南瓜砧木嫁接提高西瓜對低鎂環境的適應性

黃 遠 焦妍妍 陳晨 劉力 陸珍 孔秋生 程菲 別之龍

目的與意義： 鎂（Mg）是一種重要的礦質元素，在植物的許多生理和生化過程中起著重要作用。然而，在全世界范圍內，作物經常發生缺鎂的問題。西瓜作為一種重要的園藝作物，經常遭受低鎂的危害。本研究旨在分析是否可以通過合適的砧木嫁接，來改善低鎂條件下西瓜的生長，并闡明其潛在的生理機制。

材料與方法： 以商業西瓜品種‘早佳為接穗，分別嫁接在西瓜（‘早佳）、葫蘆（‘京欣砧1號）和南瓜（‘京欣砧4號）砧木上。3種不同的嫁接組合分別在2.0 mmol·L-1（正常）、0.4 mmol·L-1（中度脅迫）和0.04 mmol·L-1（重度脅迫）3種Mg2+濃度下培養;脅迫處理16 d后測定葉片光合參數、葉片抗氧化系統情況、各部位干重及離子含量。同時，對未嫁接的西瓜和南瓜分別用2.0 mmol·L-1和0.04 mmol·L-1處理12 d后，分析其根系的鎂轉運相關基因的表達。

結果與分析： （1）通過對不同處理的根莖葉及全株干重分析，發現與對照（2.0 mmol·L-1 Mg）相比，各嫁接組合在0.4 mmol·L-1 Mg脅迫下未表現出顯著的生長抑制，而在0.04 mmol·L-1 Mg脅迫下各嫁接組合的干物質積累量則顯著降低。與自嫁（西瓜/西瓜）和葫蘆砧木相比，南瓜砧木在低鎂脅迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下顯著增加了接穗的生長，同時接穗葉片的壞死率也得到了顯著性降低。（2）通過對不同嫁接組合的砧木和接穗中的離子含量分析，發現接穗和砧木中的Mg2+含量在不同嫁接組合和不同脅迫水平下發生顯著變化;同時，在重度脅迫（0.04 mmol·L-1 Mg）下，南瓜砧木嫁接植株中Mg2+含量顯著高于自嫁（西瓜/西瓜）和葫蘆砧木。因此判斷南瓜砧木能夠提高低鎂脅迫下Mg2 +的吸收。與0.04 mmol·L-1 Mg下的西瓜自嫁相比，南瓜嫁接植株的根-莖Mg2+轉運能力無顯著差異。（3）根據BLAST對西瓜基因組數據庫和南瓜轉錄組序列的搜索，在西瓜和南瓜中發現了5個鎂轉運基因。在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，自根南瓜的根中MGT1、MGT3、MGT4、MGT5的相對表達水平明顯高于2 mmol·L-1 Mg處理，而西瓜根中MGT3和MGT4的相對基因表達明顯下調，MGT1、MGT5和MGT7不受影響。因此，推測鎂轉運蛋白基因MGT1，MGT3，MGT4和MGT5可能在南瓜根的較高Mg2+吸收中起重要作用。（4）根據葉片的光合參數進行分析，發現與2 mmol·L-1 Mg處理相比，0.4 mmol·L-1 Mg脅迫處理不影響嫁接組合的光合參數;而0.04 mmol·L-1 Mg處理顯著降低了西瓜自嫁和葫蘆砧木嫁接植株的葉綠素含量、PSII原初光能轉化效率和光合速率，但南瓜砧木嫁接植株不受0.04 mmol·L-1 Mg處理的影響。（5）對葉片抗氧化系統進行分析，發現與2 mmol·L-1 Mg處理相比，0.4 mmol·L-1 Mg脅迫處理不影響丙二醛含量，而在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，各嫁接組合丙二醛含量均顯著增強，其中南瓜砧木的丙二醛含量最低;超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）活性在不同水平的Mg處理下均發生顯著變化，并且在0.04 mmol·L-1 Mg處理下，南瓜砧木的各參數含量均顯著高于自嫁和葫蘆砧木。因此，南瓜砧木能夠提高重度低鎂脅迫下西瓜接穗的抗氧化能力。

結? ? 論：本研究結果為低Mg脅迫下南瓜砧木“京欣砧4號”嫁接促進西瓜生長提供了有力的證據。南瓜砧木能夠提高嫁接苗根系Mg2+的吸收、接穗的光合作用及抗氧化酶活性是其提高西瓜生長的主要原因。