砧穗互作對(duì)嫁接西瓜高溫耐性的影響

邢乃林， 張蕾琛， 黃蕓萍， 王毓洪

(寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040)

西瓜是全球主要的園藝作物之一，根據(jù)世界糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)，2017年種植面積為185.97萬(wàn)hm2。土傳病害等連作障礙及溫度等問(wèn)題嚴(yán)重制約著西瓜生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展，而嫁接是解決這些問(wèn)題的有效手段。嫁接可以提高砧木和接穗的生長(zhǎng)勢(shì)、克服土傳病害等連作障礙問(wèn)題、提高砧木及接穗在生物學(xué)和非生物學(xué)逆境脅迫下的抗性。目前，嫁接西瓜所用砧木主要為葫蘆、南瓜和野生西瓜。葫蘆抗病性強(qiáng)、耐低溫、耐濕，與西瓜嫁接親和性好，且對(duì)西瓜品質(zhì)影響較小，被廣泛應(yīng)用。高溫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育、生態(tài)分布及作物產(chǎn)量和品質(zhì)的最重要環(huán)境因子之一，而嫁接可顯著提高瓜類(lèi)作物的高溫耐性[1]。但是，以葫蘆為砧木進(jìn)行嫁接對(duì)西瓜生長(zhǎng)的影響，特別是對(duì)嫁接植株高溫等抗性影響的機(jī)理尚不清楚。

面對(duì)高溫脅迫，作物會(huì)出現(xiàn)一系列的脅迫應(yīng)激反應(yīng)，包括生長(zhǎng)減緩，葉片電導(dǎo)率升高，丙二醛、脯氨酸、可溶性糖等含量顯著升高，葉綠素含量顯著下降[2-4]。在高溫脅迫下，嫁接黃瓜葉片丙二醛和脯氨酸含量均升高[5]。南瓜砧木嫁接西瓜的植株在高溫脅迫后，西瓜葉片相對(duì)電導(dǎo)率呈現(xiàn)先上升再下降的趨勢(shì)，嫁接苗在一定程度上緩解了葉片相對(duì)電導(dǎo)率的升高[6]。但現(xiàn)有嫁接耐高溫試驗(yàn)主要以嫁接苗和實(shí)生苗做對(duì)比，并未利用自接苗或砧木材料與嫁接苗進(jìn)行比較。

本研究以葫蘆砧木和西瓜接穗的自接苗及嫁接西瓜苗為材料，通過(guò)42 ℃高溫處理，分析高溫對(duì)材料生長(zhǎng)發(fā)育及相對(duì)電導(dǎo)率、葉綠素含量、丙二醛含量的影響，進(jìn)而研究嫁接對(duì)西瓜高溫耐性的影響。

1 材料與方法

本研究所用的材料包括1份葫蘆品種甬砧1號(hào)(YZ)和1份西瓜品種早佳8424(ZJ)。其中甬砧1號(hào)為寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的葫蘆類(lèi)型砧木品種，高抗枯萎病，耐低溫，作為砧木廣泛應(yīng)用于西瓜、甜瓜、瓠瓜等葫蘆科作物的嫁接生產(chǎn)中。早佳8424為中國(guó)大面積種植的品質(zhì)優(yōu)良的中果型西瓜品種，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。YZ和ZJ的種子分別在25 ℃清水浸種8 h和6 h，25 ℃催芽4 d和2 d后，播種于填充有育苗基質(zhì)(滅菌過(guò))的6 cm直徑塑料穴盤(pán)中。播種后，將穴盤(pán)放置在正常光照、溫度及水分管理的人工氣候箱中。分別以YZ和ZJ作為砧木進(jìn)行自接(YZ/YZ，ZJ/ZJ)，并以YZ為砧木、ZJ為接穗進(jìn)行嫁接(ZJ/YZ)。YZ及ZJ作為砧木在1葉1心期，作為接穗在子葉即將開(kāi)始張開(kāi)時(shí)進(jìn)行嫁接。YZ作為砧木的嫁接采用插接法，ZJ作為砧木的嫁接采用貼接法。按常規(guī)嫁接育苗管理辦法進(jìn)行管理。待嫁接苗成活后，對(duì)其進(jìn)行處理。設(shè)常溫對(duì)照和高溫處理各3次重復(fù)，每次重復(fù)5株，包括YZ/YZ、ZJ/ZJ、ZJ/YZ。高溫組置于42 ℃、光/暗為16/8 h的人工氣候箱處理3 d。常溫組置于光/暗為24/16 ℃、16/8 h人工氣候箱。處理后，選擇砧木子葉部位和接穗的真葉部位進(jìn)行取樣，每次重復(fù)5株混合取樣。為檢測(cè)葫蘆嫁接對(duì)西瓜高溫耐性的影響，參照浸泡方法對(duì)YZ/YZ、ZJ/ZJ、ZJ/YZ接穗真葉的相對(duì)電導(dǎo)率進(jìn)行測(cè)定[7]。參照混合液浸提的方法進(jìn)行葉片葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)葉綠素a+b(Ca+b)含量測(cè)定[8]。丙二醛(MDA)含量采用TBA比色法測(cè)定[9]。

2 結(jié)果與分析

高溫對(duì)葫蘆砧木YZ及西瓜接穗ZJ的自接苗及葫蘆砧木嫁接西瓜苗ZJ/YZ均有顯著的影響(圖1)。處理后，葉片顏色變深，葉片皺縮，植株生長(zhǎng)延緩，YZ自接苗受影響最大，ZJ自接苗次之，嫁接西瓜苗ZJ/YZ受影響最小，葉片未出現(xiàn)皺縮。3份自接和嫁接材料的對(duì)照和高溫處理間的相對(duì)電導(dǎo)率變化顯示，西瓜自接苗ZJ變化最大，傷害率達(dá)17.34%。葫蘆砧木自接苗YZ次之，為12.31%。葫蘆砧木嫁接西瓜苗ZJ/YZ最低，僅有9.81%(圖2)。

圖1 高溫處理各材料的表現(xiàn)

圖2 高溫對(duì)各材料相對(duì)電導(dǎo)率傷害率的影響

高溫使葫蘆砧木嫁接西瓜苗ZJ/YZ和西瓜自接苗ZJ的葉綠素a、葉綠素b及葉綠素含量均上升(圖3)。而葫蘆砧木自接苗YZ則均表現(xiàn)為下降。處理后，ZJ/YZ的葉綠素含量升高0.62 mg·g-1，ZJ升高0.56 mg·g-1，YZ則降低0.74 mg·g-1。ZJ/YZ的葉綠素含量增幅大于ZJ。相對(duì)于葉綠素a的含量，高溫對(duì)葉綠素b的含量影響更大。

圖3 高溫處理下各材料葉綠素各成分含量變化

西瓜自接苗ZJ和葫蘆砧木自接苗YZ的MDA含量均升高，葫蘆砧木嫁接西瓜苗ZJ/YZ的MDA含量降低。ZJ變化幅度最大達(dá)62.90%。ZJ/YZ變化幅度最小，為10.63%。處理前ZJ/YZ的MDA含量最高，為1.11 μmol·g-1，YZ最低，為0.62 μmol·g-1；處理后則為ZJ最高，為1.11 μmol·g-1，同樣為YZ最低，為0.86 μmol·g-1。

圖4 高溫處理下MDA含量變化

總體上，高溫對(duì)3個(gè)指標(biāo)的影響程度以MDA含量最大，葉綠素含量次之，電導(dǎo)率變化最小。而3個(gè)材料中，則以ZJ影響最大，YZ次之，ZJ/YZ最小。表明存在砧穗互作，使嫁接西瓜高溫耐性同時(shí)強(qiáng)于砧木和接穗。

3 討論

植物具有一定的防御系統(tǒng)，可保護(hù)細(xì)胞免受高溫等逆境脅迫造成的過(guò)氧化傷害。但傷害超過(guò)植物本身的防御能力時(shí)，植物往往發(fā)生膜脂過(guò)氧化，膜結(jié)構(gòu)破壞，積累大量過(guò)氧化物等有害物質(zhì)，造成相對(duì)電導(dǎo)率升高，光合作用被一定程度的破壞。大量作物研究中表明，面對(duì)高溫脅迫，葉片MDA和相對(duì)電導(dǎo)率均會(huì)升高，葉綠素含量下降[2,5,10-11]。而本研究中，葫蘆砧木和西瓜接穗同樣均表現(xiàn)出葉片相對(duì)電導(dǎo)率傷害升高，MDA含量上升。但對(duì)于葉綠素含量，砧木自接苗表現(xiàn)為下降，但西瓜自接苗和嫁接苗則表現(xiàn)為升高。在紅掌面對(duì)高溫脅迫時(shí)，部分品種在短時(shí)間的脅迫時(shí)存在同樣表現(xiàn)[12]。這可能是由于西瓜體內(nèi)葉綠素穩(wěn)定性及抵御能力較強(qiáng)，同時(shí)植株存在一定程度的脫水，進(jìn)而導(dǎo)致葉綠素含量相對(duì)升高。

嫁接是將砧木莖根和接穗枝芽通過(guò)細(xì)胞融合形成一個(gè)新的完整植株的技術(shù)，接穗生長(zhǎng)勢(shì)提高，抗病耐逆性增強(qiáng)，產(chǎn)量品質(zhì)提升等。目前關(guān)于嫁接作用的研究主要為接穗實(shí)生苗或自接苗與嫁接苗之間的比較，而砧木的特性對(duì)嫁接苗的表現(xiàn)同樣具有較大影響[13]。本研究利用葫蘆砧木和西瓜接穗自接苗以及嫁接西瓜苗進(jìn)行高溫耐性研究，既消除了嫁接本身對(duì)嫁接苗的影響，又可分析嫁接苗與砧木和接穗之間的關(guān)系。在本研究中，嫁接苗的相對(duì)電導(dǎo)率傷害程度、MDA含量變化程度均低于砧木和接穗自接苗，而葉綠素含量則高于砧木和接穗自接苗。表明嫁接存在一定的砧穗互作，使嫁接苗的高溫耐性高于砧木和接穗。因此，葫蘆砧木嫁接西瓜材料這一嫁接雜種的砧穗互作可能類(lèi)似于雜種優(yōu)勢(shì)。通過(guò)砧木和接穗間的RNA、激素、甲基化等物質(zhì)信號(hào)的交流表現(xiàn)出來(lái)[14]。