云南黑籽南瓜砧木对低温下嫁接黄瓜生理特性的影响

云南黑籽南瓜砧木对低温下嫁接黄瓜生理特性的影响 云南黑籽南瓜砧木对低温下嫁接黄瓜生理 特性的影响 植物资源与环境2007,16(2):48—52 JournalofPlantResourcesandEnvironment 云南黑籽南瓜砧木对低温下 嫁接黄瓜生理特性的影响 季俊杰,朱月林,,胡春梅,杨立飞,皇娟 (1.南京农业大学图馆,江苏南京210095;2.南京农业大学园艺学院,江苏南京210095) 摘要:以'津研4号'黄瓜(Cucumissativus'JinyanNo.4')为接穗,云南黑籽南瓜(CucurbitaifoliaBouch6)和黄瓜 为砧木,研究了低温条件下黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株(黄瓜/南瓜),黄瓜/黄瓜嫁接株和自根黄瓜株叶片的蔗糖 (Suc),葡萄糖(Glc)和可溶性蛋白质(Pr)含量的变化以及叶片羧化效率(CE)及不同叶位叶片,不同节位茎段中 异戊烯基腺嘌呤核苷(iPA)含量的差异.结果表明,黄瓜/南瓜嫁接株叶片的Suc,Glc及Pr含量和CE值均显着高 于自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株,自根黄瓜株与黄瓜/黄瓜嫁接株间差异不显着.iPA在嫁接植株和自根植株茎 中均呈梯度分布,其含量在生长锥中最高,其次为上部茎段,下部茎段中的含量最低;自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接 株茎中的iPA含量显着低于黄瓜/南瓜嫁接株,而叶片中iPA含量显着高于黄瓜/南瓜嫁接株.研究结果表明,以 黑籽南瓜为砧木可提高嫁接黄瓜对低温的耐受性. 关键词:嫁接黄瓜;黑籽南瓜;嫁接;低温;iPA 中图分类号:$339.45;$642.2文献标识码:A文章编号:1004—0978(2007)02—0048—05 Effectoffigleafgourdasstockonphysiologicalcharacteristicsofgraftedcucumberunderlow temperatureJIJun-jie,ZHUYue.1in,HUChun.mei,YANGLi-fei,HUANGJuan(1. Library,NanjingAgricuhuralUniversity,Nanjing210095,China;2.CollegeofHorticulture,Nanjing AgriculturalUniversity,Nanjing210095,China),PlantResour.&Environ.2007,16(2):48—52 Abstract:Usingcucumber(Cucumissativus'JinyanNo.4')asingrafmentandcucumberandfigleaf gourd(CucurbitaficifoliaBouch6)asstocks.thetoleranceofown.rootedandgraftedcucumberstolow temperaturewasevaluated.Contentsofsucrose(Suc),glucose(Glc)andsolubleprotein(Pr)inleaf andcontentofisopentenyladenosin(iPA)instemandleafweredeterminedrespectively,and carboxylationefficiency(CE)wascalculated.TheresultsshowedthatSuc,Glc,PrandCEin cucumber/figleafgourdgraftedplantwerehigherthanthoseinown.rootedandcucumber/cucumber graftedplants.TheiPAdistributedwithagradientinstemofbothgraftedandown.rootedplants,iPA contentwasthehighestinstemapex.followedbyupperstemsegments.andthenlowerstemsegments. TheiPAcontentinstemofbothown.rootedandcucumber/cucumbergraftedplantswaslessthanthatof cucumber/figleafgourdgraftedplant.whileiPAcontentinleavesofbothown.rootedandcucumber/ cucumbergraftedplantswashigherthanthatofcucumber/figleafgourdgraftedplant.Itissuggestedthat thetoleranceofgraftedcucumbertolowtemperatureiSenhancedwhilefigleafgourdasstockiSused. Keywords:graftedcucumber;figleafgourd(CucurbitaBouch6);grafting;lowtemperature; jPA 低温冷害是黄瓜早春育苗和设施栽培的主要障 碍因子,在秋冬及冬春季节栽培中,设施黄瓜长期处 在较低温度条件下,呈亚适应状态,严重影响黄瓜的 产量和品质.有研究表明,嫁接能显着增强黄瓜的 抗冷性,主要表现在降低嫁接苗的冷害指数,半致死 温度,提高保护酶活性及减轻膜脂过氧化程度和引 起内源激素变化等方面?J.有关根部低温对黄瓜 生长发育的影响也有报道",但对长期低温条件 下黄瓜异戊烯基腺嘌呤核苷(iPA)的分布特性与叶 收稿日期:2006—09—26 基金项目:教育部高校博士点基金资助项目(20030307020) 作者简介:季俊杰(1974一),男,湖北孝感人,本科,助理馆员,主要 从事作物栽培技术研究. ?通讯作者E-mail:ylzhu@njau.edu.cn 第2期季俊杰等:云南黑籽南瓜砧木对低温下嫁接黄瓜生理特性的影响49 片羧化特性及有机物代谢方面的研究尚未见报道. 作者以'津研4号'黄瓜(Cucumissativus 'JinyanNo.4')为接穗,云南黑籽南瓜(Cucurbita ficifoliaBouch6)和黄瓜为砧木,对低温条件下嫁接 黄瓜和自根黄瓜iPA的分布及其与地上部有机物质 积累的关系进行了研究,以期为设施黄瓜栽培技术 水平的提高提供理论依据. 1和方法 1.1材料 '津研4号'黄瓜购自山东宁阳蔬菜良种有限 公司;云南黑籽南瓜购自云南昆明市京丰种苗公司. 1.2方法 1.2.1培育和嫁接方法实验于2003年10月至 2004年1月在南京农业大学玻璃温室内进行.育 苗期间,采用电热温床对苗床进行加温,外设小拱 棚,控制日温为(25?2)?,夜温为(18?2)?.10 月1日和10月5日分别播种云南黑籽南瓜和黄瓜 于营养钵(直径为8am)中;10月15日,以黄瓜为 接穗,云南黑籽南瓜和黄瓜分别为砧木,采用劈接法 进行嫁接.于10月23日分别选取嫁接成活且形 态,长势一致的嫁接苗和自根苗定植于直径30am 的Wagner钵中,每盆定植1株,株行距为40amx60 am.以蛭石为栽培基质,每3天浇1次Hoagland完 全营养液,每次每盆1L. 1.2.2处理方法实验设3个处理组,即自根黄瓜 株,黄瓜/黄瓜嫁接株和黄瓜/黑籽南瓜嫁接株.10 月25日后,温室最低气温低于5?,在温室内设电 热温床和小拱棚控制夜间气温为(6?2)oC,日温为 (15?2)oC.3个处理组随机排列,各3次重复,每 处理用苗30株. 1.2.3提取与测定方法于11月15日开始取样 (株龄20d),以后每10天取样1次,测定叶片中蔗 糖(Suc),葡萄糖(Glc)和可溶性蛋白质(Pr)的含 量,取样叶位为顶部数第4,5片叶;于12月25日 取样测定第4片叶的羧化效率(CE);同时,分别取 由顶部起第1,2,4,6,8,9,10片真叶及其对应叶柄 下的茎段测定iPA含量. 蔗糖和葡萄糖含量测定采用蒽酮比色法l5]. 可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法j.CE 测定:于上午9:00,气温(25.0?0.5)oC条件下,以 内置CO:钢瓶为气源控制叶室内CO:浓度,设0,50, 80,100,150,180,200和250Ixmol?In一?s.8个 CO浓度梯度,且光量子密度(PFD)均设为1000 Ixmol?In一?s一,用LI一6400型便携式光合仪进行 测定.iPA含量测定采用酶联免疫法. 1.3数据处理 用SAS软件分析数据,并用Excel软件作图. 2结果和分析 2.1黄瓜叶片中蔗糖和葡萄糖含量的变化 低温条件下,株龄为20,40d时,黄瓜叶片中 蔗糖含量较高(图1).株龄大于40d时,叶片中蔗 糖含量迅速下降.株龄为40d时,黄瓜/南瓜嫁接 株,黄瓜/黄瓜嫁接株和自根黄瓜株叶片中的蔗糖含 量分别为46.0,42.5和43.7mg?g一,至60d时分 别下降至24.6,19.2和18.1mg?g,.不同时段, 以云南黑籽南瓜为砧木的黄瓜/南瓜嫁接株叶片中 蔗糖含量均显着高于自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接 株,后两者之间差异不显着(Ot=0.05). 低温条件下,黄瓜叶片中葡萄糖含量呈单峰曲 线变化(图2).株龄为20,40d时,叶片中葡萄糖 含量呈增长趋势;株龄超过40d后,叶片中葡萄糖 含量迅速下降.株龄为40d时,黄瓜/南瓜嫁接株, 黄瓜/黄瓜嫁接株和自根黄瓜株叶片中葡萄糖含量 分别为53.2,48.9和49.4mg?g,,至60d时分别 下降至35.3,26.1和24.4mg?g,.在生长的各个 阶段,黄瓜/南瓜嫁接株叶片中葡萄糖含量始终显着 高于自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株(Ot=0.05). 根据图1和图2的数据对比分析可知,株龄 40d是黄瓜同化物质运贮的转折时期.葡萄糖是 蔗糖合成的底物,叶片中较高浓度的葡萄糖有利于 蔗糖的合成.株龄小于40d,黄瓜植株处在营养生 长阶段,主要是营养体自身物质的合成和储备;随着 生殖生长的开始,库的中心发生转移,叶片中糖类物 质迅速以蔗糖形式转运至生殖生长中心,作为蔗糖 合成底物的葡萄糖也迅速进行下一步合成代谢,因 此,40d后,随着株龄的增加,黄瓜植株叶片中蔗糖 和葡萄糖含量均呈下降趋势.. 2.2黄瓜叶片中可溶性蛋白质含量的变化 低温条件下,黄瓜叶片中可溶性蛋白质含量随 株龄的增加呈降低趋势(图3).株龄20d时,叶片 植物资源与环境第16卷 7O 6O 量50 g 4O 3O 2o 如 10 2O3O4O5O6O 株龄/dPlantage 一 口一黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株Cucumber/figleafgourdgraftedplant 一 ?一黄瓜/黄瓜嫁接株Cucumber/cucumbergraftedplant 一 ?一自根黄瓜株Own—rootedcucumberplant 图1低温下云南黑籽南瓜砧木对嫁接黄瓜叶片蔗糖含量的影响 Fig.1Effectoffigleafgourd(Cucurbita矗:扣砌Bouch~)aSstock OilSllCl-osecon~ntinleafofgraftedcllcumber 中可溶性蛋白质含量最高;株龄为50d时,黄瓜/南 瓜嫁接株叶片中可溶性蛋白质含量降至最低值 37.13Ixmol?g(Fw),此后基本保持稳定;株龄 50d后,自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株叶片中可溶 性蛋白质含量呈降低趋势;至株龄60d时,可溶性蛋 白质含量分别为27.43和27.03Ixmol?g(Fw). 株龄小于30d时,黄瓜/南瓜嫁接株,自根黄瓜株和 黄瓜/黄瓜嫁接株叶片中可溶性蛋白质含量差异不 显着;株龄达40d后,黄瓜/南瓜嫁接株叶片中可溶 性蛋白质含量显着高于自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁 接株(Ot=0.05);当株龄达50d后,黄瓜/南瓜嫁接 株叶片的可溶性蛋白质含量极显着高于自根黄瓜株 (Ot=0.01);株龄60d时,黄瓜/南瓜嫁接株叶片的 可溶性蛋白质含量分别比自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜 嫁接株高41.9%和44.0%.黄瓜/南瓜嫁接株叶片 中较高的可溶性蛋白含量可能与其具有较高的物质 代谢水平有关. 2.3黄瓜叶片羧化效率(CE)的变化 当光量子密度(PFD)为1000Ixmol?m..?s 时,随叶室中CO:浓度的增加,黄瓜叶片的净光合速 率(Pn)呈线性递增(图4).黄瓜/南瓜嫁接株,黄 瓜/黄瓜嫁接株和自根黄瓜株对应的CO:浓度与Pn 的回归方程分别为Y=0.0137x一0.8864(R= 0.9756),Y=0.0043x一0.2127(R=0.9457) 和Y=0.0046x一0.2165(R=0.9298).由以上 方程可知,在低温条件下,黄瓜/南瓜嫁接株,自根黄 7O 60 50 4o 删 30 20 2O3O4O5O6O 株龄/dPlantage , 口一黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株Cucumber/figleafgourdgraftedplant , ?一黄瓜/黄瓜嫁接株Cucumber/cucumbergraftedplant , ?一自根黄瓜株Own—rootedcucumberplant 圈2低温下云南黑籽南瓜砧木对嫁接黄瓜叶片葡萄糖含量的影响 Fig.2Effectoffigleafgourd(CucurbitaficifoliaBouch~)asstock Onglucosecontentinleafofgraftedcucumber 瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株的羧.化效率分别为 0.0137,0.0046和0.0043tool?m,?s,,自根黄 瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株的羧化效率分别为黄瓜/南 瓜嫁接株的33.10%和31.39%.低温条件下,较高 的羧化效率不仅能利用较多光能,减少过剩激发能 的产生,同时还为黄瓜/南瓜嫁接株在逆境条件下的 生活力奠定了物质基础. 2.4黄瓜叶片和茎中异戊烯基腺嘌呤核苷(iPA)含 量的变化 低温下,黄瓜第1O片真叶中的iPA含量高于第 1,4片真叶,第6,9片真叶中的iPA含量最低(图 5一A).其中,黄瓜/南瓜嫁接株第1O片和第1片真 叶中的iPA含量分别为15.68和7.99pmol?g (FW);自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株的顶叶中 iPA含量较高,分别为29.17和28.30pmol?g (Fw),二者各叶位叶片中的iPA含量高于黄瓜/南 瓜嫁接株. iPA含量在黄瓜及其嫁接植株的茎中均呈梯度 分布(图5一B),其含量从高至低依次为茎尖,上位 茎段,中位茎段,茎基部.其中,黄瓜/南瓜嫁接株第 1O和第1茎段中的iPA含量分别为5.15和0.68 pmol?g(FW);自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜嫁接株的 第10茎段中的iPA含量分别为3.16和2.86 pmol?g(Fw),第1茎段中的iPA含量分别为 0.15和0.09pmol?g(Fw).总体来看,自根黄瓜 株及黄瓜/黄瓜嫁接株茎段中的iPA含量低于黄瓜/ 第2期季俊杰等:云南黑籽南瓜砧木对低温下嫁接黄瓜生理特性的影响 南瓜嫁接株. 研究发现,自根黄瓜株及黄瓜/黄瓜嫁接株叶片 中的iPA含量较茎中高,即植株中的iPA大部分分 布在叶片中,且在不同叶位叶片中的分布不均衡,可 能与叶片iPA的分泌与根系iPA分泌及iPA在两者 之间的动态运转有关.茎为植株内iPA长距离运输 的通道,iPA浓度在嫁接株及自根株的茎中均呈现由 30405O 株龄/dPlantage 60 一 口一黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株Cucumber/figleafgourdgraftedplant 一 ?一黄瓜/黄瓜嫁接株Cucumber/cucumbergraftedplant 一 _一自根黄瓜株Own—rootedcucumberplant 图3低温下云南黑籽南瓜砧木对嫁接黄瓜叶片可溶性蛋白质含量 的影响 Fig.3Effectoffigleafgourd(Cucurbita//aBouch~)asstock onsolubleproteincontentinleafofgraftedcucumber 30 甚 善24 基 加 18 12 6 O 2 真叶叶位Leafposition 茎尖向下递减的趋势,这种梯度变化基本不受叶片 中iPA含量的影响,但以云南黑籽南瓜为砧木嫁接 后茎中的iPA含量显着高于自根植株和以黄瓜为砧 木的嫁接株,可能原因是iPA在黄瓜茎中的分布受 根系信号物质的调节,这种以云南黑籽南瓜为砧木 换根嫁接引起的黄瓜茎中iPA含量的增加与嫁接后 黄瓜的低温适应性相关. 05O1OO150200250300 cO2浓度/uL?L,CO2concentration 口黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株Cucumber/figleafgourdgraftedplant ?黄瓜/黄瓜嫁接株Cucumber/cucumbergraftedplant 一自根黄瓜株Own-rootedcucumberplant 图4低温下云南黑籽南瓜砧木对嫁接黄瓜叶片羧化效率的影响 Fig.4Effectoffigleafgourd(Cucurbita妇Bouch~)asstock oncarboxylationefficiencyinleafofgraftedcucumber 124689 茎节位Stemsegmentposition 口黄瓜/云南黑籽南瓜嫁接株Cucumber/figleafgourdgraftedplant ?黄瓜/黄瓜嫁接株Cucumber/cucumbergraftedplant 圈自根黄瓜株Own—rootedcucumberplant 1O 图5低温下云南黑籽南瓜砧木对嫁接黄瓜叶片(A)和茎(B)中iPA含量的影响 Fig.5Effectoffigleafgourd(Cucurbita//aBouch~)asstockoniPAcontentinleaf(A)andstem (B)ofgraftedcucumber 2468O 32lOO ud?{【uun1\斟是 ?????? 葛.llu.j【uun1\删钿 654321O 甚?g,jr_[o?/喜如 52植物资源与环境第16卷 3讨论和结论 在各植株生长发育阶段,黄南瓜嫁接株叶片 中蔗糖和葡萄糖含量均显着高于自根黄瓜株和黄 瓜/黄瓜嫁接株.有研究表明,在胁迫条件下,植物 各器官中的相容性物质(如可溶性糖,氨基酸及多胺 ,它们作为渗透保护剂,可使敏感的 等)发生积累 细胞成分相对稳定;Sasaki等认为,甘蓝(Brassica oleracea'Banchurisou')耐冷性的消失与糖含量的减 少有关.蔗糖既是叶片的光合产物,也是有机物 暂存和运输的重要形式,在逆境条件下,葡萄糖是蔗 糖合成的重要前体物质,两者均可作为相容性物质. 实验结果表明,较高含量的蔗糖和葡萄糖为黄南 瓜嫁接株在低温下的正常代谢奠定了物质基础. 一 些可溶性蛋白质的积累使冬小麦(Triticum aestivumL.)耐霜冻特性显着优于其他品种?.在 叶片的碳代谢中,各种酶以可溶性蛋白质的形式存 在,其中RuBP羧化一加氧酶含量最高,在成熟的小 麦旗叶中,约30%的可溶性蛋白质是RuBP羧化一 加氧酶,且其含量与叶片中的可溶性蛋白质含量呈 正相关….研究发现,低温条件下生长的黄瓜/南 瓜嫁接株叶片中的可溶性蛋白质含量显着高于自根 黄瓜株,羧化效率和糖类含量也显着高于自根黄瓜 株.因此,由于以云南黑籽南瓜为砧木嫁接的黄瓜/ 南瓜嫁接株叶片能保持较高的光合同化速率和羧化 效率,因而可维持相对旺盛的合成活力,积累较多的 同化物,为低温下生长势的增强提供了保障. 在逆境条件下,作物体内会产生一系列信号,包 括水信号,电信号和化学信号等,其中激素类物质具 有化学信号的特征.有关黄瓜子叶衰老与油菜素内 酯(一BR)关系的研究结果?表明,印—BR处理后, 子叶中的可溶性蛋白质含量显着低于对照,可能是 因为epi—BR加速了子叶中蛋白质的降解和细胞间物 质的转移.iPA是异戊烯基类细胞分裂素之一,研究 结果表明,自根黄瓜株叶片中的iPA含量显着高于 黄南瓜嫁接株,而叶片中的可溶性蛋白质含量则 低于黄南瓜嫁接株,表明iPA可能具有与油菜素 内酯相似的作用,能调节蛋白质的合成与分解代谢. 在黄南瓜嫁接株的茎中积累了较多的iPA,而叶 片中的iPA含量则较低,可有效保存叶片光合机构 中蛋白质结构和功能的完整性.在自根黄瓜株及黄 瓜/黄瓜嫁接株中,叶片中的iPA不能有效运输至茎 中,较高的iPA含量可能启动蛋白质分解信号,引起 与光合作用相关的蛋白质的失活和降解,使叶片的 羧化效率下降,物质合成减少.以云南黑籽南瓜为 砧木进行嫁接,对低温条件下iPA在黄瓜体内的分 布产生重要影响,从而可调节黄瓜对低温的响应过 程,提高了黄瓜/南瓜嫁接株的耐冷性,使黄南瓜 嫁接株对低温的抗性优于自根黄瓜株和黄瓜/黄瓜 嫁接株. 参考文献: [1]艾希珍,于贤昌,王绍辉,等.低温胁迫下黄瓜嫁接苗与自根 苗某些物质含量的变化[J].植物生理学通讯,1999,35(1): 26—28. 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