黄瓜嫁接优势的生理机制研究 全.ppt
硕士论文答辩,欢迎各位老师和专家莅临指导,黄瓜嫁接优势的生理机制研究,答辩人：曾义安 导师：朱月林 教授,全文组成 引言 文献综述 研究部分 第一章 嫁接黄瓜的生长动态和抗病性的研究 第二章 嫁接黄瓜光合特性和叶片营养元素含量的研究 第三章 嫁接黄瓜膜保护酶活性、叶片激素和可溶性蛋白 质的研究全文结论,目的与意义,黄瓜(Cucumis sativus L.)根系弱、吸水吸肥能力差，对各种逆境抵抗力较差，导致黄瓜很难周年供应或丰产性较差。随着嫁接技术在黄瓜栽培上的应用和发展，这些问题部分得到了解决。然而，目前的研究多集中于嫁接改良效果的鉴定与利用方面，而对嫁接优势的作用机制研究甚少。,目前少量嫁接优势机制的研究报道，也仅局限于嫁接苗，而对嫁接黄瓜整个生育期优势及其机理的研究几乎空白。本试验以嫁接黄瓜为对象，以自根黄瓜为对照，研究嫁接黄瓜整个生育期的生长动态、抗病性及光合特性，还有其他生理生化指标以及嫁接黄瓜后期矿质养分的吸收规律，探讨嫁接黄瓜优势的内在机制，以丰富作物嫁接的理论，并为嫁接技术进一步推广应用提供依据和技术指标。,第一章 嫁接黄瓜的生长动态和抗病 性的研究,1 材料与方法1.1 黄瓜接穗品种为津绿21-1(天津市黄瓜所培育)和津研4号(山东宁阳蔬菜良种有限公司培育)。砧木为云南黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia Bouch)。由昆明市京丰种苗公司提供。1.2 试验设4个处理：津绿21-1自根植株(S1)，津研4号自根植株(S2)，津绿21-1与黑籽南瓜的嫁接植株(G1)，津研4号与黑籽南瓜的嫁接植株(G2)。,图1.1 黑籽南瓜(1)与津研4号(2)的根系对比,1.3 采用劈接法嫁接,图 1.2 劈接法,图1.3 嫁接苗(右)与自根苗(左)的生长对比,1.4 调查方法 每5d调查一次植株生长情况，每次在各处理中选取5株生长一致的植株进行调查，包括株高、叶数、最大叶长和叶宽。每7d调查一次植株发病情况，每处理调查10株。枯萎病、病毒病、霜霉病和灰霉病四种病害的鉴定分级标准采用吴营昌等的分级方法（吴营昌，1995；张屹东，2001；王杰2002）。1.5 统计分析 用SAS软件t测验法对嫁接植株和自根植株各项指标进行差异显著性分析。,2 结果与分析2.1 单株产量 津绿21-1嫁接黄瓜单株产量比自根黄瓜高69.12，津研 4号嫁接黄瓜比自根黄瓜产量高83.11。,表1.1 嫁接黄瓜与自根黄瓜单株产量的比较,*，*表示与自根植株的差异达5%或1%的显著水平。下表同。,2.2 形态指标对比,表1.2 津绿211嫁接植株与自根植株不同时期形态指标的比较,表1.3 津研 4号嫁接植株与自根植株不同时期形态指标的比较,2.3 不同时期的抗病性,表1.4 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期枯萎病的病情比较,表1.5 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期病毒病的病情比较,表1.6 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期霜霉病的病情比较,表1.7 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期灰霉病的病情比较,表1.8 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期枯萎病的病情比较,表1.9 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期病毒病的病情比较,表1.10 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期霜霉病的病情比较,表1.11 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期灰霉病的病情比较,3.讨论,3.1 单株产量 嫁接黄瓜强大的吸水、吸肥能力，促使植株健壮生长，各种逆境抵抗能力提高，最终达到丰产。嫁接植株与自根植株单株产量的差异在津研4号上表现得更突出，可能是因为津研4号是常规品种，自根植株本身的长势较弱，通过嫁接换根，使植株长势变旺，其嫁接的优势更能体现出来。而津绿21-1是杂种一代，自根植株本身的长势较旺，产量较高，通过嫁接换根后优势并没有前者明显。,3.2 生长动态 从植株的生长动态来看，嫁接黄瓜在整个生长期间都优于自根植株，尤其是后期，均表现出了显著差异。可能是因为到了后期，特别是温室温度较高的一段时间，自根植株生长缓慢，嫁接植株却依然保持旺盛的生长，这与其强大的根系、强大的吸收能力不无关系。这在常规种津研4号嫁接植株上表现尤其明显。,3.3 抗病性 嫁接黄瓜之所以抗病性增强，是因为黑籽南瓜根系发达，具有野生资源对病害和不良环境条件抵抗力强的特性，避免了土传病害从根部对黄瓜进行侵染，以及促进健壮植株的生长，使染病机会减少，发病率明显降低。,第二章 嫁接黄瓜光合特性和叶片营 养元素含量的研究,1 材料与方法1.1 黄瓜接穗品种为津绿21-1和津研4号。砧木为云南黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia Bouch)。1.2 试验设4个处理：津绿21-1自根植株(S1)，津研4号自根植株(S2)，津绿21-1与黑籽南瓜的嫁接植株(G1)，津研4号与黑籽南瓜的嫁接植株(G2)。1.3 劈接法嫁接,1.4 用美国LICOR公司的LI6400便携式光合 测定系统进行光合指标测定。采用人工光源640002B LED光源，在（250.5）,(10002)molm-2s-1、CO2浓度380L L-1条件下测定净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)。1.5 全氮用半微量开氏扩散法，全磷采用钒目黄比色测定法，全钾采用火焰光度计法，钙、镁采用原子吸收分光光度法（南京农业大学主编，1996）。1.6 用SAS软件t测验法对嫁接植株和自根植株各项指标进行差异显著性分析。,2.结果与分析2.1 嫁接对黄瓜光合指标的影响,表2.1 嫁接黄瓜与自根黄瓜初瓜期Pn、Gs和Ci的比较,表2.2 嫁接黄瓜与自根黄瓜盛瓜期Pn、Gs和Ci的比较,表2.3 嫁接黄瓜与自根黄瓜末瓜期Pn、Gs和Ci的比较,2.2 叶片营养元素含量 由表2.4可知，2个品种的嫁接植株在两个不同测定时期叶片N、P、K、Ca、Mg的含量都显著或极显著高于自根植株；津绿21-1与津研4号相比，无论是在盛瓜期还是在末瓜期，前者叶片的各营养元素含量均比后者高；在嫁接和自根植株中，叶片N、Ca、Mg的含量均是末瓜期高于盛瓜期，而K、P的含量却是盛瓜期高于末瓜期。,表2.4 黄瓜两品种嫁接植株与自根植株在两个不同时期叶片 营养元素含量的比较,3 讨论 3.1 本试验中嫁接黄瓜是以根系发达的黑籽南瓜为砧木，其根系强大的吸水吸肥能力促进了地上部的旺盛生长，表现为光合能力的提高。3.2 随着叶片的衰老，气孔导度逐渐降低，胞间 CO2浓度降低，净光合速率下降。到了盛瓜期至末瓜期，气孔导度继续降低，但胞间CO2浓度反而有所升高，这可能因为末瓜期温室温度较高，此时的净光合速率下降的主要原因已经不再是气孔导度的下降了，而是非气孔因素造成的。,3.3 净光合速率的提高在2品种上表现出的差异可能与品种特性有关，津研4号是常规品种，本身长势较弱，通过嫁接换根后，长势变旺，在净光合速率上表现尤其显著；而津绿21-1是杂种一代，本身长势较旺，比较适合温室生长，嫁接换根后，虽然净光合速率显著提高，但其提高的幅度没有津研4号那么大。3.4 嫁接换根后，黑籽南瓜强大的根系促进了嫁接植株营养元素的吸收，叶片各营养元素含量均显著或极显著高于自根植株。,3.5 N、Ca和Mg的含量在2个品种的嫁接和自根植株中均是末瓜期高于盛瓜期，这可能是因为盛瓜期生殖生长更旺盛，叶片N、Ca、Mg向果实转移较末瓜期多。K和P却均是末瓜期低于盛瓜期，末瓜期叶片中的K和P向根系和果实转移较多，故含量降低。,第三章 嫁接黄瓜保护酶活性、叶 片 激素和可溶性蛋白质的研究,1 材料与方法1.1 黄瓜接穗品种为津绿21-1和津研4号。砧木为云南黑籽南瓜(Cucurbita ficifolia Bouch)。1.2 试验设4个处理：津绿21-1自根植株(S1)，津研4号自根植株(S2)，津绿21-1与黑籽南瓜的嫁接植株(G1)，津研4号与黑籽南瓜的嫁接植株(G2)。,1.3 劈接法嫁接1.4 保护酶活性、MDA和可溶性蛋白含量测定 过氧化物酶（POD）活性按Omran（1980）的愈创木酚法，以每分钟内A470变化0.01为1个酶活性单位（U）；过氧化氢酶活性按照Cakmak（1992）的比色法，以每分钟分解H2O2的毫克数来表示酶活性；丙二醛（MDA）含量的测定按照赵世杰（1999）的硫代巴比妥酸法（TBA法），可溶性蛋白含量的测定按照汤章城（1999）的考马斯亮蓝法。,1.5 GA和ABA测定 GA和ABA测定方法参照周燮（1996）等人的方法（ELISA法），ELISA试剂盒由南京农业大学植物激素研究室提供，程序按照说明进行。1.6 可溶性蛋白双向电泳对比 用等电聚焦聚丙烯酰胺双向电泳方法（IEF-SDS PAGE）进行蛋白质分析对比，具体方法参考何忠效（2000）等人的方法。,2.结果与分析2.1 可溶性蛋白质含量的分析,表 3.1 津绿21-1(1)和津研4号(2)嫁接植株和自根植株不同时期叶片可溶 性蛋白质的比较,2.2 嫁接对黄瓜植株中保护酶活性和MDA含量影响,表3.2 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期SOD活性的比较,表3.3 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期CAT活性的比较,表3.4 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期POD活性的比较,表3.5 津绿 21-1嫁接植株(G1)与自根植株(S1)不同时期MDA含量的比较,表3.6 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期SOD活性的比较,表3.7 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期CAT活性的比较,表3.8 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期POD活性的比较,表3.9 津研4号嫁接植株(G2)与自根植株(S2)不同时期MDA含量的比较,2.3 嫁接对黄瓜植株中GA和ABA含量的影响,表3.10 津绿21-1(1)和津研4号(2)嫁接植株和自根植株不同时期叶片中GA的含量比较,表3.11 津绿21-1(1)和津研4号(2)嫁接植株和自根植株不同时期叶片中ABA的含量比较,表3.12 津绿21-1(1)和津研4号(2)嫁接植株和自根植株不同时期叶片中ABA/GA值比较,2.3 嫁接黄瓜植株中可溶性蛋白质双向电泳分析,图3.1 津绿21-1自根植株(A)与嫁接植株(B)双向电泳图谱对比,A,B,图3.2 津研4号自根植株(A)与嫁接植株(B)双向电泳图谱对比,A,B,3 讨论 3.1 可溶性蛋白质含量下降的速度能够反映叶片衰老的程度(汤日圣，1996)，嫁接植株叶片可溶性蛋白质含量在整个生育期都高于自根植株，并且随着叶龄的增大，下降的速率也低于自根植株，这说明嫁接叶片衰老的程度缓于自根植株。,3.2 到了生长后期（第5周叶龄后），嫁接植株中可溶性蛋白含量极显著高于自根植株，可能跟后期植株生长的温室温度较高有关。孟焕文（2000）和庞金安（2001）等认为黄瓜叶片可溶性蛋白含量与植株抗热性成正相关。本试验中，黄瓜生长后期，由于高温的影响，自根植株的可溶性蛋白迅速降低，而嫁接植株降低缓慢，保持较高水平，这说明嫁接植株的抗热性强于自根植株。,3.3 SOD、CAT和POD三种保护酶在黄瓜嫁接植株中的活性始终高于自根植株，而MDA的积累却显著地低于自根植株，尤其是到了后期，这与嫁接植株保持较长时间较强的生理功能和旺盛生长以及更强的抗逆性是一致的，特别是到了生长后期，黄瓜生长的温室温度较高，病害较严重，此时，嫁接植株表现出的生长优势与其良好的膜保护系统密不可分。,3.4 随着黄瓜植株内MDA含量的增加，保护酶SOD和CAT的活性在逐渐降低，这与其逐渐衰老是相一致的，但POD活性却是先增加，到第7周苗龄才降低，这与郁金香上的POD活性随着植株衰老是一直下降有所不同（孙群，1998），这可能跟植物特性不同，检测器官不同，栽培季节、气候、环境不同，以及检测方法的不同均有关系.,3.5 在测定前期温室温度适宜(5月27到6月11日平均最高温度为32.1，最低温度为17.5)，到了测定后期温室温度偏高(6月12日到6月27日平均最高温度为38.2，最低温度为21.6)，这说明ABA含量与高温逆境有密切关系，这与许多报道相符（Talnova1，1994；缪旻珉，2000）。但本实验中嫁接植株ABA/GA值始终显著高于自根植株，这说明嫁接植株的抗逆性不仅仅与ABA含量有关,可能与ABA/GA值也有密切关系。,3.6 本试验中发现的特异蛋白质是在植株生长后期叶片中所发现的，与前人发现的特异蛋白质有所不同，均是在嫁接的愈合过程中，在嫁接部位所检测到的，这些特异蛋白产生的原因，可能是由于砧木与接穗细胞发生识别反应，反应信号传导后激活了某些基因，基因表达出新的蛋白质。而本实验发现的特异蛋白有理由认为可能是由于逆境下积累的ABA诱导形成的，可能与嫁接植株抗逆优势存在着密切关系，其机理尚待进一步研究。,全文结论,1嫁接黄瓜具有较强的生长能力以及抗病性，具体表现在：两个黄瓜品种的嫁接植株的株高、最大叶长和宽、以及真叶数均高于自根植株，尤其是在生长后期优势更显著；嫁接黄瓜的单株产量显著高于自根黄瓜；嫁接植株到了生长后期的抗病性显著强于自根植株，对枯萎病、病毒病、霜霉病和灰霉病均有较强的抵抗力，尤其是枯萎病。,2嫁接黄瓜的光合能力显著强于自根黄瓜。在初瓜期、盛瓜期和末瓜期三个不同的生长时期，两个品种的嫁接植株的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)均显著高于自根植株，说明嫁接植株具有更强的光合能力，可见，光合能力强与嫁接优势相关。,3嫁接黄瓜的营养元素吸收能力强于自根黄瓜。在测定的不同时期，两黄瓜品种嫁接植株的叶片营养元素含量，包括N、P、K、Ca、Mg的含量都显著或极显著高于自根植株，说明嫁接优势与其强大的吸肥能力相关。,4嫁接黄瓜的保护酶活性强于自根黄瓜。在整个生长过程中，两品种嫁接黄瓜的可溶性蛋白质含量、SOD、CAT、POD活性均高于自根黄瓜，并且MDA含量始终低于自根黄瓜，说明嫁接黄瓜有较强的抵抗膜脂过氧化的能力，细胞膜能维持较长时间较强的生理功能，这与其保持旺盛的生长相符，这说明较高的保护酶活性与嫁接优势相关。,5嫁接黄瓜叶片中与抗逆性相关的内源激素指标显著高于自根黄瓜。到了生长后期，嫁接黄瓜叶片ABA的含量显著高于自根黄瓜，且与抗逆性相关的ABA/GA值也显著高于自根黄瓜，这与嫁接黄瓜到了生长后期环境温度较高时依然保持良好的生长相符，这说明GA和ABA含量及较高ABA/GA值与嫁接优势密切相关。,6嫁接黄瓜后期叶片中产生新的特异蛋白。许多报道称，植物在逆境下由于各种原因诱导产生新的蛋白质，本试验中所发现的特异蛋白也可能与嫁接植株的抗逆性有密切关系。,7在常规品种上嫁接的优势表现得更明显。嫁接对常规种津研4号的单株产量的提高幅度以及对净光合速率等指标的提高程度上均强于杂种一代津绿21-1，可以认为，在一定范围内，黄瓜品种的优势越弱其嫁接优势的表现反而更明显。,致谢,衷心感谢我的导师朱月林教授。本文从试验设计到论文完成，无不凝结着导师的心血和期盼，我在此向导师致以最诚挚的敬意。衷心感谢我的同学、朋友、家人！,谢谢大家！请各位老师和专家指正！,
