嫁接對茄子耐冷性的影響

劉益勇，周亞東，申 磊，趙恩鵬，楊 旭 (揚州大學園藝與植物保護學院，江蘇揚州 225009)

茄子(L.)適宜生長溫度為22～30 ℃，當溫度低于10 ℃時便會出現(xiàn)冷害癥狀，對茄子生產(chǎn)造成很大危害，低溫脅迫作為主要的非生物脅迫之一，在蔬菜作物栽培中頻頻發(fā)生，嚴重影響了蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量。低溫脅迫不但在露地栽培時常發(fā)生，甚至在設施栽培中有時也不可避免，尤其是在我國北方蔬菜生產(chǎn)方面尤其嚴重。張紅梅等用15 ℃的低溫開展黃瓜發(fā)芽試驗，結(jié)果顯示耐低溫能力強的品種發(fā)芽能力強，弱的品種發(fā)芽能力弱。王麗萍等研究發(fā)現(xiàn)，溫度過低對辣椒的整個株型、葉片和根系都有影響。周艷虹等證實低溫脅迫后黃瓜的葉片生長指數(shù)基本不變，生長緩慢。姜晶等則得出番茄苗期經(jīng)晚上低溫脅迫處理后，坐果率降低，畸形果數(shù)量增加。于龍鳳等研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫可以對植物的整個生育期造成有害影響，其對植物的損害程度取決于低溫處理的溫度和低溫處理持續(xù)時間，但對不同物種所造成的傷害不同。于文穎等對2個不同玉米品種進行低溫脅迫處理，發(fā)現(xiàn)低溫脅迫使玉米生長緩慢，導致玉米品質(zhì)和產(chǎn)量降低。任飛虹對茄類和瓜類嫁接與耐低溫的關(guān)系進行總結(jié)，認為嫁接苗的細胞膜系統(tǒng)較穩(wěn)定，光合速率呈平穩(wěn)變化，呼吸速率呈上升狀態(tài)，使得嫁接苗具有較強的抗低溫基礎(chǔ)；嫁接苗葉片中MDA積累量均小于自根苗；并隨著低溫脅迫游離脯氨酸(Pro)大量積累，有利于植物耐低溫性的提高。張圣平等在研究低溫脅迫對以野生黃瓜(棘瓜)為砧木的黃瓜嫁接苗生理生化指標的影響時發(fā)現(xiàn)嫁接苗的SOD、POD、CAT活性始終高于自根苗，且以棘瓜為砧木的嫁接苗總體上高于以黑籽南瓜為砧木的嫁接苗，表明以棘瓜為砧木的嫁接苗在低溫下具有更強的細胞膜保護能力。劉慧英等以自根苗為對照，研究了不同砧木對嫁接苗耐低溫性的影響及生理機制，結(jié)果表明，與自根苗相比嫁接苗的耐低溫性有明顯提高。筆者以耐低溫材料“喀西茄”和低溫敏感型材料“荷包茄”為試驗材料，采用嫁接方式，進行一系列試驗，驗證了喀西茄作砧木能在實際生產(chǎn)中提高接穗耐冷性，以期為茄子優(yōu)質(zhì)高效栽培提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

根據(jù)實驗室前期對茄子材料進行的耐低溫性綜合評價，選用耐低溫脅迫能力弱的品種栽培茄“荷包茄”與能力強的野生品種“喀西茄”為對象，二者均保存于揚州大學園藝植物保護學院園藝分子育種課題組，于2020年春季栽植于揚州大學實驗苗圃基地。

95%乙醇、石英砂、碳酸鈣粉、0.2 mol/L pH 7.8磷酸緩沖液、0.1 mol/L HO、蒽酮乙酸乙酯、濃硫酸、三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸(TBA)、NaCl溶液。

選取飽滿的茄子種子進行催芽播種，放于大棚中培養(yǎng)。待茄子長到4葉1心時，選取長勢一致的幼苗進行嫁接處理。將幼苗分成2組：第一組以“喀西茄”為砧木，“荷包茄”為接穗(處理組)；第二組以“荷包茄”為接穗，“荷包茄”為砧木使其與自我嫁接(對照組)。確保嫁接成活后于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)進行低溫處理(1 ℃)。分別在低溫處理后第0、1、2、3、4、5天隨機選取各處理葉片進行過氧化氫酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量和葉綠素含量的測定，每個處理設置3次生物學重復。

嫁接前要進行煉苗，并對砧木苗及接穗苗噴一次500倍的百菌清，嫁接選擇晴朗的天氣，在避陰條件下進行。刀片選用鋒利的新刀片，保證所削斜面平滑，刀片及嫁接夾使用前用75%的乙醇消毒。

當砧木長到4～6片真葉，接穗長到4～5片真葉時，采用劈接法嫁接，在砧木高4 cm處平切掉上部，保留1～2片真葉，不能過高或過矮，否則影響成活。砧木苗嫁接前適當控水，以防嫁接時胚軸脆嫩劈裂。嫁接后澆透水，放在培養(yǎng)箱內(nèi)無光管理，注意不要把水澆到切口以上，以防染病。

嫁接后要高溫高濕促進傷口愈合。一般嫁接后9～10 d為愈合期，是提高嫁接成活率的關(guān)鍵時期，在此期間需加強溫度、濕度和光照管理。起初幾天內(nèi)要求遮光，白天25～28 ℃、夜間18～20 ℃，濕度為90%～95%。確認成活后可恢復正常光照，逐漸降低溫度、濕度，白天23～26 ℃、夜間17～20 ℃，濕度70%～80%。緩苗結(jié)束后，轉(zhuǎn)入正常茄子栽培管理。

冷害指數(shù)的計算參照《茄子種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范》，按冷害分級標準(表1)進行評定：0,植株生長正常，無任何受凍癥狀;1,1～2片葉邊緣有輕度的皺縮萎蔫，面積20%～30%;2,4片葉受凍，其中1～2片葉受凍面積>50%;3,3～4片葉受凍，其中 3 片葉受凍面積>50%;4,植株各葉片普遍受凍，其中3～4片葉受凍面積>50%;5,全株受凍死亡或接近死亡。

葉綠素含量。取茄子幼苗葉片制成葉綠體色素提取液，根據(jù)葉綠體色素提取液對可見光譜的吸收，利用分光光度計以95%乙醇為空白對照，分別在波長665、649、470 nm下測定吸光度，然后計算出相應色素含量。

CAT活性。用紫外吸收法測定CAT活性。利用HO在240 nm波長下有強烈的吸光效果，而過氧化氫酶能分解過氧化氫，可以讓反應溶液吸光度隨反應時間持續(xù)而降低。根據(jù)吸光度的變化速度可以測出CAT的活性。

MDA含量。用硫代巴比妥酸法測定MDA的含量。利用MDA在高溫、酸性條件下與硫代巴比妥酸反應，形成在532 nm波長處有最大光吸收的有色三甲基復合物，利用其吸光系數(shù)是155 mmol/(L·cm)，且在600 nm波長處有最小光吸收來計算MDA的含量。

可溶性糖含量。用惠酮比色法測定可溶性糖含量。糖在濃硫酸的作用下，經(jīng)過脫水反應生成糠醛或羥甲基糠醛，二者均可與蒽酮反應生成藍綠色糠醛衍生物，在一定范圍內(nèi)，糖的含量與顏色的深淺成正比，由此可計算出可溶性糖含量。

電導率。用電導儀法測定電導率。用電導儀分別測定在20～25 ℃恒溫下和煮沸后冷卻至恒溫的測定溶液的電導率，然后計算出低溫脅迫下茄子幼苗的相對電導率。

數(shù)據(jù)整理采用Excel 2016，繪圖使用SigmaPlot 12.5，方差分析采用DPS v18.10。

2 結(jié)果與分析

目前，嫁接是一種生產(chǎn)上快速提高蔬菜抗病抗逆能力的策略。為了探究是否可以通過嫁接低溫脅迫耐受能力強的“喀西茄”來提高“荷包茄”對低溫脅迫的耐受能力，以“喀西茄”為砧木、“荷包茄”為接穗進行嫁接；同時以“荷包茄”為砧木、“荷包茄”為接穗進行自我嫁接作為對照組，以排除嫁接手段因素造成的試驗誤差，每組處理設置3個生物學重復(圖1)。通過對嫁接成功后的植株進行1 ℃的低溫脅迫處理5 d后，發(fā)現(xiàn)“荷包茄”自我嫁接植株的葉片出現(xiàn)較為明顯的萎蔫癥狀，而“荷包茄”嫁接“喀西茄”的植株葉片出現(xiàn)較輕微的葉片萎蔫癥狀(圖2a)。冷害指數(shù)統(tǒng)計結(jié)果顯示，以“喀西茄”作為砧木嫁接“荷包茄”接穗的植株葉片耐低溫脅迫能力高于“荷包茄”自我嫁接植株的葉片(圖2b)。表明以“喀西茄”為砧木進行嫁接可以在一定程度上提高“荷包茄”的低溫脅迫耐受能力。

圖1 嫁接操作Fig.1 Grafting operation

注：*表示差異顯著(P<0.05)Note:* indicated significant difference at 0.05 level圖2 嫁接植株低溫脅迫(1 ℃)處理5 d時的表型和冷害指數(shù)Fig.2 Phenotype and chilling injury index of grafted plants under low temperature stress (1 ℃) for 5 days

為了進一步驗證上述結(jié)果，在低溫脅迫處理下，對嫁接后上述2種植株接穗葉片中的葉綠素a、葉綠素b、可溶性糖和丙二醛的含量以及過氧化氫酶活性、電導率進行測定，每組設置3個生物學重復。結(jié)果顯示，低溫脅迫處理下的處理組和對照組植株葉片中的葉綠素a、葉綠素b含量均呈下降趨勢，但處理組植株葉片中的葉綠素a、葉綠素b含量均高于“荷包茄”自我嫁接的植株，并分別呈極顯著差異、顯著差異(圖3)，在處理5 d后接穗葉片葉綠素a、b含量比對照組分別高約72%、100%。

注：*表示差異顯著(P<0.05);**表示差異極顯著(P<0.01)Note:* indicated significant difference at 0.05 level;** indicated extremely significant difference at 0.01 level圖3 低溫脅迫(1 ℃)處理下葉綠素a(a)和葉綠素b(b)的含量Fig.3 Chlorophyll a and chlorophyll b content under low temperature stress (1 ℃)

研究結(jié)果顯示，處理組和對照組植株葉片中的可溶性糖含量在低溫脅迫處理3 d時達最高，分別為3.8和2.3 μmol/g，處理組比對照組高約65%，隨后開始下降，總體上呈先上升后下降的趨勢。處理組植株葉片中的可溶性糖含量在處理5 d內(nèi)各個時期全部高于“荷包茄”自我嫁接植株葉片(圖4a)。

低溫脅迫處理下處理組和對照組植株葉片中CAT活性無明顯規(guī)律性變化，但處理組植株葉片中的過氧化氫酶活性極顯著高于對照組(圖4b)。

“荷包茄”嫁接“喀西茄”的植株和“荷包茄”自我嫁接植株葉片中的丙二醛含量隨著低溫脅迫處理時間的增加也呈先上升后下降的趨勢，并在處理2 d時達到最高，分別為0.73和0.63 μmol/g。在處理0、1 d時處理組植株葉片中的MDA含量略高于對照組，但在處理3、4和5 d時，處理組植株葉片中的丙二醛含量顯著低于對照組(圖4c)。

低溫脅迫下對其葉片電導率含量進行測定，結(jié)果顯示，電導率隨處理時間延長總體呈逐漸上升趨勢，但處理組植株葉片電導率低于對照組(圖4d)并在處理2、3、4、5 d時呈顯著差異。

注：*表示差異顯著(P<0.05);**表示差異極顯著(P<0.01)Note:* indicated significant difference at 0.05 level;** indicated extremely significant difference at 0.01 level圖4 低溫脅迫(1 ℃)處理下可溶性糖含量(a)、過氧化氫酶活性(b)、丙二醛含量(c)和電導率(d)Fig.4 Soluble sugar content,catalase activity,malondialdehyde content and electrical conductivity under low temperature stress (1 ℃)

3 討論

葉綠素是植物進行光合作用的主要色素，主要分布在葉片葉綠體類囊體薄膜中，在光合作用中起核心作用。光合作用主要是植物把光能轉(zhuǎn)化為化學能并儲存在有機物中，是植物生長和發(fā)育的關(guān)鍵。葉綠素的變化會影響光合電子傳遞和光合磷酸化等系列反應，從而整個植株受到影響。從試驗結(jié)果看，在低溫脅迫下，葉綠素a、葉綠素b含量均呈下降趨勢，但嫁接“喀西茄”后的“荷包茄”的各項葉綠素指標均高于自我嫁接，說明通過嫁接“喀西茄”的根系，可以在一定程度上降低“荷包茄”在遭受低溫脅迫時葉綠素含量的下降速度。

抗氧化酶主要可以起到活性氧的酶促清除反應，減少因低溫脅迫下活性氧過度積累而對植物所造成的傷害，提高植物抗氧化防御能力，所以抗氧化酶活性與植物耐低溫脅迫能力密切相關(guān)。CAT是主要的抗氧化酶之一，在低溫脅迫下，茄子幼苗的CAT含量整體呈先升后降的趨勢，但嫁接“喀西茄”的“荷包茄”植株CAT含量顯著高于“荷包茄”自我嫁接的植株。說明嫁接“喀西茄”之后接穗“荷包茄”對活性氧的清除能力有所提升。

MDA是膜脂過氧化反應最重要的產(chǎn)物之一，其含量變化是植物細胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn)。當植物遭遇低溫脅迫時，丙二醛的含量升高，則表示植物細胞膜質(zhì)過氧化程度變高，細胞膜所受到的傷害變大，其含量與植物耐低溫性呈負相關(guān)。從該試驗結(jié)果可以看出，在處理前2 d處理組MDA含量略高于對照組，可能是因為處理組為2個不同品種嫁接其親和性必然不如對照組的自我嫁接親和性高，但在低溫處理后“喀西茄”砧木對接穗起到更為積極的作用。在低溫脅迫期間，自我嫁接的“荷包茄”植株MDA含量漲幅明顯高于嫁接“喀西茄”砧木的“荷包茄”，且處理組葉片中MDA含量低于對照組，說明其受到的膜脂過氧化傷害更為嚴重。由此證明嫁接“喀西茄”砧木可以在一定程度上降低接穗“荷包茄”在低溫脅迫下所受的膜脂過氧化傷害。

可溶性糖是植物體內(nèi)的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其中主要包括果糖和葡萄糖等。當植物遭受到低溫脅迫時，可溶性糖可以起到增加原生質(zhì)濃度的作用，用提高細胞液滲透壓的方式來防止植物脫水，從而減輕低溫脅迫對植物體的傷害。研究表明，可溶性糖含量與植物的耐低溫脅迫能力呈正相關(guān)關(guān)系，而耐低溫脅迫能力強的植物品種體內(nèi)的可溶性糖含量會比能力弱的品種高。從試驗結(jié)果來看，在低溫脅迫下，茄子幼苗均呈先上升后下降的趨勢，而嫁接“喀西茄”砧木后的“荷包茄”接穗中可溶性糖含量的增長幅度顯著高于“荷包茄”自我嫁接植株，說明通過嫁接“喀西茄”砧木，能夠提高“荷包茄”接穗在低溫脅迫下的可溶性糖含量。

植物細胞膜是維持細胞的微環(huán)境和正常代謝的關(guān)鍵。通常情況下，細胞膜對物質(zhì)具有選擇透過能力，但當植物受到低溫脅迫時，細胞膜逐漸破壞，膜透性增大，從而使細胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，以致于植物細胞浸提液的電導率增大。從試驗結(jié)果看，嫁接“喀西茄”的“荷包茄”的電導率明顯低于自我嫁接的“荷包茄”，說明嫁接“喀西茄”砧木能夠在一定程度上緩解“荷包茄”在低溫脅迫下電導率的上升幅度，從而提高接穗的低溫脅迫耐受能力。

4 結(jié)論

綜合該試驗的生理指標測定結(jié)果和分析顯示，通過嫁接耐低溫能力強的品種“喀西茄”砧木，其接穗“荷包茄”的葉綠素含量、CAT含量、可溶性糖含量明顯比在相同低溫環(huán)境中的自嫁“荷包茄”要高，而電導率和MDA含量更低，說明嫁接“喀西茄”后“荷包茄”獲得了較強的對低溫環(huán)境所帶來的損傷的抵御能力，提高了接穗“荷包茄”的低溫脅迫耐受能力，證明低溫耐受型品種“喀西茄”作砧木能在一定程度上提高“荷包茄”的低溫脅迫耐受能力，對實際生產(chǎn)有一定的參考意義。但“喀西茄”砧木嫁接對地上部茄子接穗在抵御低溫脅迫時具體如何發(fā)揮作用，有待后續(xù)試驗進一步探究。