鄰苯二甲酸對不同砧木西瓜嫁接苗根系生理特性及礦物質含量的影響

肖家昶，雷鳳蕓，肖龍仲，鄭開敏，馬俊英，賀茂林，蔣程瑤，鄭陽霞

(1.四川農業大學 園藝學院，成都 611130；2.成都市農林科學院，成都 611130；3.雷波縣教育體育和科學技術局，四川雷波 615000)

化感作用是植物將產生的化學物質釋放在環境中而對其他植物產生毒害作用。自毒作用是化感作用的一種特殊形式，且與連作障礙密切相關[1]。目前研究表明，黃瓜、番茄、苦瓜等根系分泌物中均含有抑制植物生長的自毒物質[2-4]，由于農業種植結構趨于規模化和專業化，使蔬菜種植連作障礙日趨嚴重，制約產業的發展[5]。

西瓜[Citrulluslanatus(Thunb.) Matsum.et Nakai]屬葫蘆科1 a生草本植物，在全世界廣泛種植。而中國的西瓜種植面積、產量和消費量均居世界第一[6]。西瓜具有很強的自毒作用，西瓜活體或殘體釋放次生代謝物質對自身造成連作障礙。西瓜根系分泌物會抑制種子萌發、幼苗生長及體內相關酶活性[7]。鄭陽霞等[8]前期在西瓜根系分泌物中鑒定得出脂肪酸酯是一種潛在的化感物質，并得出低濃度的鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)和鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)對西瓜幼苗的生長有一定的促進作用，但當濃度過高時，會抑制西瓜幼苗的生長[9]。且在玉米、燕麥和生菜中鄰苯二甲酸對種子萌發的化感作用存在與西瓜幼苗生長相同的作用，但不同作物對鄰苯二甲酸脅迫的適應程度存在差異[10-12]。

嫁接作為一種廣泛使用的農藝技術，通過嫁接西瓜改變西瓜根系及周圍生態系統環境從而克服西瓜連作障礙并增加產量[13]。此外，嫁接通過提高咖啡抗氧化酶的活性來促進茄子生長，改善土壤生化特性，降低對黃瓜植株光合系統的損傷，從而減輕化感物質對蔬菜造成的損傷[14-16]。而化感物質鄰苯二甲酸對自根西瓜和不同砧木嫁接西瓜根系生理特性以及礦質元素含量的影響目前還未取得進展。因此，本試驗以‘早佳84-24’西瓜為接穗，以‘京欣砧’‘砧秋’‘日本雪松’和‘酒砧一號’作為砧木，研究DIBP和DOP兩種脂肪酸酯對嫁接西瓜根系生理特性及礦質元素含量的影響，為深入探討嫁接緩解西瓜連作障礙提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試西瓜品種(Citrulluslanatus)為市售‘早佳84-24’， 砧木為葫蘆(Lagenariasiceraria)品種 ‘京欣砧’和‘砧秋’，南瓜品種(Cucurbitamoschata)為‘日本雪松’和‘酒砧一號’，共4種砧木。

供試試劑為鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP，C16H22O4，分析純，國藥)，鄰苯二甲酸二辛酯(DOP，C24H38O4，分析純，國藥)。

1.2 試驗設計

挑選大小均勻一致、健康飽滿的西瓜種子，100倍福爾馬林溶液浸種30 min，蒸餾水沖洗干凈后。將種子放入恒溫培養箱中恒溫(30 ℃)催芽。西瓜種子比葫蘆種子提前1 d催芽，南瓜種子比葫蘆種子晚1 d催芽。待種子露白后，將種子播至盛有基質(草炭∶蛭石∶珍珠巖體積比為 2∶1 ∶1)的72孔穴盤中，將砧木種子播種至盛有基質(草炭∶蛭石∶珍珠巖體積比為2∶1∶1)的營養缽中，種子出土后，用1/3 Hoagland營養液澆灌，子葉展平時采用貼接法嫁接。以西瓜自根苗為對照，待接穗長至一葉一心時，開始向根周圍澆灌處理液(以1/3 Hoagland營養液為溶劑，分別添加DIBP和DOP配制成濃度為 4 mmol·L-1的溶液)，共10個處理(表1)，每處理30株，每株20 mL，每3 d處理一次，培養 15 d后進行指標測定，每處理3次生物學重復。

表1 試驗設計及處理Table 1 Experimental design and treatment

1.3 測定方法

根長用直尺測定；生理指標參考植物生理學實驗指導[17]：西瓜完整根系脫氫酶活性用TTC法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍四唑(NBT)法測定；過氧化物酶(POD)活性用愈創木酚法測定；過氧化氫酶(CAT)活性用紫外分光光度計法測定；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸(TBA)法測定；可溶性蛋白質含量用考馬斯亮藍G-250法測定；硝酸還原酶活性用離體法測定。

將西瓜完整根系烘干粉碎進行元素測定。K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu元素含量測定：稱取0.5 g樣品置于錐形瓶中，加入4 mL高氯酸和16 mL硝酸，用保鮮膜封口過夜，在電熱板上加熱消煮定容后，用原子吸收分光光度計測定。P元素測定：稱取0.5 g樣品用10 mL H2SO4封口過夜，適當添加H2O2加熱消煮，過濾定容，備用，采用釩鉬黃比色法測定[18]。

1.4 統計分析

利用Microsoft Excel 2016軟件整理試驗數據并作圖，用SPSS 20.0進行統計分析。所得數據進行單因素方差分析(ANOVA) 并以P< 0.05為標準，用Duncan’s法進行差異顯著性檢驗，圖表中數據均為“平均值±標準差”。

2 結果與分析

2.1 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根長的影響

由圖1可知，不同砧木嫁接經4 mmol·L-1DIBP和4 mmol·L-1DOP分別處理后使西瓜苗具有砧木根系的生長特性。8種嫁接苗的根長較BPCK均有顯著提高，其中BP日和BP酒嫁接苗根長較BPCK顯著提高142.07%和94.21%。說明嫁接可以緩解化感物質抑制根系生長，且南瓜砧木受DIBP和DOP的生長抑制小于葫蘆嫁接苗。

同一品種不同處理間小寫字母不同表示兩者差異達顯著水平(P<0.05) 。下同

2.2 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系脫氫酶活性的影響

由圖2可知，在4 mmol·L-1DIBP處理下，嫁接西瓜苗BP京、BP砧和BP酒的根系脫氫酶活性高于BPCK，而BP日的根系脫氫酶活性低于BPCK。在4 mmol·L-1的DOP處理下，OP京和OP砧的嫁接苗根系脫氫酶活性均高于OPCK，而OP日和OP酒嫁接苗的根系脫氫酶活性顯著低于OPCK。說明脂肪酸酯處理下葫蘆砧木具有較強的脫氫酶活性，其中‘京欣砧’嫁接苗脫氫酶活性最強 。

圖2 DIBP和 DOP處理下嫁接西瓜根系脫氫酶活性Fig.2 Root dehydrogenase activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.3 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系抗氧化酶活性的影響

由表2可知，經4 mmol·L-1DIBP處理不同砧木西瓜嫁接苗可以提高其根系抗氧化酶活性。4種嫁接西瓜的SOD、POD以及CAT活性較BPCK均有所提高，其中POD活性表現出較高的水平。在4 mmol·L-1DOP處理后葫蘆砧木(OP京和OP砧)的3種酶活性均高于OPCK，南瓜砧木(OP日和OP酒)僅POD活性高于OPCK，SOD和CAT較OPCK均無顯著差異。說明嫁接可以通過增加抗氧化酶活性來緩解化感作用，且葫蘆砧木對鄰苯二甲酸的耐受性強于南瓜砧木。

表2 DIBP和 DOP處理下嫁接西瓜根系抗氧化酶活性Table 2 Antioxidant enzyme activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.4 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系MDA含量的影響

根據圖3可知，在4 mmol·L-1DIBP和4 mmol·L-1DOP處理下，8種砧木嫁接苗根系中MDA含量較BPCK均顯著降低，葫蘆砧木較南瓜砧木MDA含量更低，葫蘆砧木OP京和OP砧MDA含量較低，較OPCK顯著降低93.56%和93.34%。說明鄰苯二甲酸處理下葫蘆和南瓜砧木的質膜過氧化程度較自根苗均顯著降低，其中葫蘆砧木的質膜氧化程度低于南瓜砧木。

圖3 DIBP和DOP處理下嫁接西瓜根系MDA含量Fig.3 MDA content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.5 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系可溶性蛋白質含量的影響

由圖4可知，在4 mmol·L-1DIBP處理下，BP京和BP酒的可溶性蛋白質含量分別顯著高BPCK 26.31%和12.66%。4 mmol·L-1DOP處理后，4種砧木可溶性蛋白質含量均高于自根西瓜，其中OP京、OP砧和OP酒較OPCK顯著高75.16%、44.25%和43.44%。說明鄰苯二甲酸處理下不同砧木的可溶性蛋白質含量不同，其中‘京欣砧’和‘酒砧1號’作砧木可以顯著提高可溶性蛋白質含量。

圖4 DIBP和DOP處理下不同砧木嫁接西瓜根系可溶性蛋白質含量Fig.4 Soluble protein content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.6 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系硝酸還原酶活性的影響

由圖5可知，4 mmol·L-1DIBP處理下4種砧木的硝酸還原酶活性均高于BPCK，其中葫蘆砧木(BP京和BP砧)的硝酸還原酶活性較BPCK顯著上升，而南瓜砧木(BP日和BP酒)無顯著差異。4 mmol·L-1DOP處理下，OP京、OP砧和OP酒的硝酸還原酶活性較OPCK顯著上升，分別高96.44%、31.94%和24.18%。說明不同砧木嫁接苗可以促進鄰苯二甲酸處理下根系硝酸還原酶活性的提高。

圖5 DIBP和DOP處理下不同砧木嫁接西瓜根系硝酸還原酶活性Fig.5 NR activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.7 鄰苯二甲酸對不同砧木嫁接西瓜根系礦質元素含量的影響

由表3可知，在化感物質DIBP和DOP處理下，經不同的砧木嫁接可以改變西瓜根系礦質元素的含量，其變化程度與化感物質種類和嫁接砧木類型相關。在4 mmol·L-1DIBP處理，與BPCK相比，4種砧木均顯著促進根系對磷和鉀元素的吸收，而抑制根系對鐵、銅和鋅元素的吸收，BP京和BP砧促進根系對鈣元素、鎂元素的吸收， BP酒僅促進根系對鎂元素的吸收。 4 mmol·L-1DOP處理下，與OPCK相比，4種砧木均顯著促進根系對磷和鎂元素的吸收，抑制根系對鈣、鐵和鋅元素的吸收。其中，OP砧、OP日和OP酒促進根系對鉀元素的吸收，OP日和OP酒促進根系對銅元素的吸收，OP京和OP砧抑制根系對銅元素的吸收。說明鄰苯二甲酸影響自根苗和嫁接苗對元素吸收積累，嫁接苗可以促進根系對大量中量元素(磷、鉀、鈣和鎂)的積累，而抑制對微量元素(鐵、銅和鋅)的吸收。

表3 DIBP和DOP處理下嫁接西瓜根系礦質元素含量Table 3 Mineral element content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP mg·g-1

3 討 論

西瓜是受連作障礙影響最為嚴重的作物之一，由化感物質引起的自毒作用是造成連作障礙最主要原因之一。研究表明，不同的化感物質會抑制西瓜種子萌發及幼苗生長[19]，而嫁接可以在一定程度上緩解自毒物質的抑制作用[20]。嫁接換根改變西瓜植株根系分泌物的化感效應，克服部分連作障礙，適宜的嫁接砧木可使植株生長健壯，提高西瓜產量[21]。本試驗表明，4種砧木嫁接均能夠有效緩解脂肪酸酯給西瓜根系生長帶來的不良影響，其中葫蘆砧木還可以提高根系生長，這與前人研究結果一致。

4 結 論

總的來說，在4 mmol·L-1DIBP和DOP的處理下，西瓜經嫁接換根后，顯著提高了西瓜根系POD活性，降低根系細胞的氧化損傷，而嫁接西瓜根系中脫氫酶活性、SOD活性、CAT活性、可溶性蛋白質含量、硝酸還原酶活性以及礦質元素的吸收特性因砧木類型和品種的不同存在差異，葫蘆砧木嫁接苗對化感物質的抗性明顯優于南瓜砧木，其中‘京欣砧’做砧木表現最優。