砧木對(duì)黃瓜嫁接苗地上部硅元素轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

段穎　向成鋼　胡軍　馬瑋　孫廷珍　尹國香　王長林

摘要：以去蠟粉南瓜砧木‘488、非去蠟粉南瓜砧木‘277以及黃瓜‘1184為試材，對(duì)各嫁接組合幼葉施用不同濃度Na₂SiO₃，研究砧木對(duì)黃瓜嫁接苗地上部硅轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。結(jié)果表明，（1）葉片外源施硅明顯提高各嫁接苗地上部硅元素含量；（2）嫁接可緩解外源施硅對(duì)嫁接苗在植株高度、葉片傷情等方面的抑制作用；（3）去蠟粉砧木嫁接苗的地上部葉片吸收硅元素能力低于非去蠟粉砧木嫁接苗和自根苗；（4）去蠟粉砧木嫁接苗的果實(shí)鄰近葉、果肉轉(zhuǎn)變?yōu)楣柙氐厣喜哭D(zhuǎn)運(yùn)的新庫，從而抑制硅元素向果皮轉(zhuǎn)運(yùn)，降低果面蠟粉含量。

關(guān)鍵詞：黃瓜；南瓜；嫁接；砧木；蠟粉；硅轉(zhuǎn)運(yùn)

黃瓜（Cucumis sativus）和南瓜（Cucurbita）均為葫蘆科一年生草本植物。黃瓜在我國栽培面積廣泛，以果皮光澤度較高、蠟粉含量較少的果實(shí)類型較受消費(fèi)市場(chǎng)喜愛。采用經(jīng)典育種方法進(jìn)行黃瓜果面低蠟粉品種的選育，往往需要經(jīng)歷較長的培育周期，而利用合適的南瓜砧木可顯著降低黃瓜果面蠟粉含量，已成為改善黃瓜果實(shí)外觀品質(zhì)性狀的重要手段之一。

黃瓜表面蠟粉首先由花前幼果果皮細(xì)胞垂直于果面向外分裂成柄細(xì)胞和粒細(xì)胞，隨后粒細(xì)胞成熟，細(xì)胞核消失，硅化物析出至細(xì)胞表面。成熟黃瓜果面蠟質(zhì)呈白色粉狀，含水量較低，主要成分為SiO₂，約占蠟粉灰分比重的50%，此外，也檢測(cè)到CaO以及痕量ZnO、MnO等金屬氧化物。

研究表明，植物表面的蠟質(zhì)具有提高營養(yǎng)器官機(jī)械強(qiáng)度、抵御病蟲害等造成的機(jī)械損傷、減少非氣孔水分散失等功能，從而提高植物對(duì)逆境的抵抗力。但在黃瓜生產(chǎn)中，較高的蠟粉含量會(huì)嚴(yán)重影響商品果實(shí)外觀品質(zhì)。目前研究表明，黃瓜果面蠟粉與根部對(duì)硅元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)密切相關(guān)。目前關(guān)于南瓜砧木降低黃瓜接穗果面蠟粉含量的研究，主要集中于砧木根系對(duì)土壤硅元素的吸收能力差異上。以去蠟粉能力較弱的黑籽南瓜（Cucurbitaficifolia）為砧木，嫁接后植株硅元素含量較高，去蠟粉效果顯著低于去蠟粉能力較強(qiáng)的南瓜砧木。然而，南瓜砧木對(duì)嫁接苗硅元素的轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)控機(jī)制研究尚存在很多空白。

筆者利用不同去蠟粉能力的南瓜砧木與黃瓜接穗進(jìn)行嫁接，通過向嫁接苗幼嫩葉片噴施外源硅元素，以不依賴根吸收的方式提高嫁接苗植株硅元素含量，并對(duì)硅元素在不同嫁接組合植株各器官的轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配過程進(jìn)行研究，旨在明確南瓜砧木對(duì)嫁接苗硅元素在地上部轉(zhuǎn)運(yùn)及對(duì)果面蠟粉含量的調(diào)控規(guī)律，為黃瓜果實(shí)外觀品質(zhì)改良提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

不同去蠟粉能力的南瓜砧木種質(zhì)由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所南瓜育種課題組提供。其中，南瓜砧木‘488去蠟粉能力強(qiáng)，‘277去蠟粉能力弱。黃瓜接穗‘1184由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所黃瓜育種課題組提供，其成熟果實(shí)呈灰綠色，表面蠟粉層厚。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年8月-11月在中國農(nóng)科院蔬菜花卉研究所基地進(jìn)行試驗(yàn)。50孔穴盤直播，接穗比砧木晚播3d。待砧木子葉平展、接穗第1真葉展開時(shí)以插接法嫁接，共3種嫁接組合（表1），每處理10株。嫁接苗遮陰保濕7d后定植于南圃場(chǎng)試驗(yàn)基地，行距100cm，株距30cm，常規(guī)田間管理。

定植15d后開始進(jìn)行硅噴施處理，配制濃度分別為10、50、100mmol·L^-1Na₂SiO₃溶液，以ddH₂O為對(duì)照，清晨均勻噴施于各嫁接組合接穗莖尖及頂端幼葉，每株苗噴施約20mL，每隔2d噴施1次，共噴施7次。每個(gè)Na₂SiO₃濃度各包括3種嫁接組合，設(shè)置3次重復(fù)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1生長指標(biāo)定植14d和28d后對(duì)各嫁接組合株高進(jìn)行測(cè)定，每次測(cè)定10株，以未噴施Na₂SiO₃的對(duì)照組中各嫁接組合的植株高度為100%，對(duì)噴施不同濃度Na₂SiO₃處理下的植株高度測(cè)定數(shù)據(jù)計(jì)算相對(duì)生長率。果實(shí)長至21 DAP（Dav After Polli-nation，授粉后時(shí)間）時(shí)對(duì)植株葉片傷情進(jìn)行調(diào)查分級(jí)，每個(gè)嫁接組合、每處理分別調(diào)查50片植株葉片，依據(jù)如下：Ⅰ級(jí)一葉片全綠，完全沒有病斑或極少病斑；Ⅲ級(jí)一葉片全綠，病斑直徑不超過2mm；Ⅴ級(jí)一葉片生長受限，葉色發(fā)黃，病斑直徑不超過1cm；Ⅶ級(jí)一葉片生長受限，葉片病斑成片連接，面積不超過葉面積1/2；Ⅸ級(jí)一葉片生長受限，葉面大部分枯黃。

1.3.2果面蠟粉含量測(cè)定 從各嫁接組合中選取開花時(shí)間相同的果實(shí)4個(gè)，取樣時(shí)間為開花后3d（幼果）、開花后7d（中果）、開花后14d（大果）和開花后21d（老果）。利用HP-200型色差計(jì)參照胡軍等的方法測(cè)定果實(shí)表面明度差。

1.3.3硅元素含量測(cè)定 取植株幼葉、果實(shí)鄰近葉、成熟老葉、果皮1～2mm厚組織、果皮下5-10mm果肉，參照胡軍等的方法進(jìn)行硅含量（以鮮質(zhì)量計(jì)）測(cè)定：稱取鮮樣100mg，加入新配0.4mL1mol·L^-1HCl提取液研磨成勻漿，再加入0.4mL1mol·L^-1HCl浸提10min，12000r·min^-1離心5min。取上清液0.1mL轉(zhuǎn)入離心管，加入0.4mL1mol·L^-1HCl和5%鉬酸銨0.24mL混勻，于90℃沸水浴孵育1min，加入硫酸/草酸混合液0.8mL，6%硫酸亞鐵銨（含2%硫酸）0.32mL混勻，分光光度計(jì)測(cè)定810nm吸光度。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)采用Excel 2013和SPSS 23.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。endprint

2結(jié)果與分析

2.1砧木對(duì)嫁接苗營養(yǎng)生長的影響

定植14d后低濃度Na₂SiO₃處理對(duì)3種嫁接組合的植株相對(duì)高度影響不大，較高濃度Na2Si03處理抑制各嫁接組合植株高度，在100mmol·L^-1處理下，‘1184，‘277和‘1184/‘1184株高分別比‘1184/‘488降低11%和14%（圖1-A）。定植28d后，較高濃度Na₂SiO₃處理對(duì)各嫁接組合植株高度的抑制作用進(jìn)一步加強(qiáng)，在100mmol·L^-1處理下，‘1184/‘277和‘1184/‘1184株高分別是‘1184，‘488的72%和55%（圖1-B）。

根據(jù)施硅處理后葉片表面出現(xiàn)的枯斑面積，將葉片傷情分為5級(jí)（圖1-C），調(diào)查各嫁接組合中不同級(jí)別傷情葉片數(shù)占該嫁接組合調(diào)查葉片總數(shù)的百分比（圖1-D）。‘1184/‘488出現(xiàn)Ⅴ級(jí)以上病葉的百分比最低，表明以南瓜為砧木進(jìn)行嫁接緩解了葉片外源施硅對(duì)嫁接苗在植株高度、葉片傷情等方面的影響，并且去蠟粉能力較強(qiáng)的南瓜砧木效果更明顯，說明南瓜砧木參與了嫁接苗地上部對(duì)外源硅元素脅迫的響應(yīng)過程。

2.2砧木對(duì)嫁接苗葉片硅元素含量的影響

由圖2可知，各嫁接組合硅元素含量隨外源施硅濃度的增加均有不同程度的增加，說明通過葉片噴施有效提高植株硅元素含量。硅元素在葉片中含量排序分別為幼葉<果實(shí)鄰近葉<成熟葉片，說明硅元素在植株體內(nèi)的再分配具有選擇特異性。

進(jìn)一步研究硅元素在不同嫁接組合中再分配的特征發(fā)現(xiàn)，幼葉中‘1184/‘488硅元素含量分別是‘1184/‘277和‘1184/‘1184的48%和41%，并且隨施硅濃度增加呈先升高再降低趨勢(shì)（圖2-A）。成熟葉片中，‘1184/‘488硅元素含量分別為‘1184/‘277和‘1184/‘1184的58%和41%，并且3種嫁接組合硅元素含量隨外源施硅濃度增加而升高，且為各自對(duì)照組的3倍左右（圖2-B）。在果實(shí)鄰近葉片中，對(duì)照組中‘1184/‘488硅元素含量僅分別為‘1184/‘277和‘1184/‘1184的56%和45%。隨著噴施硅濃度的升高，‘1184/‘488嫁接組合果實(shí)鄰近葉中的硅含量明顯增長，增幅達(dá)到36%和44%（圖2-C）。以上結(jié)果說明，去蠟粉砧木‘488嫁接使植株硅元素傾向于果實(shí)鄰近葉片轉(zhuǎn)運(yùn)，以避免在幼葉中沉積。

2.3砧木對(duì)嫁接苗果實(shí)硅元素含量的影響

硅元素經(jīng)葉片噴施進(jìn)入黃瓜植株體內(nèi)后，由維管組織向果實(shí)器官進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配。對(duì)3種嫁接組合果實(shí)各發(fā)育階段（3、7、14、21DAP）測(cè)定結(jié)果顯示，‘1184/‘488果皮硅元素含量最低，至21DAP時(shí)僅為‘1184/‘277、‘1184/‘1184的45%和46%，且隨外源施硅濃度增加并未發(fā)生明顯升高，降低幅度分別為1%和13%（圖3-A、C、E）?！?184/‘488果肉硅元素含量也最低，至21DAP時(shí)僅為‘1184/‘277、‘1184/‘1184的23%和27%，且隨外源施硅濃度增加呈明顯升高趨勢(shì)，增長幅度分別為24%和21%（圖3 B、D、F）。以上結(jié)果說明，去蠟粉砧木‘488使嫁接植株硅元素傾向果肉轉(zhuǎn)運(yùn)，而不傾向果皮轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.4砧木對(duì)嫁接苗果面蠟粉含量的影響

3種嫁接組合對(duì)照組果面蠟粉含量均隨果實(shí)發(fā)育成熟而減少，至21 DAP時(shí)分別降低至3 DAP的42%、54%和48%。其中，‘1184/‘488果實(shí)蠟粉含量最低，至果實(shí)成熟時(shí)僅為‘1184/‘277、‘1184/‘1184的70%和73%，且隨外源施硅濃度增加未發(fā)生明顯變化（圖4）。以上結(jié)果說明去蠟粉砧木‘488對(duì)于外源噴施硅誘導(dǎo)果面蠟粉形成過程表現(xiàn)出抑制作用。

3討論

3.1南瓜砧木對(duì)硅元素在嫁接苗體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配具有調(diào)控作用

土壤溶液中的硅酸鹽復(fù)合物或硅溶膠在黃瓜根系表面以單體Si（OH）₄形式由硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白吸收，并隨蒸騰流向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。目前已在水稻、玉米、番茄、黃瓜等植物中鑒定出硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族的多個(gè)成員。硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是一類水通道蛋白，水稻硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Lsi1和Lsi2在根細(xì)胞凱氏帶兩側(cè)存在極性定位，介導(dǎo)硅元素從根系向木質(zhì)部的跨膜主動(dòng)運(yùn)輸。此外，硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在葉片、葉柄維管束中也有表達(dá)，參與硅元素向庫器官的轉(zhuǎn)運(yùn)和卸載。目前已在南瓜中鑒定出3個(gè)硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因，分別為CmLsi1、CmLsi2和CmLsi3。對(duì)不同去蠟粉能力南瓜砧木根系的研究顯示，CmLsil基因編碼區(qū)存在單堿基差異，導(dǎo)致硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白亞細(xì)胞定位不同；此外，CmLsi2和CmLsi3基因表達(dá)模式也不相同，從而影響硅元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，最終導(dǎo)致黃瓜接穗果實(shí)表面分泌的蠟粉含量差異。

已有研究表明，向黃瓜根系施加外源Na2Si03能提高植株體內(nèi)硅元素含量，植株生長勢(shì)及營養(yǎng)品質(zhì)也會(huì)相應(yīng)升高。筆者進(jìn)一步研究了砧木對(duì)黃瓜嫁接苗地上部硅元素的調(diào)控作用。為避免砧木根系從土壤中吸收硅元素能力的不同，采用向幼葉噴施Na₂SiO₃的處理方法，有效提高嫁接植株地上部硅元素含量。已有研究表明，嫁接過程中砧穗之間存在信號(hào)交互，對(duì)同一接穗性狀將產(chǎn)生不同影響，黃瓜接穗本身的基因型對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)至果實(shí)中的硅元素也具有調(diào)控作用，砧木有可能影響定位在接穗果柄或果實(shí)維管束中的硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，降低硅元素從木質(zhì)部向果皮的主動(dòng)運(yùn)輸，最終降低果實(shí)表面蠟粉含量；此外，硅元素含量本身可能也對(duì)維管束特定細(xì)胞附近的硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)錄水平或活性具有反饋調(diào)控作用。

3.2砧木對(duì)硅元素向葉片轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控

通常認(rèn)為，進(jìn)入植物體內(nèi)的硅元素隨著木質(zhì)部蒸騰流在植株體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配，其在植物葉片組織的積累與葉片生長時(shí)間有關(guān)，本試驗(yàn)中各嫁接組合幼葉中的硅元素含量明顯低于成熟葉片和果實(shí)鄰近葉，這與前人部分研究結(jié)果一致。同時(shí)，本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步顯示，隨著外源施加Na₂SiO₃濃度的升高，不同去蠟粉能力的砧木對(duì)已轉(zhuǎn)入植株體內(nèi)的硅元素再分配途徑表現(xiàn)出明顯差異：去蠟粉砧木嫁接苗的硅元素同時(shí)向成熟葉片和果實(shí)鄰近葉片轉(zhuǎn)運(yùn)的趨勢(shì)增強(qiáng)，向幼葉轉(zhuǎn)運(yùn)趨勢(shì)減弱，而非去蠟粉砧木嫁接苗和自根苗的硅元素僅僅向果實(shí)成熟葉片轉(zhuǎn)運(yùn)趨勢(shì)增強(qiáng)，但向果實(shí)鄰近葉轉(zhuǎn)運(yùn)增加的趨勢(shì)并不明顯，表明去蠟粉砧木使果實(shí)鄰近葉片成為植物體內(nèi)硅元素的一個(gè)新庫，從而避免幼葉與果實(shí)受到硅元素毒害。

3.3砧木對(duì)硅元素向果實(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配的調(diào)控作用

砧木對(duì)土壤硅元素的吸收能力影響硅元素在果實(shí)器官的積累。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，去蠟粉砧木明顯降低嫁接苗硅元素在果皮中的分布，與前人研究結(jié)果一致。同時(shí)，本試驗(yàn)結(jié)果還顯示，向葉片外源噴施高濃度硅元素時(shí)，去蠟粉能力較強(qiáng)的砧木使硅元素優(yōu)先向果肉中轉(zhuǎn)運(yùn)，而向果皮轉(zhuǎn)運(yùn)趨勢(shì)不明顯，這表明果肉是植株體內(nèi)硅元素轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配的重要去向之一。有研究指出，南瓜砧木嫁接會(huì)不同程度地降低黃瓜接穗果實(shí)的口感風(fēng)味，利用固相微萃取氣象色譜一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測(cè)到黃瓜心腔中與果實(shí)清香相關(guān)的揮發(fā)性代謝物質(zhì)含量在去蠟粉能力較強(qiáng)的砧木組合中降幅更大，這與硅元素轉(zhuǎn)運(yùn)和再分配是否有關(guān)，有待進(jìn)一步探討。

此外，在向葉片噴施蒸餾水的對(duì)照組中，無論是嫁接苗還是自根苗，果皮硅元素含量隨果實(shí)發(fā)育時(shí)間的推移均呈降低趨勢(shì)，與前人研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步顯示，向葉片外源噴施高濃度硅元素時(shí)，各嫁接組合中果皮硅元素含量并未隨Na₂SiO₃濃度升高而發(fā)生明顯變化，可能是果皮中的硅元素含量已達(dá)飽合狀態(tài)，多余的硅元素將被動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)到其他部位或通過泌外機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)到果皮表面形成蠟粉并伴有風(fēng)干脫落，其機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4結(jié)論

嫁接作為育種工作中一項(xiàng)傳統(tǒng)而重要的園藝手段，在提高園藝作物抗病性及改良果實(shí)品質(zhì)方面發(fā)揮著重要作用。長久以來一直致力于研究嫁接對(duì)果實(shí)品質(zhì)改良的調(diào)控機(jī)制，近年來利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序、非損傷微測(cè)技術(shù)等技術(shù)手段，在砧穗互作機(jī)制方面取得許多突破。筆者研究發(fā)現(xiàn)，砧木有可能增強(qiáng)硅元素向庫器官轉(zhuǎn)運(yùn)的選擇性，由此產(chǎn)生對(duì)果肉等庫器官在風(fēng)味和口感方面的影響，這有待進(jìn)一步探討；此外，未來有必要繼續(xù)探明不同類型的南瓜砧木對(duì)嫁接苗各器官組織硅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白定位及轉(zhuǎn)運(yùn)活力的調(diào)控作用；在篩選黃瓜抗病、抗逆等各類型砧木時(shí)，需兼顧果實(shí)外觀和口感性狀，綜合考慮砧木對(duì)地上部生長及果實(shí)物質(zhì)積累的影響。endprint