的鹽脅迫，西瓜植株嫁接到轉基因葫蘆砧木上后，通過生成較高的生物量和提高光系統Ⅱ量子產率表現出更大的鹽脅迫抗性[32]。在鎂離子(Mg2+)脅迫下，研究發現，0.4 mmol/L Mg2+處理對植株生長沒有影響，而0.04 mmol/L Mg2+處理則抑制植株生長，但南瓜砧嫁接Mg2+吸收量顯著高于葫蘆砧嫁接，且植株長勢較好[33]。

4.4 嫁接對產量和品質的影響

嫁接能增強西瓜的生長速率，提高單瓜質量和產量，但對西瓜品質的影響因砧木不同而有所差異。以葫蘆、野生西瓜為砧木的嫁接西瓜，其可溶性糖、維生素C含量及風味品質未受到顯著影響，而以南瓜為砧木的嫁接西瓜表現稍次，有少許纖維和口感略有異[34]。而應泉盛等研究認為，與對照相比，不同葫蘆砧木處理的西瓜果實果糖、葡萄糖含量顯著降低，可溶性固形物、蔗糖、維生素C含量提高，草酸含量、酸性轉化酶活性降低[35]。

嫁接西瓜對皮厚和可溶性固形物含量的影響不僅與砧木品種有關，還與西瓜接穗品種緊密相關[36]。砧木改善了采后肉硬度和番茄紅素含量，增加果肉顏色。嫁接提高了果實的品質和可存儲性，減少含糖量有限，對果實品質無害[37]。適宜砧木嫁接可以增加嫁接苗對礦質元素的吸收。研究發現，南瓜砧木嫁接植株根、莖、葉、果皮、果肉中N、K、Ca、Fe、Mg和Mn的吸收量和濃度高于對照，葫蘆和南瓜嫁接植株果實發育期對營養素的吸收量分別提高了30.41%和49.14%，果實成熟期則分別提高了21.33%和47.46%[38]。

4.5 蛋白質組研究

在嫁接過程中，機械損傷和嫁接行為都可以刺激植株的細胞反應。Wang等采用iTRAQ蛋白鑒定技術，分析了機械損傷和嫁接行為對葫蘆嫁接苗蛋白水平的影響，發現2種刺激行為對嫁接結合部及其鄰近的西瓜莖組織的蛋白均有影響，而嫁接行為的影響顯著高于機械損傷，建議可以將過氧化氫作為異源嫁接的信號分子[39]。Muneer等對不同光照強度[25、50、75、100 μmol/(m2·s)]下生長的葫蘆嫁接西瓜維管束連接的蛋白質組進行了研究，結果顯示，在不同的光強度下，“Sambok Honey”和“Speed”分別有24、27個差異表達蛋白質；這些鑒定的蛋白主要參與離子束縛、氨基酸代謝、轉錄調控和防御反應；這些生物過程中關鍵酶的積累似乎在嫁接幼苗維管束連接中發揮重要作用；此外，發現在嫁接幼苗中 100 μmol/(m2·s) 的蛋白質表達反應結果更好[40]。Song等比較了西瓜、葫蘆嫁接西瓜和葫蘆的根系分泌物，發現嫁接改變了西瓜根系分泌蛋白的組成，且葫蘆嫁接西瓜根系分泌蛋白的多樣性顯著高于西瓜和葫蘆；嫁接特異性地誘導了與生物和非生物脅迫相關蛋白At4g27190、callose synthase、HVA22和Clp protease的表達，該研究揭示了嫁接提高植株抗病的機制[41]。

4.6 基因組研究

評估一個物種基因組大小可以為基因組文庫構建、測序深度和基因組組裝提供理論依據。采用流式細胞術測定4份來自我國不同地區的瓠瓜基因組大小，測得瓠瓜種質資源的基因組大小為329.11～344.56 Mb[42]。DNA甲基化與表觀遺傳中轉座子的轉移失活、miRNA表達、基因印記等存在密切關系，同時還與生物及非生物脅迫抗性等有關。邢乃林等研究發現，嫁接總體上提高了幼苗期和開花期的全甲基化水平，但明顯降低了半甲基化水平；嫁接對西瓜接穗甲基化水平的影響大于對砧木的影響；嫁接對開花期DNA甲基化狀態改變的影響最大，嫁接導致的甲基化狀態改變方式主要為未甲基化與全甲基化狀態之間的改變[43]。基于測序技術，Xu等對低溫脅迫下嫁接西瓜植株的轉錄組進行了測序，在砧木嫁接苗中鑒定到702個差異表達基因，且其中164個在砧木嫁接苗中特異性表達，為提高嫁接植株耐冷性研究提供了分子基礎[44]。Liu等發現，葫蘆砧和南瓜砧嫁接分別誘導了787、3 485個差異表達基因，這些基因參與了初級和次級代謝、信號傳導、轉運和應激響應等系列生理活性，為研究嫁接體的生理活性提供了豐富的基因資源[45]。

5 砧木新品系/品種的選育

霍玉娟等通過多年努力，以X02-015自交系作母本、Y02-004自交系作父本，培育出適合河南地區的早熟西瓜嫁接砧木新品種“青桿金鋼”；該砧木耐寒能力強，嫁接西瓜親和性好，成活率高，根系發達，高抗枯萎病和急性凋萎病，對西瓜的品質影響小，適宜早春西瓜嫁接栽培[46]。

6 肥水、種植密度對嫁接西瓜生產的影響

國內外學者對整枝方式、種植密度、施肥量等配套栽培技術進行了深入研究。研究結果表明，中果型嫁接西瓜 667 m2宜栽500株，并采用三蔓整枝方式[47]；鉀肥施用量為 525 kg/hm2時，嫁接西瓜表現較好[48]。Ozmen等研究了水分缺乏對嫁接和非嫁接西瓜氮消耗、產量、品質的影響，結果顯示，赤字灌溉沒有顯著影響產量和質量；嫁接西瓜有更高的產量，但是嫁接輕微影響果實的品質；可以考慮在半干旱地區使用低灌溉處理；此外，應用嫁接處理增加了西瓜的產量[49-51]。陳貽釗等建議選擇海鮮菇、茶樹菇菌糠進行西瓜砧木育苗復合基質的進一步研發[52]。

7 嫁接栽培技術的應用

隨著保護地設施栽培的擴大，西瓜連作障礙發生嚴重，包括西瓜的自毒作用或化感效應、病原菌的侵染、土壤次生鹽漬化、土壤有益菌群減少、西瓜生理生化代謝的改變以及與病原菌互作等，謝玲玲等提出了用嫁接的方法來防治的策略[53-54]。河北省承德市、浙江省寧波市等地都積極開展了西瓜嫁接技術的應用，并從接穗選擇、砧木選擇、育苗、嫁接關鍵技術、定植前準備、定植、定植后管理、病蟲害防治等方面探索適于本地區的嫁接西瓜栽培模式[55-58]。