新疆野蘋果作為蘋果砧木利用的研究進展

鄭 點，吳玉霞，覃偉銘，何天明

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 林學(xué)與園藝學(xué)院，新疆 烏魯木齊830052; 2. 新疆巴音郭楞蒙古自治州沙依東園藝場，新疆 庫爾勒841000)

新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]，又名塞威士蘋果，主要分布在中亞諸國和我國新疆的伊犁、塔城地區(qū)[1]。在過去的幾十年里，新疆野蘋果在我國陜西、山東、河北、新疆等蘋果產(chǎn)區(qū)常作為蘋果砧木和園林綠化樹種被廣泛利用[2-5]。新疆野蘋果根系發(fā)達，生產(chǎn)上普遍表現(xiàn)耐旱、耐寒、耐瘠薄、耐鹽堿性等優(yōu)良抗性[6]。過去30年來，為了更好地利用這一野生資源作為蘋果砧木，許多學(xué)者從新疆野蘋果對生物逆境和非生物逆境的抗性和以及嫁接親和性角度進行了廣泛研究，在抗逆機理及其評價指標方面積累了大量文獻。本文對有關(guān)新疆野蘋果作為蘋果砧木使用密切相關(guān)的抗病性、抗蟲性、耐旱性、耐寒性、耐鹽堿性等性狀的研究文獻進行了歸納和總結(jié)，茲將有關(guān)結(jié)果報道如下，以資參考。

1 新疆野蘋果對兩種生物逆境脅迫的抗性研究

1.1 蘋果小吉丁蟲

當新疆野蘋果作為蘋果砧木來利用時，我們主要關(guān)注其癥狀表現(xiàn)在枝干或根系部位的生物脅迫類型，而不在于葉片和果實部位。正因如此，新疆野蘋果對蛀干性害蟲蘋果小吉丁蟲(AgrilusmaliMatsumura)的抗性研究首先成為我們關(guān)注的焦點。

蘋果小吉丁蟲為害新疆野蘋果是外來物種入侵導(dǎo)致生態(tài)災(zāi)害的典型案例。在林佩鈞先生2000年出版的《天山野果林綜合研究》一書中，并無此蟲對野蘋果為害的記載[1]。實際上，蘋果小吉丁蟲為害野蘋果最早的公開報道始于1999年[7]。

筆者對伊犁新源縣喀拉布拉鄉(xiāng)和鞏留庫爾德寧鎮(zhèn)的400株野蘋果單株做了定點調(diào)查，沒有發(fā)現(xiàn)一株完全抗蟲的單株，并且在野蘋果分布區(qū)域內(nèi)的農(nóng)家種植的栽培蘋果如‘富士’、‘元帥’等品種也無一幸免。梅闖等在新源縣改良場做的野外調(diào)查表明新疆野蘋果群體中存在高抗蘋果小吉丁蟲單株類型，高抗類型和低抗類型植株在枯枝率及總蟲口數(shù)、羽化孔數(shù)等抗蟲指標間差異較大。但定義為高抗的5株單株幼蟲數(shù)為0的只有XY-90，但這一單株具有一定量的羽化蟲數(shù)，所以絕對抗蘋果小吉丁蟲的野蘋果單株迄今尚未發(fā)現(xiàn)[8]。

因此，將新疆野蘋果作為砧木品種引用時，蘋果小吉丁蟲的檢疫工作應(yīng)引起足夠重視，因為該蟲不僅為害作為砧木用的新疆野蘋果，也不同程度為害主栽蘋果品種(即接穗部分)[9]。以下案例值得借鑒：2006年青海尖扎縣有45%的蘋果園受蘋果小吉丁蟲為害，嚴重的果園有60%的蘋要樹受害[10]。甘肅平?jīng)?993年蘋果小吉丁蟲為害率16%，1997年達到100%[11]。

1.2 土壤連作障礙(蘋果再植病)

我國人口多，耕地面積有限，通過在農(nóng)地上新栽蘋果樹以發(fā)展蘋果產(chǎn)業(yè)頗不現(xiàn)實。加上蘋果老產(chǎn)區(qū)進入老齡化的果園比例越來越高，在老果園上重新建園產(chǎn)生的土壤連作障礙(蘋果再植病)嚴重制約著蘋果的更新?lián)Q代。美國蘋果產(chǎn)業(yè)也面臨著同樣問題，篩選抗病品種成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的剛性需求。Isutsa等從總生物量、根壞死、根部真菌和根腐線蟲(PratylenchuspenetransCobb)4個標準評價蘋果種內(nèi)或種間雜交對連作障礙的抗病和耐病作用，發(fā)現(xiàn)所測試的品種都不抗蘋果再植病(Apple replant disease, ARD),但新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]表現(xiàn)出明顯耐病[12]。Fazio等也在其研究中發(fā)現(xiàn)蘋果砧木中存在抗連作障礙的遺傳基因，希望利用新疆野蘋果種質(zhì)獲得抗連作障礙的砧木[13]。

我國學(xué)者王元征等對包括新疆野蘋果在內(nèi)的5種蘋果砧木幼苗對連作土壤適應(yīng)性差異進行了研究，發(fā)現(xiàn)連作對5種蘋果砧木的外在影響表現(xiàn)為生物量、株高地徑的下降，其中平邑甜茶適應(yīng)性最強，新疆野蘋果次之。生理指標中如CAT酶活性的影響在平邑甜茶中表現(xiàn)最小，新疆野蘋果次之，從另一方面說明連作對砧木根系細胞造成的傷害中新疆野蘋果受到的影響較小[14]。

中外學(xué)者的相關(guān)研究均表明新疆野蘋果是一個較耐蘋果再植病的蘋果砧木品種，這為我國老蘋果產(chǎn)區(qū)選擇抗再植病的砧木提供了可能。

2 新疆野蘋果對幾種非生物逆境的抗性研究

2.1 抗寒性

作為蘋果砧木使用的新疆野蘋果，生產(chǎn)實踐中對其抗寒性的要求并不高。因為我國大部分蘋果適生區(qū)如黃土高原和膠東半島的冬季極端低溫一般要高于新疆野蘋果的原生境天山山區(qū)。新疆野蘋果分布于新疆境內(nèi)土層薄、高度差大、生境脆弱的天山山坡地，其原生境溫度日較差較大，極端低溫可達-30 ℃以下，正因此新疆野蘋果具有一定的抗寒能力[1]。

實驗室的研究也證實了這一點。文玉珍等采用低溫脅迫(4 ℃)處理新疆野蘋果離體葉片，分別測定不同脅迫天數(shù)下的離體葉片的過氧化物酶活性、丙二醛含量、脯氨酸含量和氧化物歧化酶活性等生理指標。表明新疆野蘋果離體葉片在低溫脅迫下，體內(nèi)的保護性酶以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會大量積累用來抵御其在低溫脅迫下所收到的傷害，由此說明新疆野蘋果具有一定的耐寒能力[15]。王澤華等采用電導(dǎo)法和葉片解剖結(jié)構(gòu)分析對不同生境下的新疆野蘋果進行了抗寒性比較研究，參考枝條相對電導(dǎo)率高低，結(jié)合半致死溫度，測量其葉片厚度、上表皮厚度、柵欄組織厚度等指標，得出新疆野蘋果不同生境下抗寒性由強到弱排序依次為：托里縣野蘋果>額敏縣野蘋果>鞏留縣野蘋果>霍城縣野蘋果﹥新源縣野蘋果。由此，將抗寒要求作為第一指標選擇野蘋果作為砧木采種時，托里縣野蘋果可作為首選[16-17]。張軍等[18]用電EIS(電阻抗圖譜法)法對新疆鞏留縣和新源縣2個居群的新疆野蘋果的當年生枝的抗寒性進行了研究，證明鞏留居群的抗寒性高于新源居群，與王澤華的上述研究結(jié)果相吻合。

對新疆野蘋果與其它蘋果砧木品種的抗寒性有多位學(xué)者做了比較研究。趙玲玲等了測定了山定子[Malusbaccata(Linn.) Borkh.]、新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]、煙臺沙果[M.prunifoli(Willd) Borkh]和萊蕪難咽(M.micromalusMakino)4種蘋果砧木在低溫脅迫下的葉片的多胺含量，由此對其耐寒性進行對比研究。結(jié)果表明4 種蘋果砧木耐寒性從高到低依次為：山定子>新疆野蘋果>萊蕪難咽>煙臺沙果[19]。劉君等在新疆伊犁地區(qū)通過果園調(diào)查方式對不同砧木的抗寒性進行了比較，發(fā)現(xiàn)蘋果不同砧木在伊犁蘋果產(chǎn)區(qū)抗寒性大小表現(xiàn)為：GM256>新疆野蘋果>遼砧2號[20]。馬子華利用活體電阻法對黃海棠、新疆野蘋果和懷來海棠三種蘋果砧木抗寒性的研究表明：黃海棠最強，懷來海棠次之，新疆野蘋果最差[21]。

2.2 抗旱性

譚冬梅采用20%聚乙二醇對平邑甜茶(MalushupehensisRehd)和新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]模擬干旱脅迫處理后，發(fā)現(xiàn)新疆野蘋果葉片保持細胞膜完整性的時間比平邑甜茶長。對葉片進行DNA含量、0.1% NBT染色、相對導(dǎo)電率和RNA含量測定等生理測定表明，平邑甜茶再處理后DNA和RNA含量有所下降，而新疆野蘋果下降速度明顯緩慢。由此可見，在干旱脅迫下，新疆野蘋果先發(fā)生程序性死亡以應(yīng)對干旱，其抗旱的機制要強于平邑甜茶[22]。張靜等采用電導(dǎo)法和檢測MDA(丙二醛)含量對新疆野蘋果、平邑甜茶、八棱海棠、‘M26’、‘M9’的抗旱性進行了鑒定。最終將這幾種蘋果砧木抗旱性分為四類：不抗、低抗、中抗和高抗。不抗：‘M9’；低抗：‘M26’；中抗：平邑甜茶和八棱海棠；高抗：新疆野蘋果。按照砧木抗旱性由強到弱依次排序為：新疆野蘋果>平邑甜茶>八棱海棠>‘M26’>‘M9’[23]。從以上兩例研究結(jié)果初步分析，新疆野蘋果的抗旱性是其最為優(yōu)異的一個抗逆性狀，在干旱地區(qū)如黃土高原地區(qū)發(fā)展蘋果產(chǎn)業(yè)時應(yīng)作為砧木品種的首選。

其實，抗旱性也是新疆野蘋果抗逆性狀研究中最為深入的一例，在分子水平上對其抗旱機理的研究有了率先突破。徐彥通過抑制性差減雜交的方法構(gòu)建了新疆野蘋果根組織在干旱脅近下誘導(dǎo)表達差減文庫和抑制表達差減文庫，測定鑒定出16個生物學(xué)功能在內(nèi)的268個有效的UniESTs[26]。Zhao等克隆了新疆野蘋果的MsDREBA5基因，并發(fā)現(xiàn)包括干旱脅迫在內(nèi)的非生物逆境脅迫可誘導(dǎo)該基因的表達,而鹽脅迫則抑制該基因的表達[27]。Peng等檢測了新疆野蘋果等蘋果砧木在干旱脅迫下促分素原活化蛋白激酶(MAPK)基因的表達變化，發(fā)現(xiàn)其表達水平與抗旱性呈正相關(guān)，抗旱性最強的新疆野蘋果MAPK表達水平最高[28]。

2.3 抗(耐)鹽性

為了篩選高抗鹽蘋果砧木，多位研究者在不同試驗條件對不同要砧木的抗鹽性做了鑒定。劉兵等采用含NaCl的營養(yǎng)液澆灌珠美海棠[Maluszumi(Matsum)Reder]和新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]組培苗，比較了它們的抗鹽性，通過綜合比較鹽脅迫下珠美海棠和新疆野蘋果各項生理生化指標的變化，得出珠美海棠的耐鹽性強于新疆野蘋果的結(jié)論[29]。Lan等比較了八棱海棠(MalusrobustaRehd)和新疆野蘋果[Malussieversii(Ledeb)Roem]通過砂培在不同鹽濃度下葉片的組織解剖結(jié)構(gòu)變化。通過光學(xué)顯微結(jié)構(gòu)表明，對比在鹽脅迫的環(huán)境下，八棱海棠和新疆野蘋果的葉片厚度，海綿組織、上下表皮發(fā)生不同程度的加厚，柵欄層組織厚度減小。八棱海棠比新疆野蘋果葉片細胞結(jié)構(gòu)損傷小，更能夠完整的保持細胞結(jié)構(gòu)。八棱海棠對鹽脅迫的適應(yīng)性要高于新疆野蘋果，對鹽脅迫表現(xiàn)出較強的適應(yīng)性[30]。尹蓉通過水培研究的方法，通過抗逆性相關(guān)生長性狀結(jié)合電導(dǎo)率、丙二醛含量、抗氧化物酶研究，也表明八棱海棠為耐鹽性強的蘋果資源，而新疆野蘋果則歸為耐鹽性中等的一類[31]。于瑋瑋等的研究表明新疆野蘋果幼苗在鹽脅迫下可通過積累脯氨酸和可溶性糖，提高 SOD和 POD 的活性，以減緩鹽脅迫對植株的傷害且具有一定的耐鹽性[32]。

林冰冰等2016等對不同地點不同株系采集的新疆野蘋果單株的抗鹽性進行了深入研究。發(fā)現(xiàn)新疆野蘋果耐鹽堿性居群間變異幅度不僅小于種間變異，也小于居群內(nèi)3個性狀分離程度，且同一居群的株系間各個性狀的種間差異相當。說明蘋果屬資源抗性種間差異明顯，且新疆野蘋果種內(nèi)抗逆性分布雖然廣泛，居群內(nèi)抗逆性分離在株系內(nèi)和株系內(nèi)分離更嚴重[33]。

2.4 抗缺鐵性

我國蘋果產(chǎn)區(qū)有大面積的石灰性鈣質(zhì)土壤，因土壤鐵被大量固定而有使土壤有效鐵含量偏低，極易發(fā)生葉片缺鐵性黃化癥狀。篩選鐵高效砧木成為根治這一頑疾的良方，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在這一領(lǐng)域做了大量工作。韓振海研究表明，在蘋果屬的不同砧木中，小金海棠(M.XiaojinensisCheng M.H.et Jiang N.G.)表現(xiàn)出較高的抗缺鐵特性，八棱海棠吸收和利用鐵素能力稍弱，而山定子、青?；ㄈ~、新疆野蘋果卻極易發(fā)生失綠[34]。吳玉霞等通過溶液培養(yǎng)，施以缺鐵脅迫，評價了4種砧木的抗鐵性：相對于新疆野蘋果、平邑甜茶和黃太平而言，八棱海棠表現(xiàn)出較強的抗缺鐵特性，是一個理想的鐵高效蘋果砧木基因型[35]。焦曉峰在田間做的調(diào)查也證實了吳玉霞水培試驗的結(jié)果：小金海棠、八棱海棠和新疆野蘋果三種砧木，在南疆鈣質(zhì)土壤上小金海棠和八棱海棠的抗缺能力最強，新疆野蘋果發(fā)生黃化癥狀明顯，表現(xiàn)出抗缺鐵能力較弱。以上研究表明，在極易發(fā)生缺鐵黃化的地區(qū)選用蘋果砧木時，新疆野蘋果要慎用[36]。

3 嫁接親和性研究

新疆野蘋果目前生產(chǎn)應(yīng)用的主要途徑是作為砧木資源，所以與主栽品種的嫁接親和性是一個重要性狀。李開花等以新疆野蘋果為基砧，采用劈接法嫁接了‘新冠’、‘紅肉蘋果’和‘新帥’，根據(jù)嫁接成活率、接穗萌芽率等指標評價了嫁接親合性。結(jié)果表明上述三個蘋果品種嫁接在新疆野蘋果上其成活率均在80%以上，對比嫁接口愈合程度，認定‘紅肉蘋果’與新疆野蘋果嫁接親合力最強，嫁接口比較平滑，其次為‘新冠’和‘新帥’，均表現(xiàn)出一定量的大腳現(xiàn)象和瘤狀突起，表明一定的不親和現(xiàn)象[37]。本課題組引進了大量新疆伊犁州農(nóng)科院以新疆野蘋果為基砧、以矮化砧GM233、T337等中間砧嫁接繁殖的蘋果苗木，定植于位于新疆巴音郭楞蒙古自治州沙依東園藝場，苗木生長一年，成活率均在80%以上，嫁接口無明顯裂皮癥狀，說明新疆野蘋果與矮化砧木也有良好的嫁接親和性。

4 新疆野蘋果作為蘋果砧木利用研究的前景展望

綜上所述，新疆野蘋果作為砧木利用的文獻多集中在抗逆生理指標的測定以及表觀性狀的調(diào)查方面，從分子水平上闡明新疆野蘋果的抗逆機制的研究才剛剛起步。目前，隨著分子生物學(xué)和基因工程的飛速發(fā)展，從分離抗逆功能基因、利用分子手段確定抗逆性評價指標已經(jīng)可能。因此，在今后的研究中，分子機制的研究是一個方向趨勢。最近，有關(guān)新疆野蘋果全基因組測序的研究成果為這一領(lǐng)域的拓展奠定了基礎(chǔ)[38]。

另外，目前關(guān)于新疆野蘋果非生物逆境的抗性研究多在水培、砂培和組織培養(yǎng)條件下完成，與大田條件相差甚遠，研究成果對實際的商業(yè)化栽培指導(dǎo)意義有限。因此，在今后的研究中，應(yīng)重視在大田條件特別是在鹽堿重的地區(qū)新疆野蘋果的抗性研究。