南瓜砧木嫁接提高西瓜对低镁环境的适应性

黄 远 焦妍妍 陈晨 刘力 陆珍 孔秋生 程菲 别之龙

目的与意义： 镁（Mg）是一种重要的矿质元素，在植物的许多生理和生化过程中起着重要作用。然而，在全世界范围内，作物经常发生缺镁的问题。西瓜作为一种重要的园艺作物，经常遭受低镁的危害。本研究旨在分析是否可以通过合适的砧木嫁接，来改善低镁条件下西瓜的生长，并阐明其潜在的生理机制。

材料与方法： 以商业西瓜品种‘早佳为接穗，分别嫁接在西瓜（‘早佳）、葫芦（‘京欣砧1号）和南瓜（‘京欣砧4号）砧木上。3种不同的嫁接组合分别在2.0 mmol·L-1（正常）、0.4 mmol·L-1（中度胁迫）和0.04 mmol·L-1（重度胁迫）3种Mg2+浓度下培养;胁迫处理16 d后测定叶片光合参数、叶片抗氧化系统情况、各部位干重及离子含量。同时，对未嫁接的西瓜和南瓜分别用2.0 mmol·L-1和0.04 mmol·L-1处理12 d后，分析其根系的镁转运相关基因的表达。

结果与分析： （1）通过对不同处理的根茎叶及全株干重分析，发现与对照（2.0 mmol·L-1 Mg）相比，各嫁接组合在0.4 mmol·L-1 Mg胁迫下未表现出显著的生长抑制，而在0.04 mmol·L-1 Mg胁迫下各嫁接组合的干物質积累量则显著降低。与自嫁（西瓜/西瓜）和葫芦砧木相比，南瓜砧木在低镁胁迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下显著增加了接穗的生长，同时接穗叶片的坏死率也得到了显著性降低。（2）通过对不同嫁接组合的砧木和接穗中的离子含量分析，发现接穗和砧木中的Mg2+含量在不同嫁接组合和不同胁迫水平下发生显著变化;同时，在重度胁迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下，南瓜砧木嫁接植株中Mg2+含量显著高于自嫁（西瓜/西瓜）和葫芦砧木。因此判断南瓜砧木能够提高低镁胁迫下Mg2 +的吸收。与0.04 mmol·L-1 Mg下的西瓜自嫁相比，南瓜嫁接植株的根-茎Mg2+转运能力无显著差异。（3）根据BLAST对西瓜基因组数据库和南瓜转录组序列的搜索，在西瓜和南瓜中发现了5个镁转运基因。在0.04 mmol·L-1 Mg处理下，自根南瓜的根中MGT1、MGT3、MGT4、MGT5的相对表达水平明显高于2 mmol·L-1 Mg处理，而西瓜根中MGT3和MGT4的相对基因表达明显下调，MGT1、MGT5和MGT7不受影响。因此，推测镁转运蛋白基因MGT1，MGT3，MGT4和MGT5可能在南瓜根的较高Mg2+吸收中起重要作用。（4）根据叶片的光合参数进行分析，发现与2 mmol·L-1 Mg处理相比，0.4 mmol·L-1 Mg胁迫处理不影响嫁接组合的光合参数;而0.04 mmol·L-1 Mg处理显著降低了西瓜自嫁和葫芦砧木嫁接植株的叶绿素含量、PSII原初光能转化效率和光合速率，但南瓜砧木嫁接植株不受0.04 mmol·L-1 Mg处理的影响。（5）对叶片抗氧化系统进行分析，发现与2 mmol·L-1 Mg处理相比，0.4 mmol·L-1 Mg胁迫处理不影响丙二醛含量，而在0.04 mmol·L-1 Mg处理下，各嫁接组合丙二醛含量均显著增强，其中南瓜砧木的丙二醛含量最低;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性在不同水平的Mg处理下均发生显著变化，并且在0.04 mmol·L-1 Mg处理下，南瓜砧木的各参数含量均显著高于自嫁和葫芦砧木。因此，南瓜砧木能够提高重度低镁胁迫下西瓜接穗的抗氧化能力。

结    论：本研究结果为低Mg胁迫下南瓜砧木“京欣砧4号”嫁接促进西瓜生长提供了有力的证据。南瓜砧木能够提高嫁接苗根系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长的主要原因。