嫁接对马铃薯种间杂交亲和性的影响及生理调控机制

翟鑫娜 杨佳伟 许春江 祁利潘 田再民 冯琰 尹江 龚学臣

（河北北方学院，075000，河北张家口）

马铃薯营养丰富全面，是继水稻、小麦、玉米之后的世界第四大粮食作物[1]。马铃薯起源于南美安第斯山脉，在中国为外来作物，虽然可以引进和保存，但与起源地相比种质资源比较有限[2-3]。我国保存了许多较优良的种质资源，中国主要有2 个种质资源保存库，分别为黑龙江省农业科学院克山分院和中国农业科学院蔬菜花卉研究所，分别保存了约1700 份马铃薯地方育成品种（系）和约1500 份马铃薯种质资源[4]。二倍体马铃薯具有丰富的优良性状，如抗病虫害、优良的品质性状[5]、抵御不良环境条件等，这使二倍体成为非常宝贵的种质资源。但与普通栽培种易出现杂交不亲和现象，限制了在育种的应用，也是制约马铃薯育种取得突破性进展的关键。

嫁接在植物抗逆性、生长发育、生理特性、物质代谢、果实产量及品质等方面已开展了大量的研究，促进了植物生理、栽培、育种等方面的发展。为了应用野生种资源优良性状的基因，选育突破性马铃薯新品种，利用嫁接技术可克服远缘或近缘间植物有性育种障碍。王成玉等[6]应用嫁接技术和杂交方法对枸杞和辣椒进行远缘杂交，培育新型经济作物，成功获得枸杞辣椒。Bomfim 等[7]通过将母本嫁接在砧木番茄上，嫁接株的开花数量和坐果率得到显著提高。马铃薯运用嫁接技术进行育种方面研究较少。祁利潘等[8]为了研究亲本预嫁接对马铃薯种间杂交亲和性的影响，以四倍体高产马铃薯‘冀张薯12 号’和‘冀张薯8 号’为母本与二倍体高淀粉原始栽培种为父本配制杂交组合，采取母本预先嫁接于父本的方法，结果表明嫁接促进坐果及亲和性，并培育了马铃薯新种质。

此外，植物激素是植物生长发育进行调控的生物活性物质。它们在细胞生长、组织和器官分化、开花结实、成熟衰老、休眠萌发、植物形态以及组织培养等方面具有重要作用[9]。目前已研究较深入的植物激素主要包括生长素（IAA）、细胞分裂素（ZR）、赤霉素（GA3）和脱落酸（ABA）等[10]。它们的生理效应非常复杂多样，在调控植物生长发育过程中起着重要作用，值得进一步进行探讨。本试验为研究亲本预先嫁接对各种间杂交组合亲和性的影响及内源激素对坐果率的调控作用，创制优良种间杂交后代，为马铃薯后续育种提供优良的种质资源。

2016年1月～2018年8月，本院骨科共收治年龄≥60岁患者1 381例，其中1 336例符合上述标准，纳入本研究。男520例，女774例，年龄60～98岁，平均（68.86±7.58）岁。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试验地概况

试验材料以G8 和G12 号四倍体栽培种为母本，以Z1703 和Z1701 二倍体野生种为父本，采用预先嫁接再杂交的方法进行组合配制。试验材料由河北北方学院旱作农业研究中心提供。

试验于河北省张家口市张北县油篓沟乡马铃薯基地进行，该地区降水相对较少，属暖温带大陆性季风气候。马铃薯为张家口市主要经济作物，地理及环境条件适合马铃薯生长。

1.2 试验设计

events in the middle and lower reaches of Yangtze River in summer:A glimpse in 1993

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数据的在线处理可以实现对试验过程的监控，并可以对试验数据进行初步处理和显示储存。但是，数据的离线处理则可以先剔除一些不稳定和不正常的数据，然后以时间为单位的动态测量数据，进行更为多样和深入地分析和处理。本文选用excel统计数据，并用图表进行数据分析和处理，绘制试验曲线图进行直观的分析。

1.3 试验方法

1.3.1 嫁接方法 嫁接时要选用生长健壮无病虫害的砧木及接穗，用75%酒精进行工具消毒避免植株感染造成死亡，在砧木距离地面2cm 处横切将茎处切断，之后在切口处纵切深约2cm，接穗削成楔形，切口要平，快速插入砧木缺口，进行劈接，用嫁接夹夹在嫁接部位，植株用塑料盆盖上保温，在嫁接部位和塑料盆内喷施多菌灵。棚内温度在20℃～25℃，以免光照过强或室外温度过高导致接穗枯死。湿度在70%～85%较好，嫁接一周内尽量少浇水。嫁接一周后可去掉塑料盆，15d 可去掉夹子，待植株成活长高后，可再覆土。

1.3.2 杂交授粉 父本马铃薯花粉在授粉前1d 采集，将雄蕊摘下放到油光纸上，放在阴凉环境，第2 天，用纸包好雄蕊进行敲打，收集花粉，进行授粉。授粉时间为上午10:00 最佳。

试验包括对照组与嫁接组。对照组为四倍体母本自身嫁接，嫁接组为异源嫁接（四倍体为母本，二倍体为父本），授粉都为父本花粉，自身嫁接同样按照嫁接步骤操作，保证各组合同样的环境和生长条件。全生育期保持土壤疏松，及时进行灌溉、施肥和病虫害防治等。

1.4 指标测定及方法

1.4.2 马铃薯坐果率及单果结实数 对各组合进行授粉，授粉后挂上吊牌记录日期及授粉数目。果实成熟期统计授粉数，便于最后坐果数及结实数的调查。

1.4.1 子房内源激素 在各植株现蕾期、开花期、授粉后2、4、6d 采用植物激素的酶联免疫吸附测定法（ELISA）[11]测定植株子房的内源激素，主要包括GA3、ZR、IAA、ABA。

2.2.3 IAA 对坐果率的调控作用 由图4 可知，各组合对照组和嫁接组IAA 含量差异比较显著。G8×Z1703 的嫁接组IAA 含量从现蕾期到授粉后6d都是逐渐升高；而对照组IAA 含量在授粉后2d 子房、胚胎生长关键时期下降，在4d 后又升高。G8×Z1701 的嫁接组IAA 含量在授粉后4d 下降；对照组IAA 含量从现蕾期到授粉后6d 都是逐渐升高。G12 与二倍体各组合现蕾期到授粉后6d IAA含量变化趋势为升高―降低―升高，在授粉后2d开始降低，授粉后4d 有逐渐升高。坐果率促进的组合（G12×Z1703）在授粉后嫁接组IAA 含量显著高于对照组。

1.5 数据处理

2.2.4 ABA 对坐果率的调控作用 由图5 可知，G8 与二倍体各组合种间杂交现蕾期ABA 含量较高，整体趋势为现蕾期到授粉后2d ABA 含量逐渐降低，授粉后2～4d 升高，4～6d 逐渐降低的趋势。坐果率促进组合（G8×Z1703）在授粉后4、6d 对照组ABA 含量显著高于嫁接组，坐果率抑制的组合（G8×Z1701）则相反。G12 与二倍体各组合种间杂交，各组合对照组从现蕾期到开花期ABA 含量为上升趋势，各组合嫁接组从现蕾期到开花期ABA 含量呈下降趋势。在授粉后坐果率促进组合（G12×Z1703）嫁接组ABA 含量显著低于对照组，坐果率抑制组合（G12×Z1701）则相反。

由图1 可知，2 个组合分别为促进和抑制较为明显的组合，‘G8×Z1703’嫁接处理促进坐果，‘G8×Z1701’嫁接处理抑制坐果。对照组和嫁接组合计8 个处理（表1），‘G8×Z1703’嫁接组与对照相比坐果率提高了39.19%，单果结实数提高了0.13，突破了0 个实生籽；‘G8×Z1701’嫁接组与对照相比坐果率降低了12.90%，单果结实数降低了0.19；‘G12×Z1703’嫁接组与对照相比坐果率促进了12.03%，单果结实数降低了0.08；‘G12×Z1701’嫁接组与对照相比坐果率降低了2.35%，单果结实数降低了0.20。

2 结果与分析

2.1 亲本预先嫁接对不同种间杂交组合坐果率的影响

烟头随着他的抽吸，映红了他两片薄薄的嘴唇和蒜头鼻下两个不规则的鼻孔，烟头亮开时看得很清楚，那嘴唇上竖着一排“1”字形的皱纹，三根鼻毛很闹心地探出鼻孔。

表1 亲本预先嫁接对各种间杂交组合坐果率的影响Table 1 Effects of parental pre grafting on fruit setting rate of various inter hybrid combinations

图1 授粉20d 后不同杂交组合坐果情况Fig.1 Fruit setting of different hybrid combinations 20 days after pollination

2.2 马铃薯内源激素对不同种间杂交组合坐果率的调控作用

2.2.1 GA3对坐果率的调控作用 由图2 可知，各组合对照组和嫁接组GA3含量是有差异的。G8 与二倍体各组合GA3含量从现蕾期到授粉后6d 变化趋势为上升―下降―上升―下降，呈M 形，双峰分别在开花期和授粉后4d。G12 与二倍体各组合GA3含量从现蕾期到授粉后6d 变化趋势为上升―下降―上升呈N 形，双峰分别出现在开花期和授粉后6d。坐果促进的组合（G8×Z1703、G12×Z1703）嫁接组GA3含量在授粉后都高于对照组；坐果率抑制的组合（G8×Z1701、G12×Z1701）GA3含量变化则相反。

图2 内源激素GA3 在不同种间杂交组合的含量变化Fig.2 Content changes of endogenous hormone GA3 in different interspecific hybrid combinations

2.2.2 ZR 对坐果率的调控作用 由图3 可知，G8和G12 与二倍体种间杂交ZR 变化趋势是一致的。各组合对照组和嫁接组ZR 含量存在差异。每个组合的2 个处理存在2 种变化趋势，其中坐果率高的呈“升高―下降―上升”的趋势，在授粉后2d 呈下降趋势，4d 又逐渐上升；而坐果率低的呈“上升―下降”的趋势，在授粉后2d 呈下降趋势后不再上升。坐果率促进的组合中（G8×Z1703；G12×Z1703）嫁接组ZR 含量在授粉后6d 显著高于对照组，坐果率抑制组合中（G8×Z1701；G12×Z1701）嫁接组ZR 含量在授粉后6d 显著低于对照组。所有组合授粉后2～4d ZR 含量呈下降趋势，授粉后ZR 诱导细胞分裂，使细胞大量增殖，但增殖到一定数量应减少，使子房稳定正常发育，后期随子房的生长发育增殖。

图3 内源激素ZR 在不同种间杂交组合的含量变化Fig.3 Content changes of endogenous hormone ZR in different interspecific hybrid combinations

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图4 内源激素IAA 在不同种间杂交组合的含量变化Fig.4 Content changes of endogenous hormone IAA in different interspecific hybrid combinations

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25 进行数据处理和统计分析。

图5 内源激素ABA 在不同种间杂交组合的含量变化Fig.5 Content changes of endogenous hormone ABA in different interspecific hybrid combinations

2.2.5 马铃薯不同生育时期内源激素浓度与坐果率相关性分析 不同时期内源激素含量与坐果率相关性如表2，GA3含量在现蕾期与坐果率呈显著正相关，在授粉后6d 与坐果率呈极显著正相关，相关系数分别为0.816 和0.922；ZR 含量在授粉后4d 与坐果率呈显著负相关，相关系数为-0.815。

表2 内源激素含量和坐果率相关性分析Table 2 Correlation analysis between endogenous hormone content and fruit setting rate

3 讨论

通过嫁接提高作物生产力和产量、增强果实品质和抗病性等的应用较多，嫁接可以促进甘薯开花结实[12]。薛金燕等[13]研究表明，以栽培种茄与野生种喀西茄进行嫁接后授粉可以提高杂交结果率。本试验表明，四倍体马铃薯材料作母本，以二倍体材料作父本，母本品种预先嫁接在父本材料植株上，再进行杂交，可有效促进马铃薯种间杂交坐果率和单果结实数。在后续马铃薯远缘杂交研究时，可为促进杂交亲和性提供一定依据。有些组合出现不亲和现象，对照组和嫁接组坐果率和单果结实数都较低，还有可能出现受精前或受精后障碍。但影响嫁接亲和性的因素很多，遗传因素是影响嫁接亲和性最关键的因素，如亲缘关系[14]、砧穗内部组织结构的差异、生理生化的差异[15]和砧穗生长期长短等。本试验结果可能是亲本预先嫁接提前进行营养物质运输和基因交流，但有关分子机制研究还需进一步深入研究。

内源激素对植物生长发育开花结实具有调控作用。GA3与植物成花息息相关，能减少器官脱落，加速果实生长和发育，从而提高坐果率[16]。这与本试验研究结果一致，高含量的GA3是促进坐果率的诱导因子，在授粉后6d GA3含量与坐果率呈极显著正相关，相关系数高达0.922。ZR 具有促进细胞分裂的作用，果实发育前期的ZR 可促进果实吸引同化物，促进幼果的细胞分裂及坐果[17]。本研究表明，果实发育后期需要高含量的ZR 使果实正常生长发育，但在授粉后4d 高含量的ZR 抑制坐果，为显著负相关，相关系数为-0.815。研究[18]表明，IAA的生理效应与其浓度有关，低含量的IAA 促进坐果，高含量的IAA 抑制坐果甚至导致植物死亡。本试验中，坐果率促进组合中IAA 含量高于坐果率未促进组合，可能因为本试验组合中IAA 含量都相对较低。ABA 是生长抑制剂，可阻碍植物或离体器官的生长发育，可以造成种子休眠、器官衰老和脱落等过程[18]。董倩倩等[19]为了探讨果实与内源激素的关系，以柑橘为试验材料，结果表明，果皮和果柄中较高的ABA 含量是果实容易掉落的重要原因，这与本试验研究结果一致。所以，果实发育阶段内源激素含量的变化调控着植物的结实现象。

4 结论

综上，马铃薯预先嫁接能够提高坐果率，促进种间杂交亲和性，获得栽培种与野生种远缘杂交后代。G8×Z1703 组合可作为苗头材料进行培育。高含量GA3、ZR 和IAA 有利于坐果，而较高含量的ABA 抑制坐果。由此可见，内源激素对坐果率的调控不单取决于某一种激素及其含量的变化，而是多种内源激素互相协调共同调控。