嫁接對(duì)黃瓜光合特性及礦質(zhì)元素吸收的影響

趙娟　沈佳　程春燕　陳勁楓

摘 要： 分別以黑籽南瓜及酸黃瓜-黃瓜抗線蟲漸滲系10-1為砧木，‘南水2號(hào)黃瓜為接穗，通過(guò)LI-6400XT、微波消解ICP-AES對(duì)嫁接植株及自根苗的光合特性及礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了對(duì)比分析。光合參數(shù)結(jié)果表明，黃瓜嫁接材料與自根苗材料的氣孔導(dǎo)度、凈光合速率、蒸騰速率以及胞間CO2濃度均不存在顯著性差異（P≤0.05）。果實(shí)中9種礦質(zhì)元素含量顯示，元素Mn、Fe、P和K的含量在3種材料之間沒(méi)有明顯差異；而以黑籽南瓜為砧木的嫁接黃瓜果實(shí)相比自根苗果實(shí)Cu、Se元素含量升高，Mg元素含量降低；以抗線蟲漸滲系10-1為砧木的黃瓜果實(shí)B元素含量升高，其他元素含量與自根苗無(wú)異。上述研究顯示盆栽條件下，嫁接對(duì)黃瓜光合特性無(wú)顯著影響。同時(shí)，不同砧木嫁接黃瓜果實(shí)中的礦質(zhì)元素含量存在差異，證實(shí)砧木根系對(duì)土壤中礦質(zhì)元素的選擇性吸收影響了果實(shí)中的礦質(zhì)元素含量。這為今后深入研究嫁接砧木根系影響黃瓜果實(shí)品質(zhì)等相關(guān)機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：嫁接；黃瓜；礦質(zhì)元素；光合參數(shù)

Abstract： The effects of grafting on cucumber photosynthesis and absorption of mineral elements were studied using black seed pumpkin（Cucurbita ficifolia Bouché） and an introgression line ILs-10-1，obtained from interspecific cross between cultivated cucumber and sour cucumber with resistance to the root-knot nematode，as rootstocks and a cucumber cultivar ‘Nanshui No.2as scion. Results showed that the net photosynthetic rate （Pn），the stomatal conductance （Gs），the intercellular CO2 concentration（Ci） and the transpiration rate（Tr） of grafted plants and self-grafted seedlings were close to each other. Values of Cu and Se in fruits of grafted plants with black seed pumpkin rootstock were significantly higher than those of the self-rooted plants，but the value of Mg was lower than that of self-rooted ones. The grafted plants with ILs-10-1 rootstock had more B than self-rooted plants but the values of the other elements were close to the self-rooted ones. This research confirms that grafting cucumber had no significant effect on photosynthetic characteristics when seedlings grown in pots. The differences of minerals in the grafted and no grafted seedling may be due to the active absorption of rootstock roots.

Key words： Grafting； Cucumber； Mineral elements； Photosynthetic characteristics

黃瓜（Cucumis sativus L.）是設(shè)施栽培的主要蔬菜之一，并且我國(guó)的生產(chǎn)面積和總產(chǎn)量均居世界首位。隨著設(shè)施栽培的快速發(fā)展，倒茬困難、連作障礙、土傳病害日益嚴(yán)重，已成為制約我國(guó)黃瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的主要障礙。目前因藥劑防治效果差且不利于環(huán)境保護(hù)、培育抗病品種周期長(zhǎng)等方法的局限，黃瓜嫁接換根技術(shù)已成為目前生產(chǎn)上一項(xiàng)行之有效的方法[1]。據(jù)2011年蔬菜嫁接國(guó)際會(huì)議交流資料顯示，我國(guó)黃瓜嫁接苗總面積超過(guò)50 hm2，嫁接栽培比例占到了30%[2]。生產(chǎn)實(shí)踐證明，在現(xiàn)有的砧木選擇范圍內(nèi)，黃瓜嫁接后抗性的提高和優(yōu)良的果實(shí)品質(zhì)特性往往不能兼具[3-4]，而其具體原因并不明了。

同時(shí)，礦質(zhì)元素不僅是植株活性物質(zhì)的組成成分，而且分布到果實(shí)中被人體食用又構(gòu)成人體組織和維持正常生理功能的重要物質(zhì)，對(duì)人體健康的意義重大，使得礦質(zhì)元素含量成為黃瓜果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特性中很重要的一部分。

微波消解配合電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）是測(cè)定礦質(zhì)元素含量的新型方法，因其相比傳統(tǒng)方式操作簡(jiǎn)便、靈敏度高、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于植物、玩具、藥物、飲水中微量元素的測(cè)定[5-8]。本試驗(yàn)利用2種砧木品種進(jìn)行黃瓜嫁接，測(cè)定嫁接苗的光合指標(biāo)確定植株生長(zhǎng)差異，并用微波消解ICP-AES技術(shù)測(cè)定嫁接果實(shí)中9種礦質(zhì)元素的含量以分析選擇不同砧木對(duì)嫁接果實(shí)礦質(zhì)元素含量的影響，為探究嫁接植株根系對(duì)植株生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)作用機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及儀器設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)材料 以根系發(fā)達(dá)品種云南黑籽南瓜（Cucurbita ficifolia Bouché）[9]及抗性優(yōu)良的酸黃瓜-黃瓜漸滲系10-1[10]（以下簡(jiǎn)稱漸滲系10-1）為砧木，以具有強(qiáng)單性結(jié)實(shí)能力的水果型栽培黃瓜‘南水2號(hào)[11]為接穗，并以接穗品種的自根植株為對(duì)照。本試驗(yàn)所用的種子均為本實(shí)驗(yàn)室保存種質(zhì)。

1.1.2 主要儀器設(shè)備 LI-6400XT光合-熒光測(cè)定系統(tǒng)；Milestone Ethos T 微波消解系統(tǒng)；Optimal 2100DV電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Pekin Elmer）。

1.2 試驗(yàn)處理

1.2.1 嫁接 試驗(yàn)于2012年7—11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生科樓陽(yáng)臺(tái)日光溫室進(jìn)行。2012年7月25日對(duì)黑籽南瓜及漸滲系10-1兩份砧木材料進(jìn)行育苗，8月1日播種‘南水2號(hào)。育苗均采用32孔穴盤，基質(zhì)采用草炭 ∶ 蛭石=2 ∶ 1（v ∶ v）混合。8月6日，黃瓜至子葉展平后，用插接法進(jìn)行嫁接，并進(jìn)行編號(hào)：以漸滲系10-1做砧木的嫁接苗編號(hào)為HG，以黑籽南瓜做砧木的嫁接苗編為NG，自根苗用ZG表示。嫁接成活后將幼苗移栽到盆缽（250 mm×210 mm）中，每個(gè)編號(hào)12株，置于生科樓日光溫室內(nèi)，生育期間控制溫室晝、夜平均溫度分別為19.1～29.3 ℃、12.6～18.3 ℃，相對(duì)濕度為55%～90%。

1.2.2 光合作用指數(shù)測(cè)定 2012年9月23日，即黃瓜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的盛期用LI-6400型光合儀（LI-COR，美國(guó)）測(cè)定植株葉片的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、細(xì)胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰效率（Tr）等光合指標(biāo)。

1.2.3 含水量測(cè)定 取夾花之后12 d的3種材料商品瓜，測(cè)定各個(gè)黃瓜鮮、干質(zhì)量，按以下公式計(jì)算果實(shí)含水量。

果實(shí)含水量/%=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100。

1.2.4 微波消解ICP-AES測(cè)定黃瓜果實(shí)中的礦質(zhì)元素含量 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)試條件設(shè)定射頻發(fā)生器功率1 300 W；蠕動(dòng)泵提取樣品量1.5 mL·min-1；輔助氣流量0.2 L·min-1，霧化器氣流量0.8 L·min-1；霧化器壓力：186.17 kPa；軸向觀測(cè)；讀數(shù)重復(fù)3次。選定分析線（nm）： Mn257.6、Fe239.562、Cu324.8、Zn213.9、Se196.026、B249.7、P178.284、K766.5、Mg279.553，各元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液質(zhì)量濃度均為1.0 g·L-1，然后配制成（0.5、1、2、4、8、16 μg·mL-1）的標(biāo)準(zhǔn)液，用于繪制校準(zhǔn)曲線。玻璃儀器均用10% 的優(yōu)級(jí)純HNO3浸泡過(guò)夜，然后用超純水清洗。

取嫁接黃瓜和自根苗黃瓜成熟果實(shí)樣品進(jìn)行分析，先將樣品置于105 ℃ 殺青30 min，然后70 ℃ 烘干至恒重，研磨成粉末。準(zhǔn)確稱取0.70 g粉末狀樣品置于聚四氟乙烯消解罐中，加濃HNO3 8 mL，按程序升溫（表1）進(jìn)行微波消解。消解完成后首先冷卻至室溫，然后用超純水定容至25 mL。設(shè)置空白試劑對(duì)照，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，最后用SAS8.1軟件鄧肯氏多重比較法進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果及分析

2.1 不同砧木黃瓜嫁接苗光合性能比較分析

表2所示為黃瓜嫁接苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)盛期時(shí)的光合參數(shù)，黑籽南瓜為砧木材料的凈光合速率、細(xì)胞間CO2濃度的均值較高，自根苗的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率均值較高，黃瓜漸滲系10-1嫁接苗的4個(gè)參數(shù)的均值處于最低水平，但2種嫁接苗和自根苗的光合參數(shù)差異并不顯著（P≤0.05）。

2.2 果實(shí)含水量

果實(shí)含水量結(jié)果如表3所示，嫁接和自根苗果實(shí)的含水量均處于93.8%～94.8% 之間，3者之間無(wú)顯著性差異。嫁接后黃瓜果實(shí)的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量也未發(fā)生顯著性增加（P≤0.05）。

2.3 以不同材料做砧木的黃瓜嫁接苗成熟果實(shí)礦質(zhì)元素含量的差別

用于微波消解ICP-AES礦質(zhì)元素測(cè)定的各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)均在0.999 7～0.999 9之間（表4）。據(jù)此對(duì)嫁接黃瓜成熟果實(shí)中的9種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行測(cè)定（表5），分析顯示相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍在0.52%～11.70%之間，測(cè)定結(jié)果可靠。

對(duì)以不同品種做砧木的黃瓜嫁接苗和自根苗材料成熟果實(shí)中的9種礦質(zhì)元素進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果顯示，Mn、Fe、P、K的含量在3種材料間不存在顯著性差異（P≤0.05）。以黑籽南瓜做砧木的嫁接黃瓜果實(shí)中元素Cu、Se的含量分別為13.49、7.54 μg·g-1，約為其他2個(gè)材料的1.5倍，均達(dá)到差異顯著水平（P≤0.05）。‘南水2號(hào)黃瓜自根苗果實(shí)干物質(zhì)中的Mg元素含量是3 568.85 μg·g-1，而以黑籽南瓜做砧木嫁接后Mg含量降至2 879.86 μg·g-1，分析顯示以黑籽南瓜做砧木嫁接后黃瓜果實(shí)中的Mg元素含量顯著降低（P≤0.05）。以漸滲系10-1為砧木的嫁接果實(shí)中B元素的平均含量為305.14 μg·g-1是自根苗果實(shí)和以黑籽南瓜做砧木嫁接果實(shí)的4倍以上，差異顯著。綜上所述，以黑籽南瓜為砧木的黃瓜果實(shí)具有最高的Cu和Se元素含量，而Mg元素含量相較自根苗果實(shí)降低；以漸滲系10-1為砧木嫁接后果實(shí)B元素含量升高。嫁接黃瓜果實(shí)中的礦質(zhì)元素含量在品種間存在差異，很可能與砧木根系對(duì)土壤中礦質(zhì)元素的選擇性吸收相關(guān)。

3 討 論

以2種不同砧木對(duì)黃瓜進(jìn)行嫁接后，光合參數(shù)和果實(shí)含水量測(cè)定的結(jié)果顯示黃瓜嫁接后的光合性能、果實(shí)含水量及果實(shí)鮮干質(zhì)量均未發(fā)生顯著變化，這與朱進(jìn)等[12]的研究結(jié)果一致，有別于嫁接可提高黃瓜光合特性的結(jié)論[13]。推測(cè)其可能的原因是本試驗(yàn)中所有材料均生長(zhǎng)于溫室盆缽中，受到盆缽體積的局限，限制了嫁接換根后砧木根系的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)，致使嫁接苗的光合性能與自根苗無(wú)顯著差別。而前人關(guān)于提高黃瓜光合特性的結(jié)論一般都屬于田間試驗(yàn)，砧木根系較黃瓜自身根系發(fā)達(dá)，在控制土傳病害的同時(shí)增加了對(duì)水分的吸收，加快了植株的生長(zhǎng)代謝[13-14]。說(shuō)明了黃瓜嫁接只有保證植株根系生長(zhǎng)才能發(fā)揮其加速生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量的優(yōu)勢(shì)。

前人研究顯示，以黑籽南瓜做砧木的黃瓜嫁接苗礦質(zhì)元素K、Ca、Mg等吸收增多，K+/Na+得到明顯改善[15-16]。但是沒(méi)有人對(duì)嫁接黃瓜果實(shí)中的多種礦質(zhì)元素包括微量元素含量的變化進(jìn)行系統(tǒng)研究。同時(shí)為避免授粉對(duì)黃瓜果實(shí)發(fā)育的影響，本試驗(yàn)采用強(qiáng)單性結(jié)實(shí)材料‘南水2號(hào)黃瓜為接穗，開(kāi)花前進(jìn)行夾花處理。對(duì)以2種材料做砧木嫁接后的黃瓜植株及自根苗材料的未授粉果實(shí)干物質(zhì)中的9種礦質(zhì)元素含量進(jìn)行了測(cè)定和比較分析，結(jié)果顯示有多種元素的含量在嫁接苗和自根苗之間差異顯著（P≤0.05）。以黑籽南瓜做砧木的黃瓜果實(shí)相比自根苗果實(shí)，Cu和Se元素含量增加，Mg元素含量減少，這與南瓜中含有較多的Cu及Se元素的報(bào)道相一致[17-18]。Cu元素在植物中可作為酶的活化劑[19]，Se能影響植物葉綠素的合成代謝和呼吸作用中的電子傳遞，從而調(diào)控植物的光合和呼吸作用[20]。而Mg可為蛋白質(zhì)合成所必需的核糖亞單位聯(lián)合作用提供一個(gè)橋接元素，并參與蛋白質(zhì)合成中氨基的活化過(guò)程，故能影響到植株蛋白質(zhì)代謝過(guò)程[21]。以漸滲系10-1做砧木的黃瓜果實(shí)，B元素含量顯著增加，其他元素含量與自根苗無(wú)差異。而B(niǎo)元素在植物中可調(diào)節(jié)IAA氧化酶的活性和細(xì)胞壁中木質(zhì)素的降解，在植物生長(zhǎng)中表現(xiàn)有一定的抗病作用，充足的B元素可以提高細(xì)胞壁的穩(wěn)定性并防止病原菌的入侵[22-23]。推測(cè)具有抗線蟲特性的漸滲系10-1材料根系對(duì)B元素的吸收能力較強(qiáng)，以漸滲系10-1做砧木嫁接換根后改變了栽培黃瓜根系對(duì)B元素的吸收，從而影響了接穗黃瓜果實(shí)中的元素含量。

黃瓜嫁接后的砧木根系取代黃瓜根系，使得根系對(duì)土壤中礦質(zhì)元素的選擇性吸收發(fā)生變化，改變了根系供給地上部的微量元素的數(shù)量及合成內(nèi)源激素種類，進(jìn)而影響到果實(shí)品質(zhì)。本試驗(yàn)結(jié)果為今后深入研究嫁接砧木根系影響果實(shí)品質(zhì)的相關(guān)機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

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