孫煥榮，李靜，封曉輝，劉小京，張秀梅

(1 河北省南皮縣自然資源和規(guī)劃局， 河北 南皮 061500；2 中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心，河北 石家莊 050021)

嫁接通過接穗和砧木細(xì)胞的融合、基因交換和特異蛋白合成，可以改變嫁接體的特性，是果樹改良的重要手段[1]。嫁接可以提高植株的抗性，如嫁接葡萄可以提高其抗凍和抗病能力，柑橘嫁接可以提高耐鹽能力[2]。通過嫁接提高植物耐鹽能力的生理機(jī)制的研究，主要在果類蔬菜中開展。研究表明，西瓜、茄子和黃瓜嫁接苗對(duì)比未嫁接原株具有較高的耐鹽能力[3- 4]，通過嫁接砧木截留Na+和Cl-等對(duì)植物體有害的離子，優(yōu)化了鹽脅迫下植物對(duì)離子的吸收和分配，并增加體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的合成，減少膜質(zhì)過氧化物的傷害，改變植物激素的合成和運(yùn)輸，從而提高了植物的耐鹽能力[1,5]。共生嫁接同樣可以提高植株的抗性，如茄子與番茄共生嫁接可以提高植株的抗病能力[6]。但目前為止對(duì)果樹嫁接提高耐鹽能力的生理機(jī)制，尚未有報(bào)道。

在鴨梨(PyrusbretschneideriRehd.)的砧木中，杜梨(PyrusbetulaefoliaBge.)具有較高的耐鹽和耐干旱能力[7-9]。研究表明，以杜梨為砧木可提高梨的耐鹽能力[10-12]，同時(shí)高位嫁接也可以增加梨的耐鹽能力[13]。在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，在濱海重鹽堿地以杜梨為砧木嫁接梨，可以成活，但是植株鹽害程度加重，生長勢降低甚至死亡。而杜梨砧木基部偶然生長枝條的植株，卻生長良好，有一定的結(jié)實(shí)。這說明保留砧木枝條可以提高嫁接梨的耐鹽能力。但是砧木枝的生長和梨的生長存在競爭，隨著砧木枝的增多，梨的生長必然受到限制，因此必須保留合理數(shù)量的砧木枝，才能保證最佳的生長結(jié)合。由此，為深入探究杜梨留枝嫁接的耐鹽機(jī)制，驗(yàn)證保留適量的杜梨砧木枝是否將鹽分離子吸收儲(chǔ)存在杜梨葉片中，并且產(chǎn)生了有利于植物水分利用的物質(zhì)，以此提高了接合體的耐鹽能力等相關(guān)問題，本試驗(yàn)通過杜梨砧木留枝嫁接梨，在杜梨砧木上保留不同數(shù)量的枝條，比較不同砧木枝處理的生理差異，分析最合適的留枝數(shù)量，探討共生嫁接后的耐鹽機(jī)制，以期為重鹽堿地發(fā)展水果產(chǎn)業(yè)提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在河北省海興縣中科院濱海農(nóng)業(yè)高效示范區(qū)。該地位于渤海灣西岸，由于地勢低洼排水不暢，土壤脫鹽困難，土壤含鹽量4～13 g/kg，年均降水量560 mm，土壤表層鹽分含量具有鮮明的季節(jié)動(dòng)態(tài)特征，初夏土壤含鹽量最高，夏秋季由于雨水淋洗含鹽量最低。

1.2 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)將杜梨作為砧木，梨接穗為鴨梨。

試驗(yàn)葉的采集及測量按照葉片類型分為以下3類：(取葉時(shí)，每株均按照以下分類采取各類型葉片；測量時(shí)，每株中的不同類型葉片重復(fù)3次)。

(1)杜梨葉：杜梨砧木枝條上的葉片(包括未嫁接梨的杜梨即杜梨原株和保留不同數(shù)量杜梨枝條的已嫁接杜梨的處理)。

(2)功能葉：2011年生長的枝條上的梨葉片，即主要的光合葉。

(3)1 a生枝條葉：取2012年當(dāng)年生的枝條上的葉片，即新葉。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)留砧木枝的個(gè)數(shù)分別為0、1、2、3，共4個(gè)處理，各處理編號(hào)分別為T0、T1、T2、T3，每個(gè)處理嫁接12株。杜梨留取40～50 cm高的主干截樁，每株嫁接3個(gè)接穗，杜梨砧木主干保留不同數(shù)量的直徑相近的砧木枝。

其中于2010年進(jìn)行杜梨(當(dāng)?shù)匾吧贩N)育苗工作，2011年3月移栽，杜梨平均株高100 cm，4月初選擇生長一致的杜梨植株嫁接梨。5月調(diào)查接穗的成活率，10月測量成活后接穗的長度。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 生長量 分別于2011年10月及2012年10月測量植株的接穗長(測定接穗基部到枝條末端的長度)，分別用L1、L2表示，二者差值即為枝條生長量，用△L表示。

1.4.2 光合生理 2012年7月選擇天晴的時(shí)間，在上午9～11時(shí)和15～17時(shí)用Li-6400以人工光源(光強(qiáng)度為1 200 mol/s)，進(jìn)行光合生理測定。包括光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Cond)，胞間CO2濃度(Ci)。同時(shí)用SPDA葉綠素含量儀測定葉片葉綠素含量指數(shù)；

1.4.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量 采集上述對(duì)應(yīng)的葉片，烘干后用鹽酸浸提原子吸收法測定Ca2+，Mg2+，K+，Na+的含量，用AgNO3滴定法測定Cl-含量；用蒽酮和茚三酮比色法，分別測定可溶性糖和脯氨酸的含量。

1.4.4 土壤水、鹽含量 用土鉆取土分別測定土壤中的水分鹽分含量。

1.5 試驗(yàn)地土壤水鹽狀況

2012年7月測定的不同深度的土壤水分和鹽分特征情況，見表1。

表1 2012年7月土壤水分和鹽分特征Table 1 The water and salt content of the soil

1.6 數(shù)據(jù)整理與分析

采用Excel 2010和Sigmaplot 11.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與統(tǒng)計(jì)分析，用Canoco 4.5對(duì)葉片中離子含量與光合生理及調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)行RDA分析，分析不同類型葉片離子、調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理特征之間的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 砧木枝數(shù)量對(duì)接穗成活和生長的影響

留取不同砧木數(shù)量對(duì)接穗成活率和生長量的影響，見表2。

表2 留枝對(duì)接穗成活率和生長量的影響Table 2 The effect of reserved rootstock branch on survival rate and the growth of scions

如表2所示,相較于不留枝，保留砧木枝可以提高接穗的成活率，留1枝的處理接穗成活率最高，而不留枝的處理成活率最低，兩者相差超過29.57%；但是隨著留枝數(shù)量的增加接穗的成活率逐漸降低。2011年接穗枝總長L1結(jié)果表明，留砧木枝降低接穗的生長量，接穗枝長顯著降低，不留砧木枝的接穗生長量最大，而留3枝的生長量最小，留3個(gè)砧木枝的處理較不留砧木枝的處理枝長低17.56%。可見砧木枝與接穗之間存在競爭，砧木枝數(shù)量越多越不利于接穗的生長。由表中不同處理的生長量△L來看，當(dāng)保留2個(gè)砧木枝時(shí)其生長量最大。

2.2 砧木枝數(shù)量對(duì)葉綠素指數(shù)SPAD值的影響

留枝對(duì)不同葉片的葉綠素含量(指數(shù)SPAD值)的影響不大，如圖1所示。不同類型的葉片葉綠素含量存在差異，杜梨葉的葉綠素含量最高，1 a生枝條葉的葉綠素含量最低。但是留取砧木枝數(shù)量不同對(duì)相同類型葉片的葉綠素含量的影響不顯著(圖中的杜梨葉中的T0為杜梨原株)。

2.3 砧木枝數(shù)量對(duì)葉中鹽離子含量的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對(duì)葉片中鹽離子含量的影響，見圖2。

圖1 不同留砧數(shù)量的葉片中葉綠素指數(shù)
Figure 1 The SPAD index of different leaves with different number of branches

圖2 不同留砧數(shù)量的葉片中的鹽離子含量Figure 2 The salins ions content in leaves with different number of reserved branches

由圖2可知，留砧木枝對(duì)杜梨葉和1 a生枝條葉的Ca2+含量影響較大。在杜梨葉中，與杜梨原株相比，留砧木枝的葉中Ca2+含量顯著較高，但留枝的處理之間Ca2+含量無顯著差異；在1 a生枝條葉中，無砧木枝的處理Ca2+含量顯著高于留砧木枝的處理，且隨著砧木枝數(shù)量的增加，葉片中Ca2+含量逐漸下降，無砧木枝的處理較留3個(gè)砧木枝的處理高38.77%；留枝數(shù)量對(duì)功能葉中Ca2+含量影響不顯著。不同種類型的葉片中，梨功能葉的Ca2+含量最高。Mg2+含量變化趨勢與Ca2+基本一致，功能葉中的含量最高，杜梨葉和1 a生枝條葉Mg2+含量較低。杜梨葉中留砧木枝的葉中Mg2+的含量較杜梨原株高，梨功能葉中Mg2+含量隨著砧木枝的增加有逐漸降低的趨勢，但是各個(gè)處理之間的差異不顯著。無砧木枝的處理 1 a生枝條葉Mg2+含量8.34 mg/g，顯著高于留砧木枝的處理，比含量最低的3砧木枝的處理高近1倍，且隨著砧木枝增加，Mg2+含量呈逐漸下降的趨勢。

在不同葉片中，杜梨葉中K+含量最低，1 a生枝條葉中K+含量最高。嫁接梨后，杜梨砧木枝葉中K+顯著高于杜梨原株，杜梨葉中K+含量隨著砧木枝數(shù)量增加而逐漸升高。砧木枝枝數(shù)量對(duì)梨功能葉中K+含量影響不大，各個(gè)處理之間無顯著差異；而在1 a生枝條葉中，K+含量隨著留枝數(shù)量增加而增加，無砧木枝的處理含量最低，只有14.93 mg/g，顯著低于有砧木枝的處理。

Na+的含量在杜梨原株葉片中最高，為5.28 mg/g，是留2砧木枝處理的3.46倍，杜梨砧木枝葉中Na+的含量平均只有1.67 mg/g，顯著低于杜梨原株。但在梨功能葉和1 a生枝條葉的各個(gè)處理之間Na+含量并無顯著差異。

同樣，不同砧木枝數(shù)量的杜梨葉、梨功能葉的Cl-含量差異不顯著。但是留砧木枝處理的1 a生枝條葉中Cl-含量顯著高于不留砧木枝的處理。

杜梨葉中的K+/Na+差異最大，并且留2砧木枝的處理K+/Na+最高，為17.38，而杜梨原株葉K+/Na+最低，只有3.28。同時(shí)留枝顯著提高了1 a生枝條葉片的K+/Na+，且隨著砧木枝的增加，1 a生枝條K+/Na+逐漸升高；在功能葉中，留2砧木枝處理的K+/Na+最高，但功能葉各處理間K+/Na+的差異不顯著。

2.4 砧木枝數(shù)量對(duì)葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對(duì)葉片中可溶性糖和脯氨酸含量的影響，見圖3。

圖3 不同留砧數(shù)量的葉片中可溶性糖和脯氨酸含量Figure 3 The content of soluble sugar and proline in leaves with different number of reserved branches

由圖3可知，嫁接梨后，杜梨砧木枝葉中可溶性糖含量顯著低于杜梨原株，且隨著砧木枝的增多，杜梨葉中可溶性糖含量逐漸增加；同樣，梨功能葉和1 a生枝條葉中的可溶性糖含量都隨著砧木枝的數(shù)量增加而逐漸增加。說明砧木枝可以提高植株體內(nèi)的可溶性糖含量。

不同類型的葉片之間，脯氨酸的含量差異較大，杜梨砧木枝葉片中的脯氨酸含量顯著高于杜梨原株，其中留2砧木枝處理的脯氨酸含量最高，為3.45 mg/kg，顯著高于無砧木枝的處理。而留砧木枝數(shù)量對(duì)功能葉中的脯氨酸含量無明顯影響；無砧木枝處理的1 a生枝條葉中脯氨酸含量最高，為2.62 mg/kg，較留2砧木枝的處理高58.28%。

2.5 砧木枝數(shù)量對(duì)葉片光合生理的影響

留取不同砧木枝數(shù)量對(duì)葉片中光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度、氣孔導(dǎo)度含量的影響，見圖4。

圖4 不同砧木枝數(shù)量的葉片光合生理的差異Figure 4 The photosynthetic differnce of leaves with different numbers of reserved branches

由圖4可知，不同類型的葉片中，功能葉的光合速率最高，杜梨葉的光合速率最低。杜梨葉的光合生理結(jié)果表明，杜梨砧木葉的光合速率顯著高于杜梨原株。而在杜梨砧木葉中，光合速率Pn并不隨著砧木枝的增加而升高，留2個(gè)砧木枝的處理光合速率最高。1 a生枝條葉中，留2個(gè)砧木枝的光合速率也顯著高于其他處理。隨著砧木枝的增加杜梨葉片和功能葉的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，都有逐漸增大的趨勢。而1 a生枝條葉中，留2個(gè)砧木枝處理的氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度最大，光合速率也最大。留2個(gè)砧木枝的杜梨葉水分利用效率最高。功能葉中留2砧木枝的處理，光合速率和水分利用效率最高。同時(shí)，留枝顯著的增加了氣孔導(dǎo)度，有利于植物光合，但是留砧木枝的數(shù)量越多葉片的蒸騰速率也越高。結(jié)果表明，留砧木枝可以顯著提高1 a生枝條的水分利用效率，且留2砧木枝的杜梨葉和功能葉水分利用效率也較高。

2.6 葉片中離子含量與光合生理及調(diào)節(jié)物質(zhì)之間的關(guān)系

在杜梨葉中，光合速率與脯氨酸、Ca2+、Mg2+含量正相關(guān)，氣孔導(dǎo)度與Cl-和Na+顯著負(fù)相關(guān)。在功能葉中，光合速率與可溶性糖、Mg2+和K+/Na+顯著正相關(guān)；但是光合速率與氣孔導(dǎo)度和脯氨酸的含量關(guān)系不大。在1 a生枝條葉中光合速率與K+的含量顯著正相關(guān)，而與可溶性糖的含量有一定的負(fù)相關(guān)，與脯氨酸關(guān)系不明顯(圖5)。

圖5 不同葉片離子、調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理 特征之間的RDA分析Figure 5 The redundancy analysis between the ions, regulatory substances and photosynthetic characteristics

3 討論

3.1 保留砧木枝對(duì)生長量的影響

在嫁接當(dāng)年，杜梨砧木枝可以通過主干為接穗提供營養(yǎng)物質(zhì)，有利于接穗的成活，因此保留砧木枝可以提高接穗的成活率。然而杜梨砧木枝和接穗之間存在對(duì)根部養(yǎng)分和水分的競爭，因此砧木枝也抑制接穗的生長，且砧木枝越多，接穗的生長量越小。在嫁接后第2年，砧木枝可以提高當(dāng)年新生枝條的生長速度，這是由于留砧木枝的植株耐鹽能力較不留砧木枝的個(gè)體高，留2個(gè)砧木枝處理的1 a生枝條的長度，顯著高于不留砧木枝的處理，光合特征也印證了留2個(gè)砧木枝生長較快。

3.2 留枝對(duì)離子分配的影響

杜梨砧木的離子分配特征與杜梨原株有顯著不同，未嫁接梨的杜梨葉片中Cl-和Na+較高，特別是Na+含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于嫁接梨葉片中的含量。嫁接后杜梨葉中Cl-和Na+含量則顯著下降，而Ca2+、Mg2+、K+的含量顯著升高。杜梨葉中的Cl-和Na+含量顯著低于杜梨原株，但同時(shí)各類型葉片的不同處理的梨葉中的Cl-和Na+含量也無顯著差異，說明并不是留砧木枝截留了大量NaCl在杜梨葉中，也沒有促進(jìn)NaCl向上運(yùn)輸?shù)浇铀胫?，因此我們提出的假設(shè)被否定，保留杜梨的砧木枝并不能將鹽離子儲(chǔ)存在杜梨葉片中從而降低對(duì)梨接穗中的輸送，以降低對(duì)梨的離子毒害。而相反，嫁接后杜梨葉片中的Na+和Cl-反而顯著降低。

在所有類型的葉中，K+的含量都隨著留砧木枝數(shù)量的增加逐漸升高，說明砧木枝促進(jìn)K+的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，這有利于接合體抗逆性的提高。研究證明K+在杜梨的滲透調(diào)節(jié)中有重要作用，K+含量在NaCl脅迫條件下逐漸升高[14]。留2個(gè)砧木枝的處理中，杜梨葉和1 a生枝條葉中的K+/Na+較高，當(dāng)嫁接梨以后，由于梨和杜梨的生理差異，接合體中離子分配發(fā)生變化。

3.3 留枝對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合生理的影響

脯氨酸、可溶性糖和K+是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可降低植物葉片的水勢以應(yīng)對(duì)鹽分脅迫。而脯氨酸也具有穩(wěn)定細(xì)胞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、防止酶變性失活的作用。隨著留砧木枝數(shù)量的增加，杜梨和梨葉片中的可溶性糖含量逐漸升高。研究證明鹽脅迫下杜梨葉片中的脯氨酸和可溶性糖的含量會(huì)升高[15]。在杜梨葉片中可溶性糖含量與光合速率的關(guān)系密切，而在梨葉中脯氨酸對(duì)光合速率的影響較大，這是由于杜梨葉片中的Na+含量較高，Na+與K+存在競爭，使杜梨葉片中無法積累較多的K+，杜梨葉中積累較多的脯氨酸調(diào)節(jié)滲透勢。而梨葉片中的Na+含量較低，可以積累較多的K+，有利于葉片的光合作用。

3.4 留枝對(duì)光合生理的影響

與同屬的其他砧木相比較，杜梨具有較高的光飽和點(diǎn)和較高的水分利用效率，嫁接梨后接合體葉片在低鹽條件下的光合速率變化不敏感[9]。植物光合作用的限制可分為氣孔因素和非氣孔因素，前者由于氣孔的部分關(guān)閉導(dǎo)致的氣孔限制，表現(xiàn)為氣孔導(dǎo)度下降，導(dǎo)致CO2進(jìn)入葉片受阻，CO2供應(yīng)不足，后者因?yàn)楣夂霞?xì)胞機(jī)構(gòu)和功能受到了損害，而導(dǎo)致葉肉細(xì)胞光合活性下降[16]。3種葉片氣孔導(dǎo)度與光合速率都為正相關(guān)，氣孔導(dǎo)度降低使胞間CO2濃度降低，光合作用的底物含量降低，導(dǎo)致光合速率的較低，光合限制為氣孔因素。這與高光林的研究結(jié)果相同，在低鹽脅迫下杜梨與梨的接合體光合作用的限制為氣孔因素[10]。

杜梨葉的氣孔導(dǎo)度與Cl-和Na+含量顯著負(fù)相關(guān)，與脯氨酸的含量顯著正相關(guān)，說明在杜梨葉片中Cl-和Na+降低氣孔導(dǎo)度，而脯氨酸作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以促進(jìn)氣孔的開放，促進(jìn)光合。而在梨葉片中K+是促進(jìn)氣孔開放的主要物質(zhì)，脯氨酸的升高反而不利于氣孔的開放。杜梨葉片中脯氨酸含量與光合速率正相關(guān)，但是1 a生枝條葉中脯氨酸含量和光合速率負(fù)相關(guān)，說明在杜梨葉中積累脯氨酸有利于光合作用，而在1 a生枝條葉中脯氨酸是在受到脅迫之后產(chǎn)生的，脯氨酸的含量越多表明葉片受到的脅迫越強(qiáng)，光合速率反而降低。留2個(gè)砧木枝的處理，功能葉和1 a生枝條葉的K+/Na+較高，K+/Na+也是植物耐鹽的重要指標(biāo)，較高的K+/Na+可提高植物的耐受能力[17]，促進(jìn)了氣孔的開放，有利于生長。留2個(gè)砧木枝既可以提高耐鹽能力，又不因?yàn)橄拗茪饪组_放而降低光合速率，因此水分的利用效率較高，可以在有限的水分供應(yīng)中獲得較大的生長量。

4 結(jié)論

杜梨嫁接梨對(duì)砧木葉片的影響較大，杜梨砧木枝與原株相比，生理特征和離子含量發(fā)生顯著變化。留枝數(shù)量對(duì)植株的影響是量的變化。留枝雖然對(duì)功能葉的影響不大，但可以顯著提高1 a生枝條葉的耐鹽能力，降低鹽害；梨的生長和光合測量的結(jié)果都顯示：留2個(gè)砧木枝既提高了植株的耐鹽性又具有較大的生長量，保留2個(gè)砧木枝可以均衡砧木和接穗的競爭，既可以提高耐鹽能力同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)梨枝條較高的生長量。但是留砧木枝是否對(duì)后期梨的生長狀況以及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生影響，有待于繼續(xù)研究。