外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響.pdf

園藝學報， 2018， 45 (6)： 1115 1124. Acta Horticulturae Sinica doi： 10.16420/j.issn.0513-353x.2017-0744； http： /www. ahs. ac. cn 1115 收稿日期 ： 2018 03 12； 修回日期 ： 2018 06 01 基金項目 ： 國家自然科學基金項目（ 31272211； 31572171） ； “十二五”國家科技支撐計劃課題（ 2014BAD05B03） ；國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項資金項目（ CARS-23） * 并列第一作者 * 通信作者 Author for correspondence（ E-mail： minweisdau.edu.cn） 外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響 趙 升1，李治紅1,*，沈 瓊1，王 慧1，周 鑫1，魏 珉1,2,3,*（1山東農業(yè)大學園藝科學與工程學院，山東泰安 271018；2作物生物學國家重點實驗室，山東泰安 271018；3山東果蔬優(yōu)質高效生產協(xié)同創(chuàng)新中心，山東泰安 271018） 摘 要： 為探明砧木影響嫁接黃瓜果面蠟粉形成的機制以及與外源硅的關系，以山農 5 號黃瓜為接穗， 云南黑籽南瓜 （去蠟粉能力弱）和黃誠根 2 號南瓜（去蠟粉能力強）為砧木進行嫁接，采用水培法，研究營養(yǎng)液中添加硅與否對黃瓜硅吸收、硅轉運蛋白相關基因表達和果實表面蠟粉形成的影響。結果表明：加硅顯著提高了云南黑籽南瓜嫁接黃瓜和自根黃瓜果面蠟粉量及各器官硅含量，但加硅后黃誠根 2 號嫁接黃瓜的果面蠟粉量和各器官硅含量均較低，與不加硅條件下的嫁接和自根黃瓜相近；加硅處理后云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗根系中硅轉運蛋白基因 CmLsi1、 CmLsi2-1、 CmLsi2-2和 CmLsi3 的表達量均高于黃誠根 2 號嫁接黃瓜苗；隨著硅處理時間延長， 云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗根系中硅轉運蛋白基因表達下調，而黃誠根 2 號嫁接黃瓜苗根系中硅轉運蛋白基因的表達同樣下調。 關鍵詞： 黃瓜；嫁接；砧木；蠟粉；硅；硅轉運蛋白基因 中圖分類號： S 642.2 文獻標志碼： A 文章編號： 0513-353X（ 2018） 06-1115-10 Effects of Silicon Nutrition and Rootstocks on Silicon Uptake and Distribution and Expression of Silicon Transporter Genes in Grafted Cucumbers ZHAO Sheng1， LI Zhihong1,*， SHEN Qiong1， WANG Hui1， ZHOU Xin1， and WEI Min1,2,3,*（1College of Horticultural Science and Engineering， Shandong Agricultural University， Taian， Shandong 271018， China；2State Key Laboratory of Crop Biology， Taian， Shandong 271018， China；3Collaborative Innovation Center of Fruit & Vegetable Quality and Efficient Production in Shandong， Taian， Shandong 271018， China） Abstract： In order to investigate the mechanism underlying the effects of rootstocks on fruit bloom formation of grafted cucumbers under different silicon nutrition conditions， the rootstocks Yunnan figleaf gourd and Huangchenggen 2 were used to study the absorption and distribution of silicon， expression of silicon transporter genes and bloom formation in the grafted plants of cucumber Shannong 5 ， which were grown by hydroponics with the nutrient solution with silicon added or without. The results showed Zhao Sheng， Li Zhihong， Shen Qiong， Wang Hui， Zhou Xin， Wei Min. Effects of silicon nutrition and rootstocks on silicon uptake and distribution and expression of silicon transporter genes in grafted cucumbers. 1116 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (6)： 1115 1124. that the fruit bloom and silicon contents in organ of the cucumbers grafted on Yunnan figleaf gourd and self-rooted cucumbers were significantly increased by added silicon， and much higher than those in the cucumbers grafted on Huangchenggen 2 . The fruit bloom and silicon contents in organs of the cucumbers grafted on Huangchenggen 2 by added silicon were similar with those of the cucumbers grafted or self-rooted cucumbers in the condition without silicon added. The expression of CmLsi1， CmLsi2-1，CmLsi2-2 and CmLsi3 in roots of cucumbers grafted on Yunnan figleaf gourd was higher than that in roots of cucumbers grafted on Huangchenggen 2 . With the prolongation of silicon treatment， the expression of silicon transporter genes in roots of cucumbers grafted onto Yunnan figleaf gourd was down-regulated， the expression of those genes in roots of cucumbers grafted on Huangchenggen 2 also decreased. Keywords： cucumber； grafting； rootstock； bloom； silicon； silicon transporter gene 近年來，消費者對黃瓜（ Cucumis sativus L.）品質的要求越來越高，果面少蠟粉黃瓜的市場競爭力明顯增強，而不同砧木嫁接栽培的黃瓜果面蠟粉量存在明顯差異（ Sakata et al.， 2008；劉 青 等，2012） 。研究表明，黃瓜果實表面蠟粉的形成與對硅的吸收有一定關系。將多蠟粉黃瓜品種嫁接到去蠟粉的砧木上，黃瓜果實表面的蠟粉量明顯減少；而嫁接到多蠟粉砧木上，果面蠟粉量會明顯增加，如多蠟粉砧木黑籽南瓜（王鐵臣 等， 2010；高彥魁 等， 2011；沈瓊， 2013） 。一方面，砧木可能通過改變黃瓜植株對硅的吸收轉運影響果面蠟粉形成（本島俊明， 1989；劉青 等， 2012） ；另一方面，硅轉運蛋白基因起重要作用， Mitani 等（ 2011a）發(fā)現(xiàn)砧木根系 Lsi1 基因 242 位氨基酸突變是導致硅吸收能力喪失的原因，最終導致果面蠟粉發(fā)生情況不同。不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉量的差異，可能主要受砧木基因型的控制（高彥魁 等， 2008；王鐵臣 等， 2011） 。有研究認為，白菜葉片表面無蠟粉的突變植株，可能是調控蠟粉合成的基因表達受到阻斷，進而導致合成蠟粉的通路受阻（孫紅 等， 2017） ；唐俊等（ 2015）通過研究甘藍蠟粉缺失突變體，發(fā)現(xiàn)突變體植株蠟粉合成途徑中的烷烴合成途徑受阻。 目前，人們已從單子葉植物水稻、玉米、大麥和雙子葉植物南瓜、黃瓜中鑒定了多個硅轉運蛋白基因。在南瓜中鑒定出硅轉運蛋白基因有 Cmlsi1、 Cmlsi2 和 Cmlsi3（ Mitani et al.， 2009a， 2009b；王慧 等， 2015） ；在黃瓜中鑒定出 CsiT-1 和 CsiT-2（王東旭， 2014） 。然而，關于外源硅對黃瓜和南瓜體內硅轉運蛋白相關基因表達的影響尚未見報道。本試驗中通過研究外源硅對不同砧木嫁接黃瓜硅轉運蛋白相關基因表達的影響，探討其與硅吸收分配及果面蠟粉形成的關系，以期為黃瓜砧木育種和優(yōu)質栽培提供依據(jù)。 1 材料與方法 1.1 試驗材料與試驗處理 試驗于 2012 2015 年在山東農業(yè)大學北校區(qū)玻璃溫室進行，采用山崎黃瓜專用營養(yǎng)液配方水培。供試黃瓜品種為山農 5 號 ，由山東農業(yè)大學曹晨興副教授提供；南瓜砧木品種為云南黑籽南瓜 （ Cucurbita ficifolia，去蠟粉能力弱）和黃誠根 2 號 （ C. moschata，去蠟粉能力強） （沈瓊，2013；王慧 等， 2015） ，分別由云南農作資源開發(fā)研究所與青島市農業(yè)科學研究院提供。 硅吸收分配試驗：以山農 5 號黃瓜為接穗，待黃瓜子葉展平時用斜插法嫁接，嫁接成活后趙 升，李治紅，沈 瓊，王 慧，周 鑫，魏 珉 . 外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響 . 園藝學報， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 1117 定植到長 120 cm、寬 100 cm、高 10 cm 水培槽中，株距 15 cm。隨機排列， 3 次重復，每重復 12株，常規(guī)管理。設營養(yǎng)液中無硅（去離子水，硅含量為 8.7 × 10-4 mmol · L-1）和加硅（ K2SiO4， 1.7 mmol · L-1）兩個處理， pH 6.0 6.5。在黃瓜幼苗期（四葉一心 五葉一心）和結果期，每重復取樣 3 株測定根系、接穗莖、葉片和果實（商品瓜）中硅含量。在結果期隨機采收節(jié)位、大小一致的商品成熟果實 2 3 個，用色差儀（ HP-200 型）測定其明度差。 基因表達試驗：以山農 5 號黃瓜為接穗，采用插接法嫁接，嫁接成活后用山崎配方水培。所有嫁接苗統(tǒng)一培養(yǎng)，待幼苗長至五葉一心時，在營養(yǎng)液中加入 1.7 mmol · L-1K2SiO3，調節(jié) pH 值至 6.0 6.5，分別于處理后 0、 1、 3、 5 和 7 d 取根尖 0 30 mm 區(qū)段和葉片、根尖立即放入液氮， 70 保存，測定硅轉運蛋白相關基因表達；同時取葉片測定葉片中的硅含量。并以不加硅的嫁接黃瓜作為對照進行測試。 1.2 測定方法 1.2.1 果面蠟粉量 用精密色差儀（ HP-200 型）測定果實表面的明度差（沈瓊， 2013） ：將透明膠帶貼于黑色襯板上，用色差儀測其明度為基礎值，然后用透明膠帶在果實表面中間位置找一點輕壓，使蠟粉粘附在透明膠帶上，取下膠帶，再次貼于黑色襯板上，測明度并計算明度差 L（測定值基礎值） ，以此評價果面蠟粉多少， L 值越大表示果面蠟粉量越多。每處理 3 次重復。 1.2.2 硅含量 稱取烘干粉碎樣品 0.3 g，放入瓷坩堝，在馬弗爐中 300 預灰化 3 h，升溫至 550 灰化 4 h。將灰化樣品用 48 mL 0.08 mol · L-1H2SO4沖洗入干凈的聚乙烯瓶中，加 2 mL 40%氫氟酸，搖床振蕩過夜，過濾。取 2 mL 濾液轉移到新的聚乙烯瓶中，加入 50 mL 0.32% H3BO3，振蕩 2 h。取 10 mL混合液， 加入 5 mL H2SO4鉬酸銨混合液 體積比 1 1， H2SO4濃度 0.08 mol · L-1， (NH4)6Mo7O24· 4H2O 濃度 20 g · L-1 ，振蕩反應 5 min，然后加入 5 mL 3.3%酒石酸和 5 mL 0.4%還原型抗壞血酸，振蕩反應 25 min，在 811 nm 處測定吸光度值（ A） ，計算硅的含量（沈瓊， 2013） 。整個過程均用超純水。 3次重復，計算平均值。 1.2.3 Real-time PCR 采用超純 RNA 提取試劑盒（ CW0581，北京康為世紀生物科技有限公司）提取各樣品總 RNA。經紫外分光光度計和 1%瓊脂糖電泳檢測 RNA 純度和完整性。 cDNA 反轉錄采用 Prime ScriptTMRTreagent Kit（ RR047A， TaKaRa）試劑，熒光定量采用 TransStart® TipGreen qPCR SuperMix 試劑，并按說明書進行。硅轉運蛋白基因 CmLsi1、 CmLsi2-1、 CmLsi2-2 和 CmLsi3 熒光定量引物見表 1，并以南瓜 -Actin 為內參基因。 Real-time PCR 反應在 BIO-RAD iQ5 上進行。反應體系為 25 L，反應程序為 94 30 s；然后 94 5 s， 60 30 s， 40 個循環(huán)。按照 2-CT法計算硅轉運蛋白基因的相對表達量，每個處理樣品設置 3 次重復。 表 1 qRT-PCR 擴增所用引物序列 Table 1 Primes sequences used in qRT-PCR amplification 基因名稱 Gene name 上游引物（ 5 3） Forward primer 下游引物（ 5 3） Reverse primer CmLsi1 GTGATGATTTATGCCGTCGGACAC GCTGCTGCATACAATGGAACCTG CmLsi2-1 ATACTGTGAAAGTTATCCTGGGCTC CCTAGCAGAGATCCTGCCGTTCTC CmLsi2-2 GCAATGCTAATGGTCGTGTTCCGAG ACTCCTCCATGACAGCACCTTACC CmLsi3 GTGCCTGCTATGTATGTTGCC GGTCCAAACGGAGAATGGCATG Zhao Sheng， Li Zhihong， Shen Qiong， Wang Hui， Zhou Xin， Wei Min. Effects of silicon nutrition and rootstocks on silicon uptake and distribution and expression of silicon transporter genes in grafted cucumbers. 1118 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 1.3 數(shù)據(jù)處理 采用 Excel 軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用 DPS7.05 軟件進行統(tǒng)計分析，采用 Duncans 法進行差異顯著性檢驗（ P < 0.05） 。 2 結果與分析 2.1 外源硅對嫁接黃瓜果面蠟粉形成的影響 黃瓜果實商品成熟時的明度差值，反映了果面蠟粉量的多少。由圖 1 可知，營養(yǎng)液無硅（ -Si）處理的黃瓜，不論嫁接與否，果面蠟粉量均較少，不同砧木處理間存在顯著差異，以云南黑籽南瓜嫁接黃瓜的明度差最大， 黃誠根 2 號嫁接黃瓜最小。加硅（ +Si）處理中，云南黑籽南瓜嫁接和自根黃瓜的明度差值分別比黃誠根 2 號嫁接黃瓜高出 181%和 148%，黃誠根 2 號嫁接黃瓜的果面蠟粉量與無硅處理的嫁接和自根黃瓜果面蠟粉量也存在顯著差異。加硅處理能顯著提高黃瓜，尤其自根黃瓜和云南黑籽南瓜嫁接黃瓜的果面蠟粉量，而黃誠根 2 號嫁接的黃瓜受到影響相對較小。 圖 1 加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)對山農 5 號嫁接黃瓜果面蠟粉形成的影響 不同小寫字母表示在 5%水平上差異顯著。下同。 Fig. 1 Effects of silicon nutrition solution culture on bloom formation of grafted Shannong 5 cucumber fruits Small letters mean significant difference at 5% level. The same below. 2.2 外源硅對嫁接黃瓜植株硅吸收的影響 2.2.1 加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)對商品成熟果實中硅含量的影響 無硅條件下，無論是嫁接還是自根黃瓜，其商品成熟果實的果皮和果肉中硅含量均較低，彼此差異較?。患庸锠I養(yǎng)液培養(yǎng)顯著提高了云南黑籽南瓜嫁接和自根黃瓜果皮和果肉中硅含量，果皮中硅含量分別增加了 164.03%和 207.38%，果肉中硅含量分別增加了 47.74%和 82.24%。而加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)的黃誠根 2 號嫁接黃瓜果皮中硅含量僅增加了 53%，果肉中僅增加了 19.03%（圖 2） 。 2.2.2 加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)對根、莖、葉中硅含量的影響 如表 2 所示，幼苗期，無硅營養(yǎng)液培養(yǎng)的嫁接和自根黃瓜根、接穗莖、葉中硅含量均較低，且自根黃瓜和不同砧木嫁接黃瓜間差異不顯著；加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)的各黃瓜均比無硅營養(yǎng)液培養(yǎng)的顯著升高，但黃誠根 2 號嫁接黃瓜升高幅度較小。 趙 升，李治紅，沈 瓊，王 慧，周 鑫，魏 珉 . 外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響 . 園藝學報， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 1119 與幼苗期相比，結果期根系中硅含量有所升高，尤其是加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)的。加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)顯著提高了云南黑籽南瓜嫁接和自根黃瓜根、接穗莖、葉中硅含量，其中葉片的硅含量分別是無硅培養(yǎng)的 11.14 倍和 10.60 倍；而黃誠根 2 號嫁接黃瓜的根、莖、葉中硅含量顯著低于云南黑籽南瓜嫁接黃瓜和自根黃瓜。加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)能夠提高云南黑籽南瓜嫁接和自根黃瓜根、接穗莖、葉中硅含量，而黃誠根 2 號嫁接黃瓜受影響較小，在葉片中僅提高了 7.50%（表 2） 。 圖 2 加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)對山農 5 號嫁接黃瓜果實硅吸收分配的影響 Fig. 2 Effects of silicon nutrition solution culture on silicon absorption and distribution of silicon in grafted Shannong 5 cucumber fruits 表 2 加硅營養(yǎng)液培養(yǎng)對山農 5 號嫁接黃瓜果實硅吸收分配的影響 Table 2 Effect of silicon nutrition solution culture on silicon absorption and distribution of silicon in grafted Shannong 5 cucumber fruits 砧木 Rootstock 硅處理 Silicon treatment 幼苗期 Seedling stage 結果期 Fruiting stage 根系 Root 接穗莖 Scion stem 葉片 Leaf 根系 Root 接穗莖 Scion stem 葉片 Leaf 自根黃瓜 Self-rooted cucumber -Si 0.82 cd 0.78 c 1.10 d 0.86 c 0.52 c 0.88 c +Si 3.37 a 2.39 a 5.91 b 5.32 a 2.89 a 9.33 b 黃誠根 2 號 Huangchenggen 2 -Si 0.75 d 0.54 d 1.00 d 0.87 c 0.49 c 0.80 c +Si 0.88 c 0.89 c 1.27 c 1.15 b 0.54 c 0.86 c 云南黑籽南瓜 Yunnan figleaf gourd -Si 0.75 d 0.77 c 1.07 d 1.13 b 0.49 c 0.92 c +Si 3.23 b 1.87 b 6.65 a 5.20 a 2.07 b 10.25 a 注：同列數(shù)值不同字母表示 5%水平上差異顯著。 Note： Different letters with in the same column indicate significant difference at 5% level. 2.2.3 幼苗期加硅處理后嫁接黃瓜葉片硅含量變化 加硅能使兩種砧木南瓜嫁接的黃瓜幼苗葉片中硅含量顯著增加（圖 3） 。云南黑籽南瓜嫁接苗葉片中硅的增加量在處理 0 5 d 較大 （提高了 9.72 倍） ， 在 5 7 d 間增加量較少； 不加硅時， 云南黑籽南瓜砧木嫁接苗葉片的硅含量增加較少。加硅的黃誠根 2 號南瓜嫁接苗葉中硅的增加量始終較少，主要在加硅的前 3 d 積累，提高了 61.47%， 7 d 僅較 0 d 提高 64.83%；不加硅時，黃誠根 2 號南瓜嫁接苗葉片的硅含量 7 d 僅較 0 d 提高 34.41%。 這說明了在相同硅水平的營養(yǎng)液中，兩種砧木根系對硅的吸收能力存在較大差異，砧木云南黑籽南瓜的根系對硅吸收能力強，而黃誠根 2 號南瓜的則較弱。 Zhao Sheng， Li Zhihong， Shen Qiong， Wang Hui， Zhou Xin， Wei Min. Effects of silicon nutrition and rootstocks on silicon uptake and distribution and expression of silicon transporter genes in grafted cucumbers. 1120 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 圖 3 幼苗期加硅處理對嫁接黃瓜苗葉片中硅含量的影響 Fig. 3 Effects of silicon treatment at seedling stage on silicon contents in grafted cucumber leaves 2.3 加硅處理對砧木及其嫁接黃瓜根系硅轉運蛋白基因表達的影響 2.3.1 CmLsi1 利用實時熒光定量 PCR 檢測嫁接黃瓜苗根系中 CmLsi1 相對表達量的變化情況，發(fā)現(xiàn)兩種砧木根系 CmLsi1 對硅的響應模式不同（圖 4） 。以云南黑籽南瓜為砧木嫁接的黃瓜苗經硅處理后，CmLsi1 表達量迅速下降，處理 1 d 時，下降至起始的 81.02%，處理 3 d 時，下降至起始的 61.2%，處理 7 d 后，下降至起始的 60.28%；不加硅的表達量雖下降，但下降平緩，處理 7 d 時僅下降至起始的 88.06%。 以黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗的 CmLsi1 表達量整體變化較小。不加硅處理 CmLsi1 表達量穩(wěn)定在對照云南黑籽南瓜起始的 36%，處理 7 d 時表達量為 0 d 時的 98.99%。加硅處理 1、3、 5 和 7 d 時， CmLsi1 表達量比不加硅處理的低 26.84%、 40.57%、 43.83%和 45.57%（圖 4） 。 圖 4 加硅處理對兩種砧木南瓜嫁接黃瓜苗根系中 CmLsi1 表達的影響 以無硅處理的云南黑籽南瓜嫁接黃瓜根系的基因表達量為 1。下同。 Fig. 4 The relative expression level of CmLsi1 gene in roots of cucumber grafted onto different pumpkins after silicon treatment The expression of the gene in cucumber roots grafted onto Yunnan figleaf gourd was 1， as control； The same below. 趙 升，李治紅，沈 瓊，王 慧，周 鑫，魏 珉 . 外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響 . 園藝學報， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 1121 2.3.2 CmLsi2-1 以云南黑籽南瓜為砧木嫁接的黃瓜苗在硅處理時根系中 CmLsi2-1 的表達量也呈現(xiàn)先下降后趨于平緩的趨勢；處理 1 d 時，下降至起始的 70.65%，處理 3 d 時下降至起始的 67.61%，處理 5 d時下降至起始的 65.26%，處理 7 d 時下降至起始的 64.28%；不加硅的云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的表達量下降平緩，處理 7 d 時僅下降至起始的 89.49%（圖 5） 。 以黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗 CmLsi2-1 表達量水平整體較低（圖 5） 。不加硅處理穩(wěn)定在云南黑籽南瓜起始的 39.85%，加硅處理 7 d 時表達量為 0 d 時的 53.88%。加硅處理 1、 3、5 和 7 d 時， CmLsi2-1 表達量比不加硅處理的低 35.94%、 52.37%、 65.46%和 71.86%，說明加硅處理對黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗的 CmLsi2-1 表達量影響幅度大，但總量很小。 圖 5 加硅處理對兩種砧木南瓜嫁接黃瓜苗根系中 CmLsi2-1 表達的影響 Fig. 5 The relative expression level of CmLsi2-1 gene in roots of cucumber grafted onto different pumpkins after silicon treatment 2.3.3 CmLsi2-2 隨著硅處理時間的延長，兩種南瓜砧木嫁接的黃瓜根系中 CmLsi2-2 的表達量呈現(xiàn)下降趨勢。處理 1 d 時，以云南黑籽南瓜為砧木嫁接的黃瓜苗根中的 CmLsi2-2 表達量下降至起始的 80.12%，處理 3 d 時下降至起始的 67.08%， 處理 5 d時下降至起始的 44.52%， 處理 7 d 時下降至起始的 44.28%；不加硅的云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的表達量下降平緩，處理 7 d 時僅下降至起始的 89.57%（圖6） ，與 CmLsi2-1 對硅的響應基本相同。 圖 6 加硅處理對砧木嫁接黃瓜苗根系中 CmLsi2-2 表達的影響 Fig. 6 The relative expression level of CmLsi2-2 in roots of cucumber grafted onto different pumpkins after silicon treatment Zhao Sheng， Li Zhihong， Shen Qiong， Wang Hui， Zhou Xin， Wei Min. Effects of silicon nutrition and rootstocks on silicon uptake and distribution and expression of silicon transporter genes in grafted cucumbers. 1122 Acta Horticulturae Sinica， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 以黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗的 CmLsi2-2 表達量水平也較低（圖 6） 。不加硅處理的CmLsi2-2 表達量穩(wěn)定在對照云南黑籽南瓜的 40%左右，加硅處理 1、 3、 5 和 7 d 時， CmLsi2-2表達量比不加硅處理的低 9.04%、 38.34%、 53.65%和 58.43%，說明加硅處理對黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗的 CmLsi2-2 表達量影響幅度大，但總量很小。 2.3.4 CmLsi3 加硅處理后云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗的根系中硅轉運蛋白基因 CmLsi3 的表達量均高于黃誠根 2 號嫁接黃瓜苗（圖 7） 。在加硅處理 1 d 和 3 d， 云南黑籽南瓜根系中 CmLsi3 表達量顯著下降，分別為起始的 82.12%和 70.48%，處理 5 d 和 7 d 時，表達變化趨于穩(wěn)定，為起始的 66.30%左右。 以黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗根系中 CmLsi3 的表達量水平較低（圖 7） 。不加硅處理CmLsi3 表達量穩(wěn)定在云南黑籽南瓜起始的 38.3%左右。加硅處理 1、 3、 5 和 7 d 時， CmLsi3 表達量比不加硅處理的低 9.04%、 35.15%、 51.23%和 55.82%，說明該處理對黃誠根 2 號為砧木嫁接的黃瓜苗 CmLsi3 表達量影響幅度大，但總體表達量很小。 圖 7 加硅處理對砧木南瓜嫁接黃瓜苗根系中 CmLsi3 表達的影響 Fig. 7 The relative expression level of CmLsi3 gene in roots of cucumber grafted onto different pumpkins after silicon treatment 3 討論 3.1 外源硅對嫁接黃瓜硅吸收及果面蠟粉形成的影響 蠟粉是黃瓜重要的商品性狀之一，而黃瓜果皮表面蠟粉的多少與黃瓜品種和砧木類型有關，并取決于植株對硅的吸收分配特性（山下久男 等， 1989；劉青 等， 2012） 。 Mitani 和 Ma（ 2005）認為高等植物是被動運輸硅的， Liang 等 （ 2005） 認為黃瓜植株對硅的吸收分配是一個主動過程， Mitani等（ 2011a）發(fā)現(xiàn)南瓜具有典型的硅主動吸收特征。本試驗結果表明，隨著硅處理時間的延長， 云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗葉片中硅的含量先上升后趨于平緩，而黃誠根 2 號嫁接黃瓜苗葉片中硅的含量雖有升高但始終維持在一個較低的水平。這體現(xiàn)出硅雖在植株體內不斷積累，但吸收速率在不同類型的砧木南瓜根系很不相同。在不加硅條件下，所有嫁接和自根黃瓜各器官中硅含量均較低，商品成熟果實果面蠟粉量少，果皮色亮。加硅處理顯著提高了云南黑籽南瓜嫁接黃瓜和自根黃瓜各器官中硅含量，黃瓜的果面蠟粉量多，色灰暗；而黃誠根 2 號嫁接黃瓜的果面蠟粉量和各器官硅含量顯著低于云南黑籽南瓜嫁接黃瓜和自根黃瓜，與不加硅條件下的嫁接和自根黃瓜相近。說明外源硅對云南黑籽南瓜砧木根系硅吸收的影響較大，而對黃誠根 2 號影響較趙 升，李治紅，沈 瓊，王 慧，周 鑫，魏 珉 . 外源硅對不同砧木嫁接黃瓜果面蠟粉和硅吸收及相關基因表達的影響 . 園藝學報， 2018， 45 (6)： 1115 1124. 1123 小。砧木可能通過改變植株對硅的吸收分配從而間接影響黃瓜果面蠟粉形成（劉青 等， 2012；王慧 等， 2015） ，本試驗結果印證了這一點。不同砧木對外源硅的響應差異可能與根系硅轉運蛋白相關基因的表達存在一定的相關性，進而引起硅吸收量產生差異，其中硅轉運蛋白的主動吸收在砧木根系吸收轉運過程中應起主要作用。 3.2 外源硅對嫁接黃瓜硅轉運蛋白相關基因表達的影響 不同的硅轉運蛋白基因對外源硅的響應模式不同。研究表明，連續(xù) 3 d 供硅（ 1.0 mmol · L-1） ，水稻根系中 OsLsi1 和 OsLsi2 的表達量下降到最初的 1/4（ Ma et al.， 2006， 2007） 。連續(xù) 6 d 供硅，水稻根系 OsLsi6 的表達水平也下降至最初的 1/4（ Yamaji et al.， 2008） 。大麥和玉米根系 Lsi1、 Lsi6的表達幾乎不受外源硅的影響（ Seki & Hotta， 1997； Liang et al.， 2005； Mitani et al.， 2009a；劉青 等， 2012） ，而根系 Lsi2 基因在連續(xù) 7 d 供硅時分別下降到最初的 1/5 和 1/2（ Mitani et al.， 2009a） 。對硅處理下黃瓜硅轉運蛋白基因 CsiT-1 和 CsiT-2 的表達量研究表明， 低硅能夠促進 CsiT-1 和 CsiT-2在葉中的表達，而高硅抑制 CsiT-1 和 CsiT-2 在葉中的表達（王東旭， 2014） 。本試驗表明，在 1.7 mmol · L-1硅處理下， 云南黑籽南瓜嫁接黃瓜苗根系 CmLsi1、 CmLsi2-1、 CmLsi2-2 和 CmLsi3 基因的表達水平明顯下調， 這與水稻根系 OsLsi1、 OsLsi2 和 OsLsi6 對硅的響應模式 （ Chiba et al.， 2009；Mitani et al.， 2009a， 2009b， 2011a， 2011b）