砧木、嫁接前光照强度与愈合相对湿度对嫁接番茄幼苗光合性能及嫁接成功率的互作效应

《Plants》：Effects of Rootstock, Pre-Grafting Light Intensity and Healing Relative Humidity on Photosynthetic Performance of Grafted Tomato Seedlings

　　

嫁接番茄幼苗的高质量生产取决于嫁接前幼苗的生理状态以及嫁接后的愈合环境。研究人员评估了砧木、嫁接前光照强度和愈合相对湿度对嫁接番茄幼苗嫁接成功率、生长、气体交换和叶绿素荧光响应的联合效应。将番茄接穗品种‘Jalila F1’嫁接到四个砧木：‘Auroch’、‘Ficus’、‘Goldrake’和‘TOR23901’上。砧木幼苗在三种嫁接前光照强度（150、250和350 μmol m^?2·s^?1）下生长，嫁接后在三种相对湿度（RH）水平（60%、75%和90% RH）下愈合。三因素方差分析（three-way ANOVA）显示，砧木、光照强度、RH及其交互作用对大多数生长、光合和叶绿素荧光性状具有显著影响。嫁接成功率因处理而异，最高值在250 μmol m^?2·s^?1 + 75% RH和350 μmol m^?2·s^?1 + 60–75% RH下观察到。相反，90%愈合RH导致嫁接成功率更可变，尤其在‘Ficus’中。砧木强烈影响嫁接后生长，‘Auroch’表现出更大的干物质积累，而‘Ficus’产生更粗的茎和更大的叶面积。气体交换响应表明，250 μmol m^?2·s^?1嫁接前光照与75% RH组合增强了愈合后的光合性能。叶绿素荧光响应进一步显示，光系统II（PSII）有效量子产额[Y(II)]、非光化学猝灭（NPQ）和电子传递速率（ETR）存在处理依赖性变化。在测试的嫁接前光合光子通量密度（PPFD）和愈合RH水平中，250 μmol m^?2·s^?1与75%愈合相对湿度在嫁接成功率、幼苗生长和光合性能方面提供了最一致的总体表现，尽管响应幅度因砧木基因型而异。

研究背景方面，番茄（Solanum lycopersicum L.）具有较高营养和经济价值，但其生产日益受到土传病原菌、干旱、盐害和极端温度等生物与非生物胁迫限制。嫁接被广泛用于番茄生产，通过将优良接穗与生长旺盛或耐逆砧木结合来缓解这些限制。然而，嫁接植株表现不仅取决于砧木—接穗亲和性，还取决于育苗阶段所生产嫁接苗的生理质量。嫁接愈合是嫁接过程中的关键阶段，期间接穗与砧木之间重新建立维管连接；嫁接后早期水分和养分向接穗运输受限，使嫁接苗对脱水、萎蔫和光合活性下降高度敏感，因此愈合期相对湿度对维持组织水合、减少蒸腾失水及支持嫁接口形成和后续维管重连十分重要。但愈合期最适湿度仍存在争议：有研究报道极高相对湿度（约100%）可改善嫁接成活，尤其在配合中等光照时；也有研究发现嫁接后最初2–3 d维持90% RH后降至70% RH可改善嫁接成活和幼苗质量，而持续90% RH会降低幼苗表现；还有研究提示高于85% RH对番茄嫁接愈合可能并非必要。这些矛盾结果表明愈合RH应精细调控，而非持续维持极高水平。嫁接前光照强度也是影响嫁接番茄表现的关键环境因素，因为其决定嫁接前砧木和接穗的形态与生理状况；番茄中光调控光合碳同化、气孔导度、蒸腾、叶绿素荧光、生物量积累和整体生理效率。已有研究表明，商业番茄砧木光强从150增至250 μmol m^?2·s^?1可改善生长和生物量积累，而进一步增至350 μmol m^?2·s^?1并未一致促进生长，且存在明显基因型依赖响应。嫁接前光照决定进入愈合期幼苗的形态和生理状态，而愈合RH随后影响嫁接口建立期间的水分损失和生理恢复；尽管光与湿度分别被认为是嫁接生产中的重要环境因子，但不同番茄砧木上二者联合效应的信息仍有限。因此，研究人员开展本研究，旨在解析嫁接前光照强度与愈合相对湿度的联合效应，并鉴定用于生产高质量嫁接苗的适宜环境组合；研究人员假设嫁接前光照强度和愈合相对湿度对嫁接成功率、生长和生理表现的影响会因砧木基因型而异，并产生显著的砧木×光照强度×愈合RH互作。

研究人员开展了四砧木、三嫁接前光照强度和三愈合RH水平的三因素控制实验，测定了嫁接成功率、生长与生物量、气体交换、叶绿素荧光及性状相关性。结论表明，嫁接成功和嫁接后生理表现受砧木、嫁接前光照强度和愈合RH共同影响，而非仅由砧木—接穗亲和性决定；在测试水平中，250 μmol m^?2·s^?1嫁接前光照结合75%愈合RH在嫁接成功率、幼苗生长和光合表现上最一致，但响应幅度因砧木基因型而异。该研究为通过协调嫁接前幼苗调理与愈合期湿度管理生产高质量嫁接番茄苗提供了依据。

技术方法概括：实验在立陶宛农业与林业研究中心园艺研究所控制环境条件下开展；接穗‘Jalila F1’（SAKATA，法国，Uchaud）嫁接到‘Goldrake F1’、‘TOR23901’（ESASEM，意大利，Casaleone，Verona）、‘Auroch’和‘Ficus’（SAKATA，法国，Uchaud）四个砧木。种子播于0.5 L盆泥炭基质，完全随机设计，3次重复，每处理组合5株（15株/组合）；每组合9株用于嫁接并计算嫁接成功率，每重复1株用于后续测定（n=3）。嫁接前用高压钠灯设置150、250和350 μmol m^?2·s^?1，16 h光周期，23/19 °C；劈接后置于60±5%、75±5%和90±5% RH愈合室7 d，再回生长室15 d后测定。测定包括嫁接成功率、生物量、气体交换（LI-COR 6400XT）和叶绿素荧光成像（Imaging-PAM）；统计分析采用三因素方差分析、Tukey HSD检验和Pearson相关分析。

研究结果如下。2.1 嫁接成功率：通过统计各砧木×嫁接前光照强度×愈合RH组合中9株嫁接苗的成功比例得出，150 μmol m^?2·s^?1下各砧木嫁接成功率不一致，‘Ficus’在90% RH下较低，而‘TOR23901’在75% RH下保持较高成功率；250 μmol m^?2·s^?1 + 75% RH使所有砧木嫁接成功率达100%；350 μmol m^?2·s^?1 + 60%或75% RH也使所有砧木达100%，但90% RH降低‘Auroch’、‘Goldrake’和‘Ficus’成功率。总体上，250–350 μmol m^?2·s^?1嫁接前光照结合75% RH时嫁接成功率最高且最稳定，90% RH响应更可变。

2.2 生长参数：通过生物量指标测定和三因素方差分析得出，砧木、光照强度、湿度及其交互作用显著影响多数形态指标，但根长、叶数和干重的光照×湿度互作等存在例外。‘Auroch’嫁接苗株高、根长和茎干重较高；‘Ficus’叶面积、茎粗、根干重和叶干重最大；‘Goldrake’多数生长参数中等；‘TOR23901’株高、叶面积、茎粗及茎叶干重较低。250 μmol m^?2·s^?1下株高、根长、茎粗和茎干重最大；75% RH下株高、茎粗、叶面积、真叶数及根/茎/叶干重较高，90% RH降低叶面积、茎粗和干物质积累，且效应依赖砧木。

2.3 光合气体交换与PSII效率：通过气体交换和叶绿素荧光测定得出，净光合速率（A）在‘TOR23901’最高、‘Ficus’最低，250 μmol m^?2·s^?1最高、350 μmol m^?2·s^?1降低，75% RH高于60%和90% RH。气孔导度（gs）在‘Auroch’最高、‘TOR23901’最低，150和250 μmol m^?2·s^?1高于350 μmol m^?2·s^?1，75% RH较高。蒸腾速率（E）在‘Auroch’最高、‘TOR23901’最低，150和250 μmol m^?2·s^?1较高、350 μmol m^?2·s^?1降低，90% RH最高但75% RH仍具较高A和gs。最大光系统II量子效率（F_v/F_m）在‘Auroch’最高、‘TOR23901’最低，250和350 μmol m^?2·s^?1高于150 μmol m^?2·s^?1，75% RH显著较高而90% RH下降。总体上，250 μmol m^?2·s^?1 + 75% RH下光合性能和PSII效率较强。

2.4 叶绿素荧光参数：通过在335 μmol m^?2·s^?1作用光强下测定快速光曲线得出，砧木、嫁接前光照强度、愈合RH及其交互作用显著影响Y(II)、NPQ和ETR。‘Auroch’中Y(II)最高见于250 μmol m^?2·s^?1 + 75% RH（0.187），90% RH保持较高（0.163），60% RH降至0.10；‘Ficus’Y(II)变化较小（0.05–0.10），最高在250 + 75% RH；‘Goldrake’最高在150 + 90% RH（0.20），其次250 + 75% RH（0.18）；‘TOR23901’最高在350 + 90% RH（0.16），最低在350 + 75% RH（0.07）。NPQ在‘Auroch’最高为150 + 90% RH（0.64），最低为350 + 60% RH（0.38）；‘Ficus’在350 + 75%和90% RH较高（0.85和0.83）；‘Goldrake’在150/250 + 60%和350 + 75% RH较高，而250/350 + 90% RH下降至0.35和0.32；‘TOR23901’最高在150 + 75% RH（0.56）。ETR趋势类似Y(II)：‘Auroch’最高在250 + 75% RH（26.13 μmol electrons m^?2·s^?1）；‘Ficus’最高在250 + 75% RH（13.73）和350 + 60% RH（13.07）；‘Goldrake’最高在150 + 90% RH（28.53）和250 + 75% RH（26.20）；‘TOR23901’最高在350 + 90% RH（18.80）。总体上，荧光响应在四砧木间差异明显，250 + 75% RH在‘Auroch’中产生最高Y(II)和ETR，并在‘Ficus’和‘Goldrake’中表现较好，而‘TOR23901’在350 + 90% RH下Y(II)和ETR最高。

2.5 相关性分析：通过基于处理均值（n=36；4砧木×3光照强度×3 RH）的Pearson相关分析得出，株高与叶干重、茎粗、叶面积、叶数和茎干重正相关；叶面积与茎粗和叶数强正相关；Y(II)与ETR强正相关；ETR与gs、E和茎干重正相关；gs与E强正相关；A与株高、茎粗、叶面积、叶数和茎干重负相关；愈合RH与根干重和叶干重显著负相关，而与ETR正相关。

讨论部分总结：该研究说明嫁接成功率与嫁接后生理表现由砧木、嫁接前光照强度和愈合RH的联合作用决定，嫁接苗表现不仅取决于砧木—接穗亲和性，还取决于嫁接前幼苗生理状态和愈合环境。高RH并非总是最有利；90% RH下响应更可变，尤其‘Ficus’，提示高愈合RH可能限制驯化且并非对所有砧木品种同样适用；持续极高空气湿度可能损害气孔响应和关闭能力，而60% RH会在水力重连恢复前增加接穗失水，75% RH在嫁接成活、生长和光合恢复之间提供较好平衡。250 μmol m^?2·s^?1下幼苗具有较大株高、根长、茎粗和茎干重及较高A，可能提供支持愈伤组织形成和维管重连的同化物储备而不过度增加嫁接后生理需求；350 μmol m^?2·s^?1降低叶面积、根长和gs，可能造成吸收光能与嫁接后暂时受限水分供应之间更大不平衡。砧木间生长和干物质积累差异表明嫁接苗活力并非仅由嫁接成功决定，‘Auroch’主要促进生物量积累，‘Ficus’偏向叶面积扩大和茎增粗。气体交换结果表明嫁接后恢复与嫁接前幼苗状态及愈合湿度相关；75% RH下较高gs和E提示嫁接后气孔功能改善，可能反映接穗与砧木间水力连通更快恢复。叶绿素荧光结果表明嫁接前光照影响嫁接后光化学能量利用与光保护耗散之间的平衡；较高Y(II)和ETR配合中等NPQ的处理通常生长和嫁接成功较好，而高NPQ配合较低Y(II)和ETR的处理将更大比例激发能分配至光保护机制。Y(II)总体较低（多为0.05–0.20）而NPQ中等（约0.3–0.85），提示大部分吸收能通过非调节途径耗散且较高比例PSII反应中心关闭。‘Goldrake’在150 μmol m^?2·s^?1 + 60% RH和350 μmol m^?2·s^?1 + 90% RH下F_v/F_m很低，提示慢性光抑制或严重生理胁迫；‘TOR23901’高A与很低gs并存，原文认为在生理上不寻常且不完全符合CO₂经气孔扩散受限的预期。总体而言，成功嫁接恢复取决于砧木基因型、嫁接前光环境和愈合RH的互作；嫁接前光强影响进入愈合期幼苗的茎发育、干物质积累和光合能力，愈合湿度决定嫁接口建立效率和嫁接后生理恢复。

研究结论部分翻译：总体而言，结果表明成功嫁接恢复取决于砧木基因型、嫁接前光照强度和愈合相对湿度之间的互作。在所测试处理中，250 μmol m^?2·s^?1结合愈合期75% RH在四个砧木上提供了高嫁接成功率、旺盛幼苗生长和良好生理表现的最一致总体平衡。然而，响应因砧木而异，且某些生理性状在其他光照×RH组合下更有利。尽管350 μmol m^?2·s^?1在60–75% RH下也支持高嫁接成功率，但并未一致改善所有测定性状。因此，平衡嫁接前幼苗调理与适当湿度管理似乎是生产高质量嫁接番茄幼苗的有效策略。