共生不親和砧木嫁接對厚皮甜瓜生長和生理特性的影響

周建輝，劉文君，張 曼 *，范愛麗，陳寶玲，盧澤凱，黃鳳嬋

(1.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，廣西 南寧 530007； 2.廣西作物遺傳改良生物技術(shù)重點實驗室，廣西 南寧 530007)

【研究意義】我國厚皮甜瓜原產(chǎn)于西北干旱地區(qū)，適宜于溫暖、強光、空氣干燥和晝夜溫差較大的氣候條件下生長。由于種植經(jīng)濟效益高、大棚設(shè)施栽培技術(shù)應(yīng)用成功，厚皮甜瓜的種植逐漸向東部擴展，近年來在我國華東、華北和華南等地區(qū)的栽培面積逐漸上升[1]，但由于大棚設(shè)施連年種植，枯萎病等土傳病害造成連作障礙日益嚴重，造成厚皮甜瓜品質(zhì)和產(chǎn)量下降，部分產(chǎn)區(qū)可造成損失達90 %以上[2]，這已成為制約我國甜瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的主要因素[3]。嫁接是克服瓜類蔬菜生產(chǎn)連作障礙的有效途徑，在瓜類蔬菜生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用。篩選砧木是嫁接的基礎(chǔ)，優(yōu)良砧木能提高蔬菜產(chǎn)量和抗性等[4-5]，篩選砧木的基礎(chǔ)是保證接穗能夠完成其整個生育周期，但是厚皮甜瓜砧木篩選中常常出現(xiàn)苗期嫁接親和性較好，生長中后期出現(xiàn)不親和現(xiàn)象，即共生不親和現(xiàn)象[6]，不能完成整個生育周期，給砧木的篩選工作帶來較大困難。因此，開展嫁接共生不親和性機理研究對于厚皮甜瓜砧木的篩選具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】有研究表明不同砧木和嫁接方法都能提高甜瓜嫁接苗根系活力，葉片葉綠素含量，提高葉片POD、SOD、CAT和PPO活性，降低MDA含量[7-9]，在低溫、弱光、病菌和銅脅迫下等逆境條件下，甜瓜嫁接苗株高、莖粗、相對生長量都高于自根苗，可溶性糖、脯氨酸以及抗氧活性酶活性都不同程度高于自根苗[10-12]?？梢姡藿硬粌H能促進甜瓜葉片和根系的生長，提高植株抗氧活性酶，在逆境生長中能增加植株的抗性。關(guān)于嫁接不親和性機理，國內(nèi)外學(xué)者從形態(tài)解剖、生理生化及遺傳特性方面進行了深入研究，但尚未得到共識[13-14]，目前主要有2種觀點，一種認為是砧穗間親緣關(guān)系不同導(dǎo)致生理生化及組織結(jié)構(gòu)差異[15]，另一種認為是物質(zhì)運輸障礙導(dǎo)致了不親和[16]。Aloni等[17]發(fā)現(xiàn)不親和南瓜砧木和甜瓜嫁接苗連接部位抗氧化性酶活性較低。以上研究均集中在苗期，而共生不親現(xiàn)象一般出現(xiàn)于苗期之后[6]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，關(guān)于厚皮甜瓜嫁接共生不親和性生長和生理研究鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以本研究團隊前期試驗發(fā)現(xiàn)的共生不親和砧木與優(yōu)良砧木為研究對象，通過嫁接厚皮甜瓜，比較分析其生長狀況和生理特征，旨為厚皮甜瓜砧木篩選提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗嫁接接穗為廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院南瓜甜瓜研究團隊選育的厚皮甜瓜品種“桂蜜12號”，砧木為“雪鐵龍”和“短棒南瓜”，其中“雪鐵龍”為親和性較好的南瓜砧木，由山東省昌邑市砧木研究所提供；“短棒南瓜”為廣西南寧地方南瓜品種，在前期試驗中嫁接“桂蜜12號”厚皮甜瓜，在苗期親和性較好，在伸蔓期出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象。

1.2 試驗方法

試驗于2017年春季在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所中試基地進行，試驗地為連續(xù)3年種植甜瓜地塊。試驗分3組進行，設(shè)3次重復(fù)。第1組為“雪鐵龍”與“桂蜜12號”嫁接，第2組為“短棒南瓜”與“桂蜜12號”嫁接，第3組為“桂蜜12號”不嫁接。小區(qū)面積30 m2，隨機排列。厚皮甜瓜采用塑料大棚立體吊蔓栽培方法，株距50 cm，行距100 cm。砧木2月27日催芽，接穗3月2日催芽，砧木種子出芽后移入帶有基質(zhì)的育苗穴中，當砧木第1片真葉展開、接穗子葉正要展開時開始嫁接，采用“十”字頂插接法，3月30日定植，4月27日開始授粉，6月2日成熟采收。

分別在厚皮甜瓜苗期(3月30日，定植前)、伸蔓期(4月15日)、授粉期(4月30日)和成熟期(6月1日)測量植株長度、莖粗和葉面積[18]，取植株頂端生長點下第3片功能葉測定生理數(shù)據(jù)，每個處理10株，重復(fù)3次。

采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(malondialdehyde, MDA)，紫外吸收法測定過氧化氫酶(catalase, CAT)，愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(peroxidase, POD)，氮藍四唑還原法測定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)[19]。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2007 進行數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，采用DPS 6.55軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜生長的影響

2.1.1 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜苗期親和性的影響 在苗期，2種砧木與接穗親和性較高，長勢較好，“短棒南瓜”嫁接苗親和率為98.67 %，略高于“雪鐵龍”砧木，但差異不顯著(P>0.05，下同)，由此可見，2種砧木苗期都具有較好的親和性。

2.1.2 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜莖長的影響 由圖1可知，厚皮甜瓜自根苗苗期莖長14.98 cm，比“雪鐵龍”嫁接苗和“短棒南瓜”嫁接苗分別高出33.04 %和29.51 %，差異達極顯著水平(P<0.01，下同)；“短棒南瓜”嫁接苗莖長略高于“雪鐵龍”嫁接苗，但差異不顯著。伸蔓期，“雪鐵龍”嫁接苗莖長比自根苗高10.29 %，差異極顯著；“短棒南瓜”出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，植株生長較慢，莖長僅為自根苗的57.87 %，此后植株慢慢枯死，因此其在授粉期及成熟期均無相關(guān)數(shù)據(jù)(下同)。授粉期和成熟期，雪鐵龍”嫁接苗莖長分別比自根苗高17.15 %和20.96 %，差異均達極顯著水平。

表1不同砧木嫁接對厚皮甜瓜苗期親和性影響

Table 1 Effects of different rootstocks grafting on affinity in seeding period

處理 Treatment親和率( %)Affinity percentage“雪鐵龍”嫁接苗96.67±3.05a“短棒南瓜”嫁接苗98.67±2.31a

注：同列數(shù)據(jù)中不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

Note:Different lowercase letters in the same row represent significant difference at 0.05 level.

同時期不同處理中，不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著，不同大寫字母表示在0.01水平上差異顯著。下同At the same stage, different lowercase letters in the different treatments represent significant difference at 0.05 level, different capital letters represent significant difference at 0.01 level.The same as below圖1 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜莖長的影響Fig.1 Effects of different rootstocks on stem length of grafting melon

2.1.3 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜莖粗的影響 由圖2可知，苗期3組處理的莖粗無顯著差異。伸蔓期，“雪鐵龍”嫁接苗莖粗顯著大于自根苗(P<0.05，下同)，達到0.76 cm，比自根苗高出13.16 %；“短棒南瓜”嫁接苗植株出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，莖粗比自根苗低10.61 %，差異顯著。授粉期和成熟期，“雪鐵龍”嫁接苗莖粗均大于自根苗，分別高出15.85 %和20.79 %，差異達極顯著水平。

2.1.4 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜葉面積的影響 由圖3可知，厚皮甜瓜自根苗在苗期葉面積明顯大于“雪鐵龍”和“短棒南瓜”嫁接苗，分別高出35.98 %和30.86 %，2個砧木嫁接苗葉面積差異不顯著。伸蔓期，“雪鐵龍”嫁接苗葉面積比自根苗大8.05 %；“短棒南瓜”出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，生長較慢，葉面積僅為自根苗的71.15 %。授粉期和成熟期，“雪鐵龍”嫁接苗的葉面積均大于自根苗，分別高出13.84 %和18.81 %，差異均達極顯著水平。

2.2 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜生理特征的影響

2.2.1 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜SOD活性的影響 由圖4可知，在甜瓜苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期，“雪鐵龍”嫁接苗SOD 活性比自根苗分別高出12.86 %、13.78 %、17.00 %和28.52 %，差異逐漸增大且達到極顯著水平?！岸贪裟瞎稀奔藿用缑缙赟OD活性比自根苗低11.84 %，伸蔓期“短棒南瓜”嫁接苗出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，SOD比自根苗低16.99 %，2個時期的差異均達極顯著水平。

圖2 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜莖粗的影響Fig.2 Effects of different rootstocks on stem thick of grafting melon

圖3 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜葉面積的影響Fig.3 Effects of different rootstocks on leaf area of grafting melon

2.2.2 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜POD活性的影響 由圖5可知，厚皮甜瓜自根苗在整個生長過程中，POD活性呈上升趨勢。苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期，“雪鐵龍”嫁接苗POD活性分別比自根苗高20.31 %、22.14 %、17.33 %和17.99 %，差異均達極顯著水平。苗期和伸蔓期，“短棒南瓜”POD活性均極顯著低于自根苗。

圖4 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜葉片SOD活性的影響Fig.4 Effects of different rootstocks on SOD activity of grafting melon leaves

圖5 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜葉片POD活性的影響Fig.5 Effects of different rootstocks on POD activity of grafting melon leaves

圖6 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜CAT活性的影響Fig.6 Effects of different rootstocks on CAT activity of grafting melon leaves

2.2.3 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜CAT活性的影響 由圖6可知，“雪鐵龍”嫁接苗在苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期的CAT活性分別比自根苗高19.27 %、29.04 %、18.99 %和34.43 %，差異達極顯著水平。苗期和伸蔓期中，“短棒南瓜”嫁接苗在的CAT活性分別比自根苗低25.99 %和42.65 %，差異極顯著。

2.2.4 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜MDA含量的影響 由圖7可知，在整個生育周期中，“雪鐵龍”嫁接苗的MDA含量均極顯著低于自根苗，其在苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期的MDA含量分別為自根苗的70.35 %、75.18 %、74.88 %和79.19 %。“短棒南瓜”嫁接苗苗期MDA含量為148.8 nmol·g-1，極顯著低于自根苗，與“雪鐵龍”嫁接苗差異不顯著；伸蔓期MDA含量達274.66 nmol·g-1，是自根苗的1.64倍。

3 討 論

嫁接插接法完全切斷了厚皮甜瓜接穗的根系，而接穗生長需要一定時間恢復(fù)，因此嫁接苗在苗期的莖長和葉面積都低于自根苗。本研究中，“雪鐵龍”砧木和厚皮甜瓜接穗親和性好，在伸蔓期、授粉期和成熟期的莖長、莖粗和葉面積均明顯高于自根苗，可能是由于嫁接后南瓜砧木的根系取代了甜瓜的根系，增加了甜瓜植株的吸收水分和養(yǎng)分的能力[20]，促進甜瓜植株生長。該結(jié)果與董玉梅等[21]和孟凡魯?shù)萚22]的研究結(jié)果一致。

嫁接后，若砧木和接穗完全愈合成為共生體并能長期生長和結(jié)實，則表示該組合是親和的，否則是不親和的[23]。有良好的嫁接親和性卻并不一定有良好的共生親和性，在厚皮甜瓜砧木篩選中經(jīng)常出現(xiàn)苗期親和性強，定植后共生親和性差的現(xiàn)象[6]。

圖7 不同砧木嫁接對厚皮甜瓜MDA含量的影響Fig.7 Effects of different rootstocks on the content of MDA of grafting melon leaves

本研究發(fā)現(xiàn)“短棒南瓜”砧木嫁接厚皮甜瓜在與親和性好的“雪鐵龍”嫁接苗苗期生長無明顯差異，但在伸蔓期很少長出新根，出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，厚皮甜瓜接穗早衰枯死?？赡苡捎谑墙铀胫圃斓臓I養(yǎng)物質(zhì)不能很好地運輸?shù)礁縖16]，影響根部吸收，從而造成根部生長緩慢，其具體原因有待進一步研究。

植物體內(nèi)的SOD、POD和CAT等抗氧化酶類作為植物自身防御系統(tǒng)，可抵御外界的不良環(huán)境，緩解其對植物造成的傷害[10]。一些研究結(jié)果表明優(yōu)良的嫁接砧木能顯著提升植物抗性水平，使SOD、POD和CAT等抗氧活性酶的活性增強[24-26]，本研究發(fā)現(xiàn)親和性好的“雪鐵龍”嫁接苗各個生長時期的SOD、POD和CAT活性都高于自根苗，與上述研究結(jié)果一致；而嫁接不親和砧木厚皮甜瓜苗期雖然生長情況較好，但葉片SOD、POD和CAT活性均低于實生苗，這與Aloni等[17]研究發(fā)現(xiàn)的不親和南瓜砧木和甜瓜嫁接苗連接部位抗氧化性酶活性較低的結(jié)果類似。MDA是脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物之一，其含量高低反映了細胞膜脂質(zhì)過氧化作用強弱和質(zhì)膜破壞程度[27-28]?！把╄F龍”嫁接苗在不同時期的MDA含量都低于實生苗，這與趙依杰等[29]的研究結(jié)果相似?！岸贪裟瞎稀奔藿用缭谏炻贛DA含量較高，之后植株出現(xiàn)早衰死亡。本研究發(fā)現(xiàn)，雖然厚皮甜瓜共生不親和砧木在苗期生長較好，但是植株體內(nèi)的保護性酶含量較低，伸蔓期出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象，質(zhì)膜氧化程度升高，導(dǎo)致植株早衰并死亡。因此，可以通過苗期SOD、POD和CAT等保護性酶的活性來推斷嫁接苗后期是否會出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象。此后還需進一步開展共生不親和砧木及不同接穗嫁接后苗期葉片SOD、POD和CAT等保護性酶的活性表現(xiàn)相關(guān)研究，為后續(xù)的推廣工作提供更多參考依據(jù)。

4 結(jié) 論

共生不親和砧木嫁接厚皮甜瓜苗期親和性好，長勢一致，無明顯不親和現(xiàn)象，但在伸蔓期出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象。通過比較自根苗和嫁接苗苗期葉片SOD、POD和CAT等保護性酶的活性，可以判斷嫁接苗后期是否會出現(xiàn)共生不親和現(xiàn)象。