雙斷根嫁接對(duì)甜瓜幼苗低溫適應(yīng)性的影響

黃遠(yuǎn) 張朝霞 程菲 孔秋生 別之龍

甜瓜是一種重要的園藝作物，中國(guó)是甜瓜生產(chǎn)和消費(fèi)第一大國(guó)。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為甜瓜起源于亞洲和非洲的熱帶地區(qū)，遺傳特性決定了甜瓜喜溫不耐寒的特點(diǎn)，苗期是甜瓜對(duì)溫度最敏感、對(duì)產(chǎn)量影響最大的時(shí)期之一。甜瓜早春設(shè)施栽培中經(jīng)常面臨低溫逆境，因此，提高甜瓜幼苗對(duì)低溫的適應(yīng)性、減輕冷害的影響是甜瓜設(shè)施栽培中亟待解決的突出問(wèn)題。

嫁接是甜瓜生產(chǎn)中廣泛使用的一種栽培技術(shù)，能顯著提高植株對(duì)土傳病害和各種非生物脅迫的抗性。目前，甜瓜嫁接生產(chǎn)中使用最廣泛的是插接法和雙斷根嫁接法，雙斷根嫁接是在插接的基礎(chǔ)上去掉砧木老根系，在嫁接愈合的同時(shí)誘導(dǎo)砧木產(chǎn)生新根系的嫁接方法[1]。研究表明，不同的嫁接方法對(duì)黃瓜幼苗的耐低溫性有顯著影響，雙斷根嫁接苗較插接苗的低溫適應(yīng)性更強(qiáng)[2]。然而，目前在甜瓜上尚無(wú)相關(guān)的研究。通過(guò)比較甜瓜插接和雙斷根嫁接苗對(duì)低溫處理的響應(yīng)，探討雙斷根嫁接對(duì)甜瓜幼苗低溫適應(yīng)性的影響和生理機(jī)制，以期為甜瓜雙斷根嫁接育苗技術(shù)在早春設(shè)施栽培中的推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)

材料培養(yǎng)、生長(zhǎng)和生理參數(shù)的測(cè)定于2011年10月到2012年3月在園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

以甜瓜品種伊麗莎白239（Cucumis melo L.）、南瓜砧木品種小拳王（Cucurbita maxima × Cucurbita moschata）為材料，分別由國(guó)家蔬菜工程技術(shù)研究中心和河北唐山恒豐種業(yè)有限公司提供。

1.3 嫁接及低溫處理

砧木和接穗種子經(jīng)55℃溫湯浸種后于30℃恒溫催芽，發(fā)芽后分別播種于50孔和72孔穴盤(pán)中。2011年10月1日伊麗莎白239甜瓜自嫁砧木種子播種，10月6日小拳王南瓜砧木種子播種，10月10日播種伊麗莎白239甜瓜接穗苗，10月14日進(jìn)行嫁接。采用插接（僅去掉接穗的根系）和雙斷根嫁接（接穗和砧木的根系均去掉）2種方法進(jìn)行嫁接，共得到4種嫁接材料（接穗/砧木），分別為E/E（伊麗莎白/伊麗莎白）插接苗；E/E（伊麗莎白/伊麗莎白）雙斷根嫁接苗；E/X（伊麗莎白/小拳王）插接苗；E/X（伊麗莎白/小拳王）雙斷根嫁接苗。11月17日待幼苗3葉1心時(shí)，將其移入人工氣候箱（P1500GS-B型，武漢瑞華儀器設(shè)備有限責(zé)任公司）中，在晝夜溫25℃/20℃、光周期12 h、濕度75%條件下適應(yīng)2 d后，分別進(jìn)行常溫（25℃/20℃）和低溫（10℃/5℃）處理，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)36株。低溫處理后每天統(tǒng)計(jì)嫁接苗的冷害指數(shù)，共統(tǒng)計(jì)7次。低溫處理7 d后，測(cè)定嫁接苗的形態(tài)和生理參數(shù)。

1.4 測(cè)定方法

①冷害指數(shù) 參照Semeniuk[3]的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)幼苗進(jìn)行分級(jí)，0級(jí)：生長(zhǎng)正常，未受冷害；1級(jí)：僅少數(shù)葉片邊緣有輕度的皺縮萎蔫；2級(jí)：半數(shù)以下的葉片萎蔫死亡；3級(jí)：半數(shù)以上的葉片萎蔫死亡；4級(jí)：植株全部死亡。冷害指數(shù)=（1×S1+2×S2+3×S3+4×S4+0×S0）/（低溫處理總株數(shù)×4），式中S為相應(yīng)冷害級(jí)的苗數(shù)。

②植株生長(zhǎng) 每處理取18株苗（每重復(fù)6株），用去離子水將植株根部和葉片清洗干凈。用米尺測(cè)定株高，游標(biāo)卡尺測(cè)量嫁接部位以上1 cm處莖粗，剪下葉片測(cè)定葉面積（LI-3100C）。將植株從嫁接部位切斷，分成地上部和根系兩部分，分別裝袋并放入烘箱以105℃殺青15 min，70℃烘干至恒質(zhì)量，用電子分析天平分別測(cè)定地上部及根系干質(zhì)量。

③生理參數(shù) 參考李合生[4]的方法，根系活力采用TTC染色法測(cè)定，葉綠素（a+b）含量采用乙醇提取后進(jìn)行測(cè)定。丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行[5]。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定參照Meloni等[6]的方法。采用原子吸收分光光度計(jì)法（Varian spectra AA 220）測(cè)定葉片Mn、Cu和Zn的含量。其中，葉片Mn、Cu和Zn含量測(cè)定的是干樣中的含量，其余含量測(cè)定的是鮮樣中的含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003 軟件進(jìn)行作圖和分析，SAS 8.0軟件進(jìn)行顯著性分析（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 冷害指數(shù)和生長(zhǎng)

如圖1所示，隨著低溫處理時(shí)間延長(zhǎng)，甜瓜不同嫁接苗的冷害癥狀加劇，低溫處理第7天時(shí)，E/E插接苗葉片冷害癥狀最嚴(yán)重。與E/E插接苗比較，E/E雙斷根嫁接苗明顯緩解了低溫對(duì)甜瓜的傷害。E/X雙斷根嫁接苗冷害指數(shù)明顯低于E/X插接苗。除E/X雙斷根嫁接苗外，與正常溫度（25℃/20℃）比較，低溫（10℃/5℃）處理顯著降低了甜瓜嫁接苗的株高、莖粗、葉面積、地上部和根系干質(zhì)量。不同嫁接方法相比，雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗的生長(zhǎng)受低溫抑制程度小于插接法嫁接的甜瓜幼苗（表1）。

2.2 葉綠素含量和根系活力

如圖2所示，除E/X雙斷根嫁接苗外，與正常溫度處理（25℃/20℃）比較，低溫（10℃/5℃）處理顯著降低甜瓜嫁接苗的葉綠素含量和根系活力，E/E插接苗葉綠素含量和根系活力下降幅度最大，達(dá)到38.50%和52.85%。不同嫁接方法相比，嫁接組合中雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗的葉綠素含量和根系活力高于插接法嫁接的甜瓜幼苗。

2.3 SOD活性和MDA含量

正常溫度（25℃/20℃）處理下，甜瓜不同嫁接苗葉片中SOD活性無(wú)顯著差異，低溫（10℃/5℃）處理下除E/E插接苗葉片中SOD活性增加幅度較小外，其他嫁接苗葉片SOD活性顯著增加（圖3）。E/X雙斷根嫁接苗葉片中SOD活性上升幅度顯著大于 E/E雙斷根嫁接苗和E/X插接苗，不同嫁接方法相比，雙斷根嫁接苗葉片中SOD活性顯著高于插接苗。正常溫度下，雙斷根嫁接苗根系中SOD活性高于插接苗，但無(wú)顯著性差異。低溫處理后，雙斷根嫁接苗根系中SOD活性顯著上升，而插接苗根系中SOD活性上升幅度較小，與正常溫度處理比較差異不顯著。除E/X雙斷根嫁接苗根系外，與正常溫度相比，低溫處理顯著增加了葉片和根系中MDA的含量。不同嫁接方法的甜瓜幼苗相比，雙斷根嫁接苗葉片中MDA的含量增加幅度明顯低于插接苗。

2.4 葉片Cu、Zn、Mn含量

正常溫度（25℃/20℃）處理下，甜瓜不同嫁接苗葉片中Cu、Zn含量差異不顯著，雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗葉片Mn含量顯著高于以插接法嫁接的甜瓜幼苗（表2）。低溫處理下（10℃/5℃），甜瓜不同嫁接苗Cu、Zn、Mn含量呈下降趨勢(shì)，雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗葉片Cu、Mn含量顯著高于插接法嫁接的甜瓜幼苗，Zn含量無(wú)顯著差異。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與甜瓜自嫁苗比較，砧木嫁接顯著增加了甜瓜的耐低溫性，與前人研究類(lèi)似[7～9]。本研究從冷害指數(shù)和植株生長(zhǎng)參數(shù)方面證明雙斷根嫁接顯著增加甜瓜的低溫適應(yīng)性，與韓曉燕等[2]在黃瓜上的研究結(jié)果一致，其研究發(fā)現(xiàn)與常溫處理相比，低溫脅迫下津春2號(hào)自根苗和黑籽南瓜嫁接苗均受到不同程度傷害，但低溫脅迫下嫁接苗受到的傷害顯著低于自根苗，其中斷根嫁接苗表現(xiàn)最好。

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要物質(zhì)，其含量的高低在某種程度上與光合作用效能高低相關(guān)，因此，可以用植物體內(nèi)葉綠素含量變化反映其生長(zhǎng)狀態(tài)。本研究中，低溫脅迫顯著降低了甜瓜葉綠素含量，表明植物的光合作用受到了不良影響，這與呂星光等[8]的研究結(jié)果類(lèi)似。低溫下甜瓜葉片的葉綠素含量降低可能與葉綠素降解加劇而合成能力降低有關(guān)。植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根系活力直接影響地上部的營(yíng)養(yǎng)狀況，且與植物抗逆性有密切關(guān)系[7]。低溫脅迫后甜瓜嫁接苗的根系活力顯著低于正常溫度條件下的，說(shuō)明低溫脅迫已對(duì)根系的自身調(diào)節(jié)產(chǎn)生抑制，導(dǎo)致根系活力下降。雙斷根嫁接甜瓜幼苗較強(qiáng)的耐低溫適應(yīng)性與其具有較高的葉綠素含量和根系活力有關(guān)。

低溫等逆境條件下，植物細(xì)胞中活性氧產(chǎn)生及清除的平衡被破壞，自由基積累導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)首先遭受傷害，造成膜脂過(guò)氧化，膜結(jié)構(gòu)被破壞[10]。MDA是膜脂過(guò)氧化分解的主要產(chǎn)物，常用來(lái)表示細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，同時(shí)反映植物遭受逆境脅迫的程度大小[7]。植物本身對(duì)活性氧的傷害有精細(xì)而復(fù)雜的防御體系，即內(nèi)源性保護(hù)酶促清除系統(tǒng)，以保護(hù)細(xì)胞的正常功能。SOD是植物在逆境脅迫下清除體內(nèi)活性氧的關(guān)鍵酶，其活性與植物的抗逆性有重要的關(guān)系[11]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，低溫處理下雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗葉片中SOD活性顯著高于插接法嫁接的甜瓜幼苗，雙斷根嫁接進(jìn)一步減少了低溫對(duì)甜瓜幼苗細(xì)胞造成的氧化傷害和膜脂過(guò)氧化物質(zhì)MDA的積累，提高甜瓜幼苗的耐低溫性。Cu和Mn是SOD同工酶的輔基，植物體內(nèi)Cu和Mn濃度增加可增強(qiáng)SOD活性[12]。本研究中雙斷根嫁接法嫁接的甜瓜幼苗葉片中Cu和Mn含量高于插接法嫁接的甜瓜幼苗。因此，低溫脅迫下雙斷根嫁接甜瓜幼苗較強(qiáng)的SOD活性與其較高的Cu和Mn含量有關(guān)。

綜上所述，低溫處理顯著抑制了甜瓜苗的生長(zhǎng)，降低了植株的根系活力，影響了根系對(duì)Cu、Zn和Mn的吸收，葉綠素含量下降，氧化傷害加劇。然而，低溫處理下雙斷根嫁接能顯著增加甜瓜葉綠素含量，提高根系對(duì)Cu和Mn的吸收，增強(qiáng)抗氧化酶SOD活性和根系活力，從而提高甜瓜對(duì)低溫的適應(yīng)性。雙斷根嫁接操作方便、嫁接速度快，因此是甜瓜早春設(shè)施栽培中值得推廣的一種嫁接育苗方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 許勇，宮國(guó)義，劉國(guó)棟，等.西瓜嫁接新技術(shù)——雙斷根嫁接法[J].中國(guó)西瓜甜瓜，2002（4）：33-34.

[2] 韓曉燕，別之龍.不同溫度處理對(duì)嫁接黃瓜幼苗生理特性的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24（增刊2）：219-224.

[3] Semeniuk P， Moline H E， Abbott J A. A comparison of the effects of ABA and an antitranspirant on chilling injury of coleus， cucumbers， and dieffenbachia[J]. J Am Soc Hortic Sci， 1986， 111： 866-868.

[4] 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5] Sudhakar C， Lakshmi A， Giridarakumar S. Changes in the antioxidant enzyme efficacy in two high yielding genotypes of mulberry （Morus alba L.） under NaCl salinity [J]. Plant Sci， 2001， 161： 613-619.

[6] Meloni D A， Oliva M A， Martinez C A， et al. Photosynthesis and activity of superoxide dismutase， peroxidase and glutathione reductase in cotton under salt stress [J]. Environ Exp Bot， 2003， 49： 69-76.

[7] 呂星光，周夢(mèng)迪，李敏.低溫脅迫對(duì)甜瓜嫁接苗和自根苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[J].中國(guó)蔬菜，2016（5）：53-57.

[8] 呂星光，周夢(mèng)迪，李敏.低溫脅迫對(duì)甜瓜嫁接苗及自根苗光合及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊慬J].植物生理學(xué)報(bào)，2016，52 （3）：334-342.

[9] 董玉梅，焦自高，王崇啟，等.低溫弱光脅迫對(duì)網(wǎng)紋甜瓜嫁接苗與自根苗某些物質(zhì)含量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，36（1）：67-69.

[10] Suzuki N， Koussevitzky S， Mittler R O N， et al. ROS and redox signalling in the response of plants to abiotic stress [J]. Plant Cell Environ， 2012， 35（2）： 259-270.

[11] Alscher R G， Erturk N， Health L S. Role of superoxide dismutases （SODs） in controlling oxidative stress in plants [J]. J Exp Bot， 2002， 53： 1 331-1 341.

[12] 李濤，于賢昌.Cu2+，Zn2+和Mn2+對(duì)冷脅迫下嫁接黃瓜幼苗葉片提取液SOD活性的影響[J].園藝學(xué)報(bào)，2007，34（4）：895-900.