杜梨砧木留枝嫁接提高鴨梨耐鹽能力的機制

孫煥榮，李靜，封曉輝，劉小京，張秀梅

(1 河北省南皮縣自然資源和規(guī)劃局， 河北 南皮 061500；2 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050021)

嫁接通過接穗和砧木細胞的融合、基因交換和特異蛋白合成，可以改變嫁接體的特性，是果樹改良的重要手段[1]。嫁接可以提高植株的抗性，如嫁接葡萄可以提高其抗凍和抗病能力，柑橘嫁接可以提高耐鹽能力[2]。通過嫁接提高植物耐鹽能力的生理機制的研究，主要在果類蔬菜中開展。研究表明，西瓜、茄子和黃瓜嫁接苗對比未嫁接原株具有較高的耐鹽能力[3- 4]，通過嫁接砧木截留Na+和Cl-等對植物體有害的離子，優(yōu)化了鹽脅迫下植物對離子的吸收和分配，并增加體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，減少膜質(zhì)過氧化物的傷害，改變植物激素的合成和運輸，從而提高了植物的耐鹽能力[1,5]。共生嫁接同樣可以提高植株的抗性，如茄子與番茄共生嫁接可以提高植株的抗病能力[6]。但目前為止對果樹嫁接提高耐鹽能力的生理機制，尚未有報道。

在鴨梨(PyrusbretschneideriRehd.)的砧木中，杜梨(PyrusbetulaefoliaBge.)具有較高的耐鹽和耐干旱能力[7-9]。研究表明，以杜梨為砧木可提高梨的耐鹽能力[10-12]，同時高位嫁接也可以增加梨的耐鹽能力[13]。在實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在濱海重鹽堿地以杜梨為砧木嫁接梨，可以成活，但是植株鹽害程度加重，生長勢降低甚至死亡。而杜梨砧木基部偶然生長枝條的植株，卻生長良好，有一定的結(jié)實。這說明保留砧木枝條可以提高嫁接梨的耐鹽能力。但是砧木枝的生長和梨的生長存在競爭，隨著砧木枝的增多，梨的生長必然受到限制，因此必須保留合理數(shù)量的砧木枝，才能保證最佳的生長結(jié)合。由此，為深入探究杜梨留枝嫁接的耐鹽機制，驗證保留適量的杜梨砧木枝是否將鹽分離子吸收儲存在杜梨葉片中，并且產(chǎn)生了有利于植物水分利用的物質(zhì)，以此提高了接合體的耐鹽能力等相關(guān)問題，本試驗通過杜梨砧木留枝嫁接梨，在杜梨砧木上保留不同數(shù)量的枝條，比較不同砧木枝處理的生理差異，分析最合適的留枝數(shù)量，探討共生嫁接后的耐鹽機制，以期為重鹽堿地發(fā)展水果產(chǎn)業(yè)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地在河北省海興縣中科院濱海農(nóng)業(yè)高效示范區(qū)。該地位于渤海灣西岸，由于地勢低洼排水不暢，土壤脫鹽困難，土壤含鹽量4～13 g/kg，年均降水量560 mm，土壤表層鹽分含量具有鮮明的季節(jié)動態(tài)特征，初夏土壤含鹽量最高，夏秋季由于雨水淋洗含鹽量最低。

1.2 試驗材料

本試驗將杜梨作為砧木，梨接穗為鴨梨。

試驗葉的采集及測量按照葉片類型分為以下3類：(取葉時，每株均按照以下分類采取各類型葉片；測量時，每株中的不同類型葉片重復(fù)3次)。

(1)杜梨葉：杜梨砧木枝條上的葉片(包括未嫁接梨的杜梨即杜梨原株和保留不同數(shù)量杜梨枝條的已嫁接杜梨的處理)。

(2)功能葉：2011年生長的枝條上的梨葉片，即主要的光合葉。

(3)1 a生枝條葉：取2012年當年生的枝條上的葉片，即新葉。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)留砧木枝的個數(shù)分別為0、1、2、3，共4個處理，各處理編號分別為T0、T1、T2、T3，每個處理嫁接12株。杜梨留取40～50 cm高的主干截樁，每株嫁接3個接穗，杜梨砧木主干保留不同數(shù)量的直徑相近的砧木枝。

其中于2010年進行杜梨(當?shù)匾吧贩N)育苗工作，2011年3月移栽，杜梨平均株高100 cm，4月初選擇生長一致的杜梨植株嫁接梨。5月調(diào)查接穗的成活率，10月測量成活后接穗的長度。

1.4 測定指標及方法

1.4.1 生長量 分別于2011年10月及2012年10月測量植株的接穗長(測定接穗基部到枝條末端的長度)，分別用L1、L2表示，二者差值即為枝條生長量，用△L表示。

1.4.2 光合生理 2012年7月選擇天晴的時間，在上午9～11時和15～17時用Li-6400以人工光源(光強度為1 200 mol/s)，進行光合生理測定。包括光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Cond)，胞間CO2濃度(Ci)。同時用SPDA葉綠素含量儀測定葉片葉綠素含量指數(shù)；

1.4.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 采集上述對應(yīng)的葉片，烘干后用鹽酸浸提原子吸收法測定Ca2+，Mg2+，K+，Na+的含量，用AgNO3滴定法測定Cl-含量；用蒽酮和茚三酮比色法，分別測定可溶性糖和脯氨酸的含量。

1.4.4 土壤水、鹽含量 用土鉆取土分別測定土壤中的水分鹽分含量。

1.5 試驗地土壤水鹽狀況

2012年7月測定的不同深度的土壤水分和鹽分特征情況，見表1。

表1 2012年7月土壤水分和鹽分特征Table 1 The water and salt content of the soil

1.6 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2010和Sigmaplot 11.0對試驗數(shù)據(jù)進行整理與統(tǒng)計分析，用Canoco 4.5對葉片中離子含量與光合生理及調(diào)節(jié)物質(zhì)進行RDA分析，分析不同類型葉片離子、調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理特征之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 砧木枝數(shù)量對接穗成活和生長的影響

留取不同砧木數(shù)量對接穗成活率和生長量的影響，見表2。

表2 留枝對接穗成活率和生長量的影響Table 2 The effect of reserved rootstock branch on survival rate and the growth of scions

如表2所示,相較于不留枝，保留砧木枝可以提高接穗的成活率，留1枝的處理接穗成活率最高，而不留枝的處理成活率最低，兩者相差超過29.57%；但是隨著留枝數(shù)量的增加接穗的成活率逐漸降低。2011年接穗枝總長L1結(jié)果表明，留砧木枝降低接穗的生長量，接穗枝長顯著降低，不留砧木枝的接穗生長量最大，而留3枝的生長量最小，留3個砧木枝的處理較不留砧木枝的處理枝長低17.56%?？梢娬枘局εc接穗之間存在競爭，砧木枝數(shù)量越多越不利于接穗的生長。由表中不同處理的生長量△L來看，當保留2個砧木枝時其生長量最大。

2.2 砧木枝數(shù)量對葉綠素指數(shù)SPAD值的影響

留枝對不同葉片的葉綠素含量(指數(shù)SPAD值)的影響不大，如圖1所示。不同類型的葉片葉綠素含量存在差異，杜梨葉的葉綠素含量最高，1 a生枝條葉的葉綠素含量最低。但是留取砧木枝數(shù)量不同對相同類型葉片的葉綠素含量的影響不顯著(圖中的杜梨葉中的T0為杜梨原株)。

2.3 砧木枝數(shù)量對葉中鹽離子含量的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對葉片中鹽離子含量的影響，見圖2。

圖1 不同留砧數(shù)量的葉片中葉綠素指數(shù)
Figure 1 The SPAD index of different leaves with different number of branches

圖2 不同留砧數(shù)量的葉片中的鹽離子含量Figure 2 The salins ions content in leaves with different number of reserved branches

由圖2可知，留砧木枝對杜梨葉和1 a生枝條葉的Ca2+含量影響較大。在杜梨葉中，與杜梨原株相比，留砧木枝的葉中Ca2+含量顯著較高，但留枝的處理之間Ca2+含量無顯著差異；在1 a生枝條葉中，無砧木枝的處理Ca2+含量顯著高于留砧木枝的處理，且隨著砧木枝數(shù)量的增加，葉片中Ca2+含量逐漸下降，無砧木枝的處理較留3個砧木枝的處理高38.77%；留枝數(shù)量對功能葉中Ca2+含量影響不顯著。不同種類型的葉片中，梨功能葉的Ca2+含量最高。Mg2+含量變化趨勢與Ca2+基本一致，功能葉中的含量最高，杜梨葉和1 a生枝條葉Mg2+含量較低。杜梨葉中留砧木枝的葉中Mg2+的含量較杜梨原株高，梨功能葉中Mg2+含量隨著砧木枝的增加有逐漸降低的趨勢，但是各個處理之間的差異不顯著。無砧木枝的處理 1 a生枝條葉Mg2+含量8.34 mg/g，顯著高于留砧木枝的處理，比含量最低的3砧木枝的處理高近1倍，且隨著砧木枝增加，Mg2+含量呈逐漸下降的趨勢。

在不同葉片中，杜梨葉中K+含量最低，1 a生枝條葉中K+含量最高。嫁接梨后，杜梨砧木枝葉中K+顯著高于杜梨原株，杜梨葉中K+含量隨著砧木枝數(shù)量增加而逐漸升高。砧木枝枝數(shù)量對梨功能葉中K+含量影響不大，各個處理之間無顯著差異；而在1 a生枝條葉中，K+含量隨著留枝數(shù)量增加而增加，無砧木枝的處理含量最低，只有14.93 mg/g，顯著低于有砧木枝的處理。

Na+的含量在杜梨原株葉片中最高，為5.28 mg/g，是留2砧木枝處理的3.46倍，杜梨砧木枝葉中Na+的含量平均只有1.67 mg/g，顯著低于杜梨原株。但在梨功能葉和1 a生枝條葉的各個處理之間Na+含量并無顯著差異。

同樣，不同砧木枝數(shù)量的杜梨葉、梨功能葉的Cl-含量差異不顯著。但是留砧木枝處理的1 a生枝條葉中Cl-含量顯著高于不留砧木枝的處理。

杜梨葉中的K+/Na+差異最大，并且留2砧木枝的處理K+/Na+最高，為17.38，而杜梨原株葉K+/Na+最低，只有3.28。同時留枝顯著提高了1 a生枝條葉片的K+/Na+，且隨著砧木枝的增加，1 a生枝條K+/Na+逐漸升高；在功能葉中，留2砧木枝處理的K+/Na+最高，但功能葉各處理間K+/Na+的差異不顯著。

2.4 砧木枝數(shù)量對葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對葉片中可溶性糖和脯氨酸含量的影響，見圖3。

圖3 不同留砧數(shù)量的葉片中可溶性糖和脯氨酸含量Figure 3 The content of soluble sugar and proline in leaves with different number of reserved branches

由圖3可知，嫁接梨后，杜梨砧木枝葉中可溶性糖含量顯著低于杜梨原株，且隨著砧木枝的增多，杜梨葉中可溶性糖含量逐漸增加；同樣，梨功能葉和1 a生枝條葉中的可溶性糖含量都隨著砧木枝的數(shù)量增加而逐漸增加。說明砧木枝可以提高植株體內(nèi)的可溶性糖含量。

不同類型的葉片之間，脯氨酸的含量差異較大，杜梨砧木枝葉片中的脯氨酸含量顯著高于杜梨原株，其中留2砧木枝處理的脯氨酸含量最高，為3.45 mg/kg，顯著高于無砧木枝的處理。而留砧木枝數(shù)量對功能葉中的脯氨酸含量無明顯影響；無砧木枝處理的1 a生枝條葉中脯氨酸含量最高，為2.62 mg/kg，較留2砧木枝的處理高58.28%。

2.5 砧木枝數(shù)量對葉片光合生理的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對葉片中光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度含量的影響，見圖4。

圖4 不同砧木枝數(shù)量的葉片光合生理的差異Figure 4 The photosynthetic differnce of leaves with different numbers of reserved branches

由圖4可知，不同類型的葉片中，功能葉的光合速率最高，杜梨葉的光合速率最低。杜梨葉的光合生理結(jié)果表明，杜梨砧木葉的光合速率顯著高于杜梨原株。而在杜梨砧木葉中，光合速率Pn并不隨著砧木枝的增加而升高，留2個砧木枝的處理光合速率最高。1 a生枝條葉中，留2個砧木枝的光合速率也顯著高于其他處理。隨著砧木枝的增加杜梨葉片和功能葉的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，都有逐漸增大的趨勢。而1 a生枝條葉中，留2個砧木枝處理的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度最大，光合速率也最大。留2個砧木枝的杜梨葉水分利用效率最高。功能葉中留2砧木枝的處理，光合速率和水分利用效率最高。同時，留枝顯著的增加了氣孔導(dǎo)度，有利于植物光合，但是留砧木枝的數(shù)量越多葉片的蒸騰速率也越高。結(jié)果表明，留砧木枝可以顯著提高1 a生枝條的水分利用效率，且留2砧木枝的杜梨葉和功能葉水分利用效率也較高。

2.6 葉片中離子含量與光合生理及調(diào)節(jié)物質(zhì)之間的關(guān)系

在杜梨葉中，光合速率與脯氨酸、Ca2+、Mg2+含量正相關(guān)，氣孔導(dǎo)度與Cl-和Na+顯著負相關(guān)。在功能葉中，光合速率與可溶性糖、Mg2+和K+/Na+顯著正相關(guān)；但是光合速率與氣孔導(dǎo)度和脯氨酸的含量關(guān)系不大。在1 a生枝條葉中光合速率與K+的含量顯著正相關(guān)，而與可溶性糖的含量有一定的負相關(guān)，與脯氨酸關(guān)系不明顯(圖5)。

圖5 不同葉片離子、調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理 特征之間的RDA分析Figure 5 The redundancy analysis between the ions, regulatory substances and photosynthetic characteristics

3 討論

3.1 保留砧木枝對生長量的影響

在嫁接當年，杜梨砧木枝可以通過主干為接穗提供營養(yǎng)物質(zhì)，有利于接穗的成活，因此保留砧木枝可以提高接穗的成活率。然而杜梨砧木枝和接穗之間存在對根部養(yǎng)分和水分的競爭，因此砧木枝也抑制接穗的生長，且砧木枝越多，接穗的生長量越小。在嫁接后第2年，砧木枝可以提高當年新生枝條的生長速度，這是由于留砧木枝的植株耐鹽能力較不留砧木枝的個體高，留2個砧木枝處理的1 a生枝條的長度，顯著高于不留砧木枝的處理，光合特征也印證了留2個砧木枝生長較快。

3.2 留枝對離子分配的影響

杜梨砧木的離子分配特征與杜梨原株有顯著不同，未嫁接梨的杜梨葉片中Cl-和Na+較高，特別是Na+含量遠遠高于嫁接梨葉片中的含量。嫁接后杜梨葉中Cl-和Na+含量則顯著下降，而Ca2+、Mg2+、K+的含量顯著升高。杜梨葉中的Cl-和Na+含量顯著低于杜梨原株，但同時各類型葉片的不同處理的梨葉中的Cl-和Na+含量也無顯著差異，說明并不是留砧木枝截留了大量NaCl在杜梨葉中，也沒有促進NaCl向上運輸?shù)浇铀胫?，因此我們提出的假設(shè)被否定，保留杜梨的砧木枝并不能將鹽離子儲存在杜梨葉片中從而降低對梨接穗中的輸送，以降低對梨的離子毒害。而相反，嫁接后杜梨葉片中的Na+和Cl-反而顯著降低。

在所有類型的葉中，K+的含量都隨著留砧木枝數(shù)量的增加逐漸升高，說明砧木枝促進K+的吸收和轉(zhuǎn)運，這有利于接合體抗逆性的提高。研究證明K+在杜梨的滲透調(diào)節(jié)中有重要作用，K+含量在NaCl脅迫條件下逐漸升高[14]。留2個砧木枝的處理中，杜梨葉和1 a生枝條葉中的K+/Na+較高，當嫁接梨以后，由于梨和杜梨的生理差異，接合體中離子分配發(fā)生變化。

3.3 留枝對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理的影響

脯氨酸、可溶性糖和K+是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可降低植物葉片的水勢以應(yīng)對鹽分脅迫。而脯氨酸也具有穩(wěn)定細胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、防止酶變性失活的作用。隨著留砧木枝數(shù)量的增加，杜梨和梨葉片中的可溶性糖含量逐漸升高。研究證明鹽脅迫下杜梨葉片中的脯氨酸和可溶性糖的含量會升高[15]。在杜梨葉片中可溶性糖含量與光合速率的關(guān)系密切，而在梨葉中脯氨酸對光合速率的影響較大，這是由于杜梨葉片中的Na+含量較高，Na+與K+存在競爭，使杜梨葉片中無法積累較多的K+，杜梨葉中積累較多的脯氨酸調(diào)節(jié)滲透勢。而梨葉片中的Na+含量較低，可以積累較多的K+，有利于葉片的光合作用。

3.4 留枝對光合生理的影響

與同屬的其他砧木相比較，杜梨具有較高的光飽和點和較高的水分利用效率，嫁接梨后接合體葉片在低鹽條件下的光合速率變化不敏感[9]。植物光合作用的限制可分為氣孔因素和非氣孔因素，前者由于氣孔的部分關(guān)閉導(dǎo)致的氣孔限制，表現(xiàn)為氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致CO2進入葉片受阻，CO2供應(yīng)不足，后者因為光合細胞機構(gòu)和功能受到了損害，而導(dǎo)致葉肉細胞光合活性下降[16]。3種葉片氣孔導(dǎo)度與光合速率都為正相關(guān)，氣孔導(dǎo)度降低使胞間CO2濃度降低，光合作用的底物含量降低，導(dǎo)致光合速率的較低，光合限制為氣孔因素。這與高光林的研究結(jié)果相同，在低鹽脅迫下杜梨與梨的接合體光合作用的限制為氣孔因素[10]。

杜梨葉的氣孔導(dǎo)度與Cl-和Na+含量顯著負相關(guān)，與脯氨酸的含量顯著正相關(guān)，說明在杜梨葉片中Cl-和Na+降低氣孔導(dǎo)度，而脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以促進氣孔的開放，促進光合。而在梨葉片中K+是促進氣孔開放的主要物質(zhì)，脯氨酸的升高反而不利于氣孔的開放。杜梨葉片中脯氨酸含量與光合速率正相關(guān)，但是1 a生枝條葉中脯氨酸含量和光合速率負相關(guān)，說明在杜梨葉中積累脯氨酸有利于光合作用，而在1 a生枝條葉中脯氨酸是在受到脅迫之后產(chǎn)生的，脯氨酸的含量越多表明葉片受到的脅迫越強，光合速率反而降低。留2個砧木枝的處理，功能葉和1 a生枝條葉的K+/Na+較高，K+/Na+也是植物耐鹽的重要指標，較高的K+/Na+可提高植物的耐受能力[17]，促進了氣孔的開放，有利于生長。留2個砧木枝既可以提高耐鹽能力，又不因為限制氣孔開放而降低光合速率，因此水分的利用效率較高，可以在有限的水分供應(yīng)中獲得較大的生長量。

4 結(jié)論

杜梨嫁接梨對砧木葉片的影響較大，杜梨砧木枝與原株相比，生理特征和離子含量發(fā)生顯著變化。留枝數(shù)量對植株的影響是量的變化。留枝雖然對功能葉的影響不大，但可以顯著提高1 a生枝條葉的耐鹽能力，降低鹽害；梨的生長和光合測量的結(jié)果都顯示：留2個砧木枝既提高了植株的耐鹽性又具有較大的生長量，保留2個砧木枝可以均衡砧木和接穗的競爭，既可以提高耐鹽能力同時也能實現(xiàn)梨枝條較高的生長量。但是留砧木枝是否對后期梨的生長狀況以及果實產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響，有待于繼續(xù)研究。