嫁接技術在葫蘆科作物中的應用

陳亞麗 ，朱為民 ，劉龍洲

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學院園藝研究所/上海市設施園藝技術重點實驗室，上海，201106；2.南京農(nóng)業(yè)大學園藝學院/農(nóng)業(yè)部南方蔬菜遺傳改良重點開放實驗室）

葫蘆科作物在世界園藝作物生產(chǎn)中占有非常重要的地位，西瓜、甜瓜、黃瓜、南瓜等作物栽培面積逐年增大。據(jù)統(tǒng)計，2009年我國西瓜種植面積達221萬hm2，總產(chǎn)量6 820萬t，分別占世界西瓜總種植面積和總產(chǎn)量的58%和68%；2009年我國甜瓜播種面積達59萬hm2，總產(chǎn)量1 462萬t，分別占世界甜瓜總播種面積和總產(chǎn)量的46%和53%[1]。我國是世界上西甜瓜生產(chǎn)大國，隨著人們消費需求的增加，西甜瓜栽培面積也不斷擴大，設施面積增加尤為明顯；但連作障礙、土傳病害（枯萎病等）和溫室土壤鹽漬化使其大面積種植、大批量生產(chǎn)受到限制，尤其是嚴重影響設施生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。目前嫁接技術是有效實現(xiàn)葫蘆科植物連作、克服土傳病害和減輕設施土壤次生鹽漬化為害的首選技術。

1 嫁接技術的定義及方法

嫁接是一門古老而又新興的技術，歷史悠久，Juniper等[2]認為嫁接起源于波斯，但沒有直接證據(jù)。嫁接可以理解為植株間組織通過相互融合[3]，最后組合成單一的有機體；它是一種非常重要的技術，使得植物的異地引種成為可能[2]。嫁接是植物進行人工營養(yǎng)繁殖的方法之一，即將植物體的芽或枝接到另一個植物體的適當部位，使兩者接合成為一個新植物體的技術。接上去的芽或枝，叫做接穗；被接的植物體，叫做砧木或臺木。接穗一般選用具2～4片葉的苗，嫁接后嫁接植株的接穗構成了植物體的上部或頂部，即地上部分，其生長所需的水分、礦質(zhì)養(yǎng)分來自于砧木；砧木構成了植物體的根系部分，即地下部分，其所需的同化產(chǎn)物則由接穗同化器官供給；若砧木留有葉片，則供給砧木的同化物來自于砧木與接穗雙方的葉片。目前生產(chǎn)上應用的嫁接方法有很多，包括靠接、插接、劈接、頂插接、貼接等，針對不同的作物應采用不同的嫁接方法，以提高作物成活率。林燚等[4]研究認為，斷根嫁接法與頂插接法相比，無論是在西瓜幼苗成活率、生長勢，還是品質(zhì)方面，前者表現(xiàn)均優(yōu)于后者。而陳慧[5]認為，采用劈接法嫁接的植株成活率高，苗子質(zhì)量好，定植后生長勢旺盛，作物產(chǎn)量高。筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在實際生產(chǎn)中黃瓜以劈接法為主，而西瓜、甜瓜則以靠接法應用較為普遍。

總的來說，現(xiàn)代蔬菜嫁接主要利用的是嫁接對葫蘆科蔬菜作物的改良作用，通過嫁接可以增強葫蘆科作物的抗病性、抗旱性、抗冷性、耐鹽性等，提高產(chǎn)量、改良品質(zhì)及改善根系的吸收功能，解決連作障礙，以達到高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的目的[6]。目前嫁接研究已逐步從生理方面深入到基因水平上，旨在確定植物中物質(zhì)的運輸和轉(zhuǎn)移機制，例如開花刺激物成花素的研究[7]、生長物質(zhì)如細胞分裂素從根部向莖部的轉(zhuǎn)移[8]、RNA 的轉(zhuǎn)移[9]等。

2 嫁接技術在葫蘆科作物上的應用現(xiàn)狀

2.1 嫁接在甜瓜上的應用

甜瓜嫁接目前在我國北方薄皮甜瓜區(qū)、中部安徽和縣、河南洛陽等厚薄皮甜瓜混雜種植區(qū)的大田生產(chǎn)中廣泛應用。生產(chǎn)上應用較多的甜瓜砧木有南瓜、冬瓜、甜瓜共砧，其中南瓜砧木抗病能力較強，應用最廣[10]。目前有關甜瓜嫁接方面的研究主要集中在砧木選擇、嫁接方法、抗病、產(chǎn)量和品質(zhì)上，尤其在薄皮甜瓜上已經(jīng)開展了大量的研究[11，12]，且大多數(shù)研究表明嫁接能提高甜瓜植株的抗逆性，增強植株生長勢等。齊紅巖等[13]研究一致認為，嫁接能顯著增加薄皮甜瓜的產(chǎn)量，且能降低枯萎病的發(fā)生率，但是一些砧木嫁接甜瓜后會引起成熟果實中可溶性固形物的含量降低。

許多學者研究認為，采用不同砧木品種嫁接甜瓜植株后會使其產(chǎn)量有不同程度的提高，坐果率增加，果個變大、單果質(zhì)量及產(chǎn)量均有所增加，但果實品質(zhì)會發(fā)生變化[13，14]。Bletsos等[15]比較了以南瓜為砧木的嫁接甜瓜和實生甜瓜果實中可溶性固形物含量，發(fā)現(xiàn)嫁接早期和后期甜瓜果實中可溶性固形物的含量均明顯提高。魏敏等[16]研究認為，嫁接甜瓜成熟果實中總糖、蛋白質(zhì)以及維生素C含量較自根苗果實明顯下降，而有機酸含量上升，果實品質(zhì)下降。張娥珍等[11]在探討不同砧木品種對薄皮甜瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響時，分別以3個南瓜品種（壯士1白籽南瓜、壯士2白籽南瓜、鐵木砧）、1個甜瓜品種（甜砧1號）為砧木與廣蜜1號薄皮甜瓜品種嫁接進行比較試驗。試驗結果表明，無論是在嫁接成活率、抗病性還是在產(chǎn)量方面，嫁接苗與自根苗相比均表現(xiàn)優(yōu)越，且各嫁接組合在果實質(zhì)地、口感、風味上差異明顯。因此在甜瓜嫁接中要加強砧木品種的篩選，選擇一批既能增加產(chǎn)量又對其果實品質(zhì)無影響的砧木種質(zhì)作為甜瓜嫁接的專用砧木。

嫁接在厚皮網(wǎng)紋甜瓜上開展的研究較少，主要研究嫁接后的抗病、果實糖度、抗逆性等方面。王毓洪等[17]以新土佐、灰甘瓜、全能鐵甲南瓜、甬砧3號甜瓜為砧木嫁接拿玻里網(wǎng)紋甜瓜的研究表明，嫁接使植株的抗病性顯著提高，尤其對枯萎病的防效高達100%，對白粉病的防效也有所提高，綜合抗性增強。許傳強等[18]研究發(fā)現(xiàn)，嫁接降低了網(wǎng)紋甜瓜中果糖、葡萄糖及總糖含量，使網(wǎng)紋甜瓜中性轉(zhuǎn)化酶（NI）和酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）的活性降低，而蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SS）的活性提高。董玉梅等[19]選用全能鐵甲為砧木嫁接魯厚甜1號，以自根苗為對照，分別低溫弱光處理4 d進行研究，結果表明嫁接苗冷害指數(shù)較自根苗低；葉片中可溶性糖、脯氨酸含量明顯高于自根苗，且在脅迫后其增加幅度較自根苗大，說明嫁接能明顯提高厚皮甜瓜的耐寒性。

2.2 嫁接對西瓜的影響

西瓜嫁接目前在全國大田生產(chǎn)中廣泛應用。西瓜嫁接生產(chǎn)上應用的砧木主要有瓠瓜、南瓜、冬瓜以及西瓜共砧等，考慮到對西瓜品質(zhì)的影響以及砧木自身抗病、耐逆能力的大小，瓠瓜和南瓜砧木應用較多，效果較好[10]。以往對西瓜嫁接開展的研究主要涉及嫁接對其產(chǎn)量、生長勢、果實糖分等影響。劉慧英等[20]研究認為，嫁接西瓜與自根苗相比果實糖分含量明顯降低，并發(fā)現(xiàn)砧木可能主要通過影響果實發(fā)育時期各種酶活性來影響糖分的積累。尚麗蓉等[21]發(fā)現(xiàn)，以非洲西瓜為砧木能明顯地提高西瓜品質(zhì)；而倪秀紅等[22]研究發(fā)現(xiàn)，各砧木嫁接后使得西瓜瓜皮有不同程度的增厚。Alexopoulos等[23]將西瓜分別嫁接到4種不同砧木上，結果表明，嫁接能增加西瓜果實大小，提高產(chǎn)量，但同時會使西瓜果皮變厚，可溶性固形物含量下降。很多農(nóng)民認為，嫁接導致西瓜糖度下降、口感不適、瓜瓤內(nèi)出現(xiàn)筋腐、成熟期推遲等問題，在生產(chǎn)實踐中，確實不能忽視嫁接對西瓜品質(zhì)產(chǎn)生不良影響的缺點。筆者認為，不同砧穗組合差異較大，優(yōu)質(zhì)的砧木品種是克服以上嫁接缺點的關鍵。

2.3 嫁接對黃瓜的影響

黃瓜是葫蘆科中最早使用嫁接技術的蔬菜之一。目前黃瓜嫁接生產(chǎn)上應用的砧木主要是南瓜、瓠子、西葫蘆等，其中以南瓜居多，且效果較明顯。以往對于黃瓜嫁接開展的研究主要涉及嫁接對其產(chǎn)量、生長勢、抗逆（耐鹽堿）性等方面的影響。

近幾年，隨著土壤鹽漬化程度的加劇，黃瓜嫁接在耐鹽性方面研究較多。黃瓜屬于鹽敏感型作物[24]，因此常選用耐鹽性相對較強的南瓜和葫蘆等作為砧木，以提高作物的耐鹽能力[25]。張自坤等[26]研究了NaCl脅迫條件下，以DTT-RS、改良火鳳凰、崛京隆、火鳳凰、優(yōu)清臺木、黑籽南瓜為砧木嫁接黃瓜，其嫁接苗葉片光合特性參數(shù)、保護酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量均高于自根苗，而電解質(zhì)滲透率和MDA含量均低于自根苗，表明嫁接苗具有較強的耐鹽能力，且不同砧木嫁接苗的耐鹽能力不同。還有研究者認為，NaCl對植株的傷害是通過破壞細胞膜系統(tǒng)，引起膜脂過氧化從而對植株造成直接原初傷害[27，28]，而嫁接能夠改善植株根系對養(yǎng)分和水分的吸收，從而提高根系的吸收能力。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫條件下黃瓜植株可以通過阻止Na＋向地上部運輸和在液泡中積累 Na＋來減輕 Na＋的毒害[29～35]。

2.4 嫁接對其他瓜類的影響

嫁接技術在其他葫蘆科作物上的應用也有相關研究報道。陳貴林等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，西葫蘆自根苗和嫁接苗的光合能力顯著下降，但嫁接苗的各項光合指標均顯著高于自根苗。林立金等[37]也發(fā)現(xiàn)，嫁接能提高苦瓜的光合速率，改善果實品質(zhì)。萬春鳳[38]研究發(fā)現(xiàn)，嫁接能顯著提高苦瓜對枯萎病和霜霉病的抗性，提高果實中維生素C含量以及可溶性糖、蛋白質(zhì)含量，改善作物品質(zhì)。馬濟民[39]在研究不同砧木對苦瓜嫁接影響時發(fā)現(xiàn)，分別以銀光、雙依2個絲瓜品種和黑籽南瓜與苦瓜碧秀進行嫁接試驗，結果表明，3種砧木嫁接成活率均達到90%以上，其中以銀光為砧木最好，且嫁接能明顯增加作物產(chǎn)量。

3 葫蘆科嫁接技術的分子機理研究進展

嫁接是如何提高葫蘆科作物抗逆性、使其增加養(yǎng)分吸收、提高產(chǎn)量；以及為什么有些砧木和接穗組合表現(xiàn)極強的嫁接優(yōu)勢等問題，一直困擾著廣大科學研究者。隨著各類研究技術，尤其是蛋白、分子基因類試驗技術的發(fā)明，也大大促進了研究者對于以上課題研究的步伐。李躍建等[40]用雙向電泳和質(zhì)譜技術分析探討黃瓜嫁接苗比自根苗抗病抗逆性好、光合能力強的機理研究發(fā)現(xiàn)，嫁接苗中產(chǎn)生的R蛋白和鯊烯合酶能促進葉綠體合成并提高光合利用率。津優(yōu)1號嫁接黃瓜在感病后，通過信號識別，進一步傳導誘導植物的防衛(wèi)反應基因表達，在其葉片中產(chǎn)生H8抗病相關蛋白從而表現(xiàn)出抗病反應[41]。Turnbull等[42]最近成功地實現(xiàn)了擬南芥的嫁接，為快速分析植物地上部分和地下部分之間生長發(fā)育信號的長距離傳遞特征提供了有益的參考。Sandra等[43]以2個不同的煙草品種Petit Havana（PH；Pt-spec:gfp）和 SamsunNN （SNN；Nuc-kan:yfp）進行嫁接，其中Nuc-kan:yfp植株細胞核基因組中攜帶卡納微素抗性基因（nptII）和黃色熒光蛋白基因（yfp）；而 Pt-spec:gfp植株質(zhì)體基因組中（葉綠體）包含奇放線菌素抗性基因（aadA）和綠色熒光蛋白基因（gfp）。通過正接和反接，并以野生株作為對照，利用RNA印跡和基因組多態(tài)性分析證明了嫁接株產(chǎn)生了抗性細胞，并且細胞可通過胞間連絲進行大的DNA片段的移動，然而這些僅限于嫁接體連接的組織部位。這表明了嫁接能夠引起植物大的DNA片段或整個質(zhì)體基因組的交換，嫁接植物體細胞間遺傳物質(zhì)的流通為嫁接技術在基因水平上的研究提供了可能。

目前，各種分子技術包括SSR、ISSR、SRAP、AFLP等在葫蘆科作物上的應用越來越廣泛，對于各種作物的遺傳圖譜構建、標記與定位目的基因、標記輔助選擇育種等有了較深入的研究；鑒于其他植物體嫁接研究，我們可以借鑒其方法來進一步研究葫蘆科作物嫁接過程中的分子機理，例如通過各種分子技術篩選影響嫁接的差異片段、控制嫁接親和性的基因等，總之更多的嫁接相關的分子機理研究正蓄勢待發(fā)。

4 嫁接技術的發(fā)展趨勢及存在的問題

嫁接技術在葫蘆科作物的生產(chǎn)中起著非常重要的作用，它不但可以解決以往不能解決的問題,比如一些土傳病害、作物自毒、病毒病等連作障礙，還可以增加作物產(chǎn)量、改良作物品質(zhì)，但是在加大推廣力度的同時，仍有一些問題亟待解決。

人們對各種嫁接方法的看法還未統(tǒng)一，可能是受當?shù)貧夂驐l件的限制，或砧木接穗的不同而引起的。目前應用的砧木種類和品種較多，但適合不同品種的理想嫁接砧木還很缺乏，尤其是對于適合西甜瓜嫁接的砧木品種；因此在廣泛收集砧木資源，并進一步篩選、鑒定和選配的基礎上，應培育親和力強、抗枯萎病且兼抗多種病害、能改善接穗品質(zhì)的砧木品種；同時注意篩選出適合不同氣候、不同季節(jié)、不同地域、不同栽培條件的葫蘆科作物通用砧木品種。國家科研主管部門應加大對嫁接技術和機理課題的資助力度；根據(jù)我國農(nóng)村勞動力成本增加、勞動力年齡偏大等情況，嫁接機械的研發(fā)和推廣也是迫切需要解決的問題。

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