胼胝质介导生长素调控黄瓜/南瓜嫁接苗共生亲和性的生理机制及其应用

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黄瓜(Cucumis sativus L.)是设施栽培的一种主要的蔬菜作物。嫁接不仅能够提高黄瓜抗逆性并克服土壤连作障碍,还能明显提高黄瓜产量。在我国有55%的黄瓜生产采用嫁接,而砧木和接穗的嫁接亲和性是影响嫁接目标实现的前提。嫁接亲和性是指嫁接后伤口的愈合程度与速度,亲和性好则愈合速度愈快,成活率更高;共生亲和性指的是嫁接成活后砧木和接穗在各种生理代谢方面的协调性。目前,关于黄瓜嫁接亲和性机理的研究大多停在砧木的应用,对于如何提高嫁接亲和力的研究鲜有报道。本试验选择两种亲和性差异较大的南瓜品种‘黑籽南瓜’(Cucurbita ficifolia Bouche.cv.Heizinangua)、‘东洋神力’(Cucurbita D.cv.Dongyangshenli)为砧木材料,以日光温室主栽品种‘津春4号’(Cucumis sativus L.cv.Jinchun No.4)为接穗,以不嫁接和自嫁接为对照,研究生长素(IAA)与嫁接亲和性之间的关系,为进一步探明如何提高黄瓜/南瓜嫁接亲和性奠定理论基础和实践依据。主要结果如下:1、嫁接不亲和组合嫁接愈合部位由于胼胝质沉积在维管束周围,导致养分运输不畅,从而导致嫁接苗生长发育不良。随着嫁接不亲和性地加剧,嫁接伤口愈合部胼胝质合酶的活性越高,嫁接愈合部维管束中胼胝质沉积也越多,使得砧穗间IAA、可溶性糖、可溶性蛋白含量差值越来越大,最终导致嫁接苗后期生长发育不良。2、生长素调控黄瓜/南瓜嫁接苗共生亲和性。在叶片喷施IAA/TIBA和根部施用IAA,可以降低不亲和组合嫁接愈合部位胼胝质合酶的活性并减少胼胝质的含量,促进嫁接苗生长。同时,叶片/根系施用一定浓度的IAA可以显著降低不亲和组合嫁接伤口愈合部位PAL和PPO的活性,促进嫁接苗生长。上述结果说明,黄瓜/南瓜嫁接苗叶片或根系用IAA处理,通过提高内源IAA水平降低胼胝质合酶活性,从而减少嫁接愈合部胼胝质的沉积水平,以提高嫁接亲和性,这为提高黄瓜/南瓜嫁接苗亲和性提供了新途径。3、砧木胼胝质合酶基因序列的差异会导致嫁接伤口愈合部基因表达水平差异,从而导致愈合部胼胝质沉积水平,最终引起嫁接亲和/不亲和反应。通过生物信息学的方法分析发现,亲和砧木‘黑籽南瓜’和不亲和砧木‘东洋神力’胼胝质合酶基因序列的相似性为92.84%,共有43处碱基差异,表现为碱基替换和碱基增添。这些差异可能是引起胼胝质合酶基因表达的水平差异的内在原因。
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