邻苯二甲酸对不同砧木西瓜嫁接苗根系生理特性及矿物质含量的影响

肖家昶，雷凤芸，肖龙仲，郑开敏，马俊英，贺茂林，蒋程瑶，郑阳霞

(1.四川农业大学 园艺学院，成都 611130；2.成都市农林科学院，成都 611130；3.雷波县教育体育和科学技术局，四川雷波 615000)

化感作用是植物将产生的化学物质释放在环境中而对其他植物产生毒害作用。自毒作用是化感作用的一种特殊形式，且与连作障碍密切相关[1]。目前研究表明，黄瓜、番茄、苦瓜等根系分泌物中均含有抑制植物生长的自毒物质[2-4]，由于农业种植结构趋于规模化和专业化，使蔬菜种植连作障碍日趋严重，制约产业的发展[5]。

西瓜[Citrulluslanatus(Thunb.) Matsum.et Nakai]属葫芦科1 a生草本植物，在全世界广泛种植。而中国的西瓜种植面积、产量和消费量均居世界第一[6]。西瓜具有很强的自毒作用，西瓜活体或残体释放次生代谢物质对自身造成连作障碍。西瓜根系分泌物会抑制种子萌发、幼苗生长及体内相关酶活性[7]。郑阳霞等[8]前期在西瓜根系分泌物中鉴定得出脂肪酸酯是一种潜在的化感物质，并得出低浓度的邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)对西瓜幼苗的生长有一定的促进作用，但当浓度过高时，会抑制西瓜幼苗的生长[9]。且在玉米、燕麦和生菜中邻苯二甲酸对种子萌发的化感作用存在与西瓜幼苗生长相同的作用，但不同作物对邻苯二甲酸胁迫的适应程度存在差异[10-12]。

嫁接作为一种广泛使用的农艺技术，通过嫁接西瓜改变西瓜根系及周围生态系统环境从而克服西瓜连作障碍并增加产量[13]。此外，嫁接通过提高咖啡抗氧化酶的活性来促进茄子生长，改善土壤生化特性，降低对黄瓜植株光合系统的损伤，从而减轻化感物质对蔬菜造成的损伤[14-16]。而化感物质邻苯二甲酸对自根西瓜和不同砧木嫁接西瓜根系生理特性以及矿质元素含量的影响目前还未取得进展。因此，本试验以‘早佳84-24’西瓜为接穗，以‘京欣砧’‘砧秋’‘日本雪松’和‘酒砧一号’作为砧木，研究DIBP和DOP两种脂肪酸酯对嫁接西瓜根系生理特性及矿质元素含量的影响，为深入探讨嫁接缓解西瓜连作障碍提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试西瓜品种(Citrulluslanatus)为市售‘早佳84-24’， 砧木为葫芦(Lagenariasiceraria)品种 ‘京欣砧’和‘砧秋’，南瓜品种(Cucurbitamoschata)为‘日本雪松’和‘酒砧一号’，共4种砧木。

供试试剂为邻苯二甲酸二异丁酯(DIBP，C16H22O4，分析纯，国药)，邻苯二甲酸二辛酯(DOP，C24H38O4，分析纯，国药)。

1.2 试验设计

挑选大小均匀一致、健康饱满的西瓜种子，100倍福尔马林溶液浸种30 min，蒸馏水冲洗干净后。将种子放入恒温培养箱中恒温(30 ℃)催芽。西瓜种子比葫芦种子提前1 d催芽，南瓜种子比葫芦种子晚1 d催芽。待种子露白后，将种子播至盛有基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩体积比为 2∶1 ∶1)的72孔穴盘中，将砧木种子播种至盛有基质(草炭∶蛭石∶珍珠岩体积比为2∶1∶1)的营养钵中，种子出土后，用1/3 Hoagland营养液浇灌，子叶展平时采用贴接法嫁接。以西瓜自根苗为对照，待接穗长至一叶一心时，开始向根周围浇灌处理液(以1/3 Hoagland营养液为溶剂，分别添加DIBP和DOP配制成浓度为 4 mmol·L-1的溶液)，共10个处理(表1)，每处理30株，每株20 mL，每3 d处理一次，培养 15 d后进行指标测定，每处理3次生物学重复。

表1 试验设计及处理Table 1 Experimental design and treatment

1.3 测定方法

根长用直尺测定；生理指标参考植物生理学实验指导[17]：西瓜完整根系脱氢酶活性用TTC法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑(NBT)法测定；过氧化物酶(POD)活性用愈创木酚法测定；过氧化氢酶(CAT)活性用紫外分光光度计法测定；丙二醛(MDA)含量用硫代巴比妥酸(TBA)法测定；可溶性蛋白质含量用考马斯亮蓝G-250法测定；硝酸还原酶活性用离体法测定。

将西瓜完整根系烘干粉碎进行元素测定。K、Ca、Mg、Fe、Zn、Cu元素含量测定：称取0.5 g样品置于锥形瓶中，加入4 mL高氯酸和16 mL硝酸，用保鲜膜封口过夜，在电热板上加热消煮定容后，用原子吸收分光光度计测定。P元素测定：称取0.5 g样品用10 mL H2SO4封口过夜，适当添加H2O2加热消煮，过滤定容，备用，采用钒钼黄比色法测定[18]。

1.4 统计分析

利用Microsoft Excel 2016软件整理试验数据并作图，用SPSS 20.0进行统计分析。所得数据进行单因素方差分析(ANOVA) 并以P< 0.05为标准，用Duncan’s法进行差异显著性检验，图表中数据均为“平均值±标准差”。

2 结果与分析

2.1 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根长的影响

由图1可知，不同砧木嫁接经4 mmol·L-1DIBP和4 mmol·L-1DOP分别处理后使西瓜苗具有砧木根系的生长特性。8种嫁接苗的根长较BPCK均有显著提高，其中BP日和BP酒嫁接苗根长较BPCK显著提高142.07%和94.21%。说明嫁接可以缓解化感物质抑制根系生长，且南瓜砧木受DIBP和DOP的生长抑制小于葫芦嫁接苗。

同一品种不同处理间小写字母不同表示两者差异达显著水平(P<0.05) 。下同

2.2 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系脱氢酶活性的影响

由图2可知，在4 mmol·L-1DIBP处理下，嫁接西瓜苗BP京、BP砧和BP酒的根系脱氢酶活性高于BPCK，而BP日的根系脱氢酶活性低于BPCK。在4 mmol·L-1的DOP处理下，OP京和OP砧的嫁接苗根系脱氢酶活性均高于OPCK，而OP日和OP酒嫁接苗的根系脱氢酶活性显著低于OPCK。说明脂肪酸酯处理下葫芦砧木具有较强的脱氢酶活性，其中‘京欣砧’嫁接苗脱氢酶活性最强 。

图2 DIBP和 DOP处理下嫁接西瓜根系脱氢酶活性Fig.2 Root dehydrogenase activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.3 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系抗氧化酶活性的影响

由表2可知，经4 mmol·L-1DIBP处理不同砧木西瓜嫁接苗可以提高其根系抗氧化酶活性。4种嫁接西瓜的SOD、POD以及CAT活性较BPCK均有所提高，其中POD活性表现出较高的水平。在4 mmol·L-1DOP处理后葫芦砧木(OP京和OP砧)的3种酶活性均高于OPCK，南瓜砧木(OP日和OP酒)仅POD活性高于OPCK，SOD和CAT较OPCK均无显著差异。说明嫁接可以通过增加抗氧化酶活性来缓解化感作用，且葫芦砧木对邻苯二甲酸的耐受性强于南瓜砧木。

表2 DIBP和 DOP处理下嫁接西瓜根系抗氧化酶活性Table 2 Antioxidant enzyme activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.4 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系MDA含量的影响

根据图3可知，在4 mmol·L-1DIBP和4 mmol·L-1DOP处理下，8种砧木嫁接苗根系中MDA含量较BPCK均显著降低，葫芦砧木较南瓜砧木MDA含量更低，葫芦砧木OP京和OP砧MDA含量较低，较OPCK显著降低93.56%和93.34%。说明邻苯二甲酸处理下葫芦和南瓜砧木的质膜过氧化程度较自根苗均显著降低，其中葫芦砧木的质膜氧化程度低于南瓜砧木。

图3 DIBP和DOP处理下嫁接西瓜根系MDA含量Fig.3 MDA content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.5 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系可溶性蛋白质含量的影响

由图4可知，在4 mmol·L-1DIBP处理下，BP京和BP酒的可溶性蛋白质含量分别显著高BPCK 26.31%和12.66%。4 mmol·L-1DOP处理后，4种砧木可溶性蛋白质含量均高于自根西瓜，其中OP京、OP砧和OP酒较OPCK显著高75.16%、44.25%和43.44%。说明邻苯二甲酸处理下不同砧木的可溶性蛋白质含量不同，其中‘京欣砧’和‘酒砧1号’作砧木可以显著提高可溶性蛋白质含量。

图4 DIBP和DOP处理下不同砧木嫁接西瓜根系可溶性蛋白质含量Fig.4 Soluble protein content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.6 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系硝酸还原酶活性的影响

由图5可知，4 mmol·L-1DIBP处理下4种砧木的硝酸还原酶活性均高于BPCK，其中葫芦砧木(BP京和BP砧)的硝酸还原酶活性较BPCK显著上升，而南瓜砧木(BP日和BP酒)无显著差异。4 mmol·L-1DOP处理下，OP京、OP砧和OP酒的硝酸还原酶活性较OPCK显著上升，分别高96.44%、31.94%和24.18%。说明不同砧木嫁接苗可以促进邻苯二甲酸处理下根系硝酸还原酶活性的提高。

图5 DIBP和DOP处理下不同砧木嫁接西瓜根系硝酸还原酶活性Fig.5 NR activity of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP

2.7 邻苯二甲酸对不同砧木嫁接西瓜根系矿质元素含量的影响

由表3可知，在化感物质DIBP和DOP处理下，经不同的砧木嫁接可以改变西瓜根系矿质元素的含量，其变化程度与化感物质种类和嫁接砧木类型相关。在4 mmol·L-1DIBP处理，与BPCK相比，4种砧木均显著促进根系对磷和钾元素的吸收，而抑制根系对铁、铜和锌元素的吸收，BP京和BP砧促进根系对钙元素、镁元素的吸收， BP酒仅促进根系对镁元素的吸收。 4 mmol·L-1DOP处理下，与OPCK相比，4种砧木均显著促进根系对磷和镁元素的吸收，抑制根系对钙、铁和锌元素的吸收。其中，OP砧、OP日和OP酒促进根系对钾元素的吸收，OP日和OP酒促进根系对铜元素的吸收，OP京和OP砧抑制根系对铜元素的吸收。说明邻苯二甲酸影响自根苗和嫁接苗对元素吸收积累，嫁接苗可以促进根系对大量中量元素(磷、钾、钙和镁)的积累，而抑制对微量元素(铁、铜和锌)的吸收。

表3 DIBP和DOP处理下嫁接西瓜根系矿质元素含量Table 3 Mineral element content of grafted watermelon roots under treatments of DIBP and DOP mg·g-1

3 讨 论

西瓜是受连作障碍影响最为严重的作物之一，由化感物质引起的自毒作用是造成连作障碍最主要原因之一。研究表明，不同的化感物质会抑制西瓜种子萌发及幼苗生长[19]，而嫁接可以在一定程度上缓解自毒物质的抑制作用[20]。嫁接换根改变西瓜植株根系分泌物的化感效应，克服部分连作障碍，适宜的嫁接砧木可使植株生长健壮，提高西瓜产量[21]。本试验表明，4种砧木嫁接均能够有效缓解脂肪酸酯给西瓜根系生长带来的不良影响，其中葫芦砧木还可以提高根系生长，这与前人研究结果一致。

4 结 论

总的来说，在4 mmol·L-1DIBP和DOP的处理下，西瓜经嫁接换根后，显著提高了西瓜根系POD活性，降低根系细胞的氧化损伤，而嫁接西瓜根系中脱氢酶活性、SOD活性、CAT活性、可溶性蛋白质含量、硝酸还原酶活性以及矿质元素的吸收特性因砧木类型和品种的不同存在差异，葫芦砧木嫁接苗对化感物质的抗性明显优于南瓜砧木，其中‘京欣砧’做砧木表现最优。