嫁接对铜胁迫下黄瓜幼苗生长和光合特性的影响

姜自红+刘中良

摘要：通过营养液栽培黄瓜，研究铜（Cu）胁迫下黄瓜幼苗生长和光合特性的影响。结果表明，黄瓜幼苗的生长受到Cu胁迫抑制，黄瓜幼苗地下部与地上部干质量显著下降，嫁接可以显著降低Cu胁迫对黄瓜幼苗的抑制作用。在Cu胁迫下，嫁接苗叶片中叶绿素含量、类胡萝卜素含量、气孔导度（Gs）均显著高于自根苗，因而具有较高的净光合速率（Pn）。Cu胁迫处理使 Pn和Gs显著下降，而Ci无显著变化，Cu胁迫下Pn下降是由非气孔因素引起的。表明嫁接可以提高Cu胁迫下黄瓜幼苗叶绿素、类胡萝卜素含量，提高黄瓜幼苗的光合速率，从而提高黄瓜幼苗抗铜胁迫能力。

关键词：嫁接；铜胁迫；砧木；光合速率

中图分类号： S642.201

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0201-03

铜（Cu）是植物生长发育所必需的微量营养元素，过量Cu会干扰细胞代谢和离子平衡，对植物产生毒害作用[1]。铜矿开采、污水灌溉、含Cu杀菌剂、农药和化肥的施用使农田土壤中含Cu量逐年升高，对植物和土壤微生物产生毒害，严重威胁着农产品的产量和质量安全[2]。

蔬菜嫁接技术是随着保护地蔬菜栽培的发展而兴起的一项新技术，具有增强作物的抗逆性[3-4]、提高吸收能力[5-6]、增加内源激素的合成量、降低污染物的吸收[7]、提高作物的抗盐能力[8]和水分利用效率[9]及产量[10]等优点。近年来，关于Cu胁迫在番茄、辣椒、甜瓜、萝卜[11-14]等蔬菜上研究已见报道，Cu胁迫对黄瓜等效应研究鲜见报道。黄瓜是对Cu敏感的一类作物，然而有些种类对Cu有很高的耐性和富集性，因此可以利用嫁接技术，将作物嫁接到耐Cu性强的砧木上，以减轻Cu胁迫对黄瓜作物地上部的伤害。本试验以新土佐南瓜作砧木嫁接黄瓜，通过营养液栽培探究铜胁迫对黄瓜幼苗生长和光合特性的影响，研究砧木嫁接对黄瓜幼苗耐铜胁迫能力的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验用南瓜砧木新土佐于2014年8月10日播种，接穗黄瓜津优39于8月12日播种。常规管理，8月21日嫁接。待黄瓜接穗生长至3叶1心时（9月9日），选取生长整齐健壮的黄瓜幼苗定植至栽培槽中，栽培槽规格为：长5 m、宽 0.4 m、高0.1 m，内有营养液150 L，按照株距20 cm、行距 25 cm 定植2行。营养液配方为大量元素[15]和微量元素，pH值保持在5.5～6.5，定植缓苗2 d后开始处理。试验设4个处理，分别为自根苗（U0）、自根苗+Cu（U40）、嫁接苗（G0）、嫁接苗+Cu（G40），Cu浓度为40 μmol/L，用CuSO4·5H2O调节。试验设3次重复，12个处理，每个处理40株，胁迫处理 7 d，第4天更换1次营养液。

1.2 测定方法

Cu胁迫后7 d后从上往下选取黄瓜植株第2张平展叶测叶绿素、类胡萝卜素含量、电解质渗漏率和光合参数。叶绿素、胡萝卜素含量采用分光光度法测定[16]；采用美国LI-COR公司生产的LI-6400光合仪测定净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和胞间CO2浓度（Ci），测定条件需要室内光源强度、CO2浓度分别为600 μmol/（m2·s）、370 μmol/mol，温度为25 ℃。

1.3 数据统计

用SAS软件Duncans多重比较法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 嫁接对Cu胁迫下黄瓜幼苗生长的效应

处理7 d后，测定黄瓜植株地上部、地下部干质量（图1）。在正常生长条件下，嫁接苗与自根苗地上部干质量与地下部干质量均无显著差异。Cu胁迫显著影响黄瓜植株的生长，处理7 d后，U40处理较U0处理地上部、地下部干质量分别下降了25.23%、32.35%，而G40处理较G0处理分别下降了13.39%、19.44%，结果表明，嫁接可以显著缓解Cu胁迫对黄瓜植株的抑制作用。

2.2 嫁接对Cu胁迫下黄瓜幼苗光合色素的影响

Cu胁迫处理显著降低黄瓜幼苗叶片叶绿素含量，自根苗叶绿素含量下降了 41.77%，嫁接苗叶绿素含量仅下降 23.86%，表明嫁接苗叶片叶绿素含量受Cu胁迫影响较小，抵御Cu胁迫的能力较强。无论是在Cu胁迫还是正常条件下，嫁接苗的叶片叶绿素含量均显著高于自根苗，嫁接苗在正常生长条件下比自根苗高 11.39%，而在Cu胁迫条件下高45.65%（图2-a）。

从图2-b可以看出，嫁接苗叶片类胡萝卜素含量在正常生长条件下和Cu胁迫条件下均显著高于自根苗，分别比自根苗高9.38%、31.82%；在Cu胁迫条件下，黄瓜幼苗叶片类胡萝卜素含量显著降低，自根苗类胡萝卜素含量下降了 31.25%，而嫁接苗类胡萝卜素仅下降了17.14%。

2.3 嫁接对Cu胁迫下黄瓜幼苗净光合速率的影响

Cu胁迫显著抑制黄瓜幼苗叶片的Pn。从图3可以看出，与正常生长相比，Cu处理自根黄瓜叶片Pn降低了 23.88%，而嫁接黄瓜叶片Pn下降了10.52%。嫁接苗在正常生长条件下和Cu胁迫下Pn分别比自根苗高8.53%、 26.90%，嫁接苗在Cu胁迫下维持较高的Pn保证了光合产物的供给，提高了黄瓜耐Cu性。

2.4 嫁接对Cu胁迫下黄瓜幼苗气孔导度和胞间CO2浓度的影响

在正常生长条件下，嫁接苗和自根苗叶片气孔导度无显著差异，而在Cu胁迫条件下，嫁接苗的气孔导度显著高于自根苗，气孔导度比自根苗高25.0%；Cu胁迫使黄瓜幼苗叶片气孔导度显著降低，自根苗、嫁接苗分别下降了36.0%、200%（图4-a）。

无论在正常生长条件下还是在Cu胁迫条件下，嫁接苗叶片胞间CO2浓度与自根苗均无显著差异（图4-b）。Cu处理下黄瓜幼苗叶片胞间CO2浓度与正常生长条件下差异不显著，自根苗、嫁接苗分别仅下降了2.99%、3.48%。

3 讨论与结论

植物生长受抑制是重金属毒害作用的明显特征[17]。Cu胁迫在植物上的主要体现就是生长量的变化，特别表现在生长受抑制、生物量积累下降[18-19]。本试验中，Cu胁迫显著降低了嫁接和自根苗地上部和根系的生长量。在Cu胁迫下，嫁接苗的生物量显著高于自根苗，表明嫁接苗比自根苗具有更高耐Cu胁迫能力。

植物生产力的主要因素就是光合作用，叶绿素是植物进行光合作用的重要色素，其含量高低与光合强弱密切联系。过量的Cu抑制植物的光合作用和光合色素的合成[20]。类胡萝卜素主要功能是进行光合作用、清除自由基和活性氧、延缓植株衰老[21]。本试验中，Cu胁迫处理黄瓜幼苗的叶绿素和类胡萝卜素含量显著下降，原因是Cu进入植物体内使叶绿体酶活性比例失调，致使叶绿素分解加快[22]；同时，过量的Cu降低了叶片、叶绿体、质体中Fe、Mg的含量，低Fe含量影响叶绿素的合成和叶绿体的结构[23]；此外，与叶绿体中蛋白质上的巯基结合，或取代其中的 Fe2+、Zn2+、Mg2+，使叶绿素蛋白中心离子组成发生变化而导致叶绿素的合成下降[24]。本研究中嫁接苗叶片中叶绿素、类胡萝卜素含量明显高于自根苗，表明嫁接苗所受的Cu胁迫伤害程度轻，嫁接减轻了Cu胁迫对黄瓜幼苗的胁迫效应。

叶片光合速率的降低由气孔、非气孔2个因素引起，判定依据主要是Ci、Gs的变化方向。本研究表明，Cu胁迫下Pn、Gs显著下降，而Ci无显著变化，表明Cu胁迫下Pn下降是由非气孔因素引起的，与前人的研究结论[18]一致。本试验中虽然在Cu胁迫下，嫁接和自根苗叶片中Ci无显著差异，然而嫁接苗的Pn、Gs显著高于自根苗，表明自根苗受到更为严重的非气孔限制因素的影响，嫁接可以提高Cu胁迫下植株的光合速率，本结果与前人研究结论[25]一致。

利用新土佐南瓜砧木嫁接可以提高Cu胁迫下黄瓜幼苗光合色素含量，进而提高黄瓜幼苗的光合速率，从而提高黄瓜幼苗抗铜胁迫能力。

参考文献：

[1]潘瑞炽. 植物生理学[M]. 6版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]宋 婕. 黄瓜根尖边缘细胞对铜胁迫的响应机制研究[D]. 杭州：浙江大学，2014.

[3]李 瑶. 嫁接提高甜瓜耐低温生理机制的研究[D]. 长春：吉林大学，2014.

[4]王水霞，崔世茂，付崇毅，等. 高温逆境下嫁接辣椒耐热性的研究[J]. 华北农学报，2012，27（1）：155-158.

[5]袁亭亭，宋小艺，王忠宾，等. 嫁接与施肥对番茄产量及氮、磷、钾吸收利用效率的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2011，17（1）：131-136.

[6]赵 娟，沈 佳，程春燕，等. 嫁接对黄瓜光合特性及矿质元素吸收的影响[J]. 中国瓜菜，2014，27（4）：10-13.

[7]Otani T，Seike N. Comparative effects of rootstock and scion on dieldrin and endrin uptake by grafted cucumber（Cucumis sativus）[J]. Journal of Pesticide Science，2006，31（3）：316-321.

[8]吴雪霞，查丁石，朱宗文，等. 嫁接提高植物耐盐性研究进展[J]. 中国农学通报，2011，27（2）：75-78.

[9]Cohen S，Naor A. The effect of three rootstocks on water use，canopy conductance and hydraulic parameters of apple trees and predicting canopy from hydraulic conductance[J]. Plant Cell and Environment，2002，25（1）：17-28.

[10]Ruiz J M，Romero L. Nitrogen efficiency and metabolism in grafted melon plants[J]. Scientia Horticulturae，1999，81（2）：113-123.

[11]李晓云，王秀峰，吕乐福，等. 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系抗坏血酸-谷胱甘肽循环的影响[J]. 应用生态学报，2013，24（4）：1023-1030.

[12]盛积贵，李晓梅，窦三丰. 铜胁迫对辣椒种子发芽及其幼苗生长的影响[J]. 北方园艺，2013（7）：22-24.

[13]谭明明，张新英，付秋实，等. 嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗生理特性的影响[J]. 应用生态学报，2014，25（12）：3563-3572.

[14]韩春梅. 铜胁迫对萝卜幼苗根系生理生化指标的影响[J]. 江苏农业科学，2010（1）：179-180.

[15]Rouphael Y，Cardarelli M，Rea E，et al. Grafting of cucumber as a means to minimize copper toxicity[J]. Environmental and Experimental Botany，2008，63（1/2/3）：49-58.

[16]李 玲. 植物生理学模块实验指导[M]. 北京：科学出版社，2009.

[17]Groppa M D，Zawoznik M S，Tomaro M L，et al. Inhibition of root growth and polyamine metabolism in sunflower （Helianthus annuus） seedlings under cadmium and copper stress[J]. Biological Trace Element Research，2008，126（1/2/3）：246-256.

[18]王丽娜. 外源NO对铜胁迫下番茄幼苗生理生化特性的影响[D]. 泰安：山东农业大学，2010.

[19]邵兴华，张建忠，林国卫，等. 铜胁迫对油麦菜生长和土壤酶活性的影响[J]. 中国农学通报，2010，26（4）：157-161.

[20]Fernandes J C，Henriques F S. Biochemical，physiological，and structural effects of excess copper in plants[J]. The Botanical Review，1991，57（3）：246-273.

[21]张艳艳，刘 俊，刘友良. 一氧化氮缓解盐胁迫对玉米生长的抑制作用[J]. 植物生理与分子生物学学报，2004，30（4）：455-459.

[22]Parasad M，Hagemeyer J. Heavy metal stress in plants：from moleculers to ecosystems[M]. Berlin：Springer，1999：117-138.

[23]林义章，张淑媛，朱海生. 铜胁迫对小白菜叶肉细胞超微结构的影响[J]. 中国生态农业学报，2008，16（4）：948-951.

[24]李永杰，李吉跃，方晓娟，等. 铜胁迫对白蜡幼苗叶绿素含量及光合特性影响[J]. 东北林业大学学报，2010，38（6）：35-37.

[25]谭明明，贺忠群，郑万刚. 嫁接对铜胁迫下甜瓜幼苗光合特性与矿质元素吸收的影响[J]. 华北农学报，2014，29（5）：186-192.王彩霞，张 文，卢丽兰，等. 硒锌交互对蕹菜矿质营养的影响[J]. 江苏农业科学，2016，44（4）：204-206.