南瓜砧木對嫁接黃瓜自交一代植物學性狀的影響

張良召姜立娜賀松濤周俊國

(1.河南科技學院園藝園林學院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南省特色園藝植物開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，河南 新鄉(xiāng) 453003)

黃瓜(Cucumis sativusL.)是葫蘆科黃瓜屬一年生草本植物[1]，果實質(zhì)脆、味甜、爽口，果蔬兼用，是我國居民普遍喜歡的蔬菜[2，3]。在保護地生產(chǎn)中為克服連作障礙，常采用以南瓜為砧木的黃瓜嫁接栽培方法，能夠提高黃瓜的抗逆性(抗鹽、抗低溫、抗病等非生物和生物脅迫)，延長植株壽命，提前結(jié)果期，延長生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)量，但同時也會影響黃瓜果實的品質(zhì)及口感[4－7]。

不同植物間的嫁接在一定程度上可以克服不同屬間甚至不同科間的有性雜交不親和性，嫁接后代能夠產(chǎn)生性狀變異，從而培育出新的種質(zhì)資源[8]。關(guān)于嫁接誘導的性狀變異，一直有研究者進行探究。Frankel[9，10]利用育性正常的矮牽牛作接穗，雄性不育株作砧木，發(fā)現(xiàn)接穗有正常育性，而接穗的自交后代出現(xiàn)發(fā)芽率和成活率低的現(xiàn)象，且接穗自花授粉的后代中出現(xiàn)花完全不育和部分不育的植株。范盛堯[11]將郁李的芽嫁接在一年生的杏砧木上，十幾年后發(fā)現(xiàn)從杏砧木上孽生出酷似郁李的植株，表明接穗郁李對杏砧木有一個長期持續(xù)的影響，最終表現(xiàn)出性狀變異。Sharma等[12]用‘Scarlet Gala’和‘Red Fuji’兩個蘋果品種分別與不同的蘋果砧木嫁接，發(fā)現(xiàn)接穗的葉面積、節(jié)間長、果實形狀、果實長度都發(fā)生了顯著變化。Fuentes等[13]將兩種不同的煙草(Nicotiana glauca和N.tabacum)進行嫁接，得到了新的多倍體物種(屬于嫁接嵌合體)，這種嫁接嵌合體株高和葉長都有所增加，葉子和花朵的表型特征接近接穗和砧木的中間特征。Tsaballa等[14]將圓形辣椒品種‘Mytilini Round’接穗嫁接到長形辣椒品種‘Piperaki Long’砧木上，發(fā)現(xiàn)接穗果實表型性狀發(fā)生了變化，且這種變化通過種子繁衍穩(wěn)定遺傳了兩代。

以南瓜(Cucurbita moschataDuch.)為砧木進行嫁接是目前黃瓜生產(chǎn)的主要形式，但關(guān)于嫁接黃瓜的研究多集中在嫁接當代[15－18]，而有關(guān)南瓜砧木對嫁接黃瓜有性后代性狀影響的研究鮮有報道。本試驗利用南瓜砧木對黃瓜進行不同屬的遠緣嫁接，并對嫁接黃瓜進行自交繁殖，調(diào)查自交一代不同株系黃瓜植株、果實和種子的植物學性狀，以探究南瓜砧木對嫁接黃瓜自交一代植物學性狀的影響，為研究和利用嫁接黃瓜的可遺傳變異奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

砧木選用‘亮砧一號’南瓜，系南瓜一代雜種，由中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所劉宜生研究員提供；接穗為‘鄭黃1409’黃瓜，系黃瓜高代自交系，由鄭州市蔬菜研究所提供。采用靠接法進行嫁接，嫁接黃瓜當代標記為G0，共有10株，于2019年5月至7月在河南科技學院南瓜育種試驗基地進行嫁接黃瓜的單株自交留種，成功采收8個單株自交黃瓜果實并收取種子。G0單株自交獲得的自交一代標記為G1，每個單株自交黃瓜果實的種子成為一個株系，共有8個株系，分別標記為G1－1(62株)、G1－2(49株)、G1－3(39株)、G1－4(55株)、G1－5(50株)、G1－6(51株)、G1－7(42株)、G1－8(10株)。2020年3月至6月在河南省新鄉(xiāng)市牧野區(qū)朱莊屯村黃瓜生產(chǎn)塑料大棚內(nèi)進行嫁接黃瓜自交一代的生產(chǎn)試驗，以G1的8個株系作為8個重復，并種植黃瓜自交系‘鄭黃1409’作為對照，標記為S1(32株)。

1.2 試驗方法

1.2.1 植株性狀的調(diào)查 G1和S1采取穴盤育苗，幼苗一葉一心時移栽；田間種植采取高畦雙行栽培，行距125 cm，株距40 cm，單主蔓整枝，每行定植16株。定植后第45天時，在每行選取靠近塑料大棚中間相同位置的植株進行性狀調(diào)查。利用游標卡尺及卷尺測量第二雌花節(jié)位處葉片長、葉片寬、葉柄長、葉柄粗及節(jié)間長和莖粗(第二雌花著生節(jié)位處以上相鄰節(jié)間的長度、節(jié)間中部的粗度)；用卷尺測量主蔓莖尖至子葉著生處的長度作為株高；調(diào)查主蔓上自子葉著生位置至出現(xiàn)第二雌花所在的節(jié)位數(shù)作為第二雌花節(jié)位數(shù)；調(diào)查當日每株黃瓜顯現(xiàn)的雌花總數(shù)作為雌花數(shù)。

1.2.2 黃瓜果實相關(guān)性狀的調(diào)查 在黃瓜果實商品采收期，G1每個株系和S1分別選取9個果實，調(diào)查果實相關(guān)性狀，包括果實縱徑、果實橫徑、果形指數(shù)、果把長、果肉厚、單果重、單株產(chǎn)量。果實縱徑為瓜梗基部至瓜頂?shù)拈L度，果實橫徑為距瓜頂1/3處的果實直徑，果形指數(shù)為縱徑/橫徑，果把長為果實種腔底部至瓜?；康拈L度，果肉厚為果實距瓜頂1/3處橫切面顯示的種腔外緣到果皮的最短距離。

1.2.3 種子相關(guān)性狀的調(diào)查 將自交留種收獲的黃瓜種子清洗、晾曬，待完全干燥后，每個株系選取3個單瓜的種子，每個單瓜選取3個種子，用游標卡尺測量種子的長度、寬度、厚度，計算種形指數(shù)(種子長度/種子寬度)，并用0.001 g電子天平稱取10粒種子的質(zhì)量，換算百粒重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)在Microsoft Excel中進行預處理，在IBM SPSS Statistics 25上進行變異系數(shù)統(tǒng)計與單因素方差分析，采用鄧肯氏(Duncan’s)新復極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 嫁接黃瓜自交一代植物學性狀變異分析

從表1可見，在所調(diào)查的21個植物學性狀中，G1的變異系數(shù)介于3.88%～16.16%之間，S1的變異系數(shù)介于2.42%～9.92%之間；G1與S1相比有16個性狀的變異系數(shù)升高，其中單株產(chǎn)量的變異系數(shù)升高最多，升高了9.02個百分點，其次是雌花數(shù)和第二雌花節(jié)位數(shù)，分別升高了6.49個和5.44個百分點。有5個性狀的變異系數(shù)降低，其中果肉厚降低的最多，降低了2.18個百分點，其次是莖粗與種寬，分別降低了1.13個與0.82個百分點。表明G1的植物學性狀變異更豐富，受南瓜砧木的影響較大。

表1 嫁接黃瓜自交一代和黃瓜自交系植物學性狀的變異系數(shù)

2.2 嫁接黃瓜自交一代不同株系植物學性狀的差異分析

2.2.1 植株性狀 從表2可知，G1的8個株系中，第二雌花節(jié)位數(shù)與S1相比均差異不顯著；葉片長、葉片寬、葉柄粗、節(jié)間長、莖粗、雌花數(shù)6個性狀與S1相比均差異顯著，且呈現(xiàn)葉片長和寬減小、葉柄變細、節(jié)間變長、莖變細、雌花數(shù)減少的變化趨勢；G1－6、G1－8、G1－7、G1－4的葉柄長增加，其余株系減小，與S1相比，除G1－2顯著減小外，均差異不顯著；G1株系的株高與S1相比呈降低趨勢，除G1－8、G1－6外差異均顯著降低。表明南瓜砧木嫁接使G1的植株發(fā)生了多方面變化，其中，葉片長、葉片寬、葉柄粗、節(jié)間長、莖粗、雌花數(shù)的變化較大，株高次之，葉柄長、第二雌花節(jié)位數(shù)變化較小。

表2 嫁接黃瓜自交一代不同株系的植株性狀

2.2.2 果實性狀 從表3可見，與S1相比，G1的8個株系中，單株產(chǎn)量均差異不顯著，果把長均顯著增加，G1－5和G1－6的果實縱徑顯著增加，G1－3的果實橫徑顯著增加而G1－1、G1－7和G1－8的果實橫徑顯著減小，果形指數(shù)除G1－3和G1－4外均顯著增大，果肉厚除G1－2外均顯著增加，單果重僅G1－3增加顯著。G1的株系表現(xiàn)出果實縱徑和果把變長、果形指數(shù)變大、果肉增厚的趨勢。表明南瓜砧木對G1的果實性狀尤其果把長、果肉厚和果形指數(shù)產(chǎn)生了較大影響，使絕大部分果實變長變細，但對單果重和單株產(chǎn)量的影響較小。

表3 嫁接黃瓜自交一代不同株系的果實性狀

2.2.3 種子性狀 從表4看出，G1的8個株系種長、種寬和百粒重與S1相比均差異顯著，表現(xiàn)為種子變短、變窄、百粒重減小。種形指數(shù)和種厚僅G1－3株系與S1相比顯著降低，其他株系與S1相比均差異不顯著，其中G1－1、G1－6、G1－8的種形指數(shù)和種厚均表現(xiàn)為增大趨勢。表明南瓜砧木對G1的種子表型產(chǎn)生了顯著影響，使種子體積變小，百粒重顯著降低。

表4 嫁接黃瓜自交一代不同株系的種子性狀

2.3 嫁接黃瓜自交一代植物學形態(tài)特征變異篩選

試驗中觀察到G1不同株系的單株與S1相比均有植物學形態(tài)特征變異，同一株系內(nèi)的變異單株，大多數(shù)植物學形態(tài)特征較一致，而有少數(shù)植株在葉片、果實、雌花、種子等形態(tài)特征方面表現(xiàn)出一定的特異性，稱之為特異單株。調(diào)查結(jié)果顯示，特異單株主要分布在G1的6個株系中(表5)，其中G1－2、G1－5較多，占比均在10.0%以上；G1－1、G1－3、G1－4、G1－6出現(xiàn)較少，占比均在6.0%以下。

表5 嫁接黃瓜自交一代不同株系的特異單株頻次

以G1－5株系為例，將特異單株G1－5－20和多數(shù)變異代表單株G1－5－16的葉片、果實、雌花、種子形態(tài)與S1－8單株進行比較，結(jié)果顯示，G1－5－16的葉片與S1－8相比，葉柄變細，葉片較為平展，葉緣鋸齒不明顯；而特異單株G1－5－20的葉片明顯變小，葉柄變短，葉片較皺且具有明顯的葉緣鋸齒(圖1)。G1－5－16果實的果把與S1－8相比明顯變長且果棱不明顯，但特異單株G1－5－20的果實明顯短小，果把與S1－8相比沒有變長，甚至略短，果棱與G1－5－16相比較明顯(圖2)。G1－5－16的雌花與S1－8相比略小，花瓣較平展；而特異單株G1－5－20的雌花花瓣內(nèi)卷且較皺(圖3)。G1－5－16的種子與S1－8相比明顯變小，而特異單株G1－5－20的種子與S1－8相比體積略增大(圖4)。

圖1 嫁接黃瓜自交一代G1－5株系變異單株與S1－8單株的葉片形態(tài)

圖2 嫁接黃瓜自交一代G1－5株系變異單株與S1－8單株的果實形態(tài)

圖3 嫁接黃瓜自交一代G1－5株系變異單株與S1－8單株的雌花形態(tài)

圖4 嫁接黃瓜自交一代G1－5株系變異單株 與S1－8單株的種子形態(tài)

3 討論與結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，南瓜砧木對嫁接黃瓜自交一代的植物學性狀產(chǎn)生較大影響，使16個性狀的變異幅度明顯提高，5個性狀的變異幅度減??；大部分性狀與接穗自交系相比在統(tǒng)計學上差異顯著，呈現(xiàn)出第二雌花節(jié)位處的葉長和葉寬減小、葉柄和莖變細、節(jié)間變長、雌花數(shù)減少、果把變長、果肉增厚、種長和寬減小、百粒重減小的總體變異趨勢。另有少數(shù)單株表現(xiàn)出明顯不同于多數(shù)單株的特異性，且這種特異單株在除G1－7和G1－8外的6個株系中均被觀察到，以G1－5和G1－2株系中較多，占比分別在14.00%和12.24%，其余株系中占比在3.23%～5.13%。

研究表明嫁接會誘導植物學性狀發(fā)生變異，甚至產(chǎn)生新性狀[19，20]。Li等[21]用芥菜和紅卷心菜嫁接，得到的嫁接嵌合體的有性自交后代葉片性狀發(fā)生顯著變異，與對照相比葉邊緣變得完整且具有波紋。Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)綠豆嫁接到紅薯上后也發(fā)生了明顯的植物學性狀變異，表現(xiàn)為植株形態(tài)變?yōu)槁⑷~片變得狹長、種皮變黑，且這些變異能穩(wěn)定遺傳好幾代。本研究用南瓜嫁接黃瓜，得到的嫁接黃瓜有性自交后代葉片、果實、種子、雌花表型也發(fā)生了明顯變異，與對照相比，大多數(shù)單株的葉片較為平展、邊緣鋸齒不明顯且葉柄變細，果把明顯變長且果棱不明顯，種子變小，雌花略小且花瓣較平展；而少數(shù)單株的葉片明顯變小、較皺且具有明顯的葉緣鋸齒，葉柄較短，果實短小、略有果棱，種子體積明顯增大，雌花花瓣內(nèi)卷明顯且較皺?？梢姡藿泳苁菇铀胫参锏淖越缓蟠霈F(xiàn)植物學性狀變異。

但嫁接引起植物后代變異的具體原因還不明確。Yang等[23]研究證明在葡萄樹嫁接連接處有基因組水平的mRNA交流，這種交流以被動或基因型與環(huán)境依賴的方式發(fā)生，猜測是嫁接植物(包括水果和蔬菜)中廣泛存在的現(xiàn)象。因此，推測南瓜砧木與黃瓜接穗嫁接后可能也存在遺傳物質(zhì)的交流，從而使嫁接黃瓜自交一代的植物學性狀發(fā)生改變。

本研究僅探究了以南瓜為砧木的嫁接黃瓜自交一代的植物學性狀變異情況，今后有必要對這些變異性狀進行多代篩選驗證，以期深入探究嫁接黃瓜自交后代的遺傳變異規(guī)律。