共生不亲和砧木嫁接对厚皮甜瓜生长和生理特性的影响

2018-09-11周建辉刘文君范爱丽陈宝玲卢泽凯黄凤婵

西南农业学报 2018年8期

周建辉，刘文君，张曼 *，范爱丽，陈宝玲，卢泽凯，黄凤婵

(1.广西农业科学院蔬菜研究所，广西南宁 530007； 2.广西作物遗传改良生物技术重点实验室，广西南宁 530007)

【研究意义】我国厚皮甜瓜原产于西北干旱地区，适宜于温暖、强光、空气干燥和昼夜温差较大的气候条件下生长。由于种植经济效益高、大棚设施栽培技术应用成功，厚皮甜瓜的种植逐渐向东部扩展，近年来在我国华东、华北和华南等地区的栽培面积逐渐上升[1]，但由于大棚设施连年种植，枯萎病等土传病害造成连作障碍日益严重，造成厚皮甜瓜品质和产量下降，部分产区可造成损失达90 %以上[2]，这已成为制约我国甜瓜优质高产的主要因素[3]。嫁接是克服瓜类蔬菜生产连作障碍的有效途径，在瓜类蔬菜生产中发挥重要作用。筛选砧木是嫁接的基础，优良砧木能提高蔬菜产量和抗性等[4-5]，筛选砧木的基础是保证接穗能够完成其整个生育周期，但是厚皮甜瓜砧木筛选中常常出现苗期嫁接亲和性较好，生长中后期出现不亲和现象，即共生不亲和现象[6]，不能完成整个生育周期，给砧木的筛选工作带来较大困难。因此，开展嫁接共生不亲和性机理研究对于厚皮甜瓜砧木的筛选具有重要意义。【前人研究进展】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，叶片叶绿素含量，提高叶片POD、SOD、CAT和PPO活性，降低MDA含量[7-9]，在低温、弱光、病菌和铜胁迫下等逆境条件下，甜瓜嫁接苗株高、茎粗、相对生长量都高于自根苗，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]。可见，嫁接不仅能促进甜瓜叶片和根系的生长，提高植株抗氧活性酶，在逆境生长中能增加植株的抗性。关于嫁接不亲和性机理，国内外学者从形态解剖、生理生化及遗传特性方面进行了深入研究，但尚未得到共识[13-14]，目前主要有2种观点，一种认为是砧穗间亲缘关系不同导致生理生化及组织结构差异[15]，另一种认为是物质运输障碍导致了不亲和[16]。Aloni等[17]发现不亲和南瓜砧木和甜瓜嫁接苗连接部位抗氧化性酶活性较低。以上研究均集中在苗期，而共生不亲现象一般出现于苗期之后[6]。【本研究切入点】目前，关于厚皮甜瓜嫁接共生不亲和性生长和生理研究鲜有报道。【拟解决的关键问题】以本研究团队前期试验发现的共生不亲和砧木与优良砧木为研究对象，通过嫁接厚皮甜瓜，比较分析其生长状况和生理特征，旨为厚皮甜瓜砧木筛选提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验嫁接接穗为广西农业科学院南瓜甜瓜研究团队选育的厚皮甜瓜品种“桂蜜12号”，砧木为“雪铁龙”和“短棒南瓜”，其中“雪铁龙”为亲和性较好的南瓜砧木，由山东省昌邑市砧木研究所提供；“短棒南瓜”为广西南宁地方南瓜品种，在前期试验中嫁接“桂蜜12号”厚皮甜瓜，在苗期亲和性较好，在伸蔓期出现共生不亲和现象。

1.2 试验方法

试验于2017年春季在广西农业科学院蔬菜研究所中试基地进行，试验地为连续3年种植甜瓜地块。试验分3组进行，设3次重复。第1组为“雪铁龙”与“桂蜜12号”嫁接，第2组为“短棒南瓜”与“桂蜜12号”嫁接，第3组为“桂蜜12号”不嫁接。小区面积30 m2，随机排列。厚皮甜瓜采用塑料大棚立体吊蔓栽培方法，株距50 cm，行距100 cm。砧木2月27日催芽，接穗3月2日催芽，砧木种子出芽后移入带有基质的育苗穴中，当砧木第1片真叶展开、接穗子叶正要展开时开始嫁接，采用“十”字顶插接法，3月30日定植，4月27日开始授粉，6月2日成熟采收。

分别在厚皮甜瓜苗期(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)测量植株长度、茎粗和叶面积[18]，取植株顶端生长点下第3片功能叶测定生理数据，每个处理10株，重复3次。

采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(malondialdehyde, MDA)，紫外吸收法测定过氧化氢酶(catalase, CAT)，愈创木酚法测定过氧化物酶(peroxidase, POD)，氮蓝四唑还原法测定超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)[19]。

1.3 统计分析

采用Microsoft Excel 2007 进行数据处理及图表绘制，采用DPS 6.55软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜生长的影响

2.1.1 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜苗期亲和性的影响在苗期，2种砧木与接穗亲和性较高，长势较好，“短棒南瓜”嫁接苗亲和率为98.67 %，略高于“雪铁龙”砧木，但差异不显著(P>0.05，下同)，由此可见，2种砧木苗期都具有较好的亲和性。

2.1.2 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜茎长的影响由图1可知，厚皮甜瓜自根苗苗期茎长14.98 cm，比“雪铁龙”嫁接苗和“短棒南瓜”嫁接苗分别高出33.04 %和29.51 %，差异达极显著水平(P<0.01，下同)；“短棒南瓜”嫁接苗茎长略高于“雪铁龙”嫁接苗，但差异不显著。伸蔓期，“雪铁龙”嫁接苗茎长比自根苗高10.29 %，差异极显著；“短棒南瓜”出现共生不亲和现象，植株生长较慢，茎长仅为自根苗的57.87 %，此后植株慢慢枯死，因此其在授粉期及成熟期均无相关数据(下同)。授粉期和成熟期，雪铁龙”嫁接苗茎长分别比自根苗高17.15 %和20.96 %，差异均达极显著水平。

表1不同砧木嫁接对厚皮甜瓜苗期亲和性影响

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

处理 Treatment亲和率( %)Affinity percentage“雪铁龙”嫁接苗96.67±3.05a“短棒南瓜”嫁接苗98.67±2.31a

注：同列数据中不同小写字母表示在0.05水平上差异显著。

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

同时期不同处理中，不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在0.01水平上差异显著。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图1 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜茎长的影响Fig.1 Effects of different rootstocks on stem length of grafting melon

2.1.3 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜茎粗的影响由图2可知，苗期3组处理的茎粗无显著差异。伸蔓期，“雪铁龙”嫁接苗茎粗显著大于自根苗(P<0.05，下同)，达到0.76 cm，比自根苗高出13.16 %；“短棒南瓜”嫁接苗植株出现共生不亲和现象，茎粗比自根苗低10.61 %，差异显著。授粉期和成熟期，“雪铁龙”嫁接苗茎粗均大于自根苗，分别高出15.85 %和20.79 %，差异达极显著水平。

2.1.4 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜叶面积的影响由图3可知，厚皮甜瓜自根苗在苗期叶面积明显大于“雪铁龙”和“短棒南瓜”嫁接苗，分别高出35.98 %和30.86 %，2个砧木嫁接苗叶面积差异不显著。伸蔓期，“雪铁龙”嫁接苗叶面积比自根苗大8.05 %；“短棒南瓜”出现共生不亲和现象，生长较慢，叶面积仅为自根苗的71.15 %。授粉期和成熟期，“雪铁龙”嫁接苗的叶面积均大于自根苗，分别高出13.84 %和18.81 %，差异均达极显著水平。

2.2 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜生理特征的影响

2.2.1 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜SOD活性的影响由图4可知，在甜瓜苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期，“雪铁龙”嫁接苗SOD 活性比自根苗分别高出12.86 %、13.78 %、17.00 %和28.52 %，差异逐渐增大且达到极显著水平。“短棒南瓜”嫁接苗苗期SOD活性比自根苗低11.84 %，伸蔓期“短棒南瓜”嫁接苗出现共生不亲和现象，SOD比自根苗低16.99 %，2个时期的差异均达极显著水平。

图2 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜茎粗的影响Fig.2 Effects of different rootstocks on stem thick of grafting melon

图3 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜叶面积的影响Fig.3 Effects of different rootstocks on leaf area of grafting melon

2.2.2 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜POD活性的影响由图5可知，厚皮甜瓜自根苗在整个生长过程中，POD活性呈上升趋势。苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期，“雪铁龙”嫁接苗POD活性分别比自根苗高20.31 %、22.14 %、17.33 %和17.99 %，差异均达极显著水平。苗期和伸蔓期，“短棒南瓜”POD活性均极显著低于自根苗。

图4 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜叶片SOD活性的影响Fig.4 Effects of different rootstocks on SOD activity of grafting melon leaves

图5 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜叶片POD活性的影响Fig.5 Effects of different rootstocks on POD activity of grafting melon leaves

图6 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜CAT活性的影响Fig.6 Effects of different rootstocks on CAT activity of grafting melon leaves

2.2.3 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜CAT活性的影响由图6可知，“雪铁龙”嫁接苗在苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期的CAT活性分别比自根苗高19.27 %、29.04 %、18.99 %和34.43 %，差异达极显著水平。苗期和伸蔓期中，“短棒南瓜”嫁接苗在的CAT活性分别比自根苗低25.99 %和42.65 %，差异极显著。

2.2.4 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜MDA含量的影响由图7可知，在整个生育周期中，“雪铁龙”嫁接苗的MDA含量均极显著低于自根苗，其在苗期、伸蔓期、授粉期和成熟期的MDA含量分别为自根苗的70.35 %、75.18 %、74.88 %和79.19 %。“短棒南瓜”嫁接苗苗期MDA含量为148.8 nmol·g-1，极显著低于自根苗，与“雪铁龙”嫁接苗差异不显著；伸蔓期MDA含量达274.66 nmol·g-1，是自根苗的1.64倍。

3 讨论

嫁接插接法完全切断了厚皮甜瓜接穗的根系，而接穗生长需要一定时间恢复，因此嫁接苗在苗期的茎长和叶面积都低于自根苗。本研究中，“雪铁龙”砧木和厚皮甜瓜接穗亲和性好，在伸蔓期、授粉期和成熟期的茎长、茎粗和叶面积均明显高于自根苗，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养分的能力[20]，促进甜瓜植株生长。该结果与董玉梅等[21]和孟凡鲁等[22]的研究结果一致。

嫁接后，若砧木和接穗完全愈合成为共生体并能长期生长和结实，则表示该组合是亲和的，否则是不亲和的[23]。有良好的嫁接亲和性却并不一定有良好的共生亲和性，在厚皮甜瓜砧木筛选中经常出现苗期亲和性强，定植后共生亲和性差的现象[6]。

图7 不同砧木嫁接对厚皮甜瓜MDA含量的影响Fig.7 Effects of different rootstocks on the content of MDA of grafting melon leaves

本研究发现“短棒南瓜”砧木嫁接厚皮甜瓜在与亲和性好的“雪铁龙”嫁接苗苗期生长无明显差异，但在伸蔓期很少长出新根，出现共生不亲和现象，厚皮甜瓜接穗早衰枯死。可能由于是接穗制造的营养物质不能很好地运输到根部[16]，影响根部吸收，从而造成根部生长缓慢，其具体原因有待进一步研究。

植物体内的SOD、POD和CAT等抗氧化酶类作为植物自身防御系统，可抵御外界的不良环境，缓解其对植物造成的伤害[10]。一些研究结果表明优良的嫁接砧木能显著提升植物抗性水平，使SOD、POD和CAT等抗氧活性酶的活性增强[24-26]，本研究发现亲和性好的“雪铁龙”嫁接苗各个生长时期的SOD、POD和CAT活性都高于自根苗，与上述研究结果一致；而嫁接不亲和砧木厚皮甜瓜苗期虽然生长情况较好，但叶片SOD、POD和CAT活性均低于实生苗，这与Aloni等[17]研究发现的不亲和南瓜砧木和甜瓜嫁接苗连接部位抗氧化性酶活性较低的结果类似。MDA是脂质过氧化产物之一，其含量高低反映了细胞膜脂质过氧化作用强弱和质膜破坏程度[27-28]。“雪铁龙”嫁接苗在不同时期的MDA含量都低于实生苗，这与赵依杰等[29]的研究结果相似。“短棒南瓜”嫁接苗在伸蔓期MDA含量较高，之后植株出现早衰死亡。本研究发现，虽然厚皮甜瓜共生不亲和砧木在苗期生长较好，但是植株体内的保护性酶含量较低，伸蔓期出现共生不亲和现象，质膜氧化程度升高，导致植株早衰并死亡。因此，可以通过苗期SOD、POD和CAT等保护性酶的活性来推断嫁接苗后期是否会出现共生不亲和现象。此后还需进一步开展共生不亲和砧木及不同接穗嫁接后苗期叶片SOD、POD和CAT等保护性酶的活性表现相关研究，为后续的推广工作提供更多参考依据。