桃接穗對歐李砧木根系生長習性的影響

耿 杰，丁 杰，段艷婷，丁文軒，李學強

(河南科技大學 林學院，河南 洛陽 471023)

0 引言

桃(Prunuspersica(L.)Batsch)在世界各地均有栽培，在果樹生產(chǎn)中占有重要地位，是中國四大落葉果樹之一，中國桃產(chǎn)量居世界第一[1]。目前，生產(chǎn)上已有很多桃的優(yōu)良砧木[2-4]，但尚未找到合適的桃矮化砧木。歐李(Cerasushumilis)是薔薇科櫻桃屬果樹，有研究發(fā)現(xiàn)歐李和桃具有較強的親和性，可作為桃的矮化砧木[5]。目前，關(guān)于桃/歐李嫁接植株的研究主要集中在產(chǎn)量和抗性方面[5-7]，尚未對其根生長習性進行詳細研究。

不同接穗具有不同的遺傳型，對不同砧木根系的形態(tài)和生理會產(chǎn)生不同影響，進而影響嫁接植株的生長發(fā)育[8]。文獻[9]發(fā)現(xiàn)：線椒接穗能提高砧木的根長、根體積、根表面積、根分支數(shù)和根交叉數(shù)，促進根系生長。文獻[10]發(fā)現(xiàn)：接穗在嫁接茶樹生長后期對主根長產(chǎn)生顯著影響，其中，祁門櫧葉種倒接紅旗1號嫁接株的根長顯著增大，增強了根生長能力。文獻[11]對‘21世紀’桃研究發(fā)現(xiàn)：接穗使砧木根系的導(dǎo)管直徑減少，且提高了根系的抗性。文獻[12]發(fā)現(xiàn)：接穗通過影響砧木根系的根尖數(shù)，進而影響根系對硝態(tài)氮的吸收。目前，對桃和歐李嫁接的研究主要集中在歐李對桃接穗的影響[5]，而桃接穗對歐李根系的影響罕見報道。春美桃[13]是由中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹所研究培育出來的，其早熟、全紅、果型大，在生產(chǎn)上較受歡迎，因此選用其為接穗。本試驗以歐砧1號自根、春美/歐砧1號嫁接植株為材料，研究兩者根系的分支習性、解剖結(jié)構(gòu)、礦質(zhì)元素以及呼吸酶活性，從形態(tài)、解剖結(jié)構(gòu)和生理生化等方面分析桃接穗對歐砧1號根系生長發(fā)育的影響，以期為歐李作桃砧木的實踐提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2018年春季植株萌芽前，在河南科技大學歐李試驗園中隨機選取長勢一致、無病蟲害的2 a生歐砧1號和春美/歐砧1號，其中，歐砧1號為栽培的分株苗，春美/歐砧1號為栽培的芽苗(每5株為一區(qū)組，重復(fù)3次)，在植株的一側(cè)用流水沖洗的方法挖取完整的根系，標記后立即放入冰盒中保濕備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 根系分支習性觀察

單位根(從根先端沿根軸向主干方向延伸，直至根軸直徑為5 mm左右處剪斷，所得根段為單位根)以根軸為主根，主根上發(fā)出的根為1級側(cè)根，1級側(cè)根上發(fā)出的根為2級側(cè)根，統(tǒng)計1級側(cè)根和2級側(cè)根數(shù)量，測定根軸直徑、各單位根的根長和1級側(cè)根的根長。

1.2.2 根系解剖結(jié)構(gòu)觀察

根據(jù)直徑d將根分為5級：d<1 mm(1級根)、1 mm≤d<2 mm(2級根)、2 mm≤d<3 mm(3級根)、3 mm≤d<5 mm(4級根)、d≥5 mm(5級根)，各根級剪成長為5 mm左右的根段，在福爾馬林乙醇醋酸混合液(formalin alcohol acetate mixture，F(xiàn)AA)中固定24 h后，抽真空處理，然后放入V(HCl)∶V(H2O)為1∶2的溶液中，于60 ℃軟化處理，從1級根到5級根分別軟化處理1 d、2 d、3 d、5 d和7 d，軟化后制作石蠟切片[14]。每個處理選50張切片，觀察并測量根直徑、木質(zhì)部直徑、韌皮部直徑、周皮厚度、中柱直徑、韌皮部細胞長度、韌皮部細胞寬度、木質(zhì)部細胞長度、木質(zhì)部細胞寬度、導(dǎo)管直徑和導(dǎo)管密度等指標。

1.2.3 根系礦質(zhì)元素含量測定

將根清洗干凈，用去離子水沖洗3次并按直徑進行分級，分級后放入烘箱中烘干至恒質(zhì)量，用玻璃研缽粉碎，用于根系礦質(zhì)元素含量的測定。礦質(zhì)元素Ca、Fe、K、Zn、Mg、Cu和Mn的含量均參照文獻[15]的方法測定。

1.2.4 根系呼吸相關(guān)酶活性測定

將根系清洗干凈并吸干表面的水分，在低溫條件下按直徑進行分級，分別將各根級剪碎混勻，冷凍保存。

有氧呼吸酶和無氧呼吸酶的提取參照文獻[16-17]的方法。琥珀酸脫氫酶(succinate dehydrogenase，SDH)活性測定參照文獻[18]的方法。蘋果酸脫氫酶(malate dehydrogenase，MDH)活性測定參照文獻[19]的方法。乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)活性和丙酮酸脫羧酶(pyruvate decarboxylase，PDC)活性測定參照文獻[20]的方法。乳酸脫氫酶(lactic dehydrognase，LDH)活性測定參照文獻[21]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0軟件對各指標進行計算和獨立樣本t檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 桃接穗對歐李砧木根系分支習性影響的比較

表1為桃接穗對歐李砧木根系分支習性影響的比較。由表1可以看出：與歐砧1號相比，春美/歐砧1號的1級側(cè)根數(shù)、1級側(cè)根根徑和1級側(cè)根長度分別增大了36.61%、26.19%和36.96%，主根徑、主根長度和2級側(cè)根數(shù)差異不顯著，但主根長度和2級側(cè)根數(shù)也分別增大了31.50%和51.21%，主根徑減小了3.01%。除主根徑減小外，側(cè)根數(shù)、側(cè)根長度和側(cè)根根徑均增大，根系主要依靠側(cè)根吸收水分和養(yǎng)分，說明桃接穗增大了歐砧1號根的側(cè)根數(shù)、長度和粗度，提高了根系吸收水分和養(yǎng)分的能力。

表1 桃接穗對歐李砧木根系分支習性影響的比較

注:表中數(shù)據(jù)為均值±標準誤差，同列不同小寫字母表示歐砧1號和春美/歐砧1號間在0.05水平存在顯著性差異。

2.2 桃接穗對歐李砧木根系各根級橫切面解剖結(jié)構(gòu)影響的比較

圖1為歐砧1號和春美/歐砧1號各根級橫切面的解剖結(jié)構(gòu)。由圖1可以看出：歐砧1號和春美/歐砧1號的根解剖結(jié)構(gòu)在不同根徑中相同，均具有周皮、韌皮部、木質(zhì)部和中柱等，但各部分組織所占比例發(fā)生變化。表2為桃接穗對歐李砧木根系橫切面的影響比較。表3為桃接穗對歐李砧木根系木質(zhì)部及韌皮部的影響比較。由表2和表3可以看出：與歐砧1號相比，在春美/歐砧1號根系解剖結(jié)構(gòu)1級根中，只有韌皮部細胞長度顯著減小了5 μm，其他指標差異不顯著；2級根中，根直徑、中柱直徑和韌皮部直徑均顯著增大，分別增大了24.95%、30.77%和36.42%，導(dǎo)管直徑、韌皮部細胞長度和木質(zhì)部細胞寬度均顯著減小，分別減小了46.54%、58.34%和35.29%，其他指標差異不顯著；3級根中，韌皮部細胞長度顯著增大了58.54%，導(dǎo)管密度顯著減小了29.73%，其他指標差異不顯著；4級根中，根直徑和木質(zhì)部直徑均顯著減小，分別減小了19.85%和38.91%，其他指標差異不顯著；5級根中，根直徑、木質(zhì)部直徑、中柱直徑和導(dǎo)管密度均顯著增大，分別增大了20.96%、27.27%、21.12%和52.63%，韌皮部細胞寬度顯著減小了35.79%，其他指標差異不顯著。桃接穗對每個根級組織結(jié)構(gòu)沒有影響，但在這5個根級中的組織結(jié)構(gòu)比例均不同，說明當根級不同時，桃接穗對歐砧1號根的組織結(jié)構(gòu)比例產(chǎn)生了不同的影響。

圖1 歐砧1號和春美/歐砧1號各根級橫切面的解剖結(jié)構(gòu)

表2 桃接穗對歐李砧木根系橫切面的影響比較

注：表中數(shù)據(jù)后的不同字母表示同一根級同一指標在0.05水平存在顯著性差異。下同。

表3 桃接穗對歐李砧木根系木質(zhì)部及韌皮部的影響比較

2.3 桃接穗對歐李砧木根系生理生化影響的比較

2.3.1 桃接穗對歐李砧木根系礦質(zhì)元素含量影響的比較

表4為桃接穗對歐李砧木根系礦質(zhì)元素含量影響的比較。由表4可以看出：與歐砧1號相比，7種礦質(zhì)元素在春美/歐砧1號的各根級中含量不同，且Ca、Fe、K、Zn、Mg和Cu這6種元素在各根級中差異均不顯著；Mn只在3級根中顯著減小32.76%，在其他根級中差異不顯著且均降低。說明桃接穗對歐砧1號根吸收大量元素沒有影響，對Fe和Zn在各根級中含量的影響不同，降低了對Mn的吸收。

表4 桃接穗對歐李砧木根系礦質(zhì)元素含量影響的比較

2.3.2 桃接穗對歐李砧木根系呼吸相關(guān)酶活性影響的比較

表5為桃接穗對歐李砧木根系呼吸相關(guān)酶活性影響的比較。由表5可以看出：與歐砧1號相比，春美/歐砧1號根系的各種呼吸相關(guān)酶活性不同。丙酮酸脫羧酶(PDC)活性、乳酸脫氫酶(LDH)活性和蘋果酸脫氫酶(MDH)活性在5個根級中差異均不顯著；琥珀酸脫氫酶(SDH)活性在3級根顯著增大了82.52%，在1級根和5級根分別顯著減小了54.55%和14.20%，在其他根級中差異不顯著；乙醇脫氫酶(ADH)活性在5個根級中均顯著減小，分別減小了78.42%、79.39%、81.01%、75.17%和48.11%。其中，PDC、LDH和MDH與有氧呼吸有關(guān)，SDH和ADH與無氧呼吸有關(guān)，說明桃接穗降低了歐砧1號根系無氧呼吸酶活性，從而降低了根的無氧呼吸能力。

表5 桃接穗對歐李砧木根系呼吸相關(guān)酶活性影響的比較 U·mg-1·pro-1·min-1

3 討論與結(jié)論

根系構(gòu)型是植物根系生長代謝的體現(xiàn),代表植株吸收、運輸水分和養(yǎng)分的能力,不同徑級的根吸水與輸水能力也不相同[22]。文獻[23-24]研究發(fā)現(xiàn)：接穗能影響砧木根系的鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、長度、表面積和體積等指標。文獻[25]對4種闊葉樹根序分級法的前5級根的研究表明：隨著根級增加，比根長也增大。文獻[26]發(fā)現(xiàn)：木質(zhì)部厚度、韌皮部厚度和中柱直徑越大，根系的抗性和吸收傳遞水分養(yǎng)分的能力更強。本文試驗表明：桃接穗嫁接歐砧1號后，根直徑和根分支能力增強，根直徑、中柱直徑在2級根和5級根中顯著增大，韌皮部厚度在2級根中顯著增大，表明桃接穗提高了根系吸收和傳遞水分養(yǎng)分的能力。

礦質(zhì)營養(yǎng)對果樹的生長發(fā)育、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)起著重要作用。文獻[27]發(fā)現(xiàn)：同一礦質(zhì)元素在不同徑級根系中的含量不同，且所有礦質(zhì)元素均在根直徑d≤0.5 mm根徑級的毛細根系內(nèi)含量最高。本文試驗表明：桃接穗嫁接歐砧1號后，只有Mn在3級根中顯著減小，這說明桃接穗對歐李砧木根系吸收大量元素的能力無影響，但對吸收微量元素的能力因接穗的不同產(chǎn)生一定的影響。

春美/歐砧1號根系有氧呼吸相關(guān)酶中琥珀酸脫氫酶(SDH)活性在3級根中顯著增大，無氧呼吸關(guān)鍵酶中的乙醇脫氫酶(ADH)活性在5個根級中均顯著降低。無氧呼吸代謝產(chǎn)生的代謝物對細胞有毒性，但植物在低氧環(huán)境下可通過無氧呼吸暫時維持生命活動。這說明歐砧1號砧木根系在氧氣充足的條件下產(chǎn)生的有害代謝產(chǎn)物會很少，可使根系更好地發(fā)揮其功能，但在缺氧的條件下可能更容易受傷害。目前關(guān)于嫁接對砧木根系呼吸酶影響的研究較少，有必要對其進行更加深入的研究。

桃接穗嫁接歐砧1號后，可促進歐砧1號砧木根系分枝和生長，使細根數(shù)目增加，根系更加發(fā)達，這與前人的研究結(jié)果有一定的相似性?？傊?，春美接穗嫁接在歐砧1號砧木上后，砧木根系的分支能力加強，根系更加龐大，根的解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，但因根級不同產(chǎn)生的影響也不同，無氧呼吸能力降低，嫁接植株根系對生長環(huán)境條件的要求可能高于歐砧1號根系對生長環(huán)境條件的要求。