練華山，閆 凱，脫飛飛，辛亞寧，舒 彬，唐 懿

(1.成都農(nóng)業(yè)科技職業(yè)學(xué)院 農(nóng)業(yè)園藝學(xué)院，四川 成都 611130；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 果蔬研究所，四川 成都 611130)

重金屬鎘(Cd)極易在土壤和作物體內(nèi)富集且難以降解，土壤中Cd 含量稍微過量便會(huì)干擾植物細(xì)胞代謝和離子平衡，嚴(yán)重影響蔬菜的生長和品質(zhì)[1-2]。Cd 是動(dòng)植物非必需的毒性極強(qiáng)的微量元素之一，可以通過土壤—植物系統(tǒng)進(jìn)入食物鏈，從而被人體吸收，使人體產(chǎn)生慢性中毒，危害人體健康[3]。因此，減少植物可食用部位的Cd含量刻不容緩。目前常用的方法有兩大類：一是種植Cd 超富集植物對(duì)土壤進(jìn)行綠色修復(fù)[4-5]；二是減少植物本身對(duì)Cd的吸收，如噴施葉面阻隔劑[6]和外源施用硒元素[7]等，近幾年研究發(fā)現(xiàn)：嫁接也能夠顯著降低植物對(duì)Cd的吸收[8]。

嫁接是園藝學(xué)的一種繁殖方法，不僅可以影響作物的性狀、品質(zhì)和產(chǎn)量，還可以克服土傳病害和消除連作障礙。嫁接能提高植物對(duì)重金屬的抗性，其主要原因是砧木能夠限制重金屬離子向接穗轉(zhuǎn)運(yùn)；并且部分砧木根系具有解毒作用[9-10]。嫁接也可以使當(dāng)代植株性狀發(fā)生改變，并且可以穩(wěn)定遺傳給后代[11]，這是因?yàn)榧藿雍笮纬尚碌木S管組織，其中木質(zhì)部負(fù)責(zé)水分和無機(jī)化合物的運(yùn)輸，而韌皮部負(fù)責(zé)運(yùn)輸有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)、蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)[12]，如砧木和接穗之間的RNA 長距離運(yùn)輸能夠調(diào)控植物的生長發(fā)育[13]；并且嫁接可以誘導(dǎo)植物組織的DNA 甲基化，進(jìn)而引起植株的表型變異[14]。對(duì)嫁接后代研究時(shí)發(fā)現(xiàn)：與未嫁接植株相比，以龍葵作為砧木提高了樹番茄嫁接后代的生物量，降低了樹番茄嫁接后代的Cd 含量[15]。不同基因型的南瓜相互嫁接時(shí)，嫁接后代果實(shí)的外觀品質(zhì)發(fā)生了變化[16]。自根嫁接能促進(jìn)大豆嫁接后代的生長，不同程度地降低接穗與砧木的Cd 含量[17]；并且嫁接也可以減少根用芥菜嫁接后代的Cd 含量[18]。砧木與接穗的結(jié)合可促進(jìn)遺傳物質(zhì)的傳遞與交流，并且誘導(dǎo)可遺傳性變異[19]，改善后代品質(zhì)，所以嫁接也可以提供一種新的育種思路[20]。

番茄是茄果類蔬菜的代表，富含維生素C 和番茄紅素，能夠提高人體免疫力，并且在蔬菜周年供應(yīng)中占有重要地位[21]。在鎘污染條件下，番茄葉片中鎘的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均大于1，表現(xiàn)出較強(qiáng)的富集能力[22]。番茄幼苗的生物量、葉綠素和抗氧化酶活性隨Cd 濃度的增加而降低[23]。在中國溫室菜地土壤Cd 污染日益嚴(yán)重的情況下[24]，番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢，還會(huì)對(duì)人類健康造成威脅。嫁接能夠降低番茄植株對(duì)Cd的吸收和積累，但嫁接對(duì)茄果類蔬菜嫁接后代的影響的研究還未見報(bào)道。前期研究發(fā)現(xiàn)：在Cd 污染條件下，不同顏色櫻桃番茄表現(xiàn)出較大差異，其中黃色櫻桃番茄地上部生物量和紅色櫻桃番茄根系生物量最大；就Cd 含量而言，黃色櫻桃番茄根系Cd 含量顯著高于其他番茄，紅色櫻桃番茄地上部分Cd 含量高于其他櫻桃番茄，黃色櫻桃番茄Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最低，紅色櫻桃番茄Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最高。因此，本試驗(yàn)選用這2種櫻桃番茄，探討相互嫁接對(duì)2種櫻桃番茄嫁接后代果實(shí)品質(zhì)以及Cd 含量的影響，以期篩選出低Cd 積累的番茄嫁接后代，為蔬菜的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)，也為育種提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為紅色櫻桃番茄(紅櫻5-5-1-1)和黃色櫻桃番茄(RTY-3-2)，均為四川農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜研究室自留品系，屬多代自交系，性狀純合穩(wěn)定。

供試土壤取自四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)(N30°71′，E103°86′)周邊農(nóng)田，基本理化性質(zhì)為：pH 6.29，有機(jī)質(zhì)含量21.16 g/kg，全氮含量1.09 g/kg，全磷含量1.2 g/kg，全鉀含量22 g/kg，堿解氮含量68.12 mg/kg，速效磷含量16.22 mg/kg，速效鉀含量156.2 mg/kg，總Cd 含量0.10 mg/kg，有效態(tài)Cd 含量0.028 mg/kg[25]。

盆栽嫁接留種試驗(yàn)于2017 年4—7 月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)成都校區(qū)進(jìn)行。2017 年4 月，選擇籽粒飽滿的櫻桃番茄種子，在10%過氧化氫溶液中消毒10 min，隨后用超純水洗凈，均勻放置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，在28 ℃人工培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽，并保持充足水分。露白后播種于32 孔穴盤中進(jìn)行育苗，待株高約20 cm 時(shí)進(jìn)行嫁接處理。

(1)黃色櫻桃番茄實(shí)生苗(黃CK)：將黃色櫻桃番茄幼苗移栽，果實(shí)成熟后收集種子并保存。

(2)紅色櫻桃番茄實(shí)生苗(紅CK)：將紅色櫻桃番茄幼苗移栽，果實(shí)成熟后收集種子并保存。

(3)黃色櫻桃番茄作為砧木，紅色櫻桃番茄作為接穗進(jìn)行嫁接(黃砧、紅穗)：將紅色櫻桃番茄和黃色櫻桃番茄幼苗分別從離地約12 cm 處剪斷，黃色櫻桃番茄幼苗下部苗(12 cm)作為砧木，保留葉片及幼芽；紅色櫻桃番茄的上部苗(8 cm)作為接穗進(jìn)行嫁接，緩苗后移栽種植。果實(shí)成熟后分別收集砧木和接穗的種子并保存。

(4)紅色櫻桃番茄作為砧木，黃色櫻桃番茄作為接穗進(jìn)行嫁接(紅砧、黃穗)：將紅色櫻桃番茄和黃色櫻桃番茄幼苗分別從離地約12 cm 處剪斷，紅色櫻桃番茄幼苗下部苗(12 cm)作為砧木，保留葉片及幼芽；黃色櫻桃番茄的上部苗(8 cm)作為接穗進(jìn)行嫁接，緩苗后移栽種植。果實(shí)成熟后分別收集砧木和接穗的種子并保存。

以劈接法進(jìn)行嫁接，嫁接后保持土壤含水量約為80%，用地膜覆蓋保濕，并用遮陽網(wǎng)進(jìn)行遮光。幼苗成活后，移植于無重金屬污染土的盆中，并及時(shí)澆水，確保土壤含水量約為80%。待櫻桃番茄初花期前，選擇生長良好的枝條套袋，防止異交。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

污染土制備：根據(jù)四川地區(qū)農(nóng)田重金屬Cd污染的實(shí)際情況，并參考GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[26]以及趙曉祥等[23]和XIE 等[27]的研究，將供試土壤的Cd 污染質(zhì)量濃度定為10 mg/kg。2019年3 月，將供試土壤風(fēng)干、過5 mm 篩后，裝入30 cm×40 cm (直徑×高)的水桶中，每桶裝土18 kg，向土壤中以CdCl2·2.5H2O 分析純?nèi)芤旱男问郊尤胫亟饘貱d，保持濕潤放置30 d，定期翻動(dòng)，使污染土壤充分混勻，然后裝入 18 cm×26 cm (高×直徑)的塑料盆內(nèi)，每盆6.0 kg。

2019 年3—8 月進(jìn)行嫁接后代試驗(yàn)。待幼苗長至10 cm 高時(shí)移栽至含有Cd 污染土壤的塑料盆內(nèi)。該試驗(yàn)共有6 個(gè)處理：黃CK、黃砧、黃穗、紅CK、紅砧和紅穗，每個(gè)處理6 盆，每盆2 株，每個(gè)處理重復(fù)3 次。待番茄成熟后，選取番茄果實(shí)樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1果實(shí)外觀形態(tài)和單果質(zhì)量

番茄縱、橫徑用游標(biāo)卡尺測定，并計(jì)算其果形指數(shù)，果形指數(shù)是果實(shí)縱徑和橫徑的比值。單果質(zhì)量用電子天平稱量，以 10 顆果實(shí)為1 組，計(jì)算其平均值，即為單果質(zhì)量。顏色用色差儀(cm-2 600 d/2 500 d)測定(L值表示亮度，a值表示紅綠色差，b值表示黃藍(lán)色差，a/b為色澤比)。果實(shí)硬度用硬度計(jì)測量。

1.3.2內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)測定

可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，維生素C 采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[28]。番茄紅素和類胡蘿卜素含量采用萃取比色法測定[29]。

1.3.3Cd 含量測定

植物的根、莖、葉和果實(shí)分別用自來水將泥土洗凈，再用去離子水反復(fù)沖洗后于105 ℃下殺青15 min，75 ℃烘至恒質(zhì)量。將烘干至恒質(zhì)量的根、莖、葉分別粉碎研磨后用HNO3-HClO4(體積比為4∶1)的酸混合液消煮，用iCAP 6300型ICP 光譜儀(Thermo Scientific，USA)測定各部位Cd 含量[30]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和整理；采用SPSS 20.0 進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析，采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 嫁接后代果實(shí)外觀形態(tài)和單果質(zhì)量

由表1 可知：在Cd 污染條件下，嫁接可顯著提高黃砧和和黃穗的果實(shí)縱徑，與黃CK 相比分別提高8.91%和7.42% (P＜0.05)；黃砧和黃穗的單果質(zhì)量也顯著提高，與黃CK 相比分別增加17.67%和12.56% (P＜0.05)。嫁接對(duì)紅砧和紅穗的果實(shí)縱徑、橫徑、果形指數(shù)和單果質(zhì)量均無顯著影響。

表1 嫁接后代果實(shí)外觀形態(tài)和單果質(zhì)量Tab.1 Fruit appearance and weight of post-grafting generation

2.2 嫁接后代果實(shí)色差和硬度

由表2 可知：在Cd 脅迫下，與黃CK 相比，嫁接對(duì)黃砧和黃穗果實(shí)的亮度值(L值)、紅綠色差值(a值)和黃藍(lán)色差值(b值)均無顯著影響；嫁接顯著降低了黃砧的果實(shí)硬度，但是對(duì)黃穗的果實(shí)硬度無顯著影響。紅砧和紅穗果實(shí)的L值與紅CK 相比無顯著差異。與紅CK 相比，嫁接顯著增加紅砧果實(shí)的a值和b值，但是對(duì)紅穗果實(shí)的a值和b值未表現(xiàn)出顯著差異。就果實(shí)硬度而言，嫁接影響紅色櫻桃番茄嫁接后代的果實(shí)硬度，其大小順序?yàn)榧t穗＞紅CK＞紅砧。說明紅砧果實(shí)變紅、硬度降低，促進(jìn)了紅砧果實(shí)的成熟。

表2 嫁接后代果實(shí)色差和硬度Tab.2 Color difference and hardness of fruit of post-grafting generation

2.3 嫁接后代果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)

由表3 可知：與不嫁接的番茄相比，嫁接對(duì)鎘脅迫下番茄后代果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)產(chǎn)生了不同的影響。與黃CK 相比，嫁接顯著提高黃砧果實(shí)的可溶性蛋白、可溶性糖、類胡蘿卜素和番茄紅素的含量，對(duì)維生素C 含量無顯著影響；嫁接顯著提高黃穗果實(shí)的可溶性蛋白、維生素C 和類胡蘿卜素含量。與紅CK 相比，嫁接對(duì)紅砧和紅穗果實(shí)的可溶性糖和番茄紅素含量無顯著影響。嫁接顯著提高紅砧果實(shí)的可溶性蛋白、維生素C 以及類胡蘿卜素含量，與紅CK 相比分別增加9.03%、10.14%和8.44%；但對(duì)紅穗果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)沒有顯著影響。

表3 嫁接后代果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)Tab.3 Fruit internal qualities of post-grafting generation

2.4 嫁接后代各個(gè)部位Cd 含量

由表4 可知：在Cd 污染條件下，與黃CK相比，嫁接顯著增加黃砧根系的Cd 含量；降低葉片和果實(shí)中的Cd 含量，且較黃CK 分別降低11.90%和15.37%。與黃CK 相比，嫁接顯著增加黃穗根系、莖稈和葉片中的Cd 含量，對(duì)果實(shí)中的Cd 含量無顯著影響。嫁接顯著提高紅砧根系、莖稈和葉片的Cd 含量，顯著降低果實(shí)中的Cd 含量，且與紅CK 相比降低8.00%。與紅CK 相比，嫁接顯著提高紅穗根系、葉片和果實(shí)中的Cd 含量。

3 討論

蔬菜的外觀品質(zhì)，如大小、形狀和顏色等，是消費(fèi)者購買商品的一項(xiàng)基本標(biāo)準(zhǔn)。在鎘脅迫下，采用合適的砧木嫁接能夠促進(jìn)少花龍葵[31]和薺菜[5]嫁接后代植株的生長，提高生物量。在本試驗(yàn)中，嫁接增加黃砧果實(shí)的縱徑和單果質(zhì)量，這與上述的結(jié)果一致。同時(shí)嫁接還降低黃砧和紅砧的果實(shí)硬度，說明嫁接促進(jìn)紅砧和黃砧果實(shí)更早成熟，軟化了果實(shí)。這與以Maxifort作為砧木使得番茄果實(shí)表皮更硬的結(jié)論[32]不同，這可能與番茄品種以及砧木品種有關(guān)。在本試驗(yàn)中，黃色櫻桃番茄嫁接后代的L值、a值和b值與黃CK之間無顯著差異，即嫁接對(duì)黃色櫻桃番茄后代顏色的影響不大。紅砧的a值和b值較紅CK 顯著增加，說明紅砧的顏色更偏紅和黃。接穗、砧木和嫁接物誘導(dǎo)的變異體有幾個(gè)特異的公共DNA序列[33]，并且在嫁接苗的生長過程中，韌皮部中存在的 mRNA、miRNA 和蛋白質(zhì)等內(nèi)源大分子物質(zhì)選擇性在砧穗間運(yùn)輸，到達(dá)所需位置后調(diào)控砧木或接穗的表型[34]。在本試驗(yàn)中嫁接后代出現(xiàn)表型差異，可能是因?yàn)檎枘竞徒铀脒z傳物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)移和整合，傳遞到嫁接后代的種子中并保留，使后代的表型出現(xiàn)差異。

FENG 等[35]研究表明：嫁接可以改變果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)，以枸杞作為砧木可以顯著提高番茄的果實(shí)纖維和可溶性糖含量，降低維生素C 含量。在葡萄[36]和西瓜[37]的嫁接試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：不同砧穗組合對(duì)植株果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)的影響不同。上述的結(jié)果中，嫁接使得當(dāng)代果實(shí)品質(zhì)發(fā)生變化，這可能是由于砧穗間激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及環(huán)境調(diào)控所引起的[34]。在本試驗(yàn)中，嫁接后代也表現(xiàn)出差異：嫁接提高黃砧果實(shí)中的可溶性蛋白、可溶性糖、類胡蘿卜素以及番茄紅素含量；也提高紅砧果實(shí)中的可溶性蛋白、維生素C 和類胡蘿卜素含量。有研究表明：重金屬離子會(huì)轉(zhuǎn)移到植物的葉綠體和線粒體等代謝活性較高的細(xì)胞器中，從而對(duì)植物產(chǎn)生毒害[38]；但是嫁接能緩解這種毒害，因?yàn)椴糠种亟饘匐x子能夠被其他物質(zhì)鰲合[39]，從而促進(jìn)當(dāng)代果實(shí)可溶性固形物、可溶性糖和維生素C 含量的積累[40]。有學(xué)者預(yù)測：嫁接當(dāng)代某些信號(hào)物質(zhì)能夠指導(dǎo)DNA 傳遞給后代并進(jìn)行遺傳修飾，如染色質(zhì)結(jié)構(gòu)變化和DNA 甲基化等[14]，該預(yù)測與本試驗(yàn)的結(jié)果一致，但是其重復(fù)性有局限，需要進(jìn)一步研究。嫁接當(dāng)代的RNA 和蛋白質(zhì)經(jīng)長途運(yùn)輸后能否將其攜帶的遺傳信息傳遞到子代中需進(jìn)行深入地研究。

嫁接能夠形成新的木質(zhì)部和韌皮部，且顯著降低植物中的Cd 含量，可能是因?yàn)檎杷腴g韌皮部結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化[41]或嫁接使金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因表達(dá)上調(diào)促使Cd 進(jìn)入液泡或內(nèi)膜系統(tǒng)，從而促進(jìn)根部Cd的隔離并且降低Cd 從根部向地上部分的運(yùn)輸[42]。在對(duì)嫁接后代的研究中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)樹番茄嫁接到3種不同的砧木上時(shí)，嫁接后代幼苗各個(gè)部位中的Cd 含量均下降[15]；當(dāng)進(jìn)行不同的自根嫁接處理時(shí)，降低了硫磺菊嫁接后代幼苗各器官中的Cd 含量[43]；也降低了大豆嫁接后3 個(gè)世代植株的Cd 含量[17]。在本試驗(yàn)中，嫁接降低黃砧葉片和果實(shí)中的Cd 含量；也降低紅砧果實(shí)中Cd 含量。上述結(jié)果與本試驗(yàn)中Cd 含量的變化一致。地上部Cd 含量減少可能的原因?yàn)椋阂皇侵仓旮繉?duì)Cd的固定作用；二是嫁接使植株木質(zhì)部對(duì)Cd 特異性裝載發(fā)生變化。

4 結(jié)論

在Cd 污染(10 mg/kg)的土壤中，將黃色櫻桃番茄和紅色櫻桃番茄相互嫁接，其嫁接后代果實(shí)中黃砧和紅砧果實(shí)品質(zhì)的提高程度大于黃穗和紅穗，并且黃砧和紅砧果實(shí)中的Cd 含量均顯著下降。說明相互嫁接提高砧木嫁接后代的果實(shí)品質(zhì)，降低果實(shí)中Cd 含量，為茄果類蔬菜的安全生產(chǎn)提供了理論基礎(chǔ)，并且為育種材料的創(chuàng)制提供了新的途徑。