嫁接對馬鈴薯種間雜交親和性的影響及生理調控機制

翟鑫娜 楊佳偉 許春江 祁利潘 田再民 馮琰 尹江 龔學臣

（河北北方學院，075000，河北張家口）

馬鈴薯營養豐富全面，是繼水稻、小麥、玉米之后的世界第四大糧食作物[1]。馬鈴薯起源于南美安第斯山脈，在中國為外來作物，雖然可以引進和保存，但與起源地相比種質資源比較有限[2-3]。我國保存了許多較優良的種質資源，中國主要有2 個種質資源保存庫，分別為黑龍江省農業科學院克山分院和中國農業科學院蔬菜花卉研究所，分別保存了約1700 份馬鈴薯地方育成品種（系）和約1500 份馬鈴薯種質資源[4]。二倍體馬鈴薯具有豐富的優良性狀，如抗病蟲害、優良的品質性狀[5]、抵御不良環境條件等，這使二倍體成為非常寶貴的種質資源。但與普通栽培種易出現雜交不親和現象，限制了在育種的應用，也是制約馬鈴薯育種取得突破性進展的關鍵。

嫁接在植物抗逆性、生長發育、生理特性、物質代謝、果實產量及品質等方面已開展了大量的研究，促進了植物生理、栽培、育種等方面的發展。為了應用野生種資源優良性狀的基因，選育突破性馬鈴薯新品種，利用嫁接技術可克服遠緣或近緣間植物有性育種障礙。王成玉等[6]應用嫁接技術和雜交方法對枸杞和辣椒進行遠緣雜交，培育新型經濟作物，成功獲得枸杞辣椒。Bomfim 等[7]通過將母本嫁接在砧木番茄上，嫁接株的開花數量和坐果率得到顯著提高。馬鈴薯運用嫁接技術進行育種方面研究較少。祁利潘等[8]為了研究親本預嫁接對馬鈴薯種間雜交親和性的影響，以四倍體高產馬鈴薯‘冀張薯12 號’和‘冀張薯8 號’為母本與二倍體高淀粉原始栽培種為父本配制雜交組合，采取母本預先嫁接于父本的方法，結果表明嫁接促進坐果及親和性，并培育了馬鈴薯新種質。

此外，植物激素是植物生長發育進行調控的生物活性物質。它們在細胞生長、組織和器官分化、開花結實、成熟衰老、休眠萌發、植物形態以及組織培養等方面具有重要作用[9]。目前已研究較深入的植物激素主要包括生長素（IAA）、細胞分裂素（ZR）、赤霉素（GA3）和脫落酸（ABA）等[10]。它們的生理效應非常復雜多樣，在調控植物生長發育過程中起著重要作用，值得進一步進行探討。本試驗為研究親本預先嫁接對各種間雜交組合親和性的影響及內源激素對坐果率的調控作用，創制優良種間雜交后代，為馬鈴薯后續育種提供優良的種質資源。

2016年1月～2018年8月，本院骨科共收治年齡≥60歲患者1 381例，其中1 336例符合上述標準，納入本研究。男520例，女774例，年齡60～98歲，平均（68.86±7.58）歲。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

試驗材料以G8 和G12 號四倍體栽培種為母本，以Z1703 和Z1701 二倍體野生種為父本，采用預先嫁接再雜交的方法進行組合配制。試驗材料由河北北方學院旱作農業研究中心提供。

試驗于河北省張家口市張北縣油簍溝鄉馬鈴薯基地進行，該地區降水相對較少，屬暖溫帶大陸性季風氣候。馬鈴薯為張家口市主要經濟作物，地理及環境條件適合馬鈴薯生長。

1.2 試驗設計

events in the middle and lower reaches of Yangtze River in summer:A glimpse in 1993

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數據的在線處理可以實現對試驗過程的監控，并可以對試驗數據進行初步處理和顯示儲存。但是，數據的離線處理則可以先剔除一些不穩定和不正常的數據，然后以時間為單位的動態測量數據，進行更為多樣和深入地分析和處理。本文選用excel統計數據，并用圖表進行數據分析和處理，繪制試驗曲線圖進行直觀的分析。

1.3 試驗方法

1.3.1 嫁接方法 嫁接時要選用生長健壯無病蟲害的砧木及接穗，用75%酒精進行工具消毒避免植株感染造成死亡，在砧木距離地面2cm 處橫切將莖處切斷，之后在切口處縱切深約2cm，接穗削成楔形，切口要平，快速插入砧木缺口，進行劈接，用嫁接夾夾在嫁接部位，植株用塑料盆蓋上保溫，在嫁接部位和塑料盆內噴施多菌靈。棚內溫度在20℃～25℃，以免光照過強或室外溫度過高導致接穗枯死。濕度在70%～85%較好，嫁接一周內盡量少澆水。嫁接一周后可去掉塑料盆，15d 可去掉夾子，待植株成活長高后，可再覆土。

1.3.2 雜交授粉 父本馬鈴薯花粉在授粉前1d 采集，將雄蕊摘下放到油光紙上，放在陰涼環境，第2 天，用紙包好雄蕊進行敲打，收集花粉，進行授粉。授粉時間為上午10:00 最佳。

試驗包括對照組與嫁接組。對照組為四倍體母本自身嫁接，嫁接組為異源嫁接（四倍體為母本，二倍體為父本），授粉都為父本花粉，自身嫁接同樣按照嫁接步驟操作，保證各組合同樣的環境和生長條件。全生育期保持土壤疏松，及時進行灌溉、施肥和病蟲害防治等。

1.4 指標測定及方法

1.4.2 馬鈴薯坐果率及單果結實數 對各組合進行授粉，授粉后掛上吊牌記錄日期及授粉數目。果實成熟期統計授粉數，便于最后坐果數及結實數的調查。

1.4.1 子房內源激素 在各植株現蕾期、開花期、授粉后2、4、6d 采用植物激素的酶聯免疫吸附測定法（ELISA）[11]測定植株子房的內源激素，主要包括GA3、ZR、IAA、ABA。

2.2.3 IAA 對坐果率的調控作用 由圖4 可知，各組合對照組和嫁接組IAA 含量差異比較顯著。G8×Z1703 的嫁接組IAA 含量從現蕾期到授粉后6d都是逐漸升高；而對照組IAA 含量在授粉后2d 子房、胚胎生長關鍵時期下降，在4d 后又升高。G8×Z1701 的嫁接組IAA 含量在授粉后4d 下降；對照組IAA 含量從現蕾期到授粉后6d 都是逐漸升高。G12 與二倍體各組合現蕾期到授粉后6d IAA含量變化趨勢為升高―降低―升高，在授粉后2d開始降低，授粉后4d 有逐漸升高。坐果率促進的組合（G12×Z1703）在授粉后嫁接組IAA 含量顯著高于對照組。

1.5 數據處理

2.2.4 ABA 對坐果率的調控作用 由圖5 可知，G8 與二倍體各組合種間雜交現蕾期ABA 含量較高，整體趨勢為現蕾期到授粉后2d ABA 含量逐漸降低，授粉后2～4d 升高，4～6d 逐漸降低的趨勢。坐果率促進組合（G8×Z1703）在授粉后4、6d 對照組ABA 含量顯著高于嫁接組，坐果率抑制的組合（G8×Z1701）則相反。G12 與二倍體各組合種間雜交，各組合對照組從現蕾期到開花期ABA 含量為上升趨勢，各組合嫁接組從現蕾期到開花期ABA 含量呈下降趨勢。在授粉后坐果率促進組合（G12×Z1703）嫁接組ABA 含量顯著低于對照組，坐果率抑制組合（G12×Z1701）則相反。

由圖1 可知，2 個組合分別為促進和抑制較為明顯的組合，‘G8×Z1703’嫁接處理促進坐果，‘G8×Z1701’嫁接處理抑制坐果。對照組和嫁接組合計8 個處理（表1），‘G8×Z1703’嫁接組與對照相比坐果率提高了39.19%，單果結實數提高了0.13，突破了0 個實生籽；‘G8×Z1701’嫁接組與對照相比坐果率降低了12.90%，單果結實數降低了0.19；‘G12×Z1703’嫁接組與對照相比坐果率促進了12.03%，單果結實數降低了0.08；‘G12×Z1701’嫁接組與對照相比坐果率降低了2.35%，單果結實數降低了0.20。

2 結果與分析

2.1 親本預先嫁接對不同種間雜交組合坐果率的影響

煙頭隨著他的抽吸，映紅了他兩片薄薄的嘴唇和蒜頭鼻下兩個不規則的鼻孔，煙頭亮開時看得很清楚，那嘴唇上豎著一排“1”字形的皺紋，三根鼻毛很鬧心地探出鼻孔。

表1 親本預先嫁接對各種間雜交組合坐果率的影響Table 1 Effects of parental pre grafting on fruit setting rate of various inter hybrid combinations

圖1 授粉20d 后不同雜交組合坐果情況Fig.1 Fruit setting of different hybrid combinations 20 days after pollination

2.2 馬鈴薯內源激素對不同種間雜交組合坐果率的調控作用

2.2.1 GA3對坐果率的調控作用 由圖2 可知，各組合對照組和嫁接組GA3含量是有差異的。G8 與二倍體各組合GA3含量從現蕾期到授粉后6d 變化趨勢為上升―下降―上升―下降，呈M 形，雙峰分別在開花期和授粉后4d。G12 與二倍體各組合GA3含量從現蕾期到授粉后6d 變化趨勢為上升―下降―上升呈N 形，雙峰分別出現在開花期和授粉后6d。坐果促進的組合（G8×Z1703、G12×Z1703）嫁接組GA3含量在授粉后都高于對照組；坐果率抑制的組合（G8×Z1701、G12×Z1701）GA3含量變化則相反。

圖2 內源激素GA3 在不同種間雜交組合的含量變化Fig.2 Content changes of endogenous hormone GA3 in different interspecific hybrid combinations

2.2.2 ZR 對坐果率的調控作用 由圖3 可知，G8和G12 與二倍體種間雜交ZR 變化趨勢是一致的。各組合對照組和嫁接組ZR 含量存在差異。每個組合的2 個處理存在2 種變化趨勢，其中坐果率高的呈“升高―下降―上升”的趨勢，在授粉后2d 呈下降趨勢，4d 又逐漸上升；而坐果率低的呈“上升―下降”的趨勢，在授粉后2d 呈下降趨勢后不再上升。坐果率促進的組合中（G8×Z1703；G12×Z1703）嫁接組ZR 含量在授粉后6d 顯著高于對照組，坐果率抑制組合中（G8×Z1701；G12×Z1701）嫁接組ZR 含量在授粉后6d 顯著低于對照組。所有組合授粉后2～4d ZR 含量呈下降趨勢，授粉后ZR 誘導細胞分裂，使細胞大量增殖，但增殖到一定數量應減少，使子房穩定正常發育，后期隨子房的生長發育增殖。

圖3 內源激素ZR 在不同種間雜交組合的含量變化Fig.3 Content changes of endogenous hormone ZR in different interspecific hybrid combinations

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圖4 內源激素IAA 在不同種間雜交組合的含量變化Fig.4 Content changes of endogenous hormone IAA in different interspecific hybrid combinations

采用Microsoft Excel 2019 和SPSS 25 進行數據處理和統計分析。

圖5 內源激素ABA 在不同種間雜交組合的含量變化Fig.5 Content changes of endogenous hormone ABA in different interspecific hybrid combinations

2.2.5 馬鈴薯不同生育時期內源激素濃度與坐果率相關性分析 不同時期內源激素含量與坐果率相關性如表2，GA3含量在現蕾期與坐果率呈顯著正相關，在授粉后6d 與坐果率呈極顯著正相關，相關系數分別為0.816 和0.922；ZR 含量在授粉后4d 與坐果率呈顯著負相關，相關系數為-0.815。

表2 內源激素含量和坐果率相關性分析Table 2 Correlation analysis between endogenous hormone content and fruit setting rate

3 討論

通過嫁接提高作物生產力和產量、增強果實品質和抗病性等的應用較多，嫁接可以促進甘薯開花結實[12]。薛金燕等[13]研究表明，以栽培種茄與野生種喀西茄進行嫁接后授粉可以提高雜交結果率。本試驗表明，四倍體馬鈴薯材料作母本，以二倍體材料作父本，母本品種預先嫁接在父本材料植株上，再進行雜交，可有效促進馬鈴薯種間雜交坐果率和單果結實數。在后續馬鈴薯遠緣雜交研究時，可為促進雜交親和性提供一定依據。有些組合出現不親和現象，對照組和嫁接組坐果率和單果結實數都較低，還有可能出現受精前或受精后障礙。但影響嫁接親和性的因素很多，遺傳因素是影響嫁接親和性最關鍵的因素，如親緣關系[14]、砧穗內部組織結構的差異、生理生化的差異[15]和砧穗生長期長短等。本試驗結果可能是親本預先嫁接提前進行營養物質運輸和基因交流，但有關分子機制研究還需進一步深入研究。

內源激素對植物生長發育開花結實具有調控作用。GA3與植物成花息息相關，能減少器官脫落，加速果實生長和發育，從而提高坐果率[16]。這與本試驗研究結果一致，高含量的GA3是促進坐果率的誘導因子，在授粉后6d GA3含量與坐果率呈極顯著正相關，相關系數高達0.922。ZR 具有促進細胞分裂的作用，果實發育前期的ZR 可促進果實吸引同化物，促進幼果的細胞分裂及坐果[17]。本研究表明，果實發育后期需要高含量的ZR 使果實正常生長發育，但在授粉后4d 高含量的ZR 抑制坐果，為顯著負相關，相關系數為-0.815。研究[18]表明，IAA的生理效應與其濃度有關，低含量的IAA 促進坐果，高含量的IAA 抑制坐果甚至導致植物死亡。本試驗中，坐果率促進組合中IAA 含量高于坐果率未促進組合，可能因為本試驗組合中IAA 含量都相對較低。ABA 是生長抑制劑，可阻礙植物或離體器官的生長發育，可以造成種子休眠、器官衰老和脫落等過程[18]。董倩倩等[19]為了探討果實與內源激素的關系，以柑橘為試驗材料，結果表明，果皮和果柄中較高的ABA 含量是果實容易掉落的重要原因，這與本試驗研究結果一致。所以，果實發育階段內源激素含量的變化調控著植物的結實現象。

4 結論

綜上，馬鈴薯預先嫁接能夠提高坐果率，促進種間雜交親和性，獲得栽培種與野生種遠緣雜交后代。G8×Z1703 組合可作為苗頭材料進行培育。高含量GA3、ZR 和IAA 有利于坐果，而較高含量的ABA 抑制坐果。由此可見，內源激素對坐果率的調控不單取決于某一種激素及其含量的變化，而是多種內源激素互相協調共同調控。