梅文宇，李 濤，孫保娟，宮 超，衡 周，游 倩，李植良，黎振興，孫光聞

（1.華南農業(yè)大學園藝學院，廣東 廣州 510642；2.廣東省農業(yè)科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

番茄（Solɑnum lycopersicumL.）起源于南美洲，于17世紀傳入亞洲，20世紀50年代番茄種植在我國迅速發(fā)展，如今我國已成為世界上最大番茄生產國。番茄是我國設施栽培面積最大的果菜之一，在蔬菜生產中占有十分重要的地位，但由于近年來不合理的施肥灌溉、重茬栽培等，設施栽培倍受土壤鹽漬化和連作障礙的影響［1］。嫁接能顯著提高番茄抗逆性，嫁接番茄對土傳病害和不良環(huán)境的抗性明顯強于自根番茄，應用于設施栽培的潛力較大。2018年，我國番茄栽培面積達110.9萬hm2，其中設施栽培面積64.2萬hm2、露地栽培面積46.7萬hm2［2］。番茄嫁接苗的生產已經發(fā)展多年，技術相對成熟，嫁接成活率一般可達90%以上，相對于傳統(tǒng)番茄實生苗，番茄嫁接苗具有長勢旺、產量高等特點。同時，傳統(tǒng)的番茄品種往往不能集抗性與高品質于一身，而采用抗性強的砧木嫁接優(yōu)質番茄接穗，能顯著提升優(yōu)質番茄的適應性。

嫁接是我國應用已久的一項農藝技術，通過砧木和接穗間的愈傷結合成新的植株，從而獲得對土傳病害和不良環(huán)境（澇害、高溫、干旱、鹽漬化）的抗性。嫁接愈合的過程一般可以分為愈傷組織形成、砧穗間細胞識別、維管束重連3個階段。近年來，隨著相關研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)接穗和砧木之間存在營養(yǎng)物質的交換以及蛋白質、RNA等物質的交流，且在愈合過程的調控機理、砧穗互作介導的表型變化等方面均受到內在及外在環(huán)境因素的影響。因此，探明嫁接愈合過程中的各項影響因素將有助于提高嫁接苗的成活率及種苗品質，深入研究砧穗互作機理，將有助于了解嫁接通過何種方式改變植物性狀，利于砧木資源的篩選。

目前，我國許多地區(qū)番茄的生產仍然面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，由于不當?shù)脑耘喙芾硪约扒嗫莶?、枯萎病、線蟲多發(fā)等因素，給番茄生產造成了巨大損失。另一方面，在過去很長一段時間，番茄育種工作過于注重抗病性，導致番茄品質在一定程度上有所降低，一些風味相關的代謝物也被丟失［3］。因此，探討在保障番茄品質的前提下，通過嫁接技術提高番茄的抗逆性，是一個十分值得研究的方向。由此，本文主要綜述了影響嫁接番茄成活的因素、嫁接植株內的反應機理，以及嫁接對番茄抗性、產量及品質的影響等，并對嫁接技術在未來我國番茄產業(yè)上的應用作出展望。

1 嫁接番茄成活及愈合的影響因素

1.1 環(huán)境因素

1.1.1 光照 光照作為影響植物生長發(fā)育的關鍵因素，能調控植物從種子萌發(fā)、開花到果實發(fā)育等過程，不同配比的光質、光強對植物生長的影響都不相同。嫁接植物的愈合與光照密切相關。嫁接破壞了葉片和根之間的韌皮部連接，導致地上部合成的糖類物質無法向地下部運輸，因此砧木可溶性糖增加的趨勢與愈合的程度密切相關。Lee等通過比較不同光環(huán)境下愈合的嫁接番茄苗，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄30 μmol/m2·s光照處理下砧木糖類物質的增加趨勢早于黑暗處理，說明光照能促進嫁接苗韌皮部愈合［4］。Muneer等測定了不同光強（25、50、75、100 μmol/m2·s）下嫁接西瓜苗維管連接相關的蛋白質組，發(fā)現(xiàn)在100 μmol/m2·s光照條件下，嫁接苗的離子結合蛋白、轉錄調控蛋白、氨基酸代謝蛋白和防御反應蛋白的合成相應增強，表明在此光照條件下砧木和接穗之間的聯(lián)系增加［5］。值得一提的是，在嫁接苗愈合過程中，保持恒定的光強并非最佳光照方案，在愈合過程中不同階段需要的光照強度并不相同。儲玉凡等通過對嫁接黃瓜采用不同階梯變化的光強處理發(fā)現(xiàn)，采用45-90-135 μmol/m2·s的階梯光照最有利于黃瓜嫁接苗生長，且能促進黃瓜中可溶性糖和可溶性蛋白的積累［6］。愈合期最佳光照強度可能與嫁接苗的愈合程度有關，在嫁接番茄中開展類似試驗，或許能探明嫁接番茄愈合過程中的最佳光照方案。

光質及光質比對嫁接植株傷口的愈合也存在不可忽視的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，經紅色LED燈照射的番茄嫁接苗的成活率和質量均優(yōu)于無光照處理嫁接苗［7］。Wei等利用光照強度為100 μmol/m2·s的不同光質光源對嫁接番茄苗進行每天16 h補光，發(fā)現(xiàn)白光∶紅光∶藍光=1∶2∶1處理嫁接番茄苗各項生長指標最佳，且該光質比處理下與光合作用相關的PsɑA、PsbA兩個基因的表達顯著增加［8］。光質對嫁接苗的影響不僅體現(xiàn)在嫁接番茄上，Jang等［9］發(fā)現(xiàn)在紅光與藍光組合下可以獲得更高質量的嫁接辣椒植株。紅光有利于光合產物積累，藍光有利于葉綠體發(fā)育，但單一光質對植物自身是一種脅迫（如造成植物水分流失），單一紅光或藍光不利于嫁接苗的愈合。同時，應當避免過強光照造成水分流失，在一些溫室嫁接苗管理中，會將嫁接后的植物用一層半透明的高密度聚乙烯薄膜封閉，且在白天陽光強烈時進行部分遮光處理。在嫁接植物傷口愈合過程中，在接穗和砧木結合處的細胞會脫分化形成愈傷組織，隨后愈傷組織再分化形成木質部和韌皮部，形成新的維管組織［10］，F(xiàn)arhadi等通過比較黑暗條件、補光條件下愈傷組織的分化情況，發(fā)現(xiàn)在適量光照下愈傷組織分化所用時間更少，表明適當光照能誘導愈傷組織分化，這可能也是光照促進嫁接苗愈合、提高嫁接成活率的一個原因［11］。

1.1.2 溫度 在嫁接番茄苗傷口愈合的過程中，溫度也是影響愈合的關鍵因素之一，適宜溫度有利于促進植物體內各種酶促反應，加快物質代謝與合成以及愈傷組織形成，從而加快傷口愈合［12］。Vu等通過控制嫁接番茄苗愈合過程中的環(huán)境溫度，設置了17、20、23、26 ℃等不同溫度處理，發(fā)現(xiàn)雖然在前期各處理嫁接苗的成活率差異并不明顯，但在嫁接 7 d后23℃處理嫁接苗的成活率顯著高于其他溫度處理［13］。此外，有研究認為適當晝夜變溫有利于愈傷組織的分化。趙淵淵等研究發(fā)現(xiàn)，恒溫26℃下的嫁接番茄苗愈傷組織細胞數(shù)量最多，但質地相對蓬松、分化能力差，而晝溫26℃、夜溫16℃處理嫁接番茄苗接口處的隔離層消失較快，維管組織連接迅速，砧穗結合緊密，愈合速度最快，成活率高［14］。

1.1.3 濕度 空氣濕度是嫁接苗愈合過程中的一個關鍵因素。在嫁接處的維管組織連接之前，水分由砧木進入接穗的途徑可能是自由擴散或滲透，水分供應在這種情況下非常有限，若空氣濕度低，接穗中水分容易因蒸發(fā)作用大量損失，則會造成接穗萎蔫。因此在傳統(tǒng)農業(yè)生產中，黃瓜嫁接苗一般存放于密閉環(huán)境中并保證空氣濕度達到95%～100%，從而減少葉片的蒸騰作用，防止接穗萎蔫。但過高的空氣濕度（超過90%）會導致氣孔孔徑減小而降低光合作用速率。Jang等［15］提出在嫁接苗愈合過程中，空氣濕度并不需要一直保持飽和狀態(tài)，稍微降低空氣濕度有利于促進光合作用，且長期處于高濕度狀態(tài)會給植物帶來一系列不良影響，如嫁接苗傷口處腐爛、葉片氣孔變長、葉片氣孔關閉功能受損及吸水能力降低等。Vu等在嫁接番茄愈合過程中對環(huán)境濕度進行分時期調控，發(fā)現(xiàn)在愈合前2～3 d保持高濕度（90%）能保證番茄種苗較高成活率（90%），隨后降低濕度至70%更有利于番茄種苗質量［16］。因此，適宜的空氣濕度決定了嫁接番茄苗的成活率及種苗品質，種苗愈合馴化時的濕度需要根據(jù)嫁接苗的愈合階段而定，并與接穗從砧木中吸收水分的能力、接穗葉片光合速率等因素相關。

1.2 品種親和性

植物嫁接親和性是一個復雜概念，因為砧木和接穗來自不同植物，一般認為親緣關系更相近的兩種植物之間嫁接成功率更高，不同科植物之間的嫁接相對于同科之間的植物嫁接則相對困難。Cookson等以葡萄為試驗對象進行自嫁接和異種嫁接，研究嫁接處的應激表達，發(fā)現(xiàn)異種嫁接處理中的砧木在轉錄水平上上調了氧化應激反應，而氧化應激反應也與異源嫁接的不親和性反應相關［17］。通過對不親和的嫁接植株進行解剖，發(fā)現(xiàn)在砧木與接穗的連接處會發(fā)生維管連接不良、維管不連續(xù)及韌皮部退化等現(xiàn)象，這會影響植物中水分、養(yǎng)分及同化物的運輸，嚴重時甚至導致植物死亡。吳燁通過觀察遠緣嫁接的番茄與黃瓜接合處的細胞組織，發(fā)現(xiàn)番茄與黃瓜之間雖然各自形成了愈傷組織，但兩者的愈傷組織薄壁細胞并不能充分融合連接形成正常的維管組織［18］。陳紅通過比較親和嫁接（番茄/茄子）和非親和嫁接（茄子/黃瓜）的接口細胞，發(fā)現(xiàn)親和嫁接的番茄/茄子隔離層會逐漸消失，而非親和嫁接中砧穗細胞間的隔離層無法消失，砧穗間沒有維管束橋連接，也無胞間連絲形成，嫁接后植株無法正常存活［19］。因此，新的砧木和接穗嫁接后，嫁接不親和性檢測變得十分必要，Porika［20］通過對嫁接植物不親和反應的分析，提出幾個早期檢測嫁接植物不親和性的方法，包括體外技術、組織學分析、同工酶分析和酚類物質分析。

1.3 嫁接方法

根據(jù)砧木和接穗的切削方式以及使用工具的不同，番茄的嫁接方法可分為靠接、劈接、插接、針接、套管嫁接、貼接、平接等。鄭康等采用劈接、套管嫁接、貼接3種方法嫁接番茄，發(fā)現(xiàn)砧木與接穗在同一時期播種的情況下，貼接法嫁接的番茄苗成活率最高，且種苗質量最好［21］。Silva等研究發(fā)現(xiàn)不同嫁接方法對番茄種苗抗氧化酶活性的影響不明顯，卻對種苗成活率產生很大影響，其中成活率最高的是劈接（95.8%）、其次是貼接（89.6%）［22］。相同嫁接方法的操作細節(jié)對番茄嫁接的成活率也有影響，Pardo等采用貼接法，探究不同切割角度對番茄嫁接苗成活率的影響，發(fā)現(xiàn)切割角度為50°～70°時嫁接苗的成活率最高（95%）［23］。與之類似，Bausher發(fā)現(xiàn)切割角度為70°時嫁接番茄苗成活率最高，且切割角度還會影響砧木與接穗貼合的完整性［24］。在生產中，需要根據(jù)實際情況（如砧木接穗的生長狀況、發(fā)育階段等）選擇最佳嫁接方法。

1.4 植物嫁接愈合過程中的調控機制

1.4.1 愈傷組織形成的誘導 在嫁接植物的愈合期，接口部分的細胞會進行脫分化形成愈傷組織，愈傷組織再分化形成維管組織。WIND1（Wound Induced Dedifferentiation1）是一種AP2/ERF（APTALA2/ ethylene-responsive factor）家族轉錄因子，Lwase等研究表明WIND1能控制擬南芥細胞去分化并控制細胞增殖，形成愈傷組織，在隨后研究中發(fā)現(xiàn)該基因同樣能誘導番茄愈傷組織的形成［25］。通過檢測嫁接擬南芥創(chuàng)傷誘導基因WIND1的表達，發(fā)現(xiàn)該基因在接穗維管組織上調表達，進而促進傷口愈傷組織的形成［26］。

1.4.2 糖在愈合階段的作用 在嫁接植物愈合過程中，糖發(fā)揮著重要作用，接穗與砧木間糖含量的差別很大程度上決定嫁接口的重連進程，Lee等研究發(fā)現(xiàn)接穗糖含量高的番茄苗接口愈合程度更高［4］。Melnyk等對擬南芥嫁接后的砧木和接穗分別進行轉錄組分析，發(fā)現(xiàn)在傷口處，與維管發(fā)育和細胞分裂相關的基因在接穗處被激活、在砧木處卻會延遲24 h。通過分析砧木和接穗RNA的表達量，發(fā)現(xiàn)在嫁接后6～48 h，不對稱表達的RNA數(shù)量是對稱表達RNA的3倍，而72 h后兩者RNA表達量幾乎相等，進一步分析這種不對稱表達的機理發(fā)現(xiàn)，其主要與嫁接愈合過程中糖的分布與運輸相關［27］。此外，Skylar等研究發(fā)現(xiàn)代謝糖信號能促進細胞由G2階段向M階段轉化［28］。Yin等認為，接穗中的糖轉運蛋白SWEET15、SWEET9能在嫁接界面將蔗糖轉到砧木細胞中，而蔗糖能調控CIPK14將信息整合并傳遞到下游效應子，從而啟動砧木和接穗之間的細胞通信［29］。Miao等發(fā)現(xiàn)外源噴施糖能提高黃瓜-南瓜嫁接的成活率、促進木質部重連；糖信號轉導基因TOR、SnRK2.1、SnRK2.2等在嫁接口均有響應；施用TOR抑制劑則會延緩維管組織的重連；糖能通過Glc-TOR信號途徑促進接口愈合［30］。然而，目前有關糖信號在嫁接番茄中的影響尚未見報道。

1.4.3 植物激素對嫁接愈合的影響 生長素作為調控植物生長發(fā)育的激素，在嫁接植物愈合過程中對細胞分化起關鍵作用。嫁接會引起生長素的不對稱積累，接穗端積累形成高濃度生長素，砧木端生長素濃度則相對偏低，切口兩端不同濃度生長素能通過不同途徑調控細胞分裂［31］。Melnyk等通過抑制生長素反應，發(fā)現(xiàn)嫁接擬南芥會出現(xiàn)韌皮部重連延遲現(xiàn)象［26］。Xie等通過對嫁接番茄切口上方和切口下方的組織進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)參與生長素合成轉運相關基因在嫁接切口上方表達量增加，而脅迫反應基因在切口下方上調［32］。Cui等研究發(fā)現(xiàn)，在嫁接后3～12 h的嫁接番茄苗切口上端的高濃度生長素能促進細胞進入S期，促進DNA的復制與組蛋白的形成，進而促進愈傷組織的形成。此外，在砧木與接穗的切面施加生長素也能加快嫁接番茄維管組織的重連［33］。

細胞分裂素能促進植物細胞分裂。在嫁接愈合過程中，細胞分裂素與愈傷組織的形成密切相關。與生長素不同，細胞分裂素在嫁接番茄愈合過程中并沒有出現(xiàn)空間上豐度的差異，細胞分裂素含量在嫁接番茄接口上方、下方幾乎保持一致，嫁接后12 h后細胞分裂素含量會在接口處達到最高值［33］。Ikeuchi等發(fā)現(xiàn)細胞分裂素合成和信號轉導過程中的細胞周期蛋白D3（Cyclin D3，CYCD3）突變體愈傷組織形成顯著變慢［34］。但是細胞分裂素對嫁接植株維管組織形成影響較小，更多的影響與植株生長素的運輸相關，如細胞分裂素能調控PIN蛋白的極性定位、控制生長素流動的方向，從而影響韌皮部的重連［35］。

赤霉素能促進細胞分裂與伸長。Asahina等研究發(fā)現(xiàn)在番茄莖部創(chuàng)口重連的過程中，赤霉素是皮層細胞分裂、伸長的必要因素［36］。嫁接植株木質部的重連也與赤霉素相關。楊鈞賀等通過特異性下調煙草木質部形成層赤霉素含量，發(fā)現(xiàn)下調赤霉素含量的植株葉片不能正常生長，且木質部發(fā)育緩慢，對植株木質部發(fā)育造成一定影響［37］。Guo等發(fā)現(xiàn)經過赤霉素處理的白樺幼苗莖部木質面積顯著大于未處理白樺幼苗［38］，赤霉素可以促進細胞擴張相關基因及木質部分化過程中次生壁生物合成相關基因的表達，從而對植物木質部造成影響。

2 嫁接砧穗間的反應機理

2.1 不同基因型細胞間的交流

在砧木和接穗的貼合處，兩種不同基因型的細胞間存在密切交流。吳燁等研究發(fā)現(xiàn)遠緣嫁接的黃瓜與番茄的細胞雖然各自形成愈傷組織，兩者的薄壁細胞卻無法真正融合，原因在于兩者的薄壁細胞無法完成正常的交流與識別［19］。Stegemann等利用細胞核基因攜帶卡那霉素抗性基因與黃色熒光蛋白基因的轉基因煙草作為接穗，以葉綠體攜帶大觀霉素與綠色熒光蛋白基因的煙草為砧木，發(fā)現(xiàn)砧木端和接穗端的細胞均擁有兩種抗性且存在綠色及黃色熒光反應，表明兩種基因型的細胞核及細胞器間存在遺傳物質的轉移［39］。隨后通過比較葉綠體基因組序列，發(fā)現(xiàn)嫁接過程中砧木細胞和接穗細胞間存在整個葉綠體的轉移［40］。在自然界中，非人為干預的嫁接時常發(fā)生，如受環(huán)境影響某些植物的根、莖部可能發(fā)生自然嫁接，以及某些寄生植物的寄生過程［10］，在這些過程中或許就發(fā)生了細胞器的轉移。Stegemann推測，在砧木和接穗愈合過程中，砧木和接穗細胞間的胞間連絲存在一個直徑足夠大的階段，從而允許整個葉綠體的轉移。Stegemann提出轉移葉綠體基因組或許能運用于植物育種。因此，利用嫁接技術開展番茄與其他遠緣植物之間葉綠體基因組的轉移，或許能使番茄獲得傳統(tǒng)育種技術難以獲得的優(yōu)良表型。

2.2 砧穗互作的分子機理

2.2.1 mRNA的轉移 韌皮部是運輸碳水化合物和氨基酸的維管組織，也存在大量mRNA、小RNA、蛋白質及激素的運輸。Huang等認為韌皮部中mRNA通過形成mRNA-蛋白質的形式進行轉移［41］。不同植物的韌皮部中都有類似數(shù)量的mRNA，但是每種植物之間的mRNA群體都不相同，這與品種、發(fā)育年齡、生長環(huán)境條件都密切相關。Guo等通過分析西瓜與黃瓜發(fā)現(xiàn)，雖然它們維管束基因集幾乎相同，但是韌皮部的轉錄產物卻僅有50%～60%相同［42］。因此，在異種嫁接的接穗和砧木韌皮部之間必然存在不同的mRNA群體，嫁接后砧穗的韌皮部重連會導致兩者韌皮部中不同mRNA發(fā)生交換。Xia等利用煙草與番茄為嫁接系統(tǒng)，共鑒定出1 096個移動mRNA，通過分析嫁接植株中mRNA的長距離轉移發(fā)現(xiàn)，mRNA不僅能從根部向莖部運輸，也能從莖部向根部運輸，且部分mRNA的轉移并非簡單的擴散轉移，而是受到嚴格調控［43］，進一步分析煙草-番茄嫁接組合中轉運的mRNA發(fā)現(xiàn)，這些轉移的mRNA中包括與煙草開花相關的PEBP家族mRNA［44］。Kudo等發(fā)現(xiàn)以鼠耳狀葉片番茄ME（Mouse ear，LA324）為砧木嫁接馬鈴薯，在20株嫁接苗中有13個產生了類似砧木的裂狀葉，原因在于砧木產生的mRNA轉移到接穗馬鈴薯并造成馬鈴薯接穗葉片性狀的改變［45］。目前mRNA對嫁接番茄的影響尚不明確，研究嫁接植物中mRNA的轉移，將有助于理解砧木與接穗之間的信號傳遞與相互作用。

2.2.2 小RNA介導的性狀變化 小RNA被認為是各種生物體內關鍵的表觀遺傳調控因子，在植物中主要的調控RNA分為microRNA（miRNA）、小干擾RNA（siRNA）兩種，在植物中小RNA參與調控許多不同的反應途徑，從而響應內部發(fā)育信號和外界不良環(huán)境刺激［46］。與mRNA一樣，部分小RNA也能通過韌皮部進行長距離轉移［47］。在嫁接植物中，某些小RNA的表達會發(fā)生改變，Khaldun等通過比較嫁接在枸杞上的番茄與對照番茄不同器官中的miRNA，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄的莖和果實中有168個miRNA存在差異性表達［48］。He等利用托魯巴母嫁接的番茄能明顯降低鎘在番茄中的積累，主要原因在于嫁接番茄中miR166a、miR395b兩類miRNA在番茄接穗中表達顯著增加，增強了植株硫酸鹽轉運能力［49］。DMC1（Disrupted Meiotic cDNA1）是一類能中斷減數(shù)分裂的cDNA，DMC1siRNA能干擾減數(shù)分裂的進程。Zhang等用產生DMC1siRNA的轉基因煙草與正常野生型植物進行嫁接，發(fā)現(xiàn)成功嫁接后，DMC1siRNA能通過韌皮部進入上部野生型接穗，導致畸形花粉產生，表明DMC1siRNA可以通過嫁接從砧木轉移到接穗中并產生作用［50］。siRNA可以通過RNA誘導的DNA甲基化（RNA-directed DNA methylation，RdDM）通路引發(fā)DNA甲基化，從而實現(xiàn)可遺傳的轉錄基因沉默（Transcriptional gene silencing，TGS）。Kasai等以煙草為接穗、馬鈴薯為砧木，研究發(fā)現(xiàn)，利用煙草接穗產生的siRNA可以誘導馬鈴薯砧木塊莖內源基因沉默，而在缺乏siRNA運輸?shù)淖哟鷫K莖中則不會發(fā)生［51］。目前，砧木和接穗之間siRNA的轉運機制尚不明確，砧木和接穗之間轉移的siRNA會導致植株的某些性狀發(fā)生可遺傳的改變，或許可以利用砧穗間的轉移siRNA介導的表觀遺傳修飾培育更具有商業(yè)潛力的番茄品種。

2.3 嫁接植物的基因與蛋白表達差異

Kuman等通過研究同源擬南芥嫁接后砧木和接穗器官的基因表達差異，發(fā)現(xiàn)嫁接能誘導擬南芥花蕾和葉子中大量與生物和非生物脅迫刺激、激素途徑以及開花相關的基因表達差異［52］。轉錄組學與蛋白質組學通常被用來研究基因與蛋白的表達，通過蛋白質組學可以了解植物蛋白質水平上的表達規(guī)律和代謝調控機制，進而深入了解基因表達和蛋白質互作對于植株生理活動與性狀變化等方面的影響。Spanò等發(fā)現(xiàn)嫁接可以改變番茄的轉錄組，增強番茄對空氣傳播病毒的耐受性，與非嫁接番茄相比，嫁接誘導了一種新的耐受性，與創(chuàng)傷應激、抗性相關的基因表達增強，從而提高了番茄的抗性［53］。Vitale等通過將番茄分別嫁接到根腐病敏感和根腐病耐受的砧木上，通過對各嫁接組合檢測蛋白質表達發(fā)現(xiàn)，在采用耐受砧木的嫁接番茄中，其與病原菌感染相關蛋白表達量更高，進而提高了嫁接番茄的根腐病耐性［54］。黃金艷以嫁接甜瓜與自根甜瓜為材料，在3個不同生長期共鑒定到5 150個蛋白，篩選到的2 187個差異蛋白主要分布在光合作用、能量代謝、蛋白質合成等多條代謝途徑；推測由于嫁接苗改良了多個途徑的蛋白質合成與降解，導致嫁接甜瓜比自根甜瓜具有更好的生長表現(xiàn)和抗病抗逆增產優(yōu)勢［55］。目前蛋白質組學應用于蔬菜嫁接分析的相關研究仍然較少，深入研究調控嫁接作物性狀的相關蛋白并對其相關基因進行分析與功能驗證，將有利于進一步理解嫁接技術的作用機理。番茄作為一種模式植物已經完成了全基因組測序，深入研究嫁接番茄在基因與蛋白上的表達差異，將有利于闡明嫁接番茄的抗逆性機制及應用潛力。

3 嫁接番茄的栽培應用潛力

3.1 嫁接番茄的抗逆性

3.1.1 抗旱性 我國每年因為干旱造成的農業(yè)生產損失占各類自然災害損失的15%以上，且隨著社會發(fā)展與人口增長，水資源短缺仍在不斷加重。在干旱脅迫下，番茄植株的生長會受到抑制。干旱脅迫對番茄造成的影響，主要表現(xiàn)在植株體內水分重新分配、光合作用的抑制效應以及有害物質積累等方面。當土壤處于干旱狀態(tài)時，土壤水勢比非干旱脅迫狀態(tài)時低，當土壤水勢低于植株根部水勢時，會造成根部吸水受阻。通過嫁接技術，可以為番茄更換一個更強壯的根部，換根后的植株對礦物質和水分吸收能力更強。張志煥通過利用較強抗旱性的砧木606對番茄進行嫁接，發(fā)現(xiàn)在正常含水量土壤栽培環(huán)境下，嫁接番茄的產量、品質與自根番茄相差不大，在嚴重干旱（40%含水量）土壤環(huán)境下，嫁接番茄的產量比自根番茄高38.04%。嫁接能顯著提高番茄在缺水環(huán)境下葉片的含水量與水分利用效率［56］。

3.1.2 耐熱性 隨著溫室效應的加劇，全球氣溫不斷升高，對我國部分地區(qū)的番茄生產造成嚴峻挑戰(zhàn)。高溫脅迫下番茄會出現(xiàn)葉片生長緩慢、植株徒長、地上部營養(yǎng)生長受阻等不良反應，番茄苗根系的表面積、體積、長度、數(shù)量都會受到不良影響。此外，高溫還會加快花芽分化進程，降低花芽數(shù)量、減小花芽體積［57］。在高溫下，番茄會通過激活酚類物質合成，從而提高苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase，PAL）的活性，且酚類化合物的代謝還與過氧化物酶（Peroxidase，POD）、多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）等的活性相關。Rivero等對嫁接番茄和自根番茄在熱脅迫（35℃）下栽培35 d，通過檢測嫁接苗和自根苗內酚類物質的含量、相關酶的活性以及生理指標，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄和自根番茄在高溫下均出現(xiàn)相應脅迫反應，但高溫下嫁接番茄的PAL等相關酶活性、酚類物質含量相對更低，受熱害脅迫影響較小［58］。Muneer等通過測定不同溫度處理下的嫁接番茄的蛋白質組發(fā)現(xiàn)，在熱脅迫下，嫁接苗中與抗性、離子轉運結合、蛋白質合成以及光合作用相關蛋白質的表達會更積極，以應對熱環(huán)境［59］。

3.1.3 耐鹽性 近年來，由于不合理的施肥灌溉導致我國設施栽培深受土壤鹽漬化的影響，設施土壤中的多種鹽分離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3－、Cl－、SO42－、NO3－）濃度均高于露地土壤［1］。過量的鹽會造成植株滲透脅迫，與干旱不同的是，土壤鹽含量過高會干擾植株對一些離子（K+、Ca2+、Mg2+）的吸收與轉運，導致離子毒害與養(yǎng)分失衡，嚴重影響植物正常生長發(fā)育。嫁接作為一種環(huán)境友好型技術，能顯著減小鹽脅迫對番茄植株的負面影響。相比于栽培番茄，野生番茄一般具有更強的耐鹽性，這與野生番茄的鹽生特性有關，野生番茄對K+具有較高的選擇性，能在鹽脅迫條件下維持體內較低含量的Na+［60］。李漢美以野生番茄為砧木研究發(fā)現(xiàn)，在非鹽脅迫下嫁接苗葉片中的K/Na值低于自根苗，而在鹽脅迫下兩者的K/Na值相差不大，表明嫁接苗在鹽脅迫下能保持對K+的吸收，從而擁有更強的耐鹽性［61］。Digioia等研究表明，在鹽脅迫條件下，嫁接番茄能提高上部葉片中Ca2+、Mg2+含量，嫁接番茄的果實、莖尖、上部葉片的K/Na、Ca/Na、Mg/Na值均比非嫁接番茄更高，而嫁接番茄底部葉片的K/Na值卻低于非嫁接番茄，可見，嫁接番茄具有更強的離子分配及轉運能力［62］。

3.1.4 抗病性 番茄栽培過程中主要病害有病毒病、青枯病、線蟲病、枯萎病、灰霉病等，其中青枯病是對我國南方地區(qū)番茄生產影響最大的土傳病害之一［63］。在青枯病發(fā)病過程中，該菌在植株木質部能迅速繁殖，產生堵塞維管束的胞外多糖阻礙木質部水分運輸，最終導致植株枯萎死亡［64］。由于青枯菌的高變異性及環(huán)境因素限制使得一般的防治方法缺乏穩(wěn)定性與持久性［65］。曹學文等通過將番茄作為接穗嫁接到不同品種番茄砧木（野生刺茄、親和番茄、親家番茄）上，發(fā)現(xiàn)幾個不同砧木品種均可以有效提高番茄抗青枯病能力［66］。目前，嫁接技術被廣泛應用于番茄青枯病防治，趙文宗發(fā)現(xiàn)通過良好的嫁接組合能有效防止番茄青枯病，其原因在于嫁接后土壤微生物群落的改良以及砧木根部分泌物對青枯菌的抑制作用［67］。同時，優(yōu)良砧木也能提高番茄其他土傳病害（如鐮刀菌）引起的根腐?。?4］等抗性。

3.2 嫁接番茄的產量與品質

當前，番茄品質高低往往決定商品價格及顧客喜好，而產量則決定了種植者的整體收益。因此，嫁接番茄的品質與產量對嫁接技術的推廣及應用十分重要。國內外學者關于嫁接影響番茄品質的研究意見不同。在Djidonou等的研究中，嫁接番茄果實比自根番茄含水量高0.6%，維生素C含量稍有下降，類胡蘿卜素（包括番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素）含量整體水平相似，嫁接對番茄果實品質的影響很小甚至不及季節(jié)差異的影響［68］。而高方勝等通過不同砧木嫁接番茄發(fā)現(xiàn)，嫁接番茄果實干物質、可溶性固形物、可溶性蛋白及可滴定酸含量均顯著高于自根番茄，各砧木處理對番茄果實品質影響各有不同，但嫁接苗果實品質均優(yōu)于自根番茄［69］。然而在Turhan等的研究中，嫁接番茄果實干物質、可溶性固形物、總糖及維生素C含量均低于自根番茄，果實品質差于自根番茄［70］。以上看似相悖的研究結果實際上并不矛盾，嫁接番茄果實品質與產量很大程度上取決于砧木，良好的砧木能為嫁接苗提供強壯根系，以提高番茄植株對不良環(huán)境的抗性。因此，在逆境條件下，嫁接番茄的產量和品質一般顯著高于自根苗，如在鹽脅迫下，以抗鹽性更強的枸杞、煙草等為砧木均能獲得比自根苗更高的產量與相對較好的果實品質［71-72］；在低氮條件下，利用氮利用率高的砧木嫁接番茄，能明顯改善番茄的氮利用率、提高番茄產量、改善果實品質［73］。此外，前文提到的砧木與接穗之間交流的mRNA、siRNA以及嫁接引起的基因表達差異可能對番茄果實性狀都會產生一定影響?？傊?，在目前研究中，良好的砧木大多都能提高番茄產量，但其對品質的影響尚無定論。在番茄生產中，嫁接番茄砧木的選擇需要針對具體生產需求而定，選擇最適宜砧木能對番茄生產起到促進作用。

4 問題與展望

嫁接作為一種簡單方便、環(huán)境友好、成效快捷的農藝技術，能在生長期內增強番茄對多種逆境的抵抗能力。近年來隨著設施農業(yè)的迅速發(fā)展，不當水肥灌溉措施使得鹽漬化危害加劇，且不良環(huán)境對番茄產業(yè)造成的損失持續(xù)存在，因此評估嫁接番茄在不良生產環(huán)境下的生產潛力十分重要。此外，傳統(tǒng)番茄育種工作中，過分重視番茄產量及抗性相關基因的保留，導致番茄品質及風味相關的基因被忽視，這也是目前有消費者認為如今的番茄缺少“番茄味”的原因之一。利用嫁接技術或許能破解這種困局，在保證砧木和接穗親和性的前提下，通過嫁接獲取集環(huán)境抗性強、產量高及品質優(yōu)等性狀于一體的番茄種苗。

目前諸多研究已表明嫁接番茄具備抵抗多種不良環(huán)境的能力，但具有優(yōu)秀抗性的砧木資源卻仍較少。因此，砧木資源篩選創(chuàng)新工作亟待加強。Notaguchi等利用本氏煙草為中間砧木，實現(xiàn)了番茄不同科植物的遠緣嫁接，他們發(fā)現(xiàn)本氏煙草能與38個科的植物實現(xiàn)跨種嫁接，主要原因在于煙草分泌的β-1,4-葡聚糖酶能促進細胞壁的重建［74］。深入研究嫁接植物細胞融合識別機制，或許能實現(xiàn)砧木與接穗的選擇無限多樣化。同時，嫁接番茄砧穗之間的互作機制研究目前仍較少，探究不同砧木與番茄接穗之間的互作關系、研究異種嫁接與同種嫁接對番茄抗性和品質形成的影響具有重要的理論指導意義。

嫁接苗的嫁接效率仍有待探討，傳統(tǒng)嫁接苗的生產需要大量勞動力，且手工嫁接工作效率低下，成活率因工人操作熟練程度而大不相同。蔬菜自動嫁接機的概念很早被提出，但現(xiàn)階段自動嫁接設備大多基于單株幼苗的嫁接，嫁接效率相比人工并未有顯著提升；此外，目前我國蔬菜種苗生產缺乏完善的標準體系，導致種苗生長整齊度差異較大，阻遏了自動嫁接設備的推廣普及。因此，制定相應的蔬菜種苗生產體系標準并開發(fā)多株幼苗同時嫁接的自動嫁接設備，將有利于嫁接技術在番茄產業(yè)中的廣泛應用。