嫁接技术在葫芦科作物中的应用

陈亚丽 ，朱为民 ，刘龙洲

（1.上海市农业科学院园艺研究所/上海市设施园艺技术重点实验室，上海，201106；2.南京农业大学园艺学院/农业部南方蔬菜遗传改良重点开放实验室）

葫芦科作物在世界园艺作物生产中占有非常重要的地位，西瓜、甜瓜、黄瓜、南瓜等作物栽培面积逐年增大。据统计，2009年我国西瓜种植面积达221万hm2，总产量6 820万t，分别占世界西瓜总种植面积和总产量的58%和68%；2009年我国甜瓜播种面积达59万hm2，总产量1 462万t，分别占世界甜瓜总播种面积和总产量的46%和53%[1]。我国是世界上西甜瓜生产大国，随着人们消费需求的增加，西甜瓜栽培面积也不断扩大，设施面积增加尤为明显；但连作障碍、土传病害（枯萎病等）和温室土壤盐渍化使其大面积种植、大批量生产受到限制，尤其是严重影响设施生产的可持续发展。目前嫁接技术是有效实现葫芦科植物连作、克服土传病害和减轻设施土壤次生盐渍化为害的首选技术。

1 嫁接技术的定义及方法

嫁接是一门古老而又新兴的技术，历史悠久，Juniper等[2]认为嫁接起源于波斯，但没有直接证据。嫁接可以理解为植株间组织通过相互融合[3]，最后组合成单一的有机体；它是一种非常重要的技术，使得植物的异地引种成为可能[2]。嫁接是植物进行人工营养繁殖的方法之一，即将植物体的芽或枝接到另一个植物体的适当部位，使两者接合成为一个新植物体的技术。接上去的芽或枝，叫做接穗；被接的植物体，叫做砧木或台木。接穗一般选用具2～4片叶的苗，嫁接后嫁接植株的接穗构成了植物体的上部或顶部，即地上部分，其生长所需的水分、矿质养分来自于砧木；砧木构成了植物体的根系部分，即地下部分，其所需的同化产物则由接穗同化器官供给；若砧木留有叶片，则供给砧木的同化物来自于砧木与接穗双方的叶片。目前生产上应用的嫁接方法有很多，包括靠接、插接、劈接、顶插接、贴接等，针对不同的作物应采用不同的嫁接方法，以提高作物成活率。林燚等[4]研究认为，断根嫁接法与顶插接法相比，无论是在西瓜幼苗成活率、生长势，还是品质方面，前者表现均优于后者。而陈慧[5]认为，采用劈接法嫁接的植株成活率高，苗子质量好，定植后生长势旺盛，作物产量高。笔者调查发现，在实际生产中黄瓜以劈接法为主，而西瓜、甜瓜则以靠接法应用较为普遍。

总的来说，现代蔬菜嫁接主要利用的是嫁接对葫芦科蔬菜作物的改良作用，通过嫁接可以增强葫芦科作物的抗病性、抗旱性、抗冷性、耐盐性等，提高产量、改良品质及改善根系的吸收功能，解决连作障碍，以达到高产、稳产的目的[6]。目前嫁接研究已逐步从生理方面深入到基因水平上，旨在确定植物中物质的运输和转移机制，例如开花刺激物成花素的研究[7]、生长物质如细胞分裂素从根部向茎部的转移[8]、RNA 的转移[9]等。

2 嫁接技术在葫芦科作物上的应用现状

2.1 嫁接在甜瓜上的应用

甜瓜嫁接目前在我国北方薄皮甜瓜区、中部安徽和县、河南洛阳等厚薄皮甜瓜混杂种植区的大田生产中广泛应用。生产上应用较多的甜瓜砧木有南瓜、冬瓜、甜瓜共砧，其中南瓜砧木抗病能力较强，应用最广[10]。目前有关甜瓜嫁接方面的研究主要集中在砧木选择、嫁接方法、抗病、产量和品质上，尤其在薄皮甜瓜上已经开展了大量的研究[11，12]，且大多数研究表明嫁接能提高甜瓜植株的抗逆性，增强植株生长势等。齐红岩等[13]研究一致认为，嫁接能显著增加薄皮甜瓜的产量，且能降低枯萎病的发生率，但是一些砧木嫁接甜瓜后会引起成熟果实中可溶性固形物的含量降低。

许多学者研究认为，采用不同砧木品种嫁接甜瓜植株后会使其产量有不同程度的提高，坐果率增加，果个变大、单果质量及产量均有所增加，但果实品质会发生变化[13，14]。Bletsos等[15]比较了以南瓜为砧木的嫁接甜瓜和实生甜瓜果实中可溶性固形物含量，发现嫁接早期和后期甜瓜果实中可溶性固形物的含量均明显提高。魏敏等[16]研究认为，嫁接甜瓜成熟果实中总糖、蛋白质以及维生素C含量较自根苗果实明显下降，而有机酸含量上升，果实品质下降。张娥珍等[11]在探讨不同砧木品种对薄皮甜瓜生长发育、产量及品质的影响时，分别以3个南瓜品种（壮士1白籽南瓜、壮士2白籽南瓜、铁木砧）、1个甜瓜品种（甜砧1号）为砧木与广蜜1号薄皮甜瓜品种嫁接进行比较试验。试验结果表明，无论是在嫁接成活率、抗病性还是在产量方面，嫁接苗与自根苗相比均表现优越，且各嫁接组合在果实质地、口感、风味上差异明显。因此在甜瓜嫁接中要加强砧木品种的筛选，选择一批既能增加产量又对其果实品质无影响的砧木种质作为甜瓜嫁接的专用砧木。

嫁接在厚皮网纹甜瓜上开展的研究较少，主要研究嫁接后的抗病、果实糖度、抗逆性等方面。王毓洪等[17]以新土佐、灰甘瓜、全能铁甲南瓜、甬砧3号甜瓜为砧木嫁接拿玻里网纹甜瓜的研究表明，嫁接使植株的抗病性显著提高，尤其对枯萎病的防效高达100%，对白粉病的防效也有所提高，综合抗性增强。许传强等[18]研究发现，嫁接降低了网纹甜瓜中果糖、葡萄糖及总糖含量，使网纹甜瓜中性转化酶（NI）和酸性转化酶（AI）的活性降低，而蔗糖磷酸合成酶（SPS）和蔗糖合成酶（SS）的活性提高。董玉梅等[19]选用全能铁甲为砧木嫁接鲁厚甜1号，以自根苗为对照，分别低温弱光处理4 d进行研究，结果表明嫁接苗冷害指数较自根苗低；叶片中可溶性糖、脯氨酸含量明显高于自根苗，且在胁迫后其增加幅度较自根苗大，说明嫁接能明显提高厚皮甜瓜的耐寒性。

2.2 嫁接对西瓜的影响

西瓜嫁接目前在全国大田生产中广泛应用。西瓜嫁接生产上应用的砧木主要有瓠瓜、南瓜、冬瓜以及西瓜共砧等，考虑到对西瓜品质的影响以及砧木自身抗病、耐逆能力的大小，瓠瓜和南瓜砧木应用较多，效果较好[10]。以往对西瓜嫁接开展的研究主要涉及嫁接对其产量、生长势、果实糖分等影响。刘慧英等[20]研究认为，嫁接西瓜与自根苗相比果实糖分含量明显降低，并发现砧木可能主要通过影响果实发育时期各种酶活性来影响糖分的积累。尚丽蓉等[21]发现，以非洲西瓜为砧木能明显地提高西瓜品质；而倪秀红等[22]研究发现，各砧木嫁接后使得西瓜瓜皮有不同程度的增厚。Alexopoulos等[23]将西瓜分别嫁接到4种不同砧木上，结果表明，嫁接能增加西瓜果实大小，提高产量，但同时会使西瓜果皮变厚，可溶性固形物含量下降。很多农民认为，嫁接导致西瓜糖度下降、口感不适、瓜瓤内出现筋腐、成熟期推迟等问题，在生产实践中，确实不能忽视嫁接对西瓜品质产生不良影响的缺点。笔者认为，不同砧穗组合差异较大，优质的砧木品种是克服以上嫁接缺点的关键。

2.3 嫁接对黄瓜的影响

黄瓜是葫芦科中最早使用嫁接技术的蔬菜之一。目前黄瓜嫁接生产上应用的砧木主要是南瓜、瓠子、西葫芦等，其中以南瓜居多，且效果较明显。以往对于黄瓜嫁接开展的研究主要涉及嫁接对其产量、生长势、抗逆（耐盐碱）性等方面的影响。

近几年，随着土壤盐渍化程度的加剧，黄瓜嫁接在耐盐性方面研究较多。黄瓜属于盐敏感型作物[24]，因此常选用耐盐性相对较强的南瓜和葫芦等作为砧木，以提高作物的耐盐能力[25]。张自坤等[26]研究了NaCl胁迫条件下，以DTT-RS、改良火凤凰、崛京隆、火凤凰、优清台木、黑籽南瓜为砧木嫁接黄瓜，其嫁接苗叶片光合特性参数、保护酶活性、渗透调节物质含量均高于自根苗，而电解质渗透率和MDA含量均低于自根苗，表明嫁接苗具有较强的耐盐能力，且不同砧木嫁接苗的耐盐能力不同。还有研究者认为，NaCl对植株的伤害是通过破坏细胞膜系统，引起膜脂过氧化从而对植株造成直接原初伤害[27，28]，而嫁接能够改善植株根系对养分和水分的吸收，从而提高根系的吸收能力。多数研究发现，盐胁迫条件下黄瓜植株可以通过阻止Na＋向地上部运输和在液泡中积累 Na＋来减轻 Na＋的毒害[29～35]。

2.4 嫁接对其他瓜类的影响

嫁接技术在其他葫芦科作物上的应用也有相关研究报道。陈贵林等[36]研究发现，在低温胁迫下，西葫芦自根苗和嫁接苗的光合能力显著下降，但嫁接苗的各项光合指标均显著高于自根苗。林立金等[37]也发现，嫁接能提高苦瓜的光合速率，改善果实品质。万春凤[38]研究发现，嫁接能显著提高苦瓜对枯萎病和霜霉病的抗性，提高果实中维生素C含量以及可溶性糖、蛋白质含量，改善作物品质。马济民[39]在研究不同砧木对苦瓜嫁接影响时发现，分别以银光、双依2个丝瓜品种和黑籽南瓜与苦瓜碧秀进行嫁接试验，结果表明，3种砧木嫁接成活率均达到90%以上，其中以银光为砧木最好，且嫁接能明显增加作物产量。

3 葫芦科嫁接技术的分子机理研究进展

嫁接是如何提高葫芦科作物抗逆性、使其增加养分吸收、提高产量；以及为什么有些砧木和接穗组合表现极强的嫁接优势等问题，一直困扰着广大科学研究者。随着各类研究技术，尤其是蛋白、分子基因类试验技术的发明，也大大促进了研究者对于以上课题研究的步伐。李跃建等[40]用双向电泳和质谱技术分析探讨黄瓜嫁接苗比自根苗抗病抗逆性好、光合能力强的机理研究发现，嫁接苗中产生的R蛋白和鲨烯合酶能促进叶绿体合成并提高光合利用率。津优1号嫁接黄瓜在感病后，通过信号识别，进一步传导诱导植物的防卫反应基因表达，在其叶片中产生H8抗病相关蛋白从而表现出抗病反应[41]。Turnbull等[42]最近成功地实现了拟南芥的嫁接，为快速分析植物地上部分和地下部分之间生长发育信号的长距离传递特征提供了有益的参考。Sandra等[43]以2个不同的烟草品种Petit Havana（PH；Pt-spec:gfp）和 SamsunNN （SNN；Nuc-kan:yfp）进行嫁接，其中Nuc-kan:yfp植株细胞核基因组中携带卡纳微素抗性基因（nptII）和黄色荧光蛋白基因（yfp）；而 Pt-spec:gfp植株质体基因组中（叶绿体）包含奇放线菌素抗性基因（aadA）和绿色荧光蛋白基因（gfp）。通过正接和反接，并以野生株作为对照，利用RNA印迹和基因组多态性分析证明了嫁接株产生了抗性细胞，并且细胞可通过胞间连丝进行大的DNA片段的移动，然而这些仅限于嫁接体连接的组织部位。这表明了嫁接能够引起植物大的DNA片段或整个质体基因组的交换，嫁接植物体细胞间遗传物质的流通为嫁接技术在基因水平上的研究提供了可能。

目前，各种分子技术包括SSR、ISSR、SRAP、AFLP等在葫芦科作物上的应用越来越广泛，对于各种作物的遗传图谱构建、标记与定位目的基因、标记辅助选择育种等有了较深入的研究；鉴于其他植物体嫁接研究，我们可以借鉴其方法来进一步研究葫芦科作物嫁接过程中的分子机理，例如通过各种分子技术筛选影响嫁接的差异片段、控制嫁接亲和性的基因等，总之更多的嫁接相关的分子机理研究正蓄势待发。

4 嫁接技术的发展趋势及存在的问题

嫁接技术在葫芦科作物的生产中起着非常重要的作用，它不但可以解决以往不能解决的问题,比如一些土传病害、作物自毒、病毒病等连作障碍，还可以增加作物产量、改良作物品质，但是在加大推广力度的同时，仍有一些问题亟待解决。

人们对各种嫁接方法的看法还未统一，可能是受当地气候条件的限制，或砧木接穗的不同而引起的。目前应用的砧木种类和品种较多，但适合不同品种的理想嫁接砧木还很缺乏，尤其是对于适合西甜瓜嫁接的砧木品种；因此在广泛收集砧木资源，并进一步筛选、鉴定和选配的基础上，应培育亲和力强、抗枯萎病且兼抗多种病害、能改善接穗品质的砧木品种；同时注意筛选出适合不同气候、不同季节、不同地域、不同栽培条件的葫芦科作物通用砧木品种。国家科研主管部门应加大对嫁接技术和机理课题的资助力度；根据我国农村劳动力成本增加、劳动力年龄偏大等情况，嫁接机械的研发和推广也是迫切需要解决的问题。

[1]别之龙.我国西瓜甜瓜嫁接育苗产业发展现状和对策[J].中国瓜菜，2011，24（2）∶68-71.

[2]Juniper B E,Maberly J.The story of the apple[M].Portland:Timber Press,2006.

[3]Pina P,Errea P.A review of new advances in mechanism of graft compatibility-incompatibility[J].Scientia Hort,2005,106:1-11.

[4]林燚，杨喻斌，朱正斌.不同嫁接方法对早佳嫁接西瓜产量的影响[J].上海蔬菜，2005（3）∶74-75.

[5]陈慧.西瓜嫁接抗病增产增效试验[J].西昌学院学报∶自然科学版，2004，18（4）∶107-108.

[6]杨立飞.利用耐盐砧木培育的嫁接黄瓜耐盐生理生化特性研究[D].南京∶南京农业大学，2000.

[7]Zeevaart J.Florigen coming of age after 70years[J].Plant Cell,2006,18:1 783-1 789.

[8]Foo E,Morris S E,Parmenter K,et al.Feedback regulation of xylem cytokinin content is conserved in pea and Arabidopsis[J].Plant Physiol,2007,143:1 418-1 428.

[9]Tournier B,Tabler M,Kalantidis K.Phloem flow strongly influences the systemic spread of silencing in GFP Nicotiana benthamiana plants[J].The Plant Journal,2006,47:383-394.

[10]刘广，羊杏平，徐锦华，等.西瓜甜瓜嫁接栽培技术研究进展[J].中国瓜菜，2009（1）∶28-31.

[11]张娥珍，樊学军，洪日新.不同砧木对薄皮甜瓜生长、产量及品质的影响[J].广西农业科学,2009，40（9）∶1 212-1 214.

[12]魏宏贺，高崇娟.低温胁迫对甜瓜嫁接苗抗逆生理指标的研究[J].北方园艺，2006（1）∶23-24.

[13]齐红岩，李天来，刘轶飞.嫁接对薄皮甜瓜光合特性、产量与含糖量的影响[J].沈阳农业大学学报，2006，37（2）∶155-158.

[14]高军红，廖华俊.嫁接对西瓜果品品质的影响[J].中国瓜菜，2006（5）∶12-14.

[15]Bletsos F A.Use of grafting and calcium cyanamide as alternatives to methyl bromide soil fumigation and their effects on growth,yield,quality and Fusarium wilt control in melon[J].Journal of Phytopathology,2005,153(3):155-161.

[16]魏敏，齐红岩，里程辉.嫁接对薄皮甜瓜养分吸收和果实品质的影响[J].沈阳农业大学学报，2006，37（3）∶437-441.

[17]王毓洪，李林章，黄芸萍，等.不同砧木嫁接网纹甜瓜试验[J].中国瓜菜，2005（6）∶25-27.

[18]许传强，李天来，齐红岩.嫁接对网纹甜瓜果实发育、糖含量及蔗糖代谢相关酶活性的影响[J].园艺学报，2006，33（4）∶773-778.

[19]董玉梅，焦自高，王崇启，等.低温弱光胁迫对网纹甜瓜嫁接苗与自根苗某些物质含量的影响[J].山东农业大学学报∶自然科学版，2005，36（1）∶67-69.

[20]刘慧英，朱祝军，钱琼秋，等.砧木对小型早熟西瓜果实糖代谢及相关酶活性的影响[J].园艺学报，2004，31（1）∶47-52.

[21]尚丽蓉,杨安平.非洲西瓜砧对西瓜主要经济性状的影响[J].河南农业科学，2004，2（4）∶56-58.

[22]倪秀红，严秀琴.不同砧木嫁接西瓜的试验初报[J].上海农业科技，2004（1）∶68-69.

[23]Alexopoulos A A,Kondylis A,Passam H C.Fruit yield and quality of watermelon in relation to grafting[J].Journal of Food Agriculture and Environment,2007,5(1):178-179.

[24]Alpaslan M,Gunes A.Interactive effects of boron and salinity stress on the growth,membrane permeability and mineral composition of tomato and cucumber plants[J].Plant Soil,2001,236:123-128.

[25]朱进.嫁接提高黄瓜幼苗耐盐性的生理机制研究 [D].武汉∶华中农业大学，2008.

[26]张自坤，刘世琦，张强，等.根结线虫对不同砧木黄瓜嫁接苗生理生化指标的影响[J].山东农业科学，2009（7）∶82-86.

[27]Garca-Legaz M F,Lpez-Gmez E,Mataix-Beneyto J,et al.Physiological behaviour of loquat and anger rootstocks in relation to salinity and calcium addition[J].Journal of Plant Physiology,2008,165(10):1 049-1 060.

[28]Lpez-Gmez E,San Juan M A,Diaz-Vivancos P,et al.Effect of rootstocks grafting and boron on the antioxidant systems and salinity tolerance of loquat plants(Eriobotryajaponica LindⅡ)[J].Environmental and Experimental Botany,2007,60(2):151-158.

[29]Gebauer J,El-Sidding K,Salih A A,et al.Tamarindus indica L.seedlings are moderately salt tolerant when exposed to NaCl-induced salinity[J].Sci Hort,2004,103:1-8.

[30]Yang Y,Jiang D A,Xu H X,et al.Cyclic electron flow around photosystemⅠis required for adaptation to salt stress in wild soybean species Glycine cyrtoloba ACC547[J].Biol Plant,2006,50:586-590.

[31]Fernandez-Garcia N,Martinez V,Carvajal M.Effect of salinity on growth,mineral composition,and water relations of grafted tomato plants[J].J Plant Nutr Soil Sci,2004,167:616-622.

[32]Camara-Zapata J M,Garcia-Sanchez F,Martinez V,et al.Effect of NaCl on citrus cultivars[J].Agronomie,2004,24:155-160.

[33]Saqib M,Akhar J,Qureshi R H.Na＋exclusion and salt resistance of wheat(Triticum aestivum)in saline-waterlogged conditions are improved by the development of adventitious nodal roots and cortical root aerenchyma[J].Plant Sci,2005,169:125-130.

[34]Estan M T,Martinez-Rodriguez M M,Perez-Alfocea F,et al.Grafting raises the salt tolerance of tomato through limiting the transport of sodium and chloride to the shoot[J].J Exp Bot,2005,56:703-712.

[35]Apse M P,Blumwald E.Na＋transport in plants[J].FEBS Lett,2007,581:2 247-2 254.

[36]陈贵林，乜兰春，李建文，等.低温胁迫对西葫芦嫁接苗光合特性的影响[J].上海农业学报，2000，16（1）∶42-45.

[37]林立金，徐精文，朱雪梅，等.嫁接对苦瓜光合生理及代谢产物的影响[J].陕西农业科学，2005（5）∶28-31.

[38]万春凤.不同砧木嫁接对苦瓜品质及抗病性的影响[J].安徽农业科学，2009，37（2）∶559-588.

[39]马济民.不同砧木对苦瓜嫁接的影响[J].长江蔬菜，2010（2）∶33-34.

[40]李跃建，梁根云，刘小俊，等.黄瓜嫁接苗和自根苗的蛋白质组学研究[J].园艺学报，2009，36（8）∶1 147-1 152.

[41]Radwan O,Gandhi S,Heesacker A,et al.Genetic diversity and genomic distribution of homologs encoding NBS2LRR disease resistance proteins in sunflower[J].Molecular Genetics and Genomics,2008,280:111-125.

[42]Turnbull C G N,Booker J P,Leyser H M O.Micrografting techniques for testing long-distance signalling inArabidopsis[J].Plant J,2002,32:255-261.

[43]Stegemann S,Bock R.Exchange of genetic material between cells in plant tissue grafts[J].Science,2009,324:649-651.