嫁接對(duì)銅脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響

1、嫁接對(duì)銅脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響摘要：通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液栽培黃瓜，研究銅（ Cu）脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響。結(jié)果表明，黃瓜幼苗的生長(zhǎng)受到 Cu 脅迫抑制，黃瓜幼苗地下部與地上部干質(zhì)量顯著下降，嫁接可以顯著降低 Cu 脅迫對(duì)黃瓜幼苗的抑制作用。 在 Cu 脅迫下，嫁接苗葉片中葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、氣孔導(dǎo)度（ Gs）均顯著高于自根苗， 因而具有較高的凈光合速率 （ Pn）。 Cu 脅迫處理使 Pn 和 Gs 顯著下降， 而 Ci 無(wú)顯著變化， Cu 脅迫下 Pn 下降是由非氣孔因素引起的。表明嫁接可以提高 Cu 脅迫下黃瓜幼苗葉綠素、類胡蘿卜素含量，提高黃瓜幼苗的光合速率，從而提

2、高黃瓜幼苗抗銅脅迫能力。關(guān)鍵詞：嫁接；銅脅迫；砧木；光合速率中圖分類號(hào)： S642.201文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)： 1002-1302（ 2016） 04-0201-03銅（ Cu）是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，過(guò)量Cu 會(huì)干擾細(xì)胞代謝和離子平衡， 對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用 1 。銅礦開采、污水灌溉、含 Cu 殺菌劑、農(nóng)藥和化肥的施用使農(nóng)田土壤中含 Cu 量逐年升高，對(duì)植物和土壤微生物產(chǎn)生毒害，嚴(yán)重威脅著農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量安全 2 。蔬菜嫁接技術(shù)是隨著保護(hù)地蔬菜栽培的發(fā)展而興起的一項(xiàng)新技術(shù)，具有增強(qiáng)作物的抗逆性3-4 、提高吸收能力 5-6 、增加內(nèi)源激素的合成量、降低污染物的吸收7 、提高作

3、物的抗鹽能力 8 和水分利用效率9 及產(chǎn)量 10 等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，關(guān)于Cu脅迫在番茄、辣椒、甜瓜、蘿卜11-14 等蔬菜上研究已見報(bào)道，Cu脅迫對(duì)黃瓜等效應(yīng)研究鮮見報(bào)道。黃瓜是對(duì)Cu 敏感的一類作物，然而有些種類對(duì)Cu 有很高的耐性和富集性，因此可以利用嫁接技術(shù)，將作物嫁接到耐Cu 性強(qiáng)的砧木上，以減輕Cu 脅迫對(duì)黃瓜作物地上部的傷害。本試驗(yàn)以新土佐南瓜作砧木嫁接黃瓜，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液栽培探究銅脅迫對(duì)黃瓜幼苗生長(zhǎng)和光合特性的影響，研究砧木嫁接對(duì)黃瓜幼苗耐銅脅迫能力的影響。材料與方法1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)用南瓜砧木新土佐于 2014 年 8 月 10 日播種，接穗黃瓜津優(yōu) 39 于 8 月 12 日播種

4、。常規(guī)管理， 8 月 21 日嫁接。待黃瓜接穗生長(zhǎng)至 3 葉 1 心時(shí)（9 月 9 日），選取生長(zhǎng)整齊健壯的黃瓜幼苗定植至栽培槽中， 栽培槽規(guī)格為： 長(zhǎng) 5 m、寬 0.4m、高 0.1 m ，內(nèi)有營(yíng)養(yǎng)液 150 L，按照株距 20 cm、行距 25 cm 定植 2 行。營(yíng)養(yǎng)液配方為大量元素 15 和微量元素， pH 值保持在 5.5 6.5，定植緩苗 2 d 后開始處理。試驗(yàn)設(shè) 4 個(gè)處理，分別為自根苗 （ U0）、自根苗 +Cu（ U40）、嫁接苗（ G0）、嫁接苗 +Cu（ G40），Cu 濃度為 40 mol/L ，用 CuSO4?5H2O 調(diào)節(jié)。試驗(yàn)設(shè) 3 次重復(fù)， 12 個(gè)處理，每

5、個(gè)處理 40 株，脅迫處理7 d，第 4 天更換 1 次營(yíng)養(yǎng)液。1.2 測(cè)定方法Cu 脅迫后 7 d 后從上往下選取黃瓜植株第2 張平展葉測(cè)葉綠素、類胡蘿卜素含量、電解質(zhì)滲漏率和光合參數(shù)。葉綠素、胡蘿卜素含量采用分光光度法測(cè)定16 ；采用美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400 光合儀測(cè)定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間 CO2濃度（Ci），測(cè)定條件需要室內(nèi)光源強(qiáng)度、CO2 濃度分別為600 mol/ （ m2?s）、370 mol/mol ，溫度為25 。1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)用 SAS軟件 Duncans 多重比較法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果與分析2.1 嫁接對(duì) Cu 脅迫下黃瓜幼苗生長(zhǎng)的效應(yīng)

6、處理 7 d 后，測(cè)定黃瓜植株地上部、地下部干質(zhì)量（圖1）。在正常生長(zhǎng)條件下，嫁接苗與自根苗地上部干質(zhì)量與地下部干質(zhì)量均無(wú)顯著差異。Cu 脅迫顯著影響黃瓜植株的生長(zhǎng)，處理 7 d 后，U40 處理較 U0 處理地上部、 地下部干質(zhì)量分別下降了 25.23%、 32.35%，而 G40 處理較 G0 處理分別下降了13.39%、 19.44%，結(jié)果表明，嫁接可以顯著緩解Cu脅迫對(duì)黃瓜植株的抑制作用。2.2 嫁接對(duì) Cu 脅迫下黃瓜幼苗光合色素的影響Cu 脅迫處理顯著降低黃瓜幼苗葉片葉綠素含量，自根苗葉綠素含量下降了41.77%，嫁接苗葉綠素含量?jī)H下降23.86%，表明嫁接苗葉片葉綠素含量受Cu

7、脅迫影響較小，抵御 Cu 脅迫的能力較強(qiáng)。 無(wú)論是在 Cu 脅迫還是正常條件下，嫁接苗的葉片葉綠素含量均顯著高于自根苗，嫁接苗在正常生長(zhǎng)條件下比自根苗高 11.39%，而在 Cu 脅迫條件下高 45.65% （圖 2-a）。從圖 2-b 可以看出，嫁接苗葉片類胡蘿卜素含量在正常生長(zhǎng)條件下和 Cu 脅迫條件下均顯著高于自根苗，分別比自根苗高 9.38%、31.82%；在 Cu 脅迫條件下，黃瓜幼苗葉片類胡蘿卜素含量顯著降低，自根苗類胡蘿卜素含量下降了31.25%，而嫁接苗類胡蘿卜素僅下降了17.14%。2.3 嫁接對(duì)Cu 脅迫下黃瓜幼苗凈光合速率的影響Cu 脅迫顯著抑制黃瓜幼苗葉片的Pn。從圖3

8、 可以看出，與正常生長(zhǎng)相比，Cu處理自根黃瓜葉片Pn 降低了23.88%，而嫁接黃瓜葉片 Pn 下降了 10.52%。嫁接苗在正常生長(zhǎng)條件下和 Cu 脅迫下 Pn 分別比自根苗高 8.53%、 26.90%，嫁接苗在 Cu 脅迫下維持較高的 Pn 保證了光合產(chǎn)物的供給， 提高了黃瓜耐 Cu 性。2.4 嫁接對(duì) Cu 脅迫下黃瓜幼苗氣孔導(dǎo)度和胞間CO2 濃度的影響在正常生長(zhǎng)條件下，嫁接苗和自根苗葉片氣孔導(dǎo)度無(wú)顯著差異，而在Cu 脅迫條件下，嫁接苗的氣孔導(dǎo)度顯著高于自根苗，氣孔導(dǎo)度比自根苗高25.0%；Cu 脅迫使黃瓜幼苗葉片氣孔導(dǎo)度顯著降低，自根苗、嫁接苗分別下降了36.0%、200%（圖 4-

9、a）。無(wú)論在正常生長(zhǎng)條件下還是在 Cu 脅迫條件下，嫁接苗葉片胞間 CO2 濃度與自根苗均無(wú)顯著差異（圖 4-b）。 Cu 處理下黃瓜幼苗葉片胞間 CO2濃度與正常生長(zhǎng)條件下差異不顯著，自根苗、嫁接苗分別僅下降了2.99%、3.48%。3 討論與結(jié)論植物生長(zhǎng)受抑制是重金屬毒害作用的明顯特征 17 。Cu脅迫在植物上的主要體現(xiàn)就是生長(zhǎng)量的變化，特別表現(xiàn)在生長(zhǎng)受抑制、生物量積累下降 18-19 。本試驗(yàn)中， Cu 脅迫顯著降低了嫁接和自根苗地上部和根系的生長(zhǎng)量。 在 Cu 脅迫下，嫁接苗的生物量顯著高于自根苗，表明嫁接苗比自根苗具有更高耐 Cu 脅迫能力。植物生產(chǎn)力的主要因素就是光合作用，葉綠素是

10、植物進(jìn)行光合作用的重要色素，其含量高低與光合強(qiáng)弱密切聯(lián)系。過(guò)量的 Cu 抑制植物的光合作用和光合色素的合成 20 。類胡蘿卜素主要功能是進(jìn)行光合作用、清除自由基和活性氧、延緩植株衰老 21 。本試驗(yàn)中， Cu 脅迫處理黃瓜幼苗的葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著下降，原因是Cu 進(jìn)入植物體內(nèi)使葉綠體酶活性比例失調(diào)，致使葉綠素分解加快22 ；同時(shí)，過(guò)量的 Cu 降低了葉片、葉綠體、質(zhì)體中Fe、 Mg 的含量，低Fe 含量影響葉綠素的合成和葉綠體的結(jié)構(gòu)23 ；此外，與葉綠體中蛋白質(zhì)上的巰基結(jié)合，或取代其中的Fe2+、Zn2+、Mg2+，使葉綠素蛋白中心離子組成發(fā)生變化而導(dǎo)致葉綠素的合成下降 24 。本研究

11、中嫁接苗葉片中葉綠素、類胡蘿卜素含量明顯高于自根苗，表明嫁接苗所受的Cu 脅迫傷害程度輕，嫁接減輕了Cu 脅迫對(duì)黃瓜幼苗的脅迫效應(yīng)。葉片光合速率的降低由氣孔、非氣孔2 個(gè)因素引起，判定依據(jù)主要是 Ci、Gs 的變化方向。本研究表明， Cu 脅迫下Pn、Gs 顯著下降，而 Ci 無(wú)顯著變化，表明 Cu 脅迫下 Pn 下降是由非氣孔因素引起的，與前人的研究結(jié)論18 一致。本試驗(yàn)中雖然在Cu 脅迫下，嫁接和自根苗葉片中Ci 無(wú)顯著差異，然而嫁接苗的Pn、 Gs 顯著高于自根苗，表明自根苗受到更為嚴(yán)重的非氣孔限制因素的影響，嫁接可以提高Cu 脅迫下植株的光合速率，本結(jié)果與前人研究結(jié)論25 一致。利用新

12、土佐南瓜砧木嫁接可以提高Cu 脅迫下黃瓜幼苗光合色素含量，進(jìn)而提高黃瓜幼苗的光合速率，從而提高黃瓜幼苗抗銅脅迫能力。參考文獻(xiàn)：1 潘瑞熾 . 植物生理學(xué) M. 6 版.北京：高等教育出版社，2008.宋婕 . 黃瓜根尖邊緣細(xì)胞對(duì)銅脅迫的響應(yīng)機(jī)制研究杭州：浙江大學(xué)， 2014.李瑤 . 嫁接提高甜瓜耐低溫生理機(jī)制的研究 D. 長(zhǎng)春：吉林大學(xué)， 2014.王水霞，崔世茂，付崇毅，等 . 高溫逆境下嫁接辣椒耐熱性的研究 J. 華北農(nóng)學(xué)報(bào)， 2012， 27（ 1）： 155-158.袁亭亭，宋小藝，王忠賓，等 . 嫁接與施肥對(duì)番茄產(chǎn)量及氮、磷、鉀吸收利用效率的影響 J. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)， 201

13、1， 17（ 1）： 131-136.趙娟，沈佳，程春燕，等 . 嫁接對(duì)黃瓜光合特性及礦質(zhì)元素吸收的影響J. 中國(guó)瓜菜， 2014， 27（ 4）：10-13.7Otani T ， Seike N. Comparative effects of rootstock and scion on dieldrin and endrin uptake by grafted cucumberCucumis sativus） J. Journal of Pesticide Science，2006，313）： 316-321.吳雪霞，查丁石，朱宗文，等 . 嫁接提高植物耐鹽性研究進(jìn)展 J. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，

14、 2011， 27（2）： 75-78.9Cohen S， Naor A. The effect of three rootstocks on water use， canopy conductance and hydraulic parameters of apple trees and predicting canopy from hydraulic conductanceJ. Plant Cell and Environment ，2002， 25（ 1）：17-28.10Ruiz J M， Romero L. Nitrogen efficiency andmetabolism in g

15、rafted melon plantsJ. Scientia Horticulturae，1999， 81（ 2）： 113-123.李曉云，王秀峰，呂樂福，等 . 外源 NO 對(duì)銅脅迫下番茄幼苗根系抗壞血酸 -谷胱甘肽循環(huán)的影響 J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2013， 24（4）： 1023-1030.盛積貴， 李曉梅，竇三豐 . 銅脅迫對(duì)辣椒種子發(fā)芽及其幼苗生長(zhǎng)的影響 J. 北方園藝， 2013（ 7）： 22-24.譚明明， 張新英， 付秋實(shí)， 等 . 嫁接對(duì)銅脅迫下甜瓜幼苗生理特性的影響 J. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2014， 25（ 12）：3563-3572.韓春梅 . 銅脅迫對(duì)蘿卜幼苗根系生

16、理生化指標(biāo)的影響J. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010（1）： 179-180.15Rouphael Y，Cardarelli M ， Rea E，et al. Grafting of cucumber as a means to minimize copper toxicityJ. Environmental and Experimental Botany ， 2008， 63（ 1/2/3 ）：49-58.李玲 . 植物生理學(xué)模塊實(shí)驗(yàn)指導(dǎo) M. 北京：科學(xué)出版社， 2009.17Groppa M D ， Zawoznik M S，Tomaro M L， et al.Inhibition of ro

17、ot growth and polyamine metabolism insunflower （Helianthus annuus ） seedlings under cadmium andcopper stressJ. Biological Trace Element Research，2008，1261/2/3 ）： 246-256.王麗娜 . 外源 NO對(duì)銅脅迫下番茄幼苗生理生化特性的影響 D. 泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2010.邵興華， 張建忠， 林國(guó)衛(wèi)， 等 . 銅脅迫對(duì)油麥菜生長(zhǎng)和土壤酶活性的影響 J. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2010， 26（ 4）：157-161.20Fernandes

18、 J C， Henriques F S. Biochemical，physiological ，and structural effects of excess copper in plantsJ.The Botanical Review， 1991，57（ 3）：246-273.張艷艷， 劉俊，劉友良 . 一氧化氮緩解鹽脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)的抑制作用 J. 植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)， 2004，304）： 455-459.22Parasad M ，Hagemeyer J. Heavy metal stress in plants：from moleculers to ecosystemsM. Berlin ：Springe