《Scientia Horticulturae》：Early diagnosis of graft union formation in grapevine using bioimpedance spectroscopy with a novel approach incorporating plant defense mechanisms
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嫁接对于提升园艺作物的功能性和生产力至关重要；然而，传统嫁接的成功难以通过肉眼确认，且需要较长时间。因此，需要一种快速方法在早期阶段验证嫁接成功。在本研究中，研究人员采用生物阻抗谱（BIS）监测与接穗活力及创伤诱导防御机制相关的植物组织电学响应变化，并最终评估
嫁接对于提升园艺作物的功能性和生产力至关重要；然而，传统嫁接的成功难以通过肉眼确认，且需要较长时间。因此，需要一种快速方法在早期阶段验证嫁接成功。在本研究中，研究人员采用生物阻抗谱（BIS）监测与接穗活力及创伤诱导防御机制相关的植物组织电学响应变化，并最终评估葡萄（Vitis spp.）嫁接成功与否。这些变化从生理和结构改变的角度得以理解。研究人员将‘Kyoho’葡萄接穗嫁接至‘101–14’砧木，并在受控环境条件下维持。连续BIS测量以30分钟间隔进行，持续32天，频率范围为50 Hz至1 MHz。嫁接组与未嫁接组从嫁接后第4天起即表现出不同的阻抗特征。低频（1 kHz）阻抗在嫁接组中升高，而在未嫁接组中降低，高频（100 kHz）相位角呈现类似模式。这种早期差异反映了接穗内在愈合能力与活力的有无，进而作为最终嫁接结果的早期指标，通过第32天的染料吸收试验和新梢出现得以验证。本研究凸显了BIS作为快速工具早期评估最终嫁接成功的潜力，通过监测接穗活力与防御响应，为BIS在植物防御机制中的应用提供了新视角，并可用于减少因嫁接失败造成的时间和成本。此外，BIS未来有望作为一种低成本、简便的方法应用于嫁接监测。
**论文解读：利用生物阻抗谱早期诊断葡萄嫁接愈合形成的研究**
**研究背景与问题**
嫁接是现代园艺中提升作物功能性与生产力的关键技术，尤其在葡萄（Vitis spp.）生产中，用于应对根瘤蚜侵害、土壤盐渍化及干旱胁迫等挑战。然而，传统嫁接成功与否难以通过肉眼早期判断，验证周期从数周至一年不等，导致资源浪费与生产效率低下。现有诊断方法如荧光染料染色存在损伤性，X射线显微计算机断层扫描（Micro-CT）和磁共振成像（MRI）虽能无损检测，但设备昂贵且不适用于田间。因此，亟需一种简便、低成本且可田间部署的早期嫁接成功诊断技术。生物阻抗谱（BIS，通过测量组织电学特性反映生理状态的技术）已被用于监测植物逆境胁迫（如干旱、盐分、低温）及营养状况，但其在嫁接愈合早期诊断中的应用尚未充分探索。本研究旨在评估BIS监测葡萄嫁接愈合建立的潜力，基于其捕捉与嫁接愈合相关的多种生理变化的能力。
**研究内容与结论**
研究人员以‘Kyoho’葡萄（Vitis vinifera × V. labrusca）为接穗，‘101–14 Mgt’（V. riparia × V. rupestris）为砧木，采用楔形嫁接法，并设置嫁接组与未嫁接组（接穗与砧木间置入蜡屏障阻止维管连接）。在受控环境（28–30 °C，85–95%相对湿度，16 h光照/8 h黑暗光周期）下，连续32天每30分钟测量一次50 Hz至1 MHz频率范围的BIS数据。结果表明，嫁接组与未嫁接组从第4天起即呈现显著不同的阻抗特征：嫁接组低频（1 kHz）阻抗持续上升，而未嫁接组下降；高频（100 kHz）相位角变化趋势类似。第32天通过染料吸收试验（0.1%番红溶液）和新梢出现验证嫁接成功——嫁接组接穗出现新梢且木质部染红，未嫁接组则无新梢且染料未通过接穗。该研究提出，BIS能通过监测接穗的伤口愈合能力和防御响应，在早期（第4天）区分嫁接成功与否，从而减少因嫁接失败引起的经济损失。论文发表在《Scientia Horticulturae》。
**主要技术方法**
- **生物阻抗谱（BIS）测量**：使用阻抗分析仪（PalmSens4, PalmSens, Netherlands），频率50 Hz至1 MHz，80个对数步进点，交流幅值250 mV。不锈钢针电极（长13 mm，直径0.51 mm）垂直插入接穗茎秆（距顶端1 cm，电极间距1 cm，插入深度6 mm），每30分钟自动记录一次。
- **数据预处理**：将相位角取绝对值（|θ|），计算日平均变化量ΔZ
low（1 kHz阻抗日变化）和Δ|θ|
high（100 kHz相位角绝对值日变化），以消除植株间接触电阻和生物差异。
- **嫁接成功验证**：第32天目视检查新梢出现，并进行番红染料摄取试验（0.1%番红水溶液，根部浸入2小时），观察木质部染色以确认维管连续性。样本来源：商业苗圃提供的‘Kyoho’接穗和‘101–14’砧木，茎直径9.8–11.2 mm。
**研究结果**
**3.1 随时间变化的生物阻抗谱**
嫁接组（图3红线）的阻抗和相位角从实验开始持续上升，反映接穗对电极插入造成的急性物理损伤立即启动伤口愈合响应（如生长素介导的信号传导、愈伤组织形成及细胞壁强化）。愈合过程中，组织结构密度增加，低频电流的胞外通路受阻，阻抗升高。未嫁接组（图3蓝线）阻抗持续下降，因蜡屏障模拟自然嫁接失败中的坏死层，阻断了信号与资源交换，导致细胞膜完整性丧失、电解质泄漏，形成低电阻通路。两者从初始即出现阻抗谱差异，反映“伤口愈合能力”的有无。
**3.2 特定频率的时间序列变化**
日平均变化量ΔZ
low（1 kHz阻抗变化）和Δ|θ|
high（100 kHz相位角变化）在第4天即呈现显著差异（p < 0.001，Mann-Whitney U检验）。前1–3天两组均短暂上升（植物对针刺的即时防御响应），但第4天后嫁接组响应持续增强（愈合能力维持），未嫁接组则下降（细胞崩溃），表明BIS能通过早期电信号差异反映接穗活力和防御能力，从而作为最终嫁接成功的早期指标。
**3.3 嫁接成功验证**
第32天，所有嫁接组接穗均从腋芽萌发出新梢（图5A），证实木质部连接重建，成功运输水分与激素。染料试验（图5B）显示嫁接组根部和接穗木质部均被染红，证明维管桥形成；未嫁接组染料仅限于根部，接穗未染色，蜡屏障阻断了水分运输。
**讨论与结论总结**
讨论部分指出：BIS信号早期分异源于接穗内在的伤口愈合生理机制，包括愈伤组织增殖、激素介导的再生及结构性防御响应（如胼胝质沉积、细胞壁加固）。BIS能捕获这些创伤诱导的防御机制，拓展了其超越组织结构变化（如含水量、细胞膜）的应用范围。作为一种低成本、简便工具（Ibba et al., 2021），BIS可用于早期诊断嫁接成功，减少非成活嫁接苗的资源损失，提升葡萄种植的生产力与经济效益。研究也指出局限性：电极插入造成的伤口可能影响长期生存，未来可引入微针技术减少损伤；样本量有限，需在不同砧穗组合（包括不亲和组合）中验证。
研究结论（翻译）：本研究提出BIS可作为评估葡萄嫁接愈合早期形成的有效方法，通过评价接穗活力和伤口愈合能力。研究人员确认嫁接组与未嫁接组的生物阻抗谱变化方式不同。此外，生物阻抗数据的时间序列变化（1 kHz的ΔZ
low和100 kHz的Δ|θ|
high）可作为有效指标，在嫁接后第4天就区分两组。两组电信号的显著差异通过新梢出现和染料摄取试验进一步验证，确认了嫁接愈合的有无。研究人员推测，电信号的分异可能源于接穗内在的生理愈合能力，包括愈伤组织形成、激素介导的再生及结构性防御响应的激活。这些结果进一步表明BIS能够检测植物中创伤诱导的防御响应，不仅可用于嫁接愈合评估，还可用于其他伤口愈合过程。
