相互嫁接對櫻桃番茄嫁接后代果實品質(zhì)及鎘含量的影響*

練華山，閆 凱，脫飛飛，辛亞寧，舒 彬，唐 懿

(1.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學院 農(nóng)業(yè)園藝學院，四川 成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學 果蔬研究所，四川 成都 611130)

重金屬鎘(Cd)極易在土壤和作物體內(nèi)富集且難以降解，土壤中Cd 含量稍微過量便會干擾植物細胞代謝和離子平衡，嚴重影響蔬菜的生長和品質(zhì)[1-2]。Cd 是動植物非必需的毒性極強的微量元素之一，可以通過土壤—植物系統(tǒng)進入食物鏈，從而被人體吸收，使人體產(chǎn)生慢性中毒，危害人體健康[3]。因此，減少植物可食用部位的Cd含量刻不容緩。目前常用的方法有兩大類：一是種植Cd 超富集植物對土壤進行綠色修復[4-5]；二是減少植物本身對Cd的吸收，如噴施葉面阻隔劑[6]和外源施用硒元素[7]等，近幾年研究發(fā)現(xiàn)：嫁接也能夠顯著降低植物對Cd的吸收[8]。

嫁接是園藝學的一種繁殖方法，不僅可以影響作物的性狀、品質(zhì)和產(chǎn)量，還可以克服土傳病害和消除連作障礙。嫁接能提高植物對重金屬的抗性，其主要原因是砧木能夠限制重金屬離子向接穗轉(zhuǎn)運；并且部分砧木根系具有解毒作用[9-10]。嫁接也可以使當代植株性狀發(fā)生改變，并且可以穩(wěn)定遺傳給后代[11]，這是因為嫁接后形成新的維管組織，其中木質(zhì)部負責水分和無機化合物的運輸，而韌皮部負責運輸有機營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)[12]，如砧木和接穗之間的RNA 長距離運輸能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育[13]；并且嫁接可以誘導植物組織的DNA 甲基化，進而引起植株的表型變異[14]。對嫁接后代研究時發(fā)現(xiàn)：與未嫁接植株相比，以龍葵作為砧木提高了樹番茄嫁接后代的生物量，降低了樹番茄嫁接后代的Cd 含量[15]。不同基因型的南瓜相互嫁接時，嫁接后代果實的外觀品質(zhì)發(fā)生了變化[16]。自根嫁接能促進大豆嫁接后代的生長，不同程度地降低接穗與砧木的Cd 含量[17]；并且嫁接也可以減少根用芥菜嫁接后代的Cd 含量[18]。砧木與接穗的結(jié)合可促進遺傳物質(zhì)的傳遞與交流，并且誘導可遺傳性變異[19]，改善后代品質(zhì)，所以嫁接也可以提供一種新的育種思路[20]。

番茄是茄果類蔬菜的代表，富含維生素C 和番茄紅素，能夠提高人體免疫力，并且在蔬菜周年供應(yīng)中占有重要地位[21]。在鎘污染條件下，番茄葉片中鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較強的富集能力[22]。番茄幼苗的生物量、葉綠素和抗氧化酶活性隨Cd 濃度的增加而降低[23]。在中國溫室菜地土壤Cd 污染日益嚴重的情況下[24]，番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)會出現(xiàn)下降的趨勢，還會對人類健康造成威脅。嫁接能夠降低番茄植株對Cd的吸收和積累，但嫁接對茄果類蔬菜嫁接后代的影響的研究還未見報道。前期研究發(fā)現(xiàn)：在Cd 污染條件下，不同顏色櫻桃番茄表現(xiàn)出較大差異，其中黃色櫻桃番茄地上部生物量和紅色櫻桃番茄根系生物量最大；就Cd 含量而言，黃色櫻桃番茄根系Cd 含量顯著高于其他番茄，紅色櫻桃番茄地上部分Cd 含量高于其他櫻桃番茄，黃色櫻桃番茄Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)最低，紅色櫻桃番茄Cd 轉(zhuǎn)運系數(shù)最高。因此，本試驗選用這2種櫻桃番茄，探討相互嫁接對2種櫻桃番茄嫁接后代果實品質(zhì)以及Cd 含量的影響，以期篩選出低Cd 積累的番茄嫁接后代，為蔬菜的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)，也為育種提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗材料為紅色櫻桃番茄(紅櫻5-5-1-1)和黃色櫻桃番茄(RTY-3-2)，均為四川農(nóng)業(yè)大學蔬菜研究室自留品系，屬多代自交系，性狀純合穩(wěn)定。

供試土壤取自四川農(nóng)業(yè)大學成都校區(qū)(N30°71′，E103°86′)周邊農(nóng)田，基本理化性質(zhì)為：pH 6.29，有機質(zhì)含量21.16 g/kg，全氮含量1.09 g/kg，全磷含量1.2 g/kg，全鉀含量22 g/kg，堿解氮含量68.12 mg/kg，速效磷含量16.22 mg/kg，速效鉀含量156.2 mg/kg，總Cd 含量0.10 mg/kg，有效態(tài)Cd 含量0.028 mg/kg[25]。

盆栽嫁接留種試驗于2017 年4—7 月在四川農(nóng)業(yè)大學成都校區(qū)進行。2017 年4 月，選擇籽粒飽滿的櫻桃番茄種子，在10%過氧化氫溶液中消毒10 min，隨后用超純水洗凈，均勻放置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，在28 ℃人工培養(yǎng)箱中進行催芽，并保持充足水分。露白后播種于32 孔穴盤中進行育苗，待株高約20 cm 時進行嫁接處理。

(1)黃色櫻桃番茄實生苗(黃CK)：將黃色櫻桃番茄幼苗移栽，果實成熟后收集種子并保存。

(2)紅色櫻桃番茄實生苗(紅CK)：將紅色櫻桃番茄幼苗移栽，果實成熟后收集種子并保存。

(3)黃色櫻桃番茄作為砧木，紅色櫻桃番茄作為接穗進行嫁接(黃砧、紅穗)：將紅色櫻桃番茄和黃色櫻桃番茄幼苗分別從離地約12 cm 處剪斷，黃色櫻桃番茄幼苗下部苗(12 cm)作為砧木，保留葉片及幼芽；紅色櫻桃番茄的上部苗(8 cm)作為接穗進行嫁接，緩苗后移栽種植。果實成熟后分別收集砧木和接穗的種子并保存。

(4)紅色櫻桃番茄作為砧木，黃色櫻桃番茄作為接穗進行嫁接(紅砧、黃穗)：將紅色櫻桃番茄和黃色櫻桃番茄幼苗分別從離地約12 cm 處剪斷，紅色櫻桃番茄幼苗下部苗(12 cm)作為砧木，保留葉片及幼芽；黃色櫻桃番茄的上部苗(8 cm)作為接穗進行嫁接，緩苗后移栽種植。果實成熟后分別收集砧木和接穗的種子并保存。

以劈接法進行嫁接，嫁接后保持土壤含水量約為80%，用地膜覆蓋保濕，并用遮陽網(wǎng)進行遮光。幼苗成活后，移植于無重金屬污染土的盆中，并及時澆水，確保土壤含水量約為80%。待櫻桃番茄初花期前，選擇生長良好的枝條套袋，防止異交。

1.2 試驗設(shè)計

污染土制備：根據(jù)四川地區(qū)農(nóng)田重金屬Cd污染的實際情況，并參考GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風險管控標準(試行)》[26]以及趙曉祥等[23]和XIE 等[27]的研究，將供試土壤的Cd 污染質(zhì)量濃度定為10 mg/kg。2019年3 月，將供試土壤風干、過5 mm 篩后，裝入30 cm×40 cm (直徑×高)的水桶中，每桶裝土18 kg，向土壤中以CdCl2·2.5H2O 分析純?nèi)芤旱男问郊尤胫亟饘貱d，保持濕潤放置30 d，定期翻動，使污染土壤充分混勻，然后裝入 18 cm×26 cm (高×直徑)的塑料盆內(nèi)，每盆6.0 kg。

2019 年3—8 月進行嫁接后代試驗。待幼苗長至10 cm 高時移栽至含有Cd 污染土壤的塑料盆內(nèi)。該試驗共有6 個處理：黃CK、黃砧、黃穗、紅CK、紅砧和紅穗，每個處理6 盆，每盆2 株，每個處理重復3 次。待番茄成熟后，選取番茄果實樣品進行相關(guān)指標的測定。

1.3 指標測定

1.3.1果實外觀形態(tài)和單果質(zhì)量

番茄縱、橫徑用游標卡尺測定，并計算其果形指數(shù)，果形指數(shù)是果實縱徑和橫徑的比值。單果質(zhì)量用電子天平稱量，以 10 顆果實為1 組，計算其平均值，即為單果質(zhì)量。顏色用色差儀(cm-2 600 d/2 500 d)測定(L值表示亮度，a值表示紅綠色差，b值表示黃藍色差，a/b為色澤比)。果實硬度用硬度計測量。

1.3.2內(nèi)在品質(zhì)指標測定

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，維生素C 采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[28]。番茄紅素和類胡蘿卜素含量采用萃取比色法測定[29]。

1.3.3Cd 含量測定

植物的根、莖、葉和果實分別用自來水將泥土洗凈，再用去離子水反復沖洗后于105 ℃下殺青15 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量。將烘干至恒質(zhì)量的根、莖、葉分別粉碎研磨后用HNO3-HClO4(體積比為4∶1)的酸混合液消煮，用iCAP 6300型ICP 光譜儀(Thermo Scientific，USA)測定各部位Cd 含量[30]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 對試驗數(shù)據(jù)進行記錄和整理；采用SPSS 20.0 進行方差分析及相關(guān)性分析，采用Duncan’s新復極差法進行多重比較(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 嫁接后代果實外觀形態(tài)和單果質(zhì)量

由表1 可知：在Cd 污染條件下，嫁接可顯著提高黃砧和和黃穗的果實縱徑，與黃CK 相比分別提高8.91%和7.42% (P＜0.05)；黃砧和黃穗的單果質(zhì)量也顯著提高，與黃CK 相比分別增加17.67%和12.56% (P＜0.05)。嫁接對紅砧和紅穗的果實縱徑、橫徑、果形指數(shù)和單果質(zhì)量均無顯著影響。

表1 嫁接后代果實外觀形態(tài)和單果質(zhì)量Tab.1 Fruit appearance and weight of post-grafting generation

2.2 嫁接后代果實色差和硬度

由表2 可知：在Cd 脅迫下，與黃CK 相比，嫁接對黃砧和黃穗果實的亮度值(L值)、紅綠色差值(a值)和黃藍色差值(b值)均無顯著影響；嫁接顯著降低了黃砧的果實硬度，但是對黃穗的果實硬度無顯著影響。紅砧和紅穗果實的L值與紅CK 相比無顯著差異。與紅CK 相比，嫁接顯著增加紅砧果實的a值和b值，但是對紅穗果實的a值和b值未表現(xiàn)出顯著差異。就果實硬度而言，嫁接影響紅色櫻桃番茄嫁接后代的果實硬度，其大小順序為紅穗＞紅CK＞紅砧。說明紅砧果實變紅、硬度降低，促進了紅砧果實的成熟。

表2 嫁接后代果實色差和硬度Tab.2 Color difference and hardness of fruit of post-grafting generation

2.3 嫁接后代果實內(nèi)在品質(zhì)

由表3 可知：與不嫁接的番茄相比，嫁接對鎘脅迫下番茄后代果實的內(nèi)在品質(zhì)產(chǎn)生了不同的影響。與黃CK 相比，嫁接顯著提高黃砧果實的可溶性蛋白、可溶性糖、類胡蘿卜素和番茄紅素的含量，對維生素C 含量無顯著影響；嫁接顯著提高黃穗果實的可溶性蛋白、維生素C 和類胡蘿卜素含量。與紅CK 相比，嫁接對紅砧和紅穗果實的可溶性糖和番茄紅素含量無顯著影響。嫁接顯著提高紅砧果實的可溶性蛋白、維生素C 以及類胡蘿卜素含量，與紅CK 相比分別增加9.03%、10.14%和8.44%；但對紅穗果實的內(nèi)在品質(zhì)沒有顯著影響。

表3 嫁接后代果實內(nèi)在品質(zhì)Tab.3 Fruit internal qualities of post-grafting generation

2.4 嫁接后代各個部位Cd 含量

由表4 可知：在Cd 污染條件下，與黃CK相比，嫁接顯著增加黃砧根系的Cd 含量；降低葉片和果實中的Cd 含量，且較黃CK 分別降低11.90%和15.37%。與黃CK 相比，嫁接顯著增加黃穗根系、莖稈和葉片中的Cd 含量，對果實中的Cd 含量無顯著影響。嫁接顯著提高紅砧根系、莖稈和葉片的Cd 含量，顯著降低果實中的Cd 含量，且與紅CK 相比降低8.00%。與紅CK 相比，嫁接顯著提高紅穗根系、葉片和果實中的Cd 含量。

3 討論

蔬菜的外觀品質(zhì)，如大小、形狀和顏色等，是消費者購買商品的一項基本標準。在鎘脅迫下，采用合適的砧木嫁接能夠促進少花龍葵[31]和薺菜[5]嫁接后代植株的生長，提高生物量。在本試驗中，嫁接增加黃砧果實的縱徑和單果質(zhì)量，這與上述的結(jié)果一致。同時嫁接還降低黃砧和紅砧的果實硬度，說明嫁接促進紅砧和黃砧果實更早成熟，軟化了果實。這與以Maxifort作為砧木使得番茄果實表皮更硬的結(jié)論[32]不同，這可能與番茄品種以及砧木品種有關(guān)。在本試驗中，黃色櫻桃番茄嫁接后代的L值、a值和b值與黃CK之間無顯著差異，即嫁接對黃色櫻桃番茄后代顏色的影響不大。紅砧的a值和b值較紅CK 顯著增加，說明紅砧的顏色更偏紅和黃。接穗、砧木和嫁接物誘導的變異體有幾個特異的公共DNA序列[33]，并且在嫁接苗的生長過程中，韌皮部中存在的 mRNA、miRNA 和蛋白質(zhì)等內(nèi)源大分子物質(zhì)選擇性在砧穗間運輸，到達所需位置后調(diào)控砧木或接穗的表型[34]。在本試驗中嫁接后代出現(xiàn)表型差異，可能是因為砧木和接穗遺傳物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)移和整合，傳遞到嫁接后代的種子中并保留，使后代的表型出現(xiàn)差異。

FENG 等[35]研究表明：嫁接可以改變果實的內(nèi)在品質(zhì)，以枸杞作為砧木可以顯著提高番茄的果實纖維和可溶性糖含量，降低維生素C 含量。在葡萄[36]和西瓜[37]的嫁接試驗中發(fā)現(xiàn)：不同砧穗組合對植株果實內(nèi)在品質(zhì)的影響不同。上述的結(jié)果中，嫁接使得當代果實品質(zhì)發(fā)生變化，這可能是由于砧穗間激素信號轉(zhuǎn)導及環(huán)境調(diào)控所引起的[34]。在本試驗中，嫁接后代也表現(xiàn)出差異：嫁接提高黃砧果實中的可溶性蛋白、可溶性糖、類胡蘿卜素以及番茄紅素含量；也提高紅砧果實中的可溶性蛋白、維生素C 和類胡蘿卜素含量。有研究表明：重金屬離子會轉(zhuǎn)移到植物的葉綠體和線粒體等代謝活性較高的細胞器中，從而對植物產(chǎn)生毒害[38]；但是嫁接能緩解這種毒害，因為部分重金屬離子能夠被其他物質(zhì)鰲合[39]，從而促進當代果實可溶性固形物、可溶性糖和維生素C 含量的積累[40]。有學者預(yù)測：嫁接當代某些信號物質(zhì)能夠指導DNA 傳遞給后代并進行遺傳修飾，如染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和DNA 甲基化等[14]，該預(yù)測與本試驗的結(jié)果一致，但是其重復性有局限，需要進一步研究。嫁接當代的RNA 和蛋白質(zhì)經(jīng)長途運輸后能否將其攜帶的遺傳信息傳遞到子代中需進行深入地研究。

嫁接能夠形成新的木質(zhì)部和韌皮部，且顯著降低植物中的Cd 含量，可能是因為砧穗間韌皮部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化[41]或嫁接使金屬轉(zhuǎn)運蛋白基因表達上調(diào)促使Cd 進入液泡或內(nèi)膜系統(tǒng)，從而促進根部Cd的隔離并且降低Cd 從根部向地上部分的運輸[42]。在對嫁接后代的研究中發(fā)現(xiàn)：當樹番茄嫁接到3種不同的砧木上時，嫁接后代幼苗各個部位中的Cd 含量均下降[15]；當進行不同的自根嫁接處理時，降低了硫磺菊嫁接后代幼苗各器官中的Cd 含量[43]；也降低了大豆嫁接后3 個世代植株的Cd 含量[17]。在本試驗中，嫁接降低黃砧葉片和果實中的Cd 含量；也降低紅砧果實中Cd 含量。上述結(jié)果與本試驗中Cd 含量的變化一致。地上部Cd 含量減少可能的原因為：一是植株根部對Cd的固定作用；二是嫁接使植株木質(zhì)部對Cd 特異性裝載發(fā)生變化。

4 結(jié)論

在Cd 污染(10 mg/kg)的土壤中，將黃色櫻桃番茄和紅色櫻桃番茄相互嫁接，其嫁接后代果實中黃砧和紅砧果實品質(zhì)的提高程度大于黃穗和紅穗，并且黃砧和紅砧果實中的Cd 含量均顯著下降。說明相互嫁接提高砧木嫁接后代的果實品質(zhì)，降低果實中Cd 含量，為茄果類蔬菜的安全生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)，并且為育種材料的創(chuàng)制提供了新的途徑。