嫁接对西瓜根际土壤酶和叶片氮代谢酶活性及产量的影响

高玉红，闫生辉，许 娟，丁爱杰

（1.郑州职业技术学院 郑州 450121； 2.信阳市水稻工程技术中心 河南信阳 464000；3.河南省西平县五沟营镇农业服务中心 河南西平 463913）

嫁接是将植株上的枝条或芽等器官接到另一株带有根系的植物上形成新植株的技术，依靠砧木发达的根系为接穗生长提供所需的水分、矿质养分，达到丰产的目的[1-2]。随着我国农业结构的调整，西瓜种植面积逐年增大[3]，但土壤病原微生物和自毒物质积累，连作障碍严重发生，已成为我国西瓜增产的瓶颈[4]。嫁接作为克服作物连作障碍的一项重要栽培措施，已在园艺作物生产上大面积应用[5-6]。近年来，国内有关西瓜嫁接的研究多集中于嫁接技术、抗病性、嫁接对产量和品质的影响及嫁接后植株生理特性变化的研究等方面[7-10]。而从嫁接西瓜根际土壤微环境的变化和植株氮代谢方面揭示西瓜增产机制方面的研究较少。硝酸还原酶的活性决定了硝态氮的代谢速度，是植物氮素代谢作用中的关键性酶，与作物吸收和利用氮肥有关[11]；谷氨酰胺合成酶（GS）是植物体内氨同化的关键酶之一，对植物氮素代谢具有重要作用。笔者研究了嫁接西瓜不同发育时期根际土壤酶及叶片氮代谢关键酶活性的变化特点及对最终产量的影响，以期为揭示嫁接增产的营养生理机制及西瓜砧木的筛选提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

供试西瓜品种‘农发3号’（简称X），三倍体西瓜品种，由新疆安农种子有限公司选育，从种子市场购买。供试砧木品种‘超丰F1’（葫芦，简称H）、‘西嫁强生’（南瓜，简称N）、‘野力1号’（野生西瓜，简称Y），均由中国农业科学院郑州果树研究所提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2014年在中牟县国家农业科技示范园内进行。砧木于3月18日播种，西瓜3月21日播种育苗，砧木和西瓜温汤浸种后催芽，待种子露白时播于营养钵中，并覆盖小拱棚，3月28日，砧木露出真叶、接穗子叶展平时，采用插接法进行嫁接，4月26日定植于大田，单垄栽培，行株距为1.8 m×0.5 m，小区面积为72 m2。试验采用完全随机区组设计，每个处理设3次重复。田间栽培管理方法均按常规进行。

1.2.2 样品采集与测定方法 在伸蔓期（营养生长期）、坐瓜期（由营养生长向生殖生长过渡期）、膨瓜期（生殖生长期）取各处理植株顶端生长点向下第4或第5片功能叶（为充分展开的新功能叶），每小区取样5株，测定硝酸还原酶（NR）、谷氨酰胺合成酶（GS）活性。同时取土样用于测定土壤酶活性，具体取样方法：先将2 cm表土轻轻除去，再挖出全部根系，抖落大土块后将附着于根系上的细土抖落至干净取样袋中，风干后过1 mm筛保存。谷氨酰胺合成酶活性测定采用比色法[12]；硝酸还原酶活性采用磺胺比色法[13]；土壤酶活性测定参照许光辉和郑洪元的方法[14]，其中，转化酶活性测定采用硫代硫酸钠滴定法；磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法；脲酶活性测定采用靛酚蓝比色法。6月28日收获期一次性测定各小区产量，并折合成每hm2产量。

1.2.3 数据处理 数据采用Excel2003和DPS7.05数据处理软件进行统计和分析，方差分析采用Duncan’s检验法。

2 结果与分析

2.1 嫁接对西瓜叶片硝酸还原酶（NR）和谷氨酰胺合成酶（GS）活性的影响

不同砧木嫁接均可提高西瓜叶片NR活性（图1）。伸蔓期，不同砧木组合显著高于自根苗，‘西嫁强生’嫁接组合叶片NR活性最高，显著高于其他嫁接组合，‘超丰F1’‘野力1号’嫁接组合间差异不显著；坐瓜期，‘西嫁强生’‘超丰F1’嫁接组合叶片NR活性显著高于自根苗，但其二者间差异不显著，‘野力1号’嫁接组合与‘超丰F1’和自根苗间差异不显著。膨瓜期，不同嫁接组合及其与自根苗间叶片NR活性差异不显著。结果表明，不同砧木主要在西瓜生长前期影响叶片NR活性，进而来调节硝态氮的代谢速度，其中南瓜砧木对NR活性影响最大，葫芦和野生西瓜砧木次之。

图1 不同砧木嫁接对西瓜叶片NR活性的影响

不同砧木嫁接组合影响西瓜叶片GS活性（图2）。伸蔓期，‘西嫁强生’嫁接组合叶片GS活性显著高于‘超丰F1’‘野力1号’和自根苗，‘超丰F1’‘野力1号’嫁接组合和自根苗之间差异不显著；坐瓜期，‘西嫁强生’嫁接组合叶片GS活性显著高于‘野力1号’和自根苗，但与‘超丰F1’间差异不显著，‘野力1号’嫁接组与自根苗间差异不显著；膨瓜期，不同嫁接组合及其与自根苗间叶片GS活性差异不显著。结果表明，南瓜砧木嫁接在西瓜生长前期可提高西瓜叶片GS活性，加速植物氮素代谢进程，从而促进植株的生长。

图2 不同砧木嫁接对西瓜叶片GS活性的影响

2.2 嫁接对西瓜植株根际土壤酶活性影响

土壤酶参与有机质的分解和腐殖质的形成，反映土壤养分的转化能力，对丰富土壤中能被植物和微生物利用的可溶性营养物质起着重要作用[15]。不同砧木嫁接均可改变西瓜根际土壤酶活性（表1），影响根系对土壤养分的吸收能力。伸蔓期，不同嫁接组合土壤转化酶和脲酶活性均显著高于自根苗，其中，‘西嫁强生’嫁接组合2种酶活性分别为12.04 mL·g-1·d-1和 8 714.35 mg·100 g-1·d-1，其转化酶活性与‘超丰F1’间差异不显著，显著高于‘野力1号’；‘超丰F1’‘野力1号’嫁接组合脲酶活性差异不显著，但均显著低于‘西嫁强生’。坐瓜期，不同嫁接组合土壤转化酶活性显著高于自根苗，‘西嫁强生’嫁接组合转化酶活性与‘超丰F1’差异不显著，但显著高于‘野力1号’；‘西嫁强生’‘超丰F1’嫁接组合脲酶活性差异显著，且显著高于自根苗，‘野力1号’与自根苗间差异不显著。膨瓜期，不同嫁接组合土壤转化酶和脲酶活性均显著高于自根苗，其中，3种砧木嫁接组合间土壤转化酶活性差异不显著，‘西嫁强生’嫁接组合脲酶活性与‘超丰F1’差异不显著，但显著高于‘野力1号’。土壤磷酸酶活性在西瓜各个生育期嫁接组合及其与自根苗间均差异不显著。结果表明，嫁接总体上增加了西瓜根际土壤转化酶和脲酶的活性，且南瓜砧木对2种酶活性影响较大，有助于改善土壤微生态环境，为西瓜增产打下基础。

表1 不同砧木嫁接对西瓜根际土壤酶活性的影响

2.3 不同砧木嫁接对西瓜产量影响

不同砧木嫁接西瓜产量均高于自根苗。其中，‘西嫁强生’嫁接组合西瓜产量为57219.31kg·hm-2，显著高于‘野力1号’和自根苗，与‘超丰F1’嫁接组合间差异不显著。‘超丰F1’嫁接组合西瓜产量为51269.4kg·hm-2，显著高于自根苗，但与‘野力1号’嫁接组合间差异不显著，‘野力1号’组合西瓜产量为44 217.45 kg·hm-2，与自根苗间差异不显著（图3）。说明南瓜作砧木更有利西瓜产量的提高，这可能与南瓜砧木具有较强的根系吸收能力和抗逆性有很大关系。

图3 不同砧木嫁接对西瓜产量影响

3 讨论与结论

植物发育状况、生长特性以及地上部形态建成与根际微域环境和根系对营养物质吸收利用的能力密切相关[16]。嫁接是两个系统融合成一个系统的过程，可以改变原有自根根系分泌物的成分，使根际微生物群落发生变化，利用砧木发达的根系，促进植株光合作用和营养物质的吸收。本研究结果表明，嫁接换根增加了西瓜根际土壤酶活性和植株叶片氮代谢酶活性，加速土壤生态系统氮素的转化及植株氮代谢的进程，提高了西瓜产量。其中，‘西嫁强生’嫁接组合对西瓜产量的影响较大，可能与其和接穗间基因型的差异程度大，有利于提高土壤酶活性和植株叶片氮代谢酶活性，改善根际土壤环境，为植株生长发育提供充足的营养有关。但其具体原因还有待于进一步研究。

土壤酶参与有机质的分解和腐殖质的形成，与土壤C、N、P、S等养分元素的转换密切相关[15]，可以作为衡量土壤生物学活性和土壤生产力的指标[17]。土壤酶活性增强意味着土壤生物活性提高，生物群落会明显改变。肖宏等[18]研究表明，随土壤中脲酶、中性磷酸酶、转化酶活性的显著增加，细菌的数量明显增加，而真菌的数量则明显减少。笔者研究表明，嫁接增加了西瓜土壤转化酶、脲酶活性，但对磷酸酶活性的影响不大。说明嫁接能够提高根际土壤酶活性，改善土壤微生态环境，为最终嫁接西瓜增产打下基础。

作物对氮素的吸收利用能力是其生长发育及品质形成的重要限制因素之一。NR、GS分别参与植物体内氨同化和硝态氮的代谢，在高等植物氮代谢中起着重要的作用。张磊等[19]的研究表明硝酸还原酶活性直接影响大豆叶片氮素积累；梅芳等[20]的研究表明嫁接苗在低氮水平下能明显的提高烤烟的氮代谢关键酶（NR和GS）活性。本研究表明，不同砧木主要在西瓜生长前期影响叶片2种酶的活性，进而来调节氮的代谢速度，且南瓜砧木对其活性影响最大，葫芦和野生西瓜砧木次之，这可能与南瓜砧木具有较发达的根系有很大关系。研究还发现，嫁接增加了西瓜叶片NR和GS的活性，并随植株的生长呈逐渐降低的趋势，这与王云华等[21]和梅芳等[20]对黄瓜GS活性和烟草氮代谢关键酶（NR和GS）活性在植株生育期内变化趋势的研究结果一致，但与周宝利等[22]对嫁接茄子NR活性变化趋势的研究结果不同，可能是物种之间的差异所致，但其具体原因还有待进一步探讨。

在本试验条件下，嫁接有助于提高西瓜植株前期氮代谢酶活性，改善根际土壤酶活性，提高西瓜产量。其中，‘西嫁强生’对植株叶片和土壤酶活性及西瓜产量有显著的影响，葫芦砧木和野生西瓜砧木次之。但本文仅通过土壤水解酶和叶片氮代谢间接地说明了嫁接提高了西瓜对土壤环境物质的转化能力，还需进一步探讨土壤微生物类群和土壤水解酶与植株叶片氮代谢关键酶相关性，从根际土壤微环境、植株对营养元素吸收利用和抗病性等多个方面揭示嫁接增产的生理机制。