嫁接對銅脅迫下黃瓜幼苗生長和光合特性的影響

姜自紅+劉中良

摘要：通過營養(yǎng)液栽培黃瓜，研究銅（Cu）脅迫下黃瓜幼苗生長和光合特性的影響。結(jié)果表明，黃瓜幼苗的生長受到Cu脅迫抑制，黃瓜幼苗地下部與地上部干質(zhì)量顯著下降，嫁接可以顯著降低Cu脅迫對黃瓜幼苗的抑制作用。在Cu脅迫下，嫁接苗葉片中葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、氣孔導(dǎo)度（Gs）均顯著高于自根苗，因而具有較高的凈光合速率（Pn）。Cu脅迫處理使 Pn和Gs顯著下降，而Ci無顯著變化，Cu脅迫下Pn下降是由非氣孔因素引起的。表明嫁接可以提高Cu脅迫下黃瓜幼苗葉綠素、類胡蘿卜素含量，提高黃瓜幼苗的光合速率，從而提高黃瓜幼苗抗銅脅迫能力。

關(guān)鍵詞：嫁接；銅脅迫；砧木；光合速率

中圖分類號： S642.201

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0201-03

銅（Cu）是植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，過量Cu會干擾細(xì)胞代謝和離子平衡，對植物產(chǎn)生毒害作用[1]。銅礦開采、污水灌溉、含Cu殺菌劑、農(nóng)藥和化肥的施用使農(nóng)田土壤中含Cu量逐年升高，對植物和土壤微生物產(chǎn)生毒害，嚴(yán)重威脅著農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量安全[2]。

蔬菜嫁接技術(shù)是隨著保護(hù)地蔬菜栽培的發(fā)展而興起的一項(xiàng)新技術(shù)，具有增強(qiáng)作物的抗逆性[3-4]、提高吸收能力[5-6]、增加內(nèi)源激素的合成量、降低污染物的吸收[7]、提高作物的抗鹽能力[8]和水分利用效率[9]及產(chǎn)量[10]等優(yōu)點(diǎn)。近年來，關(guān)于Cu脅迫在番茄、辣椒、甜瓜、蘿卜[11-14]等蔬菜上研究已見報道，Cu脅迫對黃瓜等效應(yīng)研究鮮見報道。黃瓜是對Cu敏感的一類作物，然而有些種類對Cu有很高的耐性和富集性，因此可以利用嫁接技術(shù)，將作物嫁接到耐Cu性強(qiáng)的砧木上，以減輕Cu脅迫對黃瓜作物地上部的傷害。本試驗(yàn)以新土佐南瓜作砧木嫁接黃瓜，通過營養(yǎng)液栽培探究銅脅迫對黃瓜幼苗生長和光合特性的影響，研究砧木嫁接對黃瓜幼苗耐銅脅迫能力的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)用南瓜砧木新土佐于2014年8月10日播種，接穗黃瓜津優(yōu)39于8月12日播種。常規(guī)管理，8月21日嫁接。待黃瓜接穗生長至3葉1心時（9月9日），選取生長整齊健壯的黃瓜幼苗定植至栽培槽中，栽培槽規(guī)格為：長5 m、寬 0.4 m、高0.1 m，內(nèi)有營養(yǎng)液150 L，按照株距20 cm、行距 25 cm 定植2行。營養(yǎng)液配方為大量元素[15]和微量元素，pH值保持在5.5～6.5，定植緩苗2 d后開始處理。試驗(yàn)設(shè)4個處理，分別為自根苗（U0）、自根苗+Cu（U40）、嫁接苗（G0）、嫁接苗+Cu（G40），Cu濃度為40 μmol/L，用CuSO4·5H2O調(diào)節(jié)。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)，12個處理，每個處理40株，脅迫處理 7 d，第4天更換1次營養(yǎng)液。

1.2 測定方法

Cu脅迫后7 d后從上往下選取黃瓜植株第2張平展葉測葉綠素、類胡蘿卜素含量、電解質(zhì)滲漏率和光合參數(shù)。葉綠素、胡蘿卜素含量采用分光光度法測定[16]；采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400光合儀測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci），測定條件需要室內(nèi)光源強(qiáng)度、CO2濃度分別為600 μmol/（m2·s）、370 μmol/mol，溫度為25 ℃。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

用SAS軟件Duncans多重比較法進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 嫁接對Cu脅迫下黃瓜幼苗生長的效應(yīng)

處理7 d后，測定黃瓜植株地上部、地下部干質(zhì)量（圖1）。在正常生長條件下，嫁接苗與自根苗地上部干質(zhì)量與地下部干質(zhì)量均無顯著差異。Cu脅迫顯著影響黃瓜植株的生長，處理7 d后，U40處理較U0處理地上部、地下部干質(zhì)量分別下降了25.23%、32.35%，而G40處理較G0處理分別下降了13.39%、19.44%，結(jié)果表明，嫁接可以顯著緩解Cu脅迫對黃瓜植株的抑制作用。

2.2 嫁接對Cu脅迫下黃瓜幼苗光合色素的影響

Cu脅迫處理顯著降低黃瓜幼苗葉片葉綠素含量，自根苗葉綠素含量下降了 41.77%，嫁接苗葉綠素含量僅下降 23.86%，表明嫁接苗葉片葉綠素含量受Cu脅迫影響較小，抵御Cu脅迫的能力較強(qiáng)。無論是在Cu脅迫還是正常條件下，嫁接苗的葉片葉綠素含量均顯著高于自根苗，嫁接苗在正常生長條件下比自根苗高 11.39%，而在Cu脅迫條件下高45.65%（圖2-a）。

從圖2-b可以看出，嫁接苗葉片類胡蘿卜素含量在正常生長條件下和Cu脅迫條件下均顯著高于自根苗，分別比自根苗高9.38%、31.82%；在Cu脅迫條件下，黃瓜幼苗葉片類胡蘿卜素含量顯著降低，自根苗類胡蘿卜素含量下降了 31.25%，而嫁接苗類胡蘿卜素僅下降了17.14%。

2.3 嫁接對Cu脅迫下黃瓜幼苗凈光合速率的影響

Cu脅迫顯著抑制黃瓜幼苗葉片的Pn。從圖3可以看出，與正常生長相比，Cu處理自根黃瓜葉片Pn降低了 23.88%，而嫁接黃瓜葉片Pn下降了10.52%。嫁接苗在正常生長條件下和Cu脅迫下Pn分別比自根苗高8.53%、 26.90%，嫁接苗在Cu脅迫下維持較高的Pn保證了光合產(chǎn)物的供給，提高了黃瓜耐Cu性。

2.4 嫁接對Cu脅迫下黃瓜幼苗氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度的影響

在正常生長條件下，嫁接苗和自根苗葉片氣孔導(dǎo)度無顯著差異，而在Cu脅迫條件下，嫁接苗的氣孔導(dǎo)度顯著高于自根苗，氣孔導(dǎo)度比自根苗高25.0%；Cu脅迫使黃瓜幼苗葉片氣孔導(dǎo)度顯著降低，自根苗、嫁接苗分別下降了36.0%、200%（圖4-a）。

無論在正常生長條件下還是在Cu脅迫條件下，嫁接苗葉片胞間CO2濃度與自根苗均無顯著差異（圖4-b）。Cu處理下黃瓜幼苗葉片胞間CO2濃度與正常生長條件下差異不顯著，自根苗、嫁接苗分別僅下降了2.99%、3.48%。

3 討論與結(jié)論

植物生長受抑制是重金屬毒害作用的明顯特征[17]。Cu脅迫在植物上的主要體現(xiàn)就是生長量的變化，特別表現(xiàn)在生長受抑制、生物量積累下降[18-19]。本試驗(yàn)中，Cu脅迫顯著降低了嫁接和自根苗地上部和根系的生長量。在Cu脅迫下，嫁接苗的生物量顯著高于自根苗，表明嫁接苗比自根苗具有更高耐Cu脅迫能力。

植物生產(chǎn)力的主要因素就是光合作用，葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的重要色素，其含量高低與光合強(qiáng)弱密切聯(lián)系。過量的Cu抑制植物的光合作用和光合色素的合成[20]。類胡蘿卜素主要功能是進(jìn)行光合作用、清除自由基和活性氧、延緩植株衰老[21]。本試驗(yàn)中，Cu脅迫處理黃瓜幼苗的葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著下降，原因是Cu進(jìn)入植物體內(nèi)使葉綠體酶活性比例失調(diào)，致使葉綠素分解加快[22]；同時，過量的Cu降低了葉片、葉綠體、質(zhì)體中Fe、Mg的含量，低Fe含量影響葉綠素的合成和葉綠體的結(jié)構(gòu)[23]；此外，與葉綠體中蛋白質(zhì)上的巰基結(jié)合，或取代其中的 Fe2+、Zn2+、Mg2+，使葉綠素蛋白中心離子組成發(fā)生變化而導(dǎo)致葉綠素的合成下降[24]。本研究中嫁接苗葉片中葉綠素、類胡蘿卜素含量明顯高于自根苗，表明嫁接苗所受的Cu脅迫傷害程度輕，嫁接減輕了Cu脅迫對黃瓜幼苗的脅迫效應(yīng)。

葉片光合速率的降低由氣孔、非氣孔2個因素引起，判定依據(jù)主要是Ci、Gs的變化方向。本研究表明，Cu脅迫下Pn、Gs顯著下降，而Ci無顯著變化，表明Cu脅迫下Pn下降是由非氣孔因素引起的，與前人的研究結(jié)論[18]一致。本試驗(yàn)中雖然在Cu脅迫下，嫁接和自根苗葉片中Ci無顯著差異，然而嫁接苗的Pn、Gs顯著高于自根苗，表明自根苗受到更為嚴(yán)重的非氣孔限制因素的影響，嫁接可以提高Cu脅迫下植株的光合速率，本結(jié)果與前人研究結(jié)論[25]一致。

利用新土佐南瓜砧木嫁接可以提高Cu脅迫下黃瓜幼苗光合色素含量，進(jìn)而提高黃瓜幼苗的光合速率，從而提高黃瓜幼苗抗銅脅迫能力。

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