丛枝菌根真菌对黄瓜双断根嫁接苗生长发育的影响

杨凡 郭家彤 马凯

摘    要：通过在育苗基质中接种丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）菌剂，研究AMF对黄瓜双断根嫁接苗生长发育的影响。结果表明，接种菌剂后明显提高了黄瓜嫁接苗的茎粗、根长、干质量、鲜质量、根冠比和壮苗指数，控制了植株徒长;通过对POD、MDA、可溶性蛋白质、根系活力等进行测定，表明丛枝菌根真菌可以缩短黄瓜嫁接伤口愈合时间3～5 d、促进生长和壮苗等，壮苗指数提高95.6%，商品苗出售时间提前7～10 d。

关键词：黄瓜;丛枝菌根真菌;嫁接

中图分类号：S642.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2020）12-061-05

Abstract：Through inoculating Arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） in seedling substrate， the effects of AMF on the growth and development of cucumber graft seedlings were studied. Results showed that the stem diameter， root length， dry mass， fresh mass， root-cap ratio and seedling index of cucumber grafted seedlings were significantly increased after inoculation， and the plant height was controlled. Through the determination of POD， MDA， soluble protein and root activity， the results showed that arbuscular mycorrhizal fungi could shorten the healing time of grafting wound of cucumber by 3-5 days， and promote the growth and seedling vigor， etc.， and the seedling vigor index increased by 95.6%， and the selling time of commercial seedlings was 7-10 days earlier.

Key words： Cucumber; Arbuscular mycorrhizal fungi; Grafting

黄瓜（Cucumis sativus L.）为葫芦科一年生蔓生或攀援草本植物，也称胡瓜、青瓜，是全世界普遍栽培的蔬菜品种，也是目前全球重要的、设施栽培最大、经济效益最高的蔬菜作物之一[1]。2017年我国设施黄瓜播种面积约63万hm2，而河南省常年黄瓜播种面积约17万hm2[2]。随着农业产业结构的调整，我国设施蔬菜栽培面积不断增加，设施蔬菜生产呈规模化、专业化和工厂化发展趋势。由于受耕地数量、气候条件的限制及对高产高效的追求，设施蔬菜种植品种相对单一，难以做到土地轮作倒茬，土壤有害微生物不断积累，土传病害逐年加剧[3]。尤其是黄瓜枯萎病、根结线虫病、根腐病等毁灭性病害，对黄瓜生产造成严重威胁，以致失去生产意义。

嫁接是提高黄瓜抗逆性、预防土传病虫害的有效措施，已被应用于黄瓜生产[4]。但对嫁接砧木、嫁接方法、栽培条件和品质控制缺乏系统研究，导致嫁接存活率较低，死棵、烂棵现象较严重，远不能适应嫁接苗产业化生产的需要[5]。

丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）可以和陆地上80%以上的植物形成共生关系[6]，通过菌丝体、代谢产物、病程相关蛋白等，增加根系对水分和矿质元素的吸收，促进植物生长，提高养分吸收率，促进生态系统养分循环，改善植物营养条件，增强植物抗病性和抗逆性。笔者旨在利用黄瓜双断根嫁接技术配合接种AMF后，研究其促进嫁接苗生长的相关指标，为进一步分析其对嫁接伤口愈合的效应提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

黄瓜品种为‘博杰616，由天津德瑞特河南办事处河南省庆发种业有限公司提供，砧木为黑籽南瓜。

1.2 试验设计

2019年1—4月，在河南现代农业研究开发基地育苗中心进行丛枝菌根真菌诱导黄瓜嫁接伤口快速愈合试验。试验设3个处理，处理1：育苗基质接种丛枝菌根真菌菌剂（孢子数量为109·g-1，V基质∶V菌剂=1 000∶1）;处理2：育苗基质添加4%聚谷氨酸增效剂（V基质∶V聚谷氨酸增效剂=1 000∶1）;处理3：育苗基质（对照）。15张穴盘（每张穴盘40穴）为1重复，共3次重复，即每个处理45张，1 800棵嫁接苗。黑籽南瓜为砧木，子叶完全展开且刚现真叶时进行嫁接。接穗黄瓜为‘博杰616，当黄瓜幼苗子叶完全展平即可嫁接。育苗基质为自配基质，草炭购自欧博亚10 mm草炭，珍珠岩和蛭石购自市场。V草炭∶V珍珠岩∶V蛭石=6∶3∶1。嫁接前，砧木和接穗所用基质为对照基质，嫁接后将嫁接苗分别扦插于3个试验处理基质中，完全随机排列于育苗床上，进行统一管理。

1.3 嫁接方法

采用双断根贴接法。一般在砧木2片子叶展平刚长出真叶、接穗2片子叶展平時开始嫁接。先用刀片从砧木茎秆向生长点方向向下75°斜切去掉生长点和另一片子叶，切口长7～10 mm;再用刀片将砧木从茎基部切断，切口离生长点5～6 cm为宜，切下后的砧木要保湿，并尽快进行嫁接。接穗在子叶下方5 mm处将胚轴向下削切成相应的斜面。砧木与接穗切面对齐，贴靠在一起，用嫁接夹固定紧即可。

1.4 测试项目与方法

嫁接成活率调查：嫁接后10 d统计嫁接苗成活率。判断嫁接黄瓜幼苗成活的标准为：砧木长出4～6条新根，接穗第1片真叶初现。

随机选取嫁接后15 d的嫁接苗各100株，采用游标卡尺测定黄瓜接穗茎粗（黄瓜子叶下方0.2 cm处）;采用直尺测定最大侧根的长度;采用千分之一天平测定地上部鲜质量、地下部鲜质量及其干质量，并计算壮苗指数[壮苗指数=（茎粗/株高+地下部干质量/地上部干质量）×全株干质量]和根冠比（根冠比=地下部干质量/地上部干质量）。

在嫁接后0、2、4、6、8、10 d，分别取20株砧木和接穗结合部茎段测定生化指标。采用愈创木酚法测定过氧化物酶（POD）活性;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛（MDA）含量;采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白质含量。取嫁接15 d的砧木根系，采用TTC染色法测定根系活力[7]。

2 结果与分析

2.1 嫁接苗的生长状况

2.1.1 嫁接成活率 嫁接后10 d统计嫁接苗的成活率（图1），各处理平均成活率达89%以上。接种丛枝菌根真菌的基质，黄瓜嫁接成活率为95.2%;添加聚谷氨酸增效剂的基质，黄瓜嫁接成活率为91.5%;对照基质，黄瓜嫁接成活率为89.9%。接种丛枝菌根真菌处理和添加聚谷氨酸处理嫁接成活率分别比对照提高5.9%和1.8%。接种丛枝菌根真菌菌剂与添加聚谷氨酸增效剂两者之间对黄瓜成活率的影响差异不显著，但接种丛枝菌根真菌菌剂与对照相比差异显著。这表明接种丛枝菌根真菌可以有效提升黄瓜双断根嫁接技术在工厂化育苗中的应用价值。

2.1.2 嫁接苗的生长发育 从图2可以看出，接种丛枝菌根真菌基质和添加聚谷氨酸基质的嫁接黄瓜茎粗分别比对照高出30.8%和15.4%，株高分别比对照降低38.2%和21.4%，最大侧根长分别比对照高出98.5%和37.0%，地上部鲜质量分别比对照增加33.4%和14.4%，地上部干质量分别比对照增加36.2%和15.5%，地下部鲜质量分别比对照增加39.2%和15.2%，地下部干质量分别比对照增加49.2%和19.0%。不同处理黄瓜嫁接苗地上部干鲜质量、地下部干鲜质量及茎粗、株高、最大侧根长均有差异。在嫁接后同一时间，添加丛枝菌根真菌或聚谷氨酸的育苗基质嫁接苗的茎粗、最大侧根长、地上部干鲜质量、根系干鲜质量及最大侧根长均高于对照育苗基质嫁接苗。嫁接后15 d，添加丛枝菌根真菌或聚谷氨酸的基质促进黄瓜根系生长，增粗砧木茎秆，延缓砧木生长过旺，有效控制接穗徒长。

2.1.3 嫁接苗的健壮程度 根冠比和壮苗指数是衡量幼苗健壮程度的指标，其中根冠比主要用于衡量幼苗地上部生长与地下部生长的协调性;壮苗指数是衡量幼苗素质高低的综合指标之一。从图3可以看出，接种丛枝菌根真菌或添加聚谷氨酸基质的嫁接苗，幼苗生长量增加，壮苗指数分别比对照提高95.6%和34.9%，表明接种丛枝菌根真菌或聚谷氨酸的基质有助于黄瓜嫁接苗壮苗。接种丛枝菌根真菌基质和添加聚谷氨酸基质的嫁接苗根冠比分别比对照基质嫁接苗的根冠比高出9.54%和3.06%，表明丛枝菌根真菌能有效促进黄瓜根部生长，控制地上部生长。

2.2 POD活性的变化

不同处理基质对嫁接苗结合部POD活性影响的结果见图4。随着时间的延长，各处理POD活性呈现先上升后下降的趋势，酶活性在嫁接第3天达到最大值，随后逐渐降低。添加丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接苗POD活性在嫁接3 d的时候达到最大值，隨后急剧下降，然后趋于平稳，说明在嫁接后5 d，伤口已趋于愈合。而添加聚谷氨酸基质的和对照，直到10 d以后，POD活性才低于10 U·min-1·g-1。

接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接苗在嫁接3 d时POD活性比对照高出20.0%，可能是丛枝菌根真菌菌丝开始侵入根部，植物发生相关过敏反应，导致活性升高。而聚谷氨酸则可以直接被植物吸收，帮助植物抵抗逆境，故POD活性低于对照3.9%。嫁接5 d后，接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜苗POD活性比对照下降了42.0%，说明丛枝菌根真菌可以协助植物吸收养分、抵抗逆境等。

2.3 MDA含量的变化

MDA是脂质过氧化的产物，在一定程度上MDA可以表示细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件反应的强弱。不同处理基质对嫁接苗结合部MDA影响的结果见图5。随着处理时间的延长，MDA含量呈下降趋势。说明嫁接苗在嫁接后的生长过程中，植物细胞逐渐修复，伤口不断愈合，抗逆性也逐渐增强。接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接苗MDA含量在嫁接3 d的时候分别高于添加聚谷氨酸基质的和对照基质的嫁接苗6.74%和4.40%，这可能是丛枝菌根真菌侵染植物根部，导致过敏性反应发生。嫁接3 d后接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接苗MDA含量却一直是最低的，说明丛枝菌根真菌有助于提高植物免疫力，增强抗逆性。

2.4 可溶性蛋白质含量的变化

接种丛枝菌根真菌、添加聚谷氨酸及对照基质嫁接苗在嫁接后1～10 d的可溶性蛋白质含量变化结果见图6。可溶性蛋白质含量变化可能和嫁接苗伤口愈合时间有关，随着嫁接后时间的延长，黄瓜嫁接苗结合部可溶性蛋白质含量呈先下降后上升的趋势。接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接苗可溶性蛋白质含量在嫁接7 d后已经回升，超过嫁接5 d的含量，而添加聚谷氨酸和对照基质黄瓜嫁接苗可溶性蛋白质含量回升较晚，说明丛枝菌根真菌可以促进嫁接苗伤口愈合，缩短伤口愈合时间。添加聚谷氨酸基质的嫁接苗可溶性蛋白质含量高于对照基质嫁接苗，表明聚谷氨酸对可溶性蛋白质的产生可能有一定的促进作用，但对缩短伤口愈合时间方面与对照没有显著差异。

2.5 嫁接苗根系活力的变化

从图7可以看出，接种丛枝菌根真菌、添加聚谷氨酸基质的嫁接苗15 d后，根系活力分别比对照提高43.8%和11.4%。丛枝菌根真菌可以侵入南瓜根部形成共生根，促进植物吸收养分和水分，同时可能产生相关代谢产物促进根系活力增强。聚谷氨酸可以直接被植物根部吸收，从而促进根系生长发育。

3 讨论与结论

目前黄瓜设施种植面积已占黄瓜种植总面积的42%左右[8]。嫁接技术是解决设施内土传病害的有效方法，但黄瓜嫁接成活率一般只有60%～80%[9]，而双断根嫁接的种苗，新根（须根）数量多，根系活力强，可以有效控制砧木徒长，与自根系相比，根系面积大，对水分和养分的吸收能力强，定植后缓苗快。

AMF菌丝的延伸和扩张可以增强和扩大植物根系的吸收能力和范围[10]，促进植物生长、提高养分吸收率，保护植物抵御不良环境胁迫[11]。任强等[12]研究表明，接种AMF能够显著提高桑扦插苗的成活率，主根长度、须根长度、须根数量、地下部分鲜质量和干质量都显著高于对照。李姣竹等[13]研究表明，嫁接苗接种Gi后，幼苗株高和茎粗比自根苗增加了24.5%、33.2%。Gi对根系的侵染率达到了75.81%。耿广东等[14]和任志雨等[15]研究也证明了含有AMF的有机基质可以大幅度增加黄瓜幼苗的壮苗指数。本试验研究结果表明，添加AMF的嫁接苗成活率、最大侧根长度、根系活力、根冠比、生物量和壮苗指数都明显高于对照，这与前人的研究结果一致。只有株高受到了一定程度抑制，有效避免了黄瓜接穗徒长而导致结合部位不牢固，不易发生断头现象，从而提高了商品苗率和育苗效率。

POD酶属于保护酶系统，有研究表明，在形成贯通接穗和砧木的维管束桥时，接合部的过氧化物酶活性较高，这说明POD在维管组织木质化过程中有重要的作用[5]。笔者在本研究中得出了类似的结论，即嫁接后1～5 d，也就是砧木和接穗中管状分子开始分化和形成的时期，POD活性较高。接种丛枝菌根真菌基质的黄瓜嫁接后5 d，伤口已趋于愈合，相比对照提前了5 d，说明丛枝菌根真菌在黄瓜嫁接过程中可以提高POD活性，促进黄瓜伤口快速愈合。

MDA在一定程度上可以表示细胞膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件反应的强弱[16]。吕星光等[17]研究表明，AMF可以提高西瓜嫁接苗超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性，降低MDA含量。低温胁迫下，接种AMF可以延缓可溶性蛋白质含量的下降，并且使MDA含量保持相对较低的水平[18]。接种AMF能显著增加西瓜自根苗和嫁接苗的生物量，提高根系活力，降低根系膜透性和MDA含量[19]。本研究结果表明，随着嫁接伤口的愈合，MDA含量也逐渐降低，趋于稳定，这与前人结果一致。因此，添加AMF能激活黄瓜双断根嫁接苗与抗逆性有关的防御性酶反应，使黄瓜嫁接苗对逆境产生快速反应，从而加快嫁接苗伤口愈合进程。从本试验结果可以看到，可溶性蛋白质含量呈现先下降后上升的趋势，和POD活性变化趋势正好相反。接种AMF基质的嫁接苗不管是伤口愈合期还是愈合后生长期，可溶性蛋白质含量都高于对照，说明AMF可以诱导可溶性蛋白质的产生。

综上所述，接种AMF对黄瓜双断根嫁接苗的生长效应显著，能促进嫁接苗生长，使伤口愈合提前3～5 d，商品苗出售提早7～10 d。可见将AMF应用到黄瓜双断根嫁接育苗环节将为黄瓜的高产优产提供新的途径。目前对AMF促进黄瓜伤口愈合机制还不清晰，相关报道也较少，还有待进一步研究。至于AMF对嫁接处理后黄瓜的生长、产量以及果实品质方面的影响是否积极还需要深入研究。

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