*通信作者:郭世榮,博士,教授,博士生導師,主要從事設(shè)施園藝與蔬菜栽培方面的研究工作。E-mail:srguo@njau.edu.cn

嫁接對鹽脅迫下西瓜幼苗體內(nèi)離子和內(nèi)源激素含量與分布的影響

陽燕娟1,2,郭世榮1*,于文進2

(1 南京農(nóng)業(yè)大學 園藝學院,農(nóng)業(yè)部南方蔬菜遺傳改良重點開放實驗室,南京 210095;2 廣西大學 農(nóng)學院,南寧 530004)

摘要:以小型西瓜‘秀麗’為接穗、耐鹽砧木瓠瓜‘超豐抗生王’為砧木,以自根嫁接苗為參照,分析了砧木嫁接對NaCl脅迫下西瓜幼苗根、莖、葉中離子和內(nèi)源激素含量的影響。結(jié)果表明:(1)鹽脅迫下,自根嫁接苗Na+主要積累在地上部,K+含量和K+/Na+比下降幅度大;砧木嫁接苗大部分Na+積累在根系中,K+含量和K+/Na+比下降幅度小且在不同部位皆高于自根嫁接苗。(2)鹽脅迫下,自根嫁接苗吲哚-3-乙酸(IAA)以及玉米素和玉米核苷的總量(Z+ZR)在根系和接穗莖中顯著增加,在葉片中明顯下降,赤霉素(GA3)含量在不同部位保持不變或明顯增加;而砧木嫁接苗不同部位IAA和(Z+ZR)的含量均顯著增加,GA3含量在不同部位保持不變或明顯下降。(3)鹽脅迫下,兩種嫁接組合根系和莖中脫落酸(ABA)含量均明顯下降,葉片中ABA含量則顯著增加。(4)鹽脅迫下,自根嫁接苗和砧木嫁接苗根系和接穗莖中IAA/(Z+ZR)的比值均明顯上升,葉片中明顯下降,但砧木嫁接苗上升和下降幅度均遠大于自根嫁接苗。研究表明,瓠瓜根系對進入根系的Na+具有截留作用;采用瓠瓜砧木嫁接可有效防止Na+在西瓜接穗地上部尤其是在葉片中的大量累積,從而防止離子毒害的發(fā)生;瓠瓜砧木嫁接植株體內(nèi)具有較高的K+含量和K+/Na+比,可有效維持鹽脅迫下西瓜嫁接植株體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài);瓠瓜砧木嫁接植株體內(nèi)具有較高的IAA和(Z+ZR)含量,IAA/(Z+ZR)比值較高,對提高西瓜嫁接植株鹽脅迫耐性起到了積極的作用。

關(guān)鍵詞:西瓜;砧木嫁接苗;鹽脅迫;離子穩(wěn)態(tài);內(nèi)源激素

收稿日期:2014-10-07;修改稿收到日期:2015-02-04

基金項目:國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(2009CB119000);江蘇省農(nóng)業(yè)三新工程項目(SXGC[2013]331,SXGC[2014]256);江蘇高校優(yōu)勢學科建設(shè)工程(PAPD);現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-25-C-03);廣西科學研究與技術(shù)開發(fā)項目(桂科合1347004-10,1347006-12,14123001-11);廣西自然科學青年基金(2014GXNSFBA118082)

作者簡介:陽燕娟(1985-),女,博士,講師,主要從事嫁接蔬菜逆境生理生化和分子生物學的研究工作。E-mail:yjyang85@126.com

中圖分類號:Q945.79 文獻標志碼:A

Effect of Rootstock-grafting on the Contents anddistributions of Ions

and Endogenous Hormones in Watermelon Seedlings under NaCl Stress

YANG Yanjuan1,2,GUO Shirong1*,YU Wenjin2

(1 Key Laboratory of Southern Vegetable Crop Genetic Improvement in Ministry of Agriculture,College of Horticulture,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China;2 College of Agriculture,Guangxi University,Nanning 530004,China)

Abstract:To study the effects of bottle gourd rootstock-grafting on the contents of ions and endogenous hormones indifferent parts of watermelon seedlings under NaCl stress,we used the salt-sensitive watermelon cultivar ‘Xiuli’ as the scion,the salt-tolerant bottle gourd cultivar ‘Chaofeng Kangshengwang’ as the rootstock in this study.The self-grafted watermelon seedlings were used to be the references to avoid the procedural errors induced by grafting.Results showed that:(1)Most Na+ was accumulated in the shoots of self-grafted seedlings while most of Na+ was stored in the roots of bottle gourd in rootstock-grafted seedling under NaCl stress.The contents of K+ and the ratio of K+/Na+ were significantlydecreased under salt stress in both self-grafted and rootstock-grafted seedlings.However,rootstock-grafted seedling had much higher K+ contents and the ratio of K+/Na+ as compared with self-grafted seedling under salt stress.(2)The content of indole-3-acetic acid (IAA) and the total contents of zeatin and zeatin riboside (Z+ZR) were significantly increased in the roots and the shoots of the scion,while they were significantlydecreased in the leaves of self-grafted seedlings under salt stress.The content of gibberellins (GA3) was kept in the same level or enhanced by salt stress in self-grafted seedlings under salt stress.As regard to the rootstock-grafted seedlings,the contents of IAA and (Z+ZR) were increased under salt stress in all the organs while the content of GA3 was reduced under salt stress in all the organs except the leaves.(3)The content of abscisic acid (ABA) was significantlydecreased in the roots and shoots while it was remarkable increased in the leaves of self-grafted and rootstock-grafted seedling under salt stress.(4)The ratio of IAA/(Z+ZR) in the roots and the shoots of the scions were significantly increased while it wasdecreased in the leaves in both self-grafted and rootstock-grafted seedlings under salt stress.However,the increased anddecreased extents induced by salt stress in rootstock-grafted seedling were much higher than those in the self-grafted seedlings.These resultsdescribed abovedemonstrated that the roots of bottle gourd could play a role of trapping the Na+ under salt stress and then stopped the most Na+ flowing into the shoots,especially in the leaves of the watermelon scions.This might play an important role in stopping from the occurrence of the ion toxic in the rootstock-grafted seedlings under NaCl stress.On the other hand,the bottle gourd rootstock-grafted seedlings could maintain a much higher content of K+ and a higher ratio of K+/Na+ in all the organs as compared with self-grafted seedlings.This coulddo the favor to maintain the ion homeostasis for a plant exposed to the salt stress.Furthermore,bottle gourd rootstock-grafted seedlings had much higher contents of IAA and (Z+ZR) and a much higher ratio of IAA/(Z+ZR) in all the organs than those of self-grafted seedling under salt stress.This might also take part in the salt adaptation of grafted-watermelon seedlings under NaCl stress.

Key words:watermelon;rootstock-grafting;salt stress;ion homeostasis;endogenous hormone

鹽脅迫是影響植物生長和發(fā)育的主要非生物脅迫之一[1]。離子毒害是鹽脅迫對植物的主要傷害之一。鹽脅迫下,大量Na+和Cl-進入植物細胞,破壞了植物體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài),影響根系對其他離子的吸收以及在植株體內(nèi)的運輸和分布[2]。甜土植物的耐鹽性往往取決于植物根系對離子的選擇性吸收和鹽離子在器官、組織和亞細胞的區(qū)域化分布狀況。耐鹽的植物可將過量的鹽離子阻隔在植物的不同組織中,如根系和莖,或者是將進入植物葉片的鹽離子聚集在液泡中,從而降低葉片細胞質(zhì)的鹽濃度,維持光合作用,保護植物正常的生理代謝活動[3]。目前,耐鹽砧木嫁接已經(jīng)成為植物避免離子毒害,減少作物產(chǎn)量損失的有效手段之一。研究表明,耐鹽性較強的嫁接植株葉片累積的Na+和Cl-也較少[4]。

植物內(nèi)源激素主要包括生長素(主要是吲哚-3-乙酸,IAA)、細胞分裂素(CKs)、赤霉素(GA3)和脫落酸(ABA),不僅參與了植物嫁接體砧穗愈合過程的信號傳導與交流,影響嫁接植株的生長發(fā)育、開花結(jié)果和產(chǎn)量形成,也與嫁接植株對逆境環(huán)境的適應性密切相關(guān)[5]。目前,已有許多研究探討了NaCl脅迫下砧木對嫁接植物體內(nèi)離子含量的影響[6-8],然而,很少有研究涉及脅迫條件下嫁接對植物體內(nèi)不同部位離子的分布和內(nèi)源激素含量的影響。我們之前的研究表明,采用耐鹽瓠瓜砧木‘超豐抗生王’嫁接,可顯著促進鹽敏感西瓜品種‘秀麗’的生長,提高其耐鹽性[9-10]。本研究擬在前面研究的基礎(chǔ)上,進一步探討?zhàn)险枘炯藿訉aCl脅迫下西瓜植株不同部位的離子和內(nèi)源激素含量的影響,以期從離子、激素在不同部位的分布變化以及它們之間互作的角度探明瓠瓜砧木嫁接提高西瓜幼苗耐鹽性的生理調(diào)節(jié)機制,為鹽漬土壤利用提供理論依據(jù)。

1材料和方法

1.1　材料與處理

試驗于2012年4～11月在南京農(nóng)業(yè)大學玻璃溫室內(nèi)進行。以耐鹽砧木‘超豐抗生王’(LagenariasicerariaStandl.鄭州果樹所培育)為砧木,鹽敏感小型西瓜‘秀麗’[Citrulluslanatus(Thunb.) Mansf.],安徽農(nóng)科院園藝所)為接穗[9-10],為避免嫁接操作帶來的實驗誤差,以‘秀麗’自根嫁接苗為參照。

選取飽滿、整齊一致的瓠瓜種子和西瓜種子,經(jīng)消毒、浸種、催芽后,播于裝有石英砂的小營養(yǎng)缽中,晝/夜溫度25～30 ℃/15～18 ℃。種子出苗后澆灌1/2 Hoagland營養(yǎng)液,待瓠瓜和西瓜種子“破土”出苗時播種西瓜接穗種子。砧木第1片真葉剛展開、接穗2片子葉展平時,插接法進行嫁接,然后置于塑料小拱棚中,前3d遮光保溫保濕,晝/夜溫度25～30 ℃/18～20 ℃,濕度95%以上,3d后逐漸通風見光,7～10d嫁接成活后按正常苗管理。

幼苗3葉1心時,挑選整齊一致的嫁接植株定植于裝有1/2 Hoagland營養(yǎng)液的65 L水槽內(nèi)進行預培養(yǎng),每水槽36株。調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH(6.5±0.1),EC值為2.0～2.2 mS·cm-1,氣泵間歇通氣(40 min·h-1)。緩苗5d后開始進行如下處理:(1)1/2 Hoagland營養(yǎng)液栽培自根嫁接苗(SGc);(2)1/2 Hoagland營養(yǎng)液栽培自根嫁接苗,同時用100 mmol/L NaCl處理(SGs);(3)1/2 Hoagland營養(yǎng)液栽培瓠瓜砧木嫁接苗(RGc);(4)1/2 Hoagland營養(yǎng)液栽培瓠瓜砧木嫁接苗,同時用100 mmol/L NaCl處理(RGs)。

為防止鹽刺激,營養(yǎng)液中NaCl濃度分2d添加,每天遞增50 mmol/L。試驗重復3次。處理第3天時測定嫁接植株根系(R)、砧木的莖(SRs)、接穗的莖(SSc)和葉片(L)的離子含量和激素含量。其中,SRs指的是從嫁接口以下、根系以上部位,為便于比較,上述部位在自根嫁接苗中也稱為砧木的莖;SSc指的是接穗子葉以上到生長點的部位;葉片指的是從接穗生長點往下數(shù)第3片完全展開功能葉。

1.2　測定指標及方法

1.2.1離子含量處理第3天取西瓜自根苗和嫁接苗不同部位用去離子水沖洗3次,再用干凈的吸水紙吸干水分,置于烘箱中105 ℃殺青15 min,再于75 ℃下烘干至恒重。分別取不同部位烘干樣品50 mg進行測定。Na+和K+的含量測定參照Hunt等[11]的方法進行。Cl-含量的測定采用硝酸銀(AgNO3)滴定法。

1.2.2內(nèi)源激素含量吲哚-3-乙酸(IAA)、玉米素和玉米核苷的總和(Z+ZR)、赤霉素(GA3)和脫落酸(ABA)樣品提取和測定采用Bollmark等[12]和He[13]的方法,略加修改。取0.1 g冷凍樣品,加入4 mL樣品提取液(80%的甲醇,內(nèi)含1 mmol/L二叔丁對甲苯酚),冰浴研磨,所得勻漿搖勻后,在4 ℃下提取4 h,然后在相同溫度下3 500 r/min離心8 min,取上清,沉淀加入1 mL提取液搖勻,置于4 ℃下再次離心,合并兩次離心所得上清液,過C-18固相萃取柱。過柱后樣品用氮氣吹干,除去提取液中的甲醇,用樣品稀釋液[(pH 7.5的磷酸鹽緩沖液,內(nèi)含0.1%(V/V)的Tween-20,0.1%(W/V)明膠]定容至0.2 mL,用于酶聯(lián)免疫(ELISA)分析。ELISA分析所用試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學提供,參照Zhao等[14]的方法進行,每處理3次重復。

1.3　數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)均采用SAS 8.2軟件(SAS Institute Incorporation,美國)Duncan’s多重比較法進行統(tǒng)計分析(P<0.05)。

2結(jié)果與分析

2.1　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株不同部位離子含量的影響

由圖1可知,在對照條件下,砧木嫁接苗與自根嫁接苗不同部位離子分布表現(xiàn)出相同的趨勢:即Na+含量均在根系和砧木的莖中含量較高,接穗的莖和葉片中含量較低;K+含量和K+/Na+則在接穗的莖中含量最高,葉片中含量最低;Cl-含量則在4個不同部位的含量均相同。

在鹽脅迫條件下,自根嫁接苗植株體內(nèi)Na+含量顯著上升,并在接穗的莖中出現(xiàn)峰值(1.98 mmol·g-1),是自根嫁接苗對照的11.6倍;其根系、砧木的莖和葉片中也累積了較多的Na+,分別為自根嫁接苗對照根系、莖和葉片的2.6、3.3和3.7倍。同時,除根系外,鹽脅迫下自根嫁接苗不同組織中Cl-含量的累積也呈現(xiàn)出類似Na+的趨勢,其砧木的莖、接穗的莖和葉片中Cl-含量分別是自根嫁接苗對照的2.2、4.7和2.4倍。另外,隨著Na+含量的提高,鹽脅迫下自根嫁接苗植株中K+含量明顯下降,其根系、砧木的莖、接穗的莖和葉片中分別比自根嫁接苗對照下降了81.4%、23.3%、35.8%和13.1%。隨著K+含量的大幅下降和Na+含量的顯著增加,鹽脅迫下自根嫁接苗不同部位K+/Na+也顯著下降,其根系、砧木的莖、接穗的莖和葉片分別比相應對照下降了93.0%、78.1%、94.6%和76.6%。

與自根嫁接苗不同,鹽脅迫下Na+在砧木嫁接苗根系中累積得最多,其值(1.11 mmol·g-1)為砧木嫁接苗對照的4.6倍;Na+在砧木嫁接苗的莖中累積幅度較小,其砧木的莖和接穗莖中的Na+含量分別為砧木嫁接苗對照對應部位的1.6和2.2倍。值得注意的是,鹽脅迫下砧木嫁接苗葉片中的Na+含量沒有發(fā)生明顯變化,與砧木嫁接苗對照葉片中Na+含量處于同一水平。這暗示著鹽脅迫下砧木嫁接苗能有效地將Na+隔離在葉片之外,防止離子毒害的發(fā)生。同時,鹽脅迫條件下,砧木嫁接苗植株體內(nèi)也累積了較多的Cl-,其根系、砧木的莖、接穗的莖和葉片中的Cl-含量分別為砧木嫁接苗對照相應部位的3.2、2.2、3.2和2.8倍。另外,鹽脅迫下砧木嫁接苗葉片中K+含量和K+/Na+沒有發(fā)生明顯變化,其他部位K+含量和K+/Na+明顯下降,但下降幅度均小于自根嫁接苗;與砧木嫁接苗對照相比,其根系、砧木的莖和接穗的莖中K+含量分別下降39.6%、26.6%和10.5%,其K+/Na+則分別下降了86.9%、53.6%和55.3%。然而,鹽脅迫下,砧木嫁接苗植株不同部位K+含量和K+/Na+仍然顯著高于自根嫁接苗。

以上結(jié)果說明自根嫁接苗的根系對Na+無截留作用,大量Na+進入到自根嫁接苗地上部,接穗葉片Na+出現(xiàn)大量累積,K+含量和K+/Na+顯著下降,可能引發(fā)離子毒害。瓠瓜根系阻止了Na+向接穗地上部的大量運輸,能夠維持砧木嫁接植株體內(nèi)較高的K+含量和K+/Na+,防止了離子毒害的發(fā)生,增強了嫁接西瓜植株的耐鹽性。

2.2　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株不同部位內(nèi)源激素含量的影響

如圖2所示,在對照條件下,自根嫁接苗IAA含量在根系中最高,在葉片中含量最低;(Z+ZR)含量在根系、砧木的莖和接穗的莖中含量處于相同水平,在葉片中含量較低;GA3含量在接穗的莖中含量最高,在根系中含量最低;ABA含量在根系和接穗的莖中含量較高,在葉片中含量最低。對照條件下,砧木嫁接苗IAA、GA3和ABA含量均在根系中含量最高,在砧木的莖中含量最低;(Z+ZR)含量則在根系和砧木的莖中含量較高,在接穗的莖和葉片中含量較低。

在鹽脅迫條件下,與自根嫁接苗對照相比,IAA和(Z+ZR)的含量在自根嫁接苗根系和接穗莖中明顯增加,在葉片中則明顯下降;GA3含量除在接穗的莖中含量不變外,其在根系、砧木的莖和葉片中均明顯增加,并在砧木的莖中含量達到最高。同時,與砧木嫁接苗對照相比,IAA和(Z+ZR)含量在鹽脅迫砧木嫁接苗不同部位均明顯增加;GA3含量在根系、接穗的莖和葉片中均明顯下降,而在砧木的莖中則沒有明顯變化。另外,鹽脅迫條件下,自根嫁接苗和砧木嫁接苗ABA含量在根系、砧木的莖和接穗的莖中均大幅下降,在葉片中則顯著增加,且自根嫁接苗不同部位ABA含量的變化幅度均明顯大于砧木嫁接苗。

圖1　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株不同部位Na +、K +、K +/Na +和Cl -含量的影響

圖2　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株不同部位內(nèi)源激素含量的影響

以上結(jié)果說明對照條件下,瓠瓜砧木嫁接顯著改變了接穗體內(nèi)不同部位的激素含量;鹽脅迫下,砧木嫁接苗不同部位各激素對鹽脅迫的響應與自根嫁接苗相比有明顯差異,這一點在葉片上表現(xiàn)得尤其顯著。

2.3　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株不同部位IAA與(Z+ZR)比值的影響

如圖3 所示,在對照條件下,西瓜自根嫁接苗IAA/(Z+ZR)在根系中最高,在葉片中最低;而砧木嫁接苗IAA/(Z+ZR)也在根系中最高,卻在砧木的莖中最低。鹽脅迫條件下,2種嫁接組合幼苗根系和接穗的莖中IAA/(Z+ZR)均比相應對照幼苗明顯提高,但砧木嫁接苗根系和接穗莖中該比值增加的幅度遠高于自根嫁接苗;2種嫁接組合葉片中IAA/(Z+ZR)均比相應對照幼苗明顯下降,但砧木嫁接苗葉片中IAA/(Z+ZR)下降幅度較小。以上結(jié)果說明無論在對照條件下還是在鹽脅迫條件下,瓠瓜砧木顯著改變了嫁接西瓜植株體內(nèi)不同部位IAA和(Z+ZR)的比例,對于提高嫁接西瓜幼苗植株對逆境環(huán)境的抗性起到了重要的作用。

圖3　嫁接對鹽脅迫下西瓜植株

3討論

3.1　離子分布與離子穩(wěn)態(tài)

Na+是NaCl脅迫對植物產(chǎn)生毒害的主要離子,非鹽生植物的耐鹽性主要取決于根系對鹽離子選擇性吸收的能力以及控制進入根系的鹽離子向地上部轉(zhuǎn)運的能力。耐鹽植物在高鹽濃度下可通過排斥和移動 Na+,利用離子區(qū)域化作用,將 Na+優(yōu)先積累在根系和莖中,防止Na+在葉片尤其是新葉中大量累積,從而阻止離子毒害的發(fā)生[15]。本研究結(jié)果表明,鹽脅迫條件下,盡管自根嫁接苗在根系和莖中累積了大量Na+,但部分Na+仍然進入接穗葉片中。大量Na+累積在葉片中可能引發(fā)自根嫁接苗發(fā)生離子毒害。鹽脅迫下,砧木嫁接苗大部分Na+累積在根系中,Na+僅在地上部的莖中有小幅度的上升,葉片Na+含量幾乎沒有變化。這說明砧木嫁接植株可將大部分Na+隔離在根系中,有效阻止Na+向地上部尤其是Na+向葉片的運輸,減輕了鹽脅迫傷害。朱士農(nóng)等[16]利用掃描電鏡X-ray的觀察結(jié)果表明,瓠瓜根系的凱氏帶可限制Na+從根系外皮層向中柱導管的運輸,從而限制了Na+向地上部的轉(zhuǎn)運。這可能是瓠瓜砧木嫁接西瓜植株耐鹽的根本原因。

K+與Na+具有相同的水合半徑和水合能,植物組織和細胞內(nèi)的K+/Na+已被作為一個公認的耐鹽指標。鹽脅迫下,Na+在植物中的積累會導致K+含量的明顯下降,植物體內(nèi)較高的K+/Na+有利于維持細胞生理代謝所需酶類在高Na+環(huán)境下發(fā)揮正常功能[8]。本研究結(jié)果表明,鹽脅迫砧木嫁接苗不同部位中K+含量和K+/Na+下降幅度較小且遠高于自根嫁接苗。高含量的K+不但可以作為無機滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持高Na+環(huán)境下的滲透平衡,還能使得大部分需要K+參與的代謝酶類功能正常,從而提高了西瓜幼苗的耐鹽性。

3.2　內(nèi)源激素含量變化與離子分布的互作

在鹽脅迫條件下,西瓜自根嫁接苗和砧木嫁接苗不同部位內(nèi)源激素含量的變化明顯不同:自根嫁接苗IAA和(Z+ZR)含量在根系和接穗莖中顯著增加,在葉片中則明顯下降,而砧木嫁接苗不同部位IAA和(Z+ZR)的含量均顯著增加。已有許多研究表明,植物對鹽脅迫的響應會引起 IAA含量增加[17-18]。此外,IAA可不受轉(zhuǎn)錄水平的參與,快速活化質(zhì)膜上已存在的H+-ATPase,或者是通過誘導第二信使編碼H+-ATPase基因的表達,合成新的H+-ATPase,間接參與鹽漬環(huán)境下植物體內(nèi)Na+的排斥和K+的選擇性吸收[19]。高含量的ZR可直接或間接清除活性氧,減少膜脂過氧化作用,改變膜脂過氧化產(chǎn)物和膜脂肪酸組成的比例,從而保護細胞膜。研究顯示,Z和ZR可能介導了鹽脅迫下植物體內(nèi)的離子穩(wěn)態(tài)平衡。Albacete等[20]將栽培種番茄嫁接到耐鹽的番茄砧木(Solanumlycopersicum×Solanumcheesmaniae)上,發(fā)現(xiàn)嫁接植株體內(nèi)K+含量和K+/Na+與木質(zhì)部中Z和Z/ZR的含量呈顯著正相關(guān),并認為K+與CKs的互作介導了砧木嫁接番茄植株的耐鹽性。因此,鹽脅迫下,本研究中西瓜砧木嫁接苗不同部位IAA和(Z+ZR)含量的顯著提高,可能部分參與了鹽脅迫下砧木嫁接苗Na+和K+的吸收和轉(zhuǎn)運。尤其是IAA,其在砧木嫁接苗中的分布與Na+的分布表現(xiàn)出高度的一致性:鹽脅迫下,砧木嫁接植株體內(nèi)不同部位IAA含量在根系和接穗的莖中含量最高,而砧木嫁接苗這2個部位Na+含量也最多,這可能是砧木嫁接苗植株體內(nèi)IAA對鹽漬環(huán)境的一種應激響應,對維持鹽脅迫下砧木嫁接苗體內(nèi)離子平衡,提高砧木嫁接苗的耐鹽性起到了積極的作用。

本試驗中,自根嫁接苗和砧木嫁接植株不同部位中GA3的含量對鹽脅迫的響應不一致:鹽脅迫下,自根嫁接苗GA3含量在接穗的莖中含量無明顯變化,在其他部位均明顯增加;而砧木嫁接苗GA3含量除在砧木的莖中保持不變外,其余部位均明顯下降。這個結(jié)果也暗示了不同植物種類內(nèi)源GAs在響應鹽脅迫上的復雜性。研究顯示,逆境脅迫下,內(nèi)源GAs調(diào)節(jié)植物生長的信號轉(zhuǎn)導與植物的源庫平衡有關(guān)[21]。鹽脅迫抑制了庫點酶的活性,引起植物葉片中蔗糖含量增加,對植物的脅迫反應產(chǎn)生負反饋調(diào)節(jié)[22]。此外,GA3對植物耐鹽性的啟動效應可能還與體內(nèi)其他內(nèi)源激素的穩(wěn)態(tài)平衡以及離子在地下部和地上部的分配有關(guān)[23]。因此,本試驗中鹽脅迫下2種不同嫁接組合GA3對鹽脅迫的不同響應及其在鹽脅迫下起到的作用還需要進一步深入研究。

ABA在植物響應各種非生物脅迫的過程中起到了重要的作用[24]。滲透脅迫下,短期內(nèi)ABA可在細胞中大量累積,促進氣孔關(guān)閉,調(diào)節(jié)各種保護劑或者脅迫應答基因的表達[25]。此外,一些研究表明,ABA信號分子與保衛(wèi)細胞內(nèi)陰陽離子通道的互作調(diào)節(jié)了因細胞失水導致的氣孔關(guān)閉[22];ABA信號途徑關(guān)鍵成分與離子轉(zhuǎn)運體的互作直接參與了滲透脅迫下胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)的平衡[26]。本試驗中,鹽脅迫自根嫁接苗和砧木嫁接苗根系和莖(包括砧木和接穗)中ABA含量均明顯下降,葉片中ABA含量則顯著增加。這暗示著鹽脅迫下,兩種嫁接組合西瓜幼苗根系和莖中ABA合成速率下降了,或者是其合成沒有受到影響,但是根系中的ABA被轉(zhuǎn)運到了葉片中,引起西瓜葉片氣孔的擴張速度下降,可降低氣孔導度,減輕因蒸騰作用的水分散失,提高西瓜植株耐鹽性。本研究還發(fā)現(xiàn),自根嫁接苗根系和莖中ABA下降幅度遠大于砧木嫁接苗,其葉片中ABA增加幅度也遠大于砧木嫁接苗,這個結(jié)果與前人關(guān)于耐鹽性強的物種ABA含量較穩(wěn)定的結(jié)論是一致的[27]。

3.3　內(nèi)源激素的互作

我們之前的研究表明,在對照條件下,瓠瓜砧木嫁接苗地上部干重、鮮重,以及單株干重、鮮重均明顯高于自根嫁接苗;而鹽脅迫下,瓠瓜砧木嫁接苗以上4個生長指標的下降幅度以及根系生長受到的抑制程度均小于自根嫁接苗[9,10,28]。這表明與自根嫁接苗相比,無論是對照條件下還是鹽脅迫下,瓠瓜砧木嫁接苗均具有較高的生長速率,表現(xiàn)出較強的生長勢。研究表明,生長素和CKs的比率能夠決定植物根系和地上部分的相對生長率,高比率可促進根的形成,低比率則促進芽的形成[29]。本試驗結(jié)果表明,對照條件下,瓠瓜砧木嫁接能夠明顯降低西瓜幼苗體內(nèi)IAA/(Z+ZR)的比值,這可能對砧木嫁接苗地上部的生長發(fā)育起到了促進作用,因而表現(xiàn)出較強的生長勢。鹽脅迫條件下,兩種嫁接組合的IAA/(Z+ZR)比值在不同部位變化相同:即在根系和接穗莖中比值均顯著增加,在葉片中比值則明顯下降;但是比較總的IAA/(Z+ZR)比例,自根嫁接苗體內(nèi)沒有什么明顯的變化,砧木嫁接苗體內(nèi)卻明顯增加,其數(shù)值是砧木嫁接苗對照的2.01倍。這些結(jié)果表明,鹽脅迫下,砧木嫁接可通過提高生長素和細胞分裂素的總比例,在逆境環(huán)境下仍使根系保持較高的生長速率,增強根系對鹽脅迫的耐受性,可保持較高的水分和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收速率,從而維持地上部的生長,增強西瓜嫁接植株對鹽脅迫的抗性。

綜上所述,在鹽脅迫條件下,瓠瓜砧木嫁接可將大部分進入根系的Na+截留在根系中,并通過維持嫁接植株體內(nèi)較高的K+含量和K+/Na+比來防止離子毒害的發(fā)生;同時,鹽脅迫砧木嫁接植株體內(nèi)IAA、(Z+ZR)含量以及IAA/(Z+ZR)的比值較高,對增強嫁接植株的耐鹽性起到了積極的促進作用。

參考文獻:

[1]MUNNS R,TESTER M.Mechanisms of salinity tolerance[J].Annu.Rev.PlantBiol.,2008,59:651-681.

[2]RAMOLIYA P J,PATEL H M,PANDEY A N.Effect of salinization of soil on growth and macro-and micro-nutrient accumulation in seedlings ofSalvadorapersica(Savadoraceae)[J].ForestEcol.Manag,2004,202(1-3):181-193.

[3]ZHU J K.Regulation of ion homeostasis under salt stress[J].Curr.Opin.PlantBiol.,2003,6(5):441-445.

[4]COLLA G,ROUPHAEL Y,LEONARDI C,etal.Role of grafting in vegetable crops grown under saline conditions[J].Sci.Horti.,2010,127:147-155.

[5]ALONI B,COHEN R,KAMI L,etal.Hormonal signaling in rootstock-scion interactions[J].Sci.Horti.,2010,127:119-126.

[6]WEI G P(魏國平),ZHU Y L(朱月林),LIU ZH L(劉正魯),etal.Growth and ionicdistribution of grafted eggplant seedlings with NaCl stress[J].ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.(西北植物學報),2007,27(6):1 172-1 178(in Chinese).

[7]ZHU J,BIE Z L,HUANG Y,etal.Effect of grafting on the growth and ion concentrations of cucumber seedlings under NaCl stress[J].SoilSci.PlantNutri,2008,54(6):895-902.

[8]HUANG Y,BIE Z L,LIU P,etal.Reciprocal grafting between cucumber and pumpkindemonstrates the roles of the rootstock in thedetermination of cucumber salt tolerance and sodium accumulation[J].Sci.Horti.,2012,13:47-54.

[9]YANG Y J,LU X M,YAN B,etal.Bottle gourd rootstock-grafting affects nitrogen metabolism in NaCl-stressed watermelon leaves and enhances short-term salt tolerance[J].J.PlantPhysiol.,2013,170:653-661.

[10]YANG Y J,WANG L P,TIAN J,etal.Proteomic study participating the enhancement of growth and salt tolerance of bottle gourd rootstock-grafted watermelon seedlings[J].PlantPhysiol.Biochem.,2012,58:54-65.

[11]HUNT J.Dilute hydrochloric acid extraction of plant material for routine cation analysis[J].Commun.Soi.Sci.PlantAnn.,1982,13(1):49-55.

[12]BOLLMARK M,KUBAT B,ELASSON L.Variations in endogenous cytokinin contentduring adventitious root formation in pea cuttings[J].J.PlantPhysiol.,1988,132:262-265.

[13]HE Z.Guidance to experiment on chemical control in crop plants[M]//HE Z P.Guidance to experiment on chemical control in crop plant.Beijing:Beijing Agricultural University Publishers,1993,60-68.

[14]ZHAO J,LI G,YI G X,etal.Comparison between conventional indirect competitive enzyme-linked immunosorbent assay (icELISA) and simplified icELISA for small molecules[J].AnalyticaChimicaActa,2006,571(1):79-85.

[15]LOUPASSAKI M H,CHARTZOULAKIS K S,DIGALAKI N B,etal.Effects of salt stress on concentration of nitrogen,phosphorus,potassium,calcium,magnesium and sodium in leaves,shoots and roots of six olive cuhivars[J].J.PlantNutr.,2002,25(11):2 457-2 482.

[16]ZHU SH N(朱士農(nóng)),GUO SH R(郭世榮).Effects of grafting on K+,Na+contents anddistribution of watermelon (CitrullusvulgarisSchrad.) seedling under NaCl stress[J].ActaHorticulturaeSinica(園藝學報),2009,36(6):814-820(in Chinese).

[17]SUN F F,ZHANG W S,Hu H Z,etal.Salt modulates gravity signaling pathway to regulate growthdirection of primary roots inArabidopsisthaliana[J].PlantPhysiol.,2008,146:178-188.

[18]WANG H,GU M,CUI J,etal.Effects of light quality on CO2assimilation,chlorophyll-fluorescence quenching,expression of Calvin cycle genes and carbohydrate accumulation inCucumissativus[J].J.Photochem.Photo.B:Biology,2009,96(1):30-37.

[19]CAMONI L,MARRA M,GARUFI A,etal.The maize root plasma membrane H+-ATPase is regulated by a sugar-induced transduction pathway[J].PlantCellPhysiol.,2006,47(6):743-747.

[21]IQBAL N,NAZAR R,KHAN M I R,etal.Role of gibberellins in regulation of source-sink relations under optimal and limiting environmental conditions[J].Curr.Sci.,2011,100:110.

[22]GOLLDACKd,LI C,MOHAN H,etal.Gibberellins and abscisic acid signal crosstalk:living anddeveloping under unfavorable conditions[J].PlantCellRep.,2013,32(7):1 007-1 016.

[23]IQBAL M,ASHRAF M,JAMILA,etal.Does seed priming induce changes in the levels of some endogenous plant hormones in hexaploid wheat plants under salt stress?[J].J.IntegrPlantBiol.,2006,48(2):181-189.

[24]KEMPA S,KRASENSKY J,DAL SANTO S,etal.A Central role of abscisic acid in stress-regulated carbohydrate metabolism[J].PLoSClinTrials,2008,3(12):3 935-3 943.

[25]EYIDOGAN F,OZ M T,YUCEL M,etal.Chapter 1 Signal transduction of phytohormones under abiotic stresses[M]//KHAN N A,etal.Phytohormones and abiotic stress tolerance in plants.Berlin:Springer,2012:1-48.

[26]OSAKABE Y,ARINAGA N,UMEZAWA T,etal.Osmotic stress responses and plant growth controlled by potassium transporters inArabidopsis[J].PlantCell,2013,25(2):609-624.

[27]LI Q Y(李青云),GE H B(葛會波),HU SH M(胡淑明),etal.Endogenous hormone regulation with exogenous calcium under salt stress in strawberry[J].ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.(西北植物學報),2008,28(3):517-522(in Chinese).

[28]ZHU SH N(朱士農(nóng)),GUO SH R(郭世榮),ZHANG A H (張愛慧),etal.Activities of antioxidant enzymes and photosynthetic characteristics in grafted watermelon seedlings under NaCl stress[J].ActaBot.Boreal.-Occident.Sin.(西北植物學報),2008,28(11):2 285-2 291(in Chinese).

[29]MüLLERd,LEYSER O.Review:Part of a special issue on the plant cell cycle:Auxin,cytokinin and the control of shoot branching[J].Ann.Bot.,2011,4(18):1-10.

(編輯:裴阿衛(wèi))