嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长及内源激素水平的影响

谭明明，唐　剑，贺忠群，鞠丽萍

(1 四川农业大学 园艺学院，四川 雅安625014；2 重庆市奉节县多经站，重庆 404600)



嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长及内源激素水平的影响

谭明明1，唐剑1，贺忠群1，鞠丽萍2

(1 四川农业大学 园艺学院，四川 雅安625014；2 重庆市奉节县多经站，重庆 404600)

[摘要]【目的】 研究嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长发育与内源激素水平的影响。【方法】 试验以南瓜‘京欣砧3号’为砧木，薄皮甜瓜‘IVF09’为接穗，自根苗为对照，测定不同Cu2+浓度(0，400，800 μmol/L)胁迫下甜瓜自根苗和嫁接苗生长指标、激素水平和气孔导度的变化。【结果】 在铜胁迫条件下，甜瓜幼苗生长受到抑制、叶片内源激素水平改变，但在同一浓度Cu2+胁迫条件下嫁接苗的生物量大于自根苗。嫁接苗叶片中IAA含量显著高于自根苗，ABA、GA3、ZR含量均显著低于自根苗，其中在800 μmol/L Cu2+胁迫下嫁接苗叶片IAA、ZR含量与自根苗的差异最大，为自根苗的1.30和0.77倍，而在400 μmol/L Cu2+胁迫下，嫁接苗的ABA、GA3含量与自根苗的差异最大，为自根苗的0.68和0.92倍。嫁接苗叶片的ABA/IAA、ABA/GA3、ABA/ZR值均小于自根苗，且嫁接苗叶片中ABA/IAA和ABA/GA3值变化幅度小于自根苗。铜胁迫下，甜瓜嫁接苗气孔导度(Gs)与ABA/ZR值呈极显著负相关，嫁接苗气孔导度的调节受到了ABA和ABA/ZR值的调控，从而维持了较高的气孔导度，增强了甜瓜对铜胁迫的耐性。【结论】 嫁接可通过改变内源激素含量而增强甜瓜幼苗对铜胁迫的耐受性，并且有效维持植物内源激素的平衡，促进甜瓜幼苗正常生长。

[关键词]甜瓜；嫁接；铜胁迫；内源激素

铜是维持植物正常生命活动所必需的微量元素之一，其广泛参与各种生命活动，对于植物正常的新陈代谢与生长发育具有极其重要的意义。但是目前由于工农业的快速发展，含铜矿产的开采、冶炼厂“三废”(废水、废渣、废气)的排放、含铜化肥及农药的长期大量使用、城市污泥堆肥利用和含铜饲料的使用，使土壤铜污染日趋严重[1-5]。土壤铜污染严重时，不仅会造成植物重金属毒害，而且会对动物[6]、微生物[7]及土壤酶[8]产生影响，引起生态系统失调，影响到整个地区的生态环境，严重时还会威胁到生态系统的稳定和人类的安全。嫁接作为一种农艺措施，可以促进植株根系吸收作用和叶片光合作用、提高植株抗氧化能力、降低质膜的膜脂过氧化、提高渗透调节能力、调节离子吸收等，从而提高植物抗病虫性、抗盐、抗冷、耐高温、耐湿及耐涝等生理特性[9-13]。同时有报道表明，嫁接是提高黄瓜[14-16]、葡萄[17]等园艺作物对铜、镉等重金属耐受性的有效途径。但嫁接是否会提高甜瓜对金属离子的耐受性尚不清楚。

内源激素作为植物体内的痕量信号分子，参与调控植物对逆境胁迫的适应性，同时植物内源激素之间通过彼此的变化过程调节代谢，增强植物的抗逆性。目前，关于铜胁迫对植物内源激素影响的研究较少，但已有相关报道证明植物激素参与了植物铜素毒害，如铜污染可降低欧洲女贞、丁香内源细胞分裂素和GA3的活性，延迟其开花[18]，当铜浓度较低时，对植物器官的分化有促进作用。Cu2+可增强转基因烟草愈伤组织细胞分裂素氧化酶的活性[19]，在10 μmol/L植物生长调节剂苯基脲衍生物(TDZ)处理下花生体细胞胚发生时内源铜含量成倍增加[20]，说明铜通过影响植株内激素的含量变化而影响植物的生长。在铜胁迫下，嫁接对甜瓜内源激素的影响还未见报道。

气孔是植物水分和CO2气体交换的重要通道。CO2通过气孔进入叶片光合组织的细胞间隙，水分通过气孔经蒸腾作用而扩散于大气中[21]。研究表明，气孔导度与净光合速率和CO2浓度有着密切关系[22-26]，而植物内源激素对气孔导度具有一定的调节作用。胁迫条件下植物内源激素水平发生改变，进而增强植物对胁迫条件的适应性，其途径之一就是调节气孔的开度，如在盐胁迫条件下脱落酸(ABA)增加使气孔开度减小，减少水分的散失，从而增强植物的耐盐性[27]。

本试验以白籽南瓜‘京欣砧3号’为砧木，薄皮甜瓜‘IVF09’为接穗，探索嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗激素水平和气孔导度的影响，初步探讨甜瓜幼苗在嫁接及铜胁迫下叶片内源激素含量的变化，以期阐明内源激素水平对铜胁迫的抗逆生理，为研究嫁接提高甜瓜幼苗对重金属耐受性的可能机制提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试砧木为南瓜‘京欣砧3号’，供试接穗为薄皮甜瓜‘IVF09’。

1.2试验方法

试验于2013年下半年在中国农业科学院蔬菜花卉研究所大棚进行。选取饱满、整齐一致的‘京欣砧3号’种子温汤浸种20 min，室温下再浸泡5 h，放于30 ℃培养箱黑暗催芽，待2/3种子露芽后，播于直径20 cm、高20 cm的塑料营养钵中栽培(钵中基质采用草炭与蛭石的复合基质(体积比为2∶1)，质量一致)，光源为自然光照，昼温25～30 ℃，夜温 15～18 ℃，相对湿度60%～70%。南瓜培养2 d后播种甜瓜，待甜瓜接穗子叶展平真叶显露，南瓜砧木一叶一心时采用顶插接法嫁接。

嫁接后在嫁接苗塑料钵周围土壤浇足水分，用透明塑料薄膜小拱棚覆盖，并在薄膜上加盖遮阳网庇荫，相对湿度保持在80%～90%，3 d内密封不换气，3 d后逐渐增加透风量与透风时间，透风时间长短以嫁接苗不萎蔫为宜，相对湿度保持在70%～80%，早晚除去覆盖物，接受弱光、散光，1周后只在中午(10：00至14：00)遮阴，10 d后完全揭除遮盖物，恢复正常苗期管理。在此期间，每天小心去除砧木新长出的生长点及侧芽，切勿碰伤子叶及松动接穗。

嫁接成活后的小苗缓苗5 d后，选取生长健壮一致的幼苗浇灌处理液，试验设6个处理，Cu2+浓度设置参考黄瓜铜胁迫研究方法[28-30]：U0:甜瓜自根苗对照，浇灌清水；G0:甜瓜嫁接苗对照，浇灌清水；U400:甜瓜自根苗浇灌400 μmol/L Cu2+溶液；G400:甜瓜嫁接苗浇灌400 μmol/L Cu2+溶液；U800:甜瓜自根苗浇灌800 μmol/L Cu2+溶液；G800:甜瓜嫁接苗浇灌800 μmol/L Cu2+溶液。Cu2+浇灌液用CuSO4·5H2O 配制，每隔2 d浇灌1次处理液。每个处理30株，重复3次。15 d后取生长点下第3片完全展开的功能叶与根系测各项生理指标。

1.3测定指标与方法

1.3.1生长指标以茎基部至生长点记为株高，用直尺测量；以子叶下端1 cm处记为茎粗，用游标卡尺测量；用叶面积/根系扫描仪(Epson Expression 1680)扫描叶片，叶面积由WinFOLIA软件分析得出。分别取根、茎、叶，用去离子水冲洗干净，吸水纸吸干水分，称其鲜质量；之后于105 ℃杀青15 min，放于75 ℃烘箱内烘干72 h，称其干质量。

1.3.2激素含量取叶片0.5 g，加入3 mL预冷的体积分数80%的甲醇溶液(内含1 mmol/L二叔丁基对甲苯酚(BHT))，弱光冰浴研磨，匀浆转入10 mL试管，摇匀后置于4 ℃下提取4 h，10 000g离心15 min，取上清液，过Sep-Pak C18柱纯化2次，滤出液转入5 mL离心管中，用氮气吹干，除去提取液中的甲醇，用样品稀释液(100 mL PBS中加0.1 mL Tween-20、0.1 g明胶)定容至1.5 mL。采用酶联免疫吸附测定法(ELISA)测定样品中生长素(IAA)、赤霉素3(GA3)、玉米素(ZR)与脱落酸(ABA)含量。

1.3.3气孔导度(Gs)在光强1 000 μmol/(m2·s)、温度25 ℃、相对湿度60%～70%下，选择上午09：00至11：00，利用美国Li-cor公司的Li-6400便携式光合仪直接测定功能叶片的气孔导度。

1.4数据统计与分析

试验采用Microsoft Excel 2013进行数据统计及绘图，用SPSS软件计算试验数据的平均值和标准差，并进行相关性分析，采用最小显著差异法(LSD)进行差异显著性检验。

2结果与分析

2.1嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长的影响

嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长的影响见表1。

表 1　嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长的影响

注：同列数据后标不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Note：Different lowercase letters mean significant difference among treatments atP<0.05 level.

从表1可以看出，在非胁迫条件下，甜瓜嫁接苗的株高、茎粗、叶面积、地上部与地下部的鲜干质量均大于自根苗。在Cu2+胁迫条件下，随着Cu2+浓度增大，嫁接苗与自根苗的生物量均下降。400 μmol/L Cu2+胁迫下，嫁接苗比自根苗株高、茎粗、叶面积分别增加了6.88%，89.05%和27.62%；800 μmol/L Cu2+胁迫下，嫁接苗比自根苗株高、茎粗、叶面积分别增加了17.65%，95.12%和43.32%。

在相同浓度Cu2+的胁迫条件下，嫁接幼苗的鲜、干质量大于自根苗，其中以800 μmol/L Cu2+胁迫下差异最明显，随着Cu2+浓度增大，嫁接苗总干质量增加比例比自根苗大，在800 μmol/L Cu2+胁迫下达11.11%，表明同一浓度Cu2+胁迫条件下，嫁接苗比自根苗受到的铜胁迫抑制作用弱，并随着胁迫程度加深，这种差异表现更加明显。

2.2嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗内源激素水平的影响

2.2.1IAA与ABA含量由图1可知，在对照条件下，甜瓜嫁接苗叶片的IAA含量显著高于自根苗，ABA含量显著低于自根苗。在Cu2+胁迫条件下，随着Cu2+浓度的增大，嫁接苗和自根苗叶片的IAA、ABA含量均升高；嫁接苗叶片IAA含量均显著高于自根苗，ABA含量均显著低于自根苗，其中嫁接苗叶片IAA含量在800 μmol/L Cu2+胁迫下与自根苗的差异最大(为自根苗的1.30倍)，而ABA含量在400 μmol/L Cu2+胁迫下与自根苗的差异最大(为自根苗的0.68倍)。

2.2.2GA3与ZR含量由图2可知，在对照条件下，嫁接苗叶片的GA3含量显著低于自根苗，ZR含量显著高于自根苗。在Cu2+胁迫条件下，随着Cu2+浓度的增大，嫁接苗与自根苗叶片中GA3含量均下降，其中在800 μmol/L Cu2+胁迫时下降明显；嫁接苗叶片中ZR含量下降，自根苗叶片中ZR含量上升。在Cu2+胁迫条件下，嫁接苗叶片GA3与ZR含量均显著低于自根苗。在400 μmol/L Cu2+胁迫下，嫁接苗叶片GA3含量与自根苗的差异最大，为自根苗的0.92倍；而在800 μmol/L Cu2+胁迫下，嫁接苗叶片ZR含量与自根苗的差异最大，为自根苗的0.77倍。

图 1　嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片IAA与ABA含量的影响

图 2嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片GA3与ZR含量的影响

Fig.2Effects of grafting on GA3and ZR contents in leaves of melon seedlings under copper stress

2.2.3内源激素平衡嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片内源激素平衡的影响见图3。

图 3嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片内源激素平衡的影响

Fig.3Effects of grafting on endogenous hormone balance in leaves of melon seedlings under copper stress

由图3可知，在对照条件下，嫁接苗叶片的ABA/IAA、ABA/GA3、ABA/ZR值均小于自根苗。在Cu2+胁迫条件下，随着Cu2+浓度的增大，嫁接苗与自根苗叶片中ABA/IAA值变化不明显，ABA/GA3值逐渐升高，且嫁接苗叶片中ABA/GA3值变化幅度小于自根苗；嫁接苗叶片中ABA/ZR值上升，自根苗叶片中ABA/ZR值变化不大。结果说明，嫁接在一定程度上有维持甜瓜幼苗叶片内源激素平衡的作用。

2.3嫁接对铜胁迫下Gs与ABA含量及ABA/ZR关系的影响

ABA和细胞分裂素均可调节气孔的开闭，ABA可促进气孔关闭，而细胞分裂素可促进气孔开放。由图4可知，随着Cu2+浓度的增大，甜瓜嫁接苗和自根苗叶片ABA含量增加，Gs则随之降低。说明ABA和Gs之间呈负相关关系，即ABA可诱导Gs减小，甚至气孔关闭。同一浓度Cu2+胁迫条件下，与自根苗相比,嫁接苗具有较低的ABA和较高的Gs，说明嫁接后ABA和Gs之间的调控关系未发生改变。

由图5可见，随着Cu2+浓度的增大，甜瓜嫁接苗和自根苗Gs降低，自根苗ABA/ZR值持平，嫁接苗叶片ABA/ZR值逐渐增大，Cu2+浓度达到800 μmol/L时两者ABA/ZR值差异不显著。相关分析表明，嫁接苗Gs与ABA/ZR值呈极显著负相关：y=-31.897x+18.091，r=0.999 8;自根苗Gs与ABA/ZR值相关性不密切：y=0.110 3x+13.331，r=0.063。式中：y为Gs，x为ABA/ZR值。可知嫁接改善了内源激素的平衡，ABA和ZR共同调节气孔对铜胁迫的响应。

图 4嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片气孔导度(Gs)与ABA含量关系的影响

Fig.4Relation betweenGsand ABA content under copper stress

图 5嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗叶片气孔导度(Gs)与ABA/ZR值关系的影响

Fig.5Relation betweenGsand ABA/ZR under copper stress

3讨论

3.1嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生长的影响

植物生物量反映了植物的生长能力，直接表现在植物的株高、茎粗、叶面积、干鲜质量上。已有报道，铜胁迫对黄瓜[16，28-29]、小麦[30]、青蒿[31]、玉米[32]的生长均有抑制作用。本试验中，接穗与砧木嫁接后，由于砧木对接穗生长和生理特性有所影响，从而减弱了铜胁迫对甜瓜幼苗生长的抑制作用，故在相同浓度Cu2+胁迫下，甜瓜嫁接苗株高、茎粗、叶面积、生物量均大于自根苗。

3.2嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗内源激素水平的影响

植物内源激素参与调控植物对逆境胁迫的适应性，并增强植物的抗逆性。已有研究发现，铜胁迫会改变植物的内源激素含量以适应胁迫毒害[18-20]。张敏等[34]研究发现，用50 μmol/L Cu2+处理水培的番茄幼苗，可显著提高根部和叶片中ABA、IAA含量，并降低根部和叶片中GA3和ZR含量。本试验中，随着Cu2+浓度的增大，甜瓜嫁接苗与自根苗叶片中IAA、ABA含量增大，GA3含量减小，这与前人的研究结果一致[30-31]。ABA含量增加可能是因为铜胁迫促使大量ABA诱导基因表达，IAA含量增加是因为GA3抑制吲哚乙酸氧化酶和过氧化物酶活性，促进IAA的合成，并抑制其降解。但本试验中甜瓜嫁接苗叶片中ZR含量随着Cu2+浓度的增大而减小，而自根苗ZR含量则增大，这与前人报道不一致[30-31]，可能是物种基因型、处理条件、外界条件存在差异所致。有研究表明，在盐胁迫下加适量外源IAA可促进植物生长；植物内源ABA也可作为植物感受盐迫的信号因子，在盐胁迫后上调表达量，诱导相关基因表达，减缓代谢以增强植物对盐胁迫耐受性[32]。本试验中，甜瓜嫁接苗叶片中的IAA含量高于自根苗，ABA含量低于自根苗，说明在铜胁迫下，甜瓜嫁接苗叶片维持较高IAA水平以适应铜胁迫环境。此外，Cu2+胁迫下甜瓜嫁接苗叶片中的GA3与ZR含量均低于自根苗，这可能是由于激素之间的相互作用所致，具体作用机理需研究。

内源激素对植物正常生长发育与代谢生理的作用机理不是单一激素的作用效应，而是通过彼此之间相互作用而共同参与植物生命活动的调节。内源激素的平衡有利于植物自身的生理代谢及对外界环境的适应，但在铜胁迫时，由于各内源激素含量变化，导致整个内源激素水平破坏。本试验中，在铜胁迫条件下，甜瓜嫁接苗与自根苗叶片中ABA/IAA、ABA/GA3、ABA/ZR值均发生变化，其中甜瓜嫁接苗叶片的ABA/IAA和ABA/GA3值变化幅度均小于自根苗，说明嫁接在一定程度上可有效维持甜瓜幼苗内源激素激素的平衡，促进其正常生长。

3.3嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗内源激素与气孔调节关系的影响

Mulholland等[34]用外源ABA处理番茄，证实了ABA含量增加与番茄叶片Gs呈负相关。本试验中，同一浓度Cu2+胁迫条件下，甜瓜嫁接苗的ABA含量较自根苗低，而Gs却较自根苗大，这一结果说明嫁接苗气孔开度的调节受到了ABA调控，嫁接只所以能提高甜瓜对铜胁迫的耐受性是通过降低ABA含量而增大气孔开度来实现的。

细胞分裂素与ABA的作用相反，可促进气孔开放，ZR是细胞分裂素类物质。有研究认为，外源ABA可导致植物Gs减小，而外源ZR却可逆转这一结果[35-37]。本试验中，甜瓜嫁接苗Gs与ABA/ZR值呈极显著负相关，Cu2+浓度小于800 μmol/L时，嫁接苗ABA/ZR值虽呈现上升趋势，但仍较自根苗低；而自根苗Gs与ABA/ZR值相关性不密切。因此，嫁接改变了ABA/ZR平衡，使甜瓜嫁接苗叶片维持较大的气孔导度，进而使其保持较高的蒸腾速率和CO2同化速率，保证铜胁迫下的光合作用和水分代谢，有利于嫁接苗的生长和对铜胁迫耐受性的提高。

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Effects of grafting on growth and endogenous hormones of melon (CucumismeloL.) seedlings under copper stress

TAN Ming-ming1,TANG Jian1,HE Zhong-qun1,JU Li-ping2

(1CollegeofHorticulture,SichuanAgriculturalUniversity,Ya’an,Sichuan625014,China；2MultipeManagementStationofFengjieCounty,Fengjie,Chongqing404600,China)

Abstract:【Objective】 The effects of grafting on endogenous hormones of melon seedlings under copper stress were investigated in this study.【Method】 Using pumpkin ‘Jingxinzhen No.3’ as stock,melon ‘IVF09’ as cion,and un-grafted seedlings as control,biomass,hormone level and stomatal conductance of melon were measured under different Cu2+concentrations (0,400,and 800 μmol/L).【Result】 Under copper stress,the growth of melon seedlings was inhibited,and endogenous hormone levels in leaves were changed.Under same stress,the biomass of grafted seedlings was greater than that of un-grafted seedlings.IAA content in grafted seedlings was significantly higher than that of ungrafted one,but ABA,GA3,and ZR contents in leaves of grafted seedlings were significantly lower than that of un-grafted ones.Differences in IAA and ZR contents in leaves of grafted and ungrafted seedlings reached the peak under the 800 μmol/L Cu2+stress,which were 1.30 and 0.77 times of that of ungrafted seedlings.Differences in ABA and GA3 contents between grafted and ungrafted seedlings reached the peak under the 400 μmol/L Cu2+stress,which were 0.68 and 0.92 times of that of ungrafted seedlings.In addition,ABA/IAA,ABA/GA3,and ABA/ZR values of grafted leaves were lower than that of ungrafted ones,and ABA/IAA and ABA/GA3 values changed less in grafted seedlings.A significant negative relation between gs and ABA/ZR was detected under copper stress.Response of stoma to copper stress was jointly adjusted by ABA and ABA/ZR to make grafted seedlings keep higher Gs than ungrafted ones,which resulted in higher copper tolerance.【Conclusion】 Grafting changed endogenous hormone levels and enhanced resistance against copper stress and effectively maintained the balance of endogenous hormones in plant,which promoted normal growth of melon seedlings.

Key words:melon;grafting;copper stress;endogenous hormones

DOI：网络出版时间:2016-01-0810:2210.13207/j.cnki.jnwafu.2016.02.016

[收稿日期]2014-06-04

[基金项目]四川省教育厅项目(10ZB044)

[作者简介]谭明明(1989-)，男，甘肃庆阳人，硕士，主要从事蔬菜栽培理论与技术研究。E-mail:tanmingm2013@163.com[通信作者]贺忠群(1971-)，女，重庆开县人，教授，博士，主要从事蔬菜育种及其生物改良研究。E-mail:hzqun328@163.com

[中图分类号]S652.01

[文献标志码]A

[文章编号]1671-9387(2016)02-0113-08