南瓜砧木嫁接提高西瓜對(duì)低鎂環(huán)境的適應(yīng)性

黃 遠(yuǎn) 焦妍妍 陳晨 劉力 陸珍 孔秋生 程菲 別之龍

目的與意義： 鎂（Mg）是一種重要的礦質(zhì)元素，在植物的許多生理和生化過(guò)程中起著重要作用。然而，在全世界范圍內(nèi)，作物經(jīng)常發(fā)生缺鎂的問(wèn)題。西瓜作為一種重要的園藝作物，經(jīng)常遭受低鎂的危害。本研究旨在分析是否可以通過(guò)合適的砧木嫁接，來(lái)改善低鎂條件下西瓜的生長(zhǎng)，并闡明其潛在的生理機(jī)制。

材料與方法： 以商業(yè)西瓜品種‘早佳為接穗，分別嫁接在西瓜（‘早佳）、葫蘆（‘京欣砧1號(hào)）和南瓜（‘京欣砧4號(hào)）砧木上。3種不同的嫁接組合分別在2.0 mmol·L-1（正常）、0.4 mmol·L-1（中度脅迫）和0.04 mmol·L-1（重度脅迫）3種Mg2+濃度下培養(yǎng);脅迫處理16 d后測(cè)定葉片光合參數(shù)、葉片抗氧化系統(tǒng)情況、各部位干重及離子含量。同時(shí)，對(duì)未嫁接的西瓜和南瓜分別用2.0 mmol·L-1和0.04 mmol·L-1處理12 d后，分析其根系的鎂轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)。

結(jié)果與分析： （1）通過(guò)對(duì)不同處理的根莖葉及全株干重分析，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照（2.0 mmol·L-1 Mg）相比，各嫁接組合在0.4 mmol·L-1 Mg脅迫下未表現(xiàn)出顯著的生長(zhǎng)抑制，而在0.04 mmol·L-1 Mg脅迫下各嫁接組合的干物質(zhì)積累量則顯著降低。與自嫁（西瓜/西瓜）和葫蘆砧木相比，南瓜砧木在低鎂脅迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下顯著增加了接穗的生長(zhǎng)，同時(shí)接穗葉片的壞死率也得到了顯著性降低。（2）通過(guò)對(duì)不同嫁接組合的砧木和接穗中的離子含量分析，發(fā)現(xiàn)接穗和砧木中的Mg2+含量在不同嫁接組合和不同脅迫水平下發(fā)生顯著變化;同時(shí)，在重度脅迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下，南瓜砧木嫁接植株中Mg2+含量顯著高于自嫁（西瓜/西瓜）和葫蘆砧木。因此判斷南瓜砧木能夠提高低鎂脅迫下Mg2 +的吸收。與0.04 mmol·L-1 Mg下的西瓜自嫁相比，南瓜嫁接植株的根-莖Mg2+轉(zhuǎn)運(yùn)能力無(wú)顯著差異。（3）根據(jù)BLAST對(duì)西瓜基因組數(shù)據(jù)庫(kù)和南瓜轉(zhuǎn)錄組序列的搜索，在西瓜和南瓜中發(fā)現(xiàn)了5個(gè)鎂轉(zhuǎn)運(yùn)基因。在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，自根南瓜的根中MGT1、MGT3、MGT4、MGT5的相對(duì)表達(dá)水平明顯高于2 mmol·L-1 Mg處理，而西瓜根中MGT3和MGT4的相對(duì)基因表達(dá)明顯下調(diào)，MGT1、MGT5和MGT7不受影響。因此，推測(cè)鎂轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因MGT1，MGT3，MGT4和MGT5可能在南瓜根的較高M(jìn)g2+吸收中起重要作用。（4）根據(jù)葉片的光合參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與2 mmol·L-1 Mg處理相比，0.4 mmol·L-1 Mg脅迫處理不影響嫁接組合的光合參數(shù);而0.04 mmol·L-1 Mg處理顯著降低了西瓜自嫁和葫蘆砧木嫁接植株的葉綠素含量、PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率和光合速率，但南瓜砧木嫁接植株不受0.04 mmol·L-1 Mg處理的影響。（5）對(duì)葉片抗氧化系統(tǒng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與2 mmol·L-1 Mg處理相比，0.4 mmol·L-1 Mg脅迫處理不影響丙二醛含量，而在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，各嫁接組合丙二醛含量均顯著增強(qiáng)，其中南瓜砧木的丙二醛含量最低;超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）活性在不同水平的Mg處理下均發(fā)生顯著變化，并且在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，南瓜砧木的各參數(shù)含量均顯著高于自嫁和葫蘆砧木。因此，南瓜砧木能夠提高重度低鎂脅迫下西瓜接穗的抗氧化能力。

結(jié)? ? 論：本研究結(jié)果為低Mg脅迫下南瓜砧木“京欣砧4號(hào)”嫁接促進(jìn)西瓜生長(zhǎng)提供了有力的證據(jù)。南瓜砧木能夠提高嫁接苗根系Mg2+的吸收、接穗的光合作用及抗氧化酶活性是其提高西瓜生長(zhǎng)的主要原因。