雙斷根嫁接對甜瓜幼苗低溫適應(yīng)性的影響

黃遠(yuǎn)　　張朝霞　　程菲　　孔秋生　　別之龍

雙斷根嫁接對甜瓜幼苗低溫適應(yīng)性的影響

黃遠(yuǎn)張朝霞程菲孔秋生別之龍

李其友 男，武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院作物科學(xué)研究所所長、高級工程師，全國瓜菜工廠化育苗產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟理事長、湖北省園藝學(xué)會理事、湖北省西甜瓜協(xié)會理事、中國蔬菜協(xié)會種苗分會理事。引進(jìn)、消化、吸收美國speeding公司工廠化穴盤育苗技術(shù)，促進(jìn)了武漢地區(qū)蘆筍結(jié)構(gòu)調(diào)整和小型禮品西瓜產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，將穴盤育苗發(fā)展成了企業(yè)集群，嫁接、育苗技術(shù)走在全國前列。參與農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)農(nóng)業(yè)科研專項《設(shè)施農(nóng)業(yè)高效育苗標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)工藝與配套設(shè)備研究與示范》，主持省市4項科研項目，取得2項發(fā)明專利、6項實用新型專利、發(fā)表論文10余篇，主編《西瓜、甜瓜設(shè)施栽培》一書。獲得湖北省科技進(jìn)步一等獎、三等獎，農(nóng)業(yè)部豐收二等獎、武漢市科技進(jìn)步二等獎，曾被評為湖北省第六屆優(yōu)秀科技副縣長，2014年被湖北日報傳媒集團聯(lián)合省發(fā)改委、科技廳、農(nóng)業(yè)廳評為2012-2013“湖北三農(nóng)杰出人物”。

甜瓜是一種重要的園藝作物，中國是甜瓜生產(chǎn)和消費第一大國。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，苗期是甜瓜對溫度最敏感、對產(chǎn)量影響最大的時期之一。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［2］。然而，目前在甜瓜上尚無相關(guān)的研究。通過比較甜瓜插接和雙斷根嫁接苗對低溫處理的響應(yīng)，探討雙斷根嫁接對甜瓜幼苗低溫適應(yīng)性的影響和生理機制，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試驗時間和地點

材料培養(yǎng)、生長和生理參數(shù)的測定于2011年10月到2012年3月在園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室進(jìn)行。

1.2試驗材料

以甜瓜品種伊麗莎白239 （Cucumis meloL.）、南瓜砧木品種小拳王（Cucurbita maxima× Cucurbita moschata）為材料，分別由國家蔬菜工程技術(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，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，每個處理設(shè)置3個重復(fù)，每重復(fù)36株。低溫處理后每天統(tǒng)計嫁接苗的冷害指數(shù)，共統(tǒng)計7次。低溫處理7 d后，測定嫁接苗的形態(tài)和生理參數(shù)。

1.4測定方法

①冷害指數(shù)參照Semeniuk［3］的標(biāo)準(zhǔn)對幼苗進(jìn)行分級，0級：生長正常，未受冷害；1級：僅少數(shù)葉片邊緣有輕度的皺縮萎蔫；2級：半數(shù)以下的葉片萎蔫死亡；3級：半數(shù)以上的葉片萎蔫死亡；4級：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)冷害級的苗數(shù)。

②植株生長每處理取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。用米尺測定株高，游標(biāo)卡尺測量嫁接部位以上1 cm處莖粗，剪下葉片測定葉面積（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染色法測定，葉綠素（a+b）含量采用乙醇提取后進(jìn)行測定。丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行［5］。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定參照Meloni等［6］的方法。采用原子吸收分光光度計法（Varian spectra AA 220）測定葉片Mn、Cu和Zn的含量。其中，葉片Mn、Cu和Zn含量測定的是干樣中的含量，其余含量測定的是鮮樣中的含量。

1.5數(shù)據(jù)處理

試驗數(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）。

圖1　　低溫處理（10℃/5℃）下甜瓜嫁接苗冷害指數(shù)

表1　低溫處理下甜瓜嫁接苗生長參數(shù)

2　　結(jié)果與分析

2.1冷害指數(shù)和生長

如圖1所示，隨著低溫處理時間延長，甜瓜不同嫁接苗的冷害癥狀加劇，低溫處理第7天時，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。

2.3SOD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。

圖2　　低溫處理下甜瓜嫁接苗葉綠素含量和根系活力

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，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含量無顯著差異。

圖3　　低溫處理下甜瓜嫁接苗超氧化物歧化酶（SOD）活性和丙二醛（MDA）含量

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，與前人研究類似［7～9］。本研究從冷害指數(shù)和植株生長參數(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，說明低溫脅迫已對根系的自身調(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，造成膜脂過氧化，膜結(jié)構(gòu)被破壞［10］。MDA是膜脂過氧化分解的主要產(chǎn)物，常用來表示細(xì)胞膜脂過氧化程度，同時反映植物遭受逆境脅迫的程度大小［7］。植物本身對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)一步減少了低溫對甜瓜幼苗細(xì)胞造成的氧化傷害和膜脂過氧化物質(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，降低了植株的根系活力，影響了根系對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Cu和Mn的吸收，增強抗氧化酶SOD活性和根系活力，從而提高甜瓜對低溫的適應(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。

表2　低溫處理下甜瓜嫁接苗葉片Mn、Cu、Zn含量

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10.3865/j.issn.1001-3547.2016.12.007

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303014）；國家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系 （CARS-26-16）；湖北省科技支撐計劃（研發(fā)與示范類）項目（2015BKA349）
黃遠(yuǎn)，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室，E-mail：huangyuan@mail.hzau.edu.cn
張朝霞，程菲，孔秋生，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室
別之龍，通信作者，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院/園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室，E-mail：biezl@mail.hzau.edu.cn

2016-05-10