梅文宇，李 濤，孫保娟，宮 超，衡 周，游 倩，李植良，黎振興，孫光聞

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642；2.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640）

番茄（Solɑnum lycopersicumL.）起源于南美洲，于17世紀(jì)傳入亞洲，20世紀(jì)50年代番茄種植在我國(guó)迅速發(fā)展，如今我國(guó)已成為世界上最大番茄生產(chǎn)國(guó)。番茄是我國(guó)設(shè)施栽培面積最大的果菜之一，在蔬菜生產(chǎn)中占有十分重要的地位，但由于近年來(lái)不合理的施肥灌溉、重茬栽培等，設(shè)施栽培倍受土壤鹽漬化和連作障礙的影響［1］。嫁接能顯著提高番茄抗逆性，嫁接番茄對(duì)土傳病害和不良環(huán)境的抗性明顯強(qiáng)于自根番茄，應(yīng)用于設(shè)施栽培的潛力較大。2018年，我國(guó)番茄栽培面積達(dá)110.9萬(wàn)hm2，其中設(shè)施栽培面積64.2萬(wàn)hm2、露地栽培面積46.7萬(wàn)hm2［2］。番茄嫁接苗的生產(chǎn)已經(jīng)發(fā)展多年，技術(shù)相對(duì)成熟，嫁接成活率一般可達(dá)90%以上，相對(duì)于傳統(tǒng)番茄實(shí)生苗，番茄嫁接苗具有長(zhǎng)勢(shì)旺、產(chǎn)量高等特點(diǎn)。同時(shí)，傳統(tǒng)的番茄品種往往不能集抗性與高品質(zhì)于一身，而采用抗性強(qiáng)的砧木嫁接優(yōu)質(zhì)番茄接穗，能顯著提升優(yōu)質(zhì)番茄的適應(yīng)性。

嫁接是我國(guó)應(yīng)用已久的一項(xiàng)農(nóng)藝技術(shù)，通過(guò)砧木和接穗間的愈傷結(jié)合成新的植株，從而獲得對(duì)土傳病害和不良環(huán)境（澇害、高溫、干旱、鹽漬化）的抗性。嫁接愈合的過(guò)程一般可以分為愈傷組織形成、砧穗間細(xì)胞識(shí)別、維管束重連3個(gè)階段。近年來(lái)，隨著相關(guān)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)接穗和砧木之間存在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的交換以及蛋白質(zhì)、RNA等物質(zhì)的交流，且在愈合過(guò)程的調(diào)控機(jī)理、砧穗互作介導(dǎo)的表型變化等方面均受到內(nèi)在及外在環(huán)境因素的影響。因此，探明嫁接愈合過(guò)程中的各項(xiàng)影響因素將有助于提高嫁接苗的成活率及種苗品質(zhì)，深入研究砧穗互作機(jī)理，將有助于了解嫁接通過(guò)何種方式改變植物性狀，利于砧木資源的篩選。

目前，我國(guó)許多地區(qū)番茄的生產(chǎn)仍然面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，由于不當(dāng)?shù)脑耘喙芾硪约扒嗫莶?、枯萎病、線蟲多發(fā)等因素，給番茄生產(chǎn)造成了巨大損失。另一方面，在過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間，番茄育種工作過(guò)于注重抗病性，導(dǎo)致番茄品質(zhì)在一定程度上有所降低，一些風(fēng)味相關(guān)的代謝物也被丟失［3］。因此，探討在保障番茄品質(zhì)的前提下，通過(guò)嫁接技術(shù)提高番茄的抗逆性，是一個(gè)十分值得研究的方向。由此，本文主要綜述了影響嫁接番茄成活的因素、嫁接植株內(nèi)的反應(yīng)機(jī)理，以及嫁接對(duì)番茄抗性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響等，并對(duì)嫁接技術(shù)在未來(lái)我國(guó)番茄產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用作出展望。

1 嫁接番茄成活及愈合的影響因素

1.1 環(huán)境因素

1.1.1 光照 光照作為影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素，能調(diào)控植物從種子萌發(fā)、開(kāi)花到果實(shí)發(fā)育等過(guò)程，不同配比的光質(zhì)、光強(qiáng)對(duì)植物生長(zhǎng)的影響都不相同。嫁接植物的愈合與光照密切相關(guān)。嫁接破壞了葉片和根之間的韌皮部連接，導(dǎo)致地上部合成的糖類物質(zhì)無(wú)法向地下部運(yùn)輸，因此砧木可溶性糖增加的趨勢(shì)與愈合的程度密切相關(guān)。Lee等通過(guò)比較不同光環(huán)境下愈合的嫁接番茄苗，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄30 μmol/m2·s光照處理下砧木糖類物質(zhì)的增加趨勢(shì)早于黑暗處理，說(shuō)明光照能促進(jìn)嫁接苗韌皮部愈合［4］。Muneer等測(cè)定了不同光強(qiáng)（25、50、75、100 μmol/m2·s）下嫁接西瓜苗維管連接相關(guān)的蛋白質(zhì)組，發(fā)現(xiàn)在100 μmol/m2·s光照條件下，嫁接苗的離子結(jié)合蛋白、轉(zhuǎn)錄調(diào)控蛋白、氨基酸代謝蛋白和防御反應(yīng)蛋白的合成相應(yīng)增強(qiáng)，表明在此光照條件下砧木和接穗之間的聯(lián)系增加［5］。值得一提的是，在嫁接苗愈合過(guò)程中，保持恒定的光強(qiáng)并非最佳光照方案，在愈合過(guò)程中不同階段需要的光照強(qiáng)度并不相同。儲(chǔ)玉凡等通過(guò)對(duì)嫁接黃瓜采用不同階梯變化的光強(qiáng)處理發(fā)現(xiàn)，采用45-90-135 μmol/m2·s的階梯光照最有利于黃瓜嫁接苗生長(zhǎng)，且能促進(jìn)黃瓜中可溶性糖和可溶性蛋白的積累［6］。愈合期最佳光照強(qiáng)度可能與嫁接苗的愈合程度有關(guān)，在嫁接番茄中開(kāi)展類似試驗(yàn)，或許能探明嫁接番茄愈合過(guò)程中的最佳光照方案。

光質(zhì)及光質(zhì)比對(duì)嫁接植株傷口的愈合也存在不可忽視的影響。有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)紅色LED燈照射的番茄嫁接苗的成活率和質(zhì)量均優(yōu)于無(wú)光照處理嫁接苗［7］。Wei等利用光照強(qiáng)度為100 μmol/m2·s的不同光質(zhì)光源對(duì)嫁接番茄苗進(jìn)行每天16 h補(bǔ)光，發(fā)現(xiàn)白光∶紅光∶藍(lán)光=1∶2∶1處理嫁接番茄苗各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)最佳，且該光質(zhì)比處理下與光合作用相關(guān)的PsɑA、PsbA兩個(gè)基因的表達(dá)顯著增加［8］。光質(zhì)對(duì)嫁接苗的影響不僅體現(xiàn)在嫁接番茄上，Jang等［9］發(fā)現(xiàn)在紅光與藍(lán)光組合下可以獲得更高質(zhì)量的嫁接辣椒植株。紅光有利于光合產(chǎn)物積累，藍(lán)光有利于葉綠體發(fā)育，但單一光質(zhì)對(duì)植物自身是一種脅迫（如造成植物水分流失），單一紅光或藍(lán)光不利于嫁接苗的愈合。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免過(guò)強(qiáng)光照造成水分流失，在一些溫室嫁接苗管理中，會(huì)將嫁接后的植物用一層半透明的高密度聚乙烯薄膜封閉，且在白天陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)進(jìn)行部分遮光處理。在嫁接植物傷口愈合過(guò)程中，在接穗和砧木結(jié)合處的細(xì)胞會(huì)脫分化形成愈傷組織，隨后愈傷組織再分化形成木質(zhì)部和韌皮部，形成新的維管組織［10］，F(xiàn)arhadi等通過(guò)比較黑暗條件、補(bǔ)光條件下愈傷組織的分化情況，發(fā)現(xiàn)在適量光照下愈傷組織分化所用時(shí)間更少，表明適當(dāng)光照能誘導(dǎo)愈傷組織分化，這可能也是光照促進(jìn)嫁接苗愈合、提高嫁接成活率的一個(gè)原因［11］。

1.1.2 溫度 在嫁接番茄苗傷口愈合的過(guò)程中，溫度也是影響愈合的關(guān)鍵因素之一，適宜溫度有利于促進(jìn)植物體內(nèi)各種酶促反應(yīng)，加快物質(zhì)代謝與合成以及愈傷組織形成，從而加快傷口愈合［12］。Vu等通過(guò)控制嫁接番茄苗愈合過(guò)程中的環(huán)境溫度，設(shè)置了17、20、23、26 ℃等不同溫度處理，發(fā)現(xiàn)雖然在前期各處理嫁接苗的成活率差異并不明顯，但在嫁接 7 d后23℃處理嫁接苗的成活率顯著高于其他溫度處理［13］。此外，有研究認(rèn)為適當(dāng)晝夜變溫有利于愈傷組織的分化。趙淵淵等研究發(fā)現(xiàn)，恒溫26℃下的嫁接番茄苗愈傷組織細(xì)胞數(shù)量最多，但質(zhì)地相對(duì)蓬松、分化能力差，而晝溫26℃、夜溫16℃處理嫁接番茄苗接口處的隔離層消失較快，維管組織連接迅速，砧穗結(jié)合緊密，愈合速度最快，成活率高［14］。

1.1.3 濕度 空氣濕度是嫁接苗愈合過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。在嫁接處的維管組織連接之前，水分由砧木進(jìn)入接穗的途徑可能是自由擴(kuò)散或滲透，水分供應(yīng)在這種情況下非常有限，若空氣濕度低，接穗中水分容易因蒸發(fā)作用大量損失，則會(huì)造成接穗萎蔫。因此在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，黃瓜嫁接苗一般存放于密閉環(huán)境中并保證空氣濕度達(dá)到95%～100%，從而減少葉片的蒸騰作用，防止接穗萎蔫。但過(guò)高的空氣濕度（超過(guò)90%）會(huì)導(dǎo)致氣孔孔徑減小而降低光合作用速率。Jang等［15］提出在嫁接苗愈合過(guò)程中，空氣濕度并不需要一直保持飽和狀態(tài)，稍微降低空氣濕度有利于促進(jìn)光合作用，且長(zhǎng)期處于高濕度狀態(tài)會(huì)給植物帶來(lái)一系列不良影響，如嫁接苗傷口處腐爛、葉片氣孔變長(zhǎng)、葉片氣孔關(guān)閉功能受損及吸水能力降低等。Vu等在嫁接番茄愈合過(guò)程中對(duì)環(huán)境濕度進(jìn)行分時(shí)期調(diào)控，發(fā)現(xiàn)在愈合前2～3 d保持高濕度（90%）能保證番茄種苗較高成活率（90%），隨后降低濕度至70%更有利于番茄種苗質(zhì)量［16］。因此，適宜的空氣濕度決定了嫁接番茄苗的成活率及種苗品質(zhì)，種苗愈合馴化時(shí)的濕度需要根據(jù)嫁接苗的愈合階段而定，并與接穗從砧木中吸收水分的能力、接穗葉片光合速率等因素相關(guān)。

1.2 品種親和性

植物嫁接親和性是一個(gè)復(fù)雜概念，因?yàn)檎枘竞徒铀雭?lái)自不同植物，一般認(rèn)為親緣關(guān)系更相近的兩種植物之間嫁接成功率更高，不同科植物之間的嫁接相對(duì)于同科之間的植物嫁接則相對(duì)困難。Cookson等以葡萄為試驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行自嫁接和異種嫁接，研究嫁接處的應(yīng)激表達(dá)，發(fā)現(xiàn)異種嫁接處理中的砧木在轉(zhuǎn)錄水平上上調(diào)了氧化應(yīng)激反應(yīng)，而氧化應(yīng)激反應(yīng)也與異源嫁接的不親和性反應(yīng)相關(guān)［17］。通過(guò)對(duì)不親和的嫁接植株進(jìn)行解剖，發(fā)現(xiàn)在砧木與接穗的連接處會(huì)發(fā)生維管連接不良、維管不連續(xù)及韌皮部退化等現(xiàn)象，這會(huì)影響植物中水分、養(yǎng)分及同化物的運(yùn)輸，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致植物死亡。吳燁通過(guò)觀察遠(yuǎn)緣嫁接的番茄與黃瓜接合處的細(xì)胞組織，發(fā)現(xiàn)番茄與黃瓜之間雖然各自形成了愈傷組織，但兩者的愈傷組織薄壁細(xì)胞并不能充分融合連接形成正常的維管組織［18］。陳紅通過(guò)比較親和嫁接（番茄/茄子）和非親和嫁接（茄子/黃瓜）的接口細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)親和嫁接的番茄/茄子隔離層會(huì)逐漸消失，而非親和嫁接中砧穗細(xì)胞間的隔離層無(wú)法消失，砧穗間沒(méi)有維管束橋連接，也無(wú)胞間連絲形成，嫁接后植株無(wú)法正常存活［19］。因此，新的砧木和接穗嫁接后，嫁接不親和性檢測(cè)變得十分必要，Porika［20］通過(guò)對(duì)嫁接植物不親和反應(yīng)的分析，提出幾個(gè)早期檢測(cè)嫁接植物不親和性的方法，包括體外技術(shù)、組織學(xué)分析、同工酶分析和酚類物質(zhì)分析。

1.3 嫁接方法

根據(jù)砧木和接穗的切削方式以及使用工具的不同，番茄的嫁接方法可分為靠接、劈接、插接、針接、套管嫁接、貼接、平接等。鄭康等采用劈接、套管嫁接、貼接3種方法嫁接番茄，發(fā)現(xiàn)砧木與接穗在同一時(shí)期播種的情況下，貼接法嫁接的番茄苗成活率最高，且種苗質(zhì)量最好［21］。Silva等研究發(fā)現(xiàn)不同嫁接方法對(duì)番茄種苗抗氧化酶活性的影響不明顯，卻對(duì)種苗成活率產(chǎn)生很大影響，其中成活率最高的是劈接（95.8%）、其次是貼接（89.6%）［22］。相同嫁接方法的操作細(xì)節(jié)對(duì)番茄嫁接的成活率也有影響，Pardo等采用貼接法，探究不同切割角度對(duì)番茄嫁接苗成活率的影響，發(fā)現(xiàn)切割角度為50°～70°時(shí)嫁接苗的成活率最高（95%）［23］。與之類似，Bausher發(fā)現(xiàn)切割角度為70°時(shí)嫁接番茄苗成活率最高，且切割角度還會(huì)影響砧木與接穗貼合的完整性［24］。在生產(chǎn)中，需要根據(jù)實(shí)際情況（如砧木接穗的生長(zhǎng)狀況、發(fā)育階段等）選擇最佳嫁接方法。

1.4 植物嫁接愈合過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制

1.4.1 愈傷組織形成的誘導(dǎo) 在嫁接植物的愈合期，接口部分的細(xì)胞會(huì)進(jìn)行脫分化形成愈傷組織，愈傷組織再分化形成維管組織。WIND1（Wound Induced Dedifferentiation1）是一種AP2/ERF（APTALA2/ ethylene-responsive factor）家族轉(zhuǎn)錄因子，Lwase等研究表明WIND1能控制擬南芥細(xì)胞去分化并控制細(xì)胞增殖，形成愈傷組織，在隨后研究中發(fā)現(xiàn)該基因同樣能誘導(dǎo)番茄愈傷組織的形成［25］。通過(guò)檢測(cè)嫁接擬南芥創(chuàng)傷誘導(dǎo)基因WIND1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)該基因在接穗維管組織上調(diào)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)傷口愈傷組織的形成［26］。

1.4.2 糖在愈合階段的作用 在嫁接植物愈合過(guò)程中，糖發(fā)揮著重要作用，接穗與砧木間糖含量的差別很大程度上決定嫁接口的重連進(jìn)程，Lee等研究發(fā)現(xiàn)接穗糖含量高的番茄苗接口愈合程度更高［4］。Melnyk等對(duì)擬南芥嫁接后的砧木和接穗分別進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)在傷口處，與維管發(fā)育和細(xì)胞分裂相關(guān)的基因在接穗處被激活、在砧木處卻會(huì)延遲24 h。通過(guò)分析砧木和接穗RNA的表達(dá)量，發(fā)現(xiàn)在嫁接后6～48 h，不對(duì)稱表達(dá)的RNA數(shù)量是對(duì)稱表達(dá)RNA的3倍，而72 h后兩者RNA表達(dá)量幾乎相等，進(jìn)一步分析這種不對(duì)稱表達(dá)的機(jī)理發(fā)現(xiàn)，其主要與嫁接愈合過(guò)程中糖的分布與運(yùn)輸相關(guān)［27］。此外，Skylar等研究發(fā)現(xiàn)代謝糖信號(hào)能促進(jìn)細(xì)胞由G2階段向M階段轉(zhuǎn)化［28］。Yin等認(rèn)為，接穗中的糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SWEET15、SWEET9能在嫁接界面將蔗糖轉(zhuǎn)到砧木細(xì)胞中，而蔗糖能調(diào)控CIPK14將信息整合并傳遞到下游效應(yīng)子，從而啟動(dòng)砧木和接穗之間的細(xì)胞通信［29］。Miao等發(fā)現(xiàn)外源噴施糖能提高黃瓜-南瓜嫁接的成活率、促進(jìn)木質(zhì)部重連；糖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因TOR、SnRK2.1、SnRK2.2等在嫁接口均有響應(yīng)；施用TOR抑制劑則會(huì)延緩維管組織的重連；糖能通過(guò)Glc-TOR信號(hào)途徑促進(jìn)接口愈合［30］。然而，目前有關(guān)糖信號(hào)在嫁接番茄中的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

1.4.3 植物激素對(duì)嫁接愈合的影響 生長(zhǎng)素作為調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育的激素，在嫁接植物愈合過(guò)程中對(duì)細(xì)胞分化起關(guān)鍵作用。嫁接會(huì)引起生長(zhǎng)素的不對(duì)稱積累，接穗端積累形成高濃度生長(zhǎng)素，砧木端生長(zhǎng)素濃度則相對(duì)偏低，切口兩端不同濃度生長(zhǎng)素能通過(guò)不同途徑調(diào)控細(xì)胞分裂［31］。Melnyk等通過(guò)抑制生長(zhǎng)素反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)嫁接擬南芥會(huì)出現(xiàn)韌皮部重連延遲現(xiàn)象［26］。Xie等通過(guò)對(duì)嫁接番茄切口上方和切口下方的組織進(jìn)行RNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)參與生長(zhǎng)素合成轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因在嫁接切口上方表達(dá)量增加，而脅迫反應(yīng)基因在切口下方上調(diào)［32］。Cui等研究發(fā)現(xiàn)，在嫁接后3～12 h的嫁接番茄苗切口上端的高濃度生長(zhǎng)素能促進(jìn)細(xì)胞進(jìn)入S期，促進(jìn)DNA的復(fù)制與組蛋白的形成，進(jìn)而促進(jìn)愈傷組織的形成。此外，在砧木與接穗的切面施加生長(zhǎng)素也能加快嫁接番茄維管組織的重連［33］。

細(xì)胞分裂素能促進(jìn)植物細(xì)胞分裂。在嫁接愈合過(guò)程中，細(xì)胞分裂素與愈傷組織的形成密切相關(guān)。與生長(zhǎng)素不同，細(xì)胞分裂素在嫁接番茄愈合過(guò)程中并沒(méi)有出現(xiàn)空間上豐度的差異，細(xì)胞分裂素含量在嫁接番茄接口上方、下方幾乎保持一致，嫁接后12 h后細(xì)胞分裂素含量會(huì)在接口處達(dá)到最高值［33］。Ikeuchi等發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分裂素合成和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程中的細(xì)胞周期蛋白D3（Cyclin D3，CYCD3）突變體愈傷組織形成顯著變慢［34］。但是細(xì)胞分裂素對(duì)嫁接植株維管組織形成影響較小，更多的影響與植株生長(zhǎng)素的運(yùn)輸相關(guān)，如細(xì)胞分裂素能調(diào)控PIN蛋白的極性定位、控制生長(zhǎng)素流動(dòng)的方向，從而影響韌皮部的重連［35］。

赤霉素能促進(jìn)細(xì)胞分裂與伸長(zhǎng)。Asahina等研究發(fā)現(xiàn)在番茄莖部創(chuàng)口重連的過(guò)程中，赤霉素是皮層細(xì)胞分裂、伸長(zhǎng)的必要因素［36］。嫁接植株木質(zhì)部的重連也與赤霉素相關(guān)。楊鈞賀等通過(guò)特異性下調(diào)煙草木質(zhì)部形成層赤霉素含量，發(fā)現(xiàn)下調(diào)赤霉素含量的植株葉片不能正常生長(zhǎng)，且木質(zhì)部發(fā)育緩慢，對(duì)植株木質(zhì)部發(fā)育造成一定影響［37］。Guo等發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)赤霉素處理的白樺幼苗莖部木質(zhì)面積顯著大于未處理白樺幼苗［38］，赤霉素可以促進(jìn)細(xì)胞擴(kuò)張相關(guān)基因及木質(zhì)部分化過(guò)程中次生壁生物合成相關(guān)基因的表達(dá)，從而對(duì)植物木質(zhì)部造成影響。

2 嫁接砧穗間的反應(yīng)機(jī)理

2.1 不同基因型細(xì)胞間的交流

在砧木和接穗的貼合處，兩種不同基因型的細(xì)胞間存在密切交流。吳燁等研究發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)緣嫁接的黃瓜與番茄的細(xì)胞雖然各自形成愈傷組織，兩者的薄壁細(xì)胞卻無(wú)法真正融合，原因在于兩者的薄壁細(xì)胞無(wú)法完成正常的交流與識(shí)別［19］。Stegemann等利用細(xì)胞核基因攜帶卡那霉素抗性基因與黃色熒光蛋白基因的轉(zhuǎn)基因煙草作為接穗，以葉綠體攜帶大觀霉素與綠色熒光蛋白基因的煙草為砧木，發(fā)現(xiàn)砧木端和接穗端的細(xì)胞均擁有兩種抗性且存在綠色及黃色熒光反應(yīng)，表明兩種基因型的細(xì)胞核及細(xì)胞器間存在遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移［39］。隨后通過(guò)比較葉綠體基因組序列，發(fā)現(xiàn)嫁接過(guò)程中砧木細(xì)胞和接穗細(xì)胞間存在整個(gè)葉綠體的轉(zhuǎn)移［40］。在自然界中，非人為干預(yù)的嫁接時(shí)常發(fā)生，如受環(huán)境影響某些植物的根、莖部可能發(fā)生自然嫁接，以及某些寄生植物的寄生過(guò)程［10］，在這些過(guò)程中或許就發(fā)生了細(xì)胞器的轉(zhuǎn)移。Stegemann推測(cè)，在砧木和接穗愈合過(guò)程中，砧木和接穗細(xì)胞間的胞間連絲存在一個(gè)直徑足夠大的階段，從而允許整個(gè)葉綠體的轉(zhuǎn)移。Stegemann提出轉(zhuǎn)移葉綠體基因組或許能運(yùn)用于植物育種。因此，利用嫁接技術(shù)開(kāi)展番茄與其他遠(yuǎn)緣植物之間葉綠體基因組的轉(zhuǎn)移，或許能使番茄獲得傳統(tǒng)育種技術(shù)難以獲得的優(yōu)良表型。

2.2 砧穗互作的分子機(jī)理

2.2.1 mRNA的轉(zhuǎn)移 韌皮部是運(yùn)輸碳水化合物和氨基酸的維管組織，也存在大量mRNA、小RNA、蛋白質(zhì)及激素的運(yùn)輸。Huang等認(rèn)為韌皮部中mRNA通過(guò)形成mRNA-蛋白質(zhì)的形式進(jìn)行轉(zhuǎn)移［41］。不同植物的韌皮部中都有類似數(shù)量的mRNA，但是每種植物之間的mRNA群體都不相同，這與品種、發(fā)育年齡、生長(zhǎng)環(huán)境條件都密切相關(guān)。Guo等通過(guò)分析西瓜與黃瓜發(fā)現(xiàn)，雖然它們維管束基因集幾乎相同，但是韌皮部的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物卻僅有50%～60%相同［42］。因此，在異種嫁接的接穗和砧木韌皮部之間必然存在不同的mRNA群體，嫁接后砧穗的韌皮部重連會(huì)導(dǎo)致兩者韌皮部中不同mRNA發(fā)生交換。Xia等利用煙草與番茄為嫁接系統(tǒng)，共鑒定出1 096個(gè)移動(dòng)mRNA，通過(guò)分析嫁接植株中mRNA的長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)移發(fā)現(xiàn)，mRNA不僅能從根部向莖部運(yùn)輸，也能從莖部向根部運(yùn)輸，且部分mRNA的轉(zhuǎn)移并非簡(jiǎn)單的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移，而是受到嚴(yán)格調(diào)控［43］，進(jìn)一步分析煙草-番茄嫁接組合中轉(zhuǎn)運(yùn)的mRNA發(fā)現(xiàn)，這些轉(zhuǎn)移的mRNA中包括與煙草開(kāi)花相關(guān)的PEBP家族mRNA［44］。Kudo等發(fā)現(xiàn)以鼠耳狀葉片番茄ME（Mouse ear，LA324）為砧木嫁接馬鈴薯，在20株嫁接苗中有13個(gè)產(chǎn)生了類似砧木的裂狀葉，原因在于砧木產(chǎn)生的mRNA轉(zhuǎn)移到接穗馬鈴薯并造成馬鈴薯接穗葉片性狀的改變［45］。目前mRNA對(duì)嫁接番茄的影響尚不明確，研究嫁接植物中mRNA的轉(zhuǎn)移，將有助于理解砧木與接穗之間的信號(hào)傳遞與相互作用。

2.2.2 小RNA介導(dǎo)的性狀變化 小RNA被認(rèn)為是各種生物體內(nèi)關(guān)鍵的表觀遺傳調(diào)控因子，在植物中主要的調(diào)控RNA分為microRNA（miRNA）、小干擾RNA（siRNA）兩種，在植物中小RNA參與調(diào)控許多不同的反應(yīng)途徑，從而響應(yīng)內(nèi)部發(fā)育信號(hào)和外界不良環(huán)境刺激［46］。與mRNA一樣，部分小RNA也能通過(guò)韌皮部進(jìn)行長(zhǎng)距離轉(zhuǎn)移［47］。在嫁接植物中，某些小RNA的表達(dá)會(huì)發(fā)生改變，Khaldun等通過(guò)比較嫁接在枸杞上的番茄與對(duì)照番茄不同器官中的miRNA，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄的莖和果實(shí)中有168個(gè)miRNA存在差異性表達(dá)［48］。He等利用托魯巴母嫁接的番茄能明顯降低鎘在番茄中的積累，主要原因在于嫁接番茄中miR166a、miR395b兩類miRNA在番茄接穗中表達(dá)顯著增加，增強(qiáng)了植株硫酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)能力［49］。DMC1（Disrupted Meiotic cDNA1）是一類能中斷減數(shù)分裂的cDNA，DMC1siRNA能干擾減數(shù)分裂的進(jìn)程。Zhang等用產(chǎn)生DMC1siRNA的轉(zhuǎn)基因煙草與正常野生型植物進(jìn)行嫁接，發(fā)現(xiàn)成功嫁接后，DMC1siRNA能通過(guò)韌皮部進(jìn)入上部野生型接穗，導(dǎo)致畸形花粉產(chǎn)生，表明DMC1siRNA可以通過(guò)嫁接從砧木轉(zhuǎn)移到接穗中并產(chǎn)生作用［50］。siRNA可以通過(guò)RNA誘導(dǎo)的DNA甲基化（RNA-directed DNA methylation，RdDM）通路引發(fā)DNA甲基化，從而實(shí)現(xiàn)可遺傳的轉(zhuǎn)錄基因沉默（Transcriptional gene silencing，TGS）。Kasai等以煙草為接穗、馬鈴薯為砧木，研究發(fā)現(xiàn)，利用煙草接穗產(chǎn)生的siRNA可以誘導(dǎo)馬鈴薯砧木塊莖內(nèi)源基因沉默，而在缺乏siRNA運(yùn)輸?shù)淖哟鷫K莖中則不會(huì)發(fā)生［51］。目前，砧木和接穗之間siRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制尚不明確，砧木和接穗之間轉(zhuǎn)移的siRNA會(huì)導(dǎo)致植株的某些性狀發(fā)生可遺傳的改變，或許可以利用砧穗間的轉(zhuǎn)移siRNA介導(dǎo)的表觀遺傳修飾培育更具有商業(yè)潛力的番茄品種。

2.3 嫁接植物的基因與蛋白表達(dá)差異

Kuman等通過(guò)研究同源擬南芥嫁接后砧木和接穗器官的基因表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)嫁接能誘導(dǎo)擬南芥花蕾和葉子中大量與生物和非生物脅迫刺激、激素途徑以及開(kāi)花相關(guān)的基因表達(dá)差異［52］。轉(zhuǎn)錄組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)通常被用來(lái)研究基因與蛋白的表達(dá)，通過(guò)蛋白質(zhì)組學(xué)可以了解植物蛋白質(zhì)水平上的表達(dá)規(guī)律和代謝調(diào)控機(jī)制，進(jìn)而深入了解基因表達(dá)和蛋白質(zhì)互作對(duì)于植株生理活動(dòng)與性狀變化等方面的影響。Spanò等發(fā)現(xiàn)嫁接可以改變番茄的轉(zhuǎn)錄組，增強(qiáng)番茄對(duì)空氣傳播病毒的耐受性，與非嫁接番茄相比，嫁接誘導(dǎo)了一種新的耐受性，與創(chuàng)傷應(yīng)激、抗性相關(guān)的基因表達(dá)增強(qiáng)，從而提高了番茄的抗性［53］。Vitale等通過(guò)將番茄分別嫁接到根腐病敏感和根腐病耐受的砧木上，通過(guò)對(duì)各嫁接組合檢測(cè)蛋白質(zhì)表達(dá)發(fā)現(xiàn)，在采用耐受砧木的嫁接番茄中，其與病原菌感染相關(guān)蛋白表達(dá)量更高，進(jìn)而提高了嫁接番茄的根腐病耐性［54］。黃金艷以嫁接甜瓜與自根甜瓜為材料，在3個(gè)不同生長(zhǎng)期共鑒定到5 150個(gè)蛋白，篩選到的2 187個(gè)差異蛋白主要分布在光合作用、能量代謝、蛋白質(zhì)合成等多條代謝途徑；推測(cè)由于嫁接苗改良了多個(gè)途徑的蛋白質(zhì)合成與降解，導(dǎo)致嫁接甜瓜比自根甜瓜具有更好的生長(zhǎng)表現(xiàn)和抗病抗逆增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)［55］。目前蛋白質(zhì)組學(xué)應(yīng)用于蔬菜嫁接分析的相關(guān)研究仍然較少，深入研究調(diào)控嫁接作物性狀的相關(guān)蛋白并對(duì)其相關(guān)基因進(jìn)行分析與功能驗(yàn)證，將有利于進(jìn)一步理解嫁接技術(shù)的作用機(jī)理。番茄作為一種模式植物已經(jīng)完成了全基因組測(cè)序，深入研究嫁接番茄在基因與蛋白上的表達(dá)差異，將有利于闡明嫁接番茄的抗逆性機(jī)制及應(yīng)用潛力。

3 嫁接番茄的栽培應(yīng)用潛力

3.1 嫁接番茄的抗逆性

3.1.1 抗旱性 我國(guó)每年因?yàn)楦珊翟斐傻霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失占各類自然災(zāi)害損失的15%以上，且隨著社會(huì)發(fā)展與人口增長(zhǎng)，水資源短缺仍在不斷加重。在干旱脅迫下，番茄植株的生長(zhǎng)會(huì)受到抑制。干旱脅迫對(duì)番茄造成的影響，主要表現(xiàn)在植株體內(nèi)水分重新分配、光合作用的抑制效應(yīng)以及有害物質(zhì)積累等方面。當(dāng)土壤處于干旱狀態(tài)時(shí)，土壤水勢(shì)比非干旱脅迫狀態(tài)時(shí)低，當(dāng)土壤水勢(shì)低于植株根部水勢(shì)時(shí)，會(huì)造成根部吸水受阻。通過(guò)嫁接技術(shù)，可以為番茄更換一個(gè)更強(qiáng)壯的根部，換根后的植株對(duì)礦物質(zhì)和水分吸收能力更強(qiáng)。張志煥通過(guò)利用較強(qiáng)抗旱性的砧木606對(duì)番茄進(jìn)行嫁接，發(fā)現(xiàn)在正常含水量土壤栽培環(huán)境下，嫁接番茄的產(chǎn)量、品質(zhì)與自根番茄相差不大，在嚴(yán)重干旱（40%含水量）土壤環(huán)境下，嫁接番茄的產(chǎn)量比自根番茄高38.04%。嫁接能顯著提高番茄在缺水環(huán)境下葉片的含水量與水分利用效率［56］。

3.1.2 耐熱性 隨著溫室效應(yīng)的加劇，全球氣溫不斷升高，對(duì)我國(guó)部分地區(qū)的番茄生產(chǎn)造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。高溫脅迫下番茄會(huì)出現(xiàn)葉片生長(zhǎng)緩慢、植株徒長(zhǎng)、地上部營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受阻等不良反應(yīng)，番茄苗根系的表面積、體積、長(zhǎng)度、數(shù)量都會(huì)受到不良影響。此外，高溫還會(huì)加快花芽分化進(jìn)程，降低花芽數(shù)量、減小花芽體積［57］。在高溫下，番茄會(huì)通過(guò)激活酚類物質(zhì)合成，從而提高苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase，PAL）的活性，且酚類化合物的代謝還與過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）、多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）等的活性相關(guān)。Rivero等對(duì)嫁接番茄和自根番茄在熱脅迫（35℃）下栽培35 d，通過(guò)檢測(cè)嫁接苗和自根苗內(nèi)酚類物質(zhì)的含量、相關(guān)酶的活性以及生理指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)嫁接番茄和自根番茄在高溫下均出現(xiàn)相應(yīng)脅迫反應(yīng)，但高溫下嫁接番茄的PAL等相關(guān)酶活性、酚類物質(zhì)含量相對(duì)更低，受熱害脅迫影響較?。?8］。Muneer等通過(guò)測(cè)定不同溫度處理下的嫁接番茄的蛋白質(zhì)組發(fā)現(xiàn)，在熱脅迫下，嫁接苗中與抗性、離子轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合、蛋白質(zhì)合成以及光合作用相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)會(huì)更積極，以應(yīng)對(duì)熱環(huán)境［59］。

3.1.3 耐鹽性 近年來(lái)，由于不合理的施肥灌溉導(dǎo)致我國(guó)設(shè)施栽培深受土壤鹽漬化的影響，設(shè)施土壤中的多種鹽分離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+、HCO3－、Cl－、SO42－、NO3－）濃度均高于露地土壤［1］。過(guò)量的鹽會(huì)造成植株滲透脅迫，與干旱不同的是，土壤鹽含量過(guò)高會(huì)干擾植株對(duì)一些離子（K+、Ca2+、Mg2+）的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致離子毒害與養(yǎng)分失衡，嚴(yán)重影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育。嫁接作為一種環(huán)境友好型技術(shù)，能顯著減小鹽脅迫對(duì)番茄植株的負(fù)面影響。相比于栽培番茄，野生番茄一般具有更強(qiáng)的耐鹽性，這與野生番茄的鹽生特性有關(guān)，野生番茄對(duì)K+具有較高的選擇性，能在鹽脅迫條件下維持體內(nèi)較低含量的Na+［60］。李漢美以野生番茄為砧木研究發(fā)現(xiàn)，在非鹽脅迫下嫁接苗葉片中的K/Na值低于自根苗，而在鹽脅迫下兩者的K/Na值相差不大，表明嫁接苗在鹽脅迫下能保持對(duì)K+的吸收，從而擁有更強(qiáng)的耐鹽性［61］。Digioia等研究表明，在鹽脅迫條件下，嫁接番茄能提高上部葉片中Ca2+、Mg2+含量，嫁接番茄的果實(shí)、莖尖、上部葉片的K/Na、Ca/Na、Mg/Na值均比非嫁接番茄更高，而嫁接番茄底部葉片的K/Na值卻低于非嫁接番茄，可見(jiàn)，嫁接番茄具有更強(qiáng)的離子分配及轉(zhuǎn)運(yùn)能力［62］。

3.1.4 抗病性 番茄栽培過(guò)程中主要病害有病毒病、青枯病、線蟲病、枯萎病、灰霉病等，其中青枯病是對(duì)我國(guó)南方地區(qū)番茄生產(chǎn)影響最大的土傳病害之一［63］。在青枯病發(fā)病過(guò)程中，該菌在植株木質(zhì)部能迅速繁殖，產(chǎn)生堵塞維管束的胞外多糖阻礙木質(zhì)部水分運(yùn)輸，最終導(dǎo)致植株枯萎死亡［64］。由于青枯菌的高變異性及環(huán)境因素限制使得一般的防治方法缺乏穩(wěn)定性與持久性［65］。曹學(xué)文等通過(guò)將番茄作為接穗嫁接到不同品種番茄砧木（野生刺茄、親和番茄、親家番茄）上，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)不同砧木品種均可以有效提高番茄抗青枯病能力［66］。目前，嫁接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于番茄青枯病防治，趙文宗發(fā)現(xiàn)通過(guò)良好的嫁接組合能有效防止番茄青枯病，其原因在于嫁接后土壤微生物群落的改良以及砧木根部分泌物對(duì)青枯菌的抑制作用［67］。同時(shí)，優(yōu)良砧木也能提高番茄其他土傳病害（如鐮刀菌）引起的根腐?。?4］等抗性。

3.2 嫁接番茄的產(chǎn)量與品質(zhì)

當(dāng)前，番茄品質(zhì)高低往往決定商品價(jià)格及顧客喜好，而產(chǎn)量則決定了種植者的整體收益。因此，嫁接番茄的品質(zhì)與產(chǎn)量對(duì)嫁接技術(shù)的推廣及應(yīng)用十分重要。國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于嫁接影響番茄品質(zhì)的研究意見(jiàn)不同。在Djidonou等的研究中，嫁接番茄果實(shí)比自根番茄含水量高0.6%，維生素C含量稍有下降，類胡蘿卜素（包括番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素）含量整體水平相似，嫁接對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響很小甚至不及季節(jié)差異的影響［68］。而高方勝等通過(guò)不同砧木嫁接番茄發(fā)現(xiàn)，嫁接番茄果實(shí)干物質(zhì)、可溶性固形物、可溶性蛋白及可滴定酸含量均顯著高于自根番茄，各砧木處理對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)影響各有不同，但嫁接苗果實(shí)品質(zhì)均優(yōu)于自根番茄［69］。然而在Turhan等的研究中，嫁接番茄果實(shí)干物質(zhì)、可溶性固形物、總糖及維生素C含量均低于自根番茄，果實(shí)品質(zhì)差于自根番茄［70］。以上看似相悖的研究結(jié)果實(shí)際上并不矛盾，嫁接番茄果實(shí)品質(zhì)與產(chǎn)量很大程度上取決于砧木，良好的砧木能為嫁接苗提供強(qiáng)壯根系，以提高番茄植株對(duì)不良環(huán)境的抗性。因此，在逆境條件下，嫁接番茄的產(chǎn)量和品質(zhì)一般顯著高于自根苗，如在鹽脅迫下，以抗鹽性更強(qiáng)的枸杞、煙草等為砧木均能獲得比自根苗更高的產(chǎn)量與相對(duì)較好的果實(shí)品質(zhì)［71-72］；在低氮條件下，利用氮利用率高的砧木嫁接番茄，能明顯改善番茄的氮利用率、提高番茄產(chǎn)量、改善果實(shí)品質(zhì)［73］。此外，前文提到的砧木與接穗之間交流的mRNA、siRNA以及嫁接引起的基因表達(dá)差異可能對(duì)番茄果實(shí)性狀都會(huì)產(chǎn)生一定影響。總之，在目前研究中，良好的砧木大多都能提高番茄產(chǎn)量，但其對(duì)品質(zhì)的影響尚無(wú)定論。在番茄生產(chǎn)中，嫁接番茄砧木的選擇需要針對(duì)具體生產(chǎn)需求而定，選擇最適宜砧木能對(duì)番茄生產(chǎn)起到促進(jìn)作用。

4 問(wèn)題與展望

嫁接作為一種簡(jiǎn)單方便、環(huán)境友好、成效快捷的農(nóng)藝技術(shù)，能在生長(zhǎng)期內(nèi)增強(qiáng)番茄對(duì)多種逆境的抵抗能力。近年來(lái)隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，不當(dāng)水肥灌溉措施使得鹽漬化危害加劇，且不良環(huán)境對(duì)番茄產(chǎn)業(yè)造成的損失持續(xù)存在，因此評(píng)估嫁接番茄在不良生產(chǎn)環(huán)境下的生產(chǎn)潛力十分重要。此外，傳統(tǒng)番茄育種工作中，過(guò)分重視番茄產(chǎn)量及抗性相關(guān)基因的保留，導(dǎo)致番茄品質(zhì)及風(fēng)味相關(guān)的基因被忽視，這也是目前有消費(fèi)者認(rèn)為如今的番茄缺少“番茄味”的原因之一。利用嫁接技術(shù)或許能破解這種困局，在保證砧木和接穗親和性的前提下，通過(guò)嫁接獲取集環(huán)境抗性強(qiáng)、產(chǎn)量高及品質(zhì)優(yōu)等性狀于一體的番茄種苗。

目前諸多研究已表明嫁接番茄具備抵抗多種不良環(huán)境的能力，但具有優(yōu)秀抗性的砧木資源卻仍較少。因此，砧木資源篩選創(chuàng)新工作亟待加強(qiáng)。Notaguchi等利用本氏煙草為中間砧木，實(shí)現(xiàn)了番茄不同科植物的遠(yuǎn)緣嫁接，他們發(fā)現(xiàn)本氏煙草能與38個(gè)科的植物實(shí)現(xiàn)跨種嫁接，主要原因在于煙草分泌的β-1,4-葡聚糖酶能促進(jìn)細(xì)胞壁的重建［74］。深入研究嫁接植物細(xì)胞融合識(shí)別機(jī)制，或許能實(shí)現(xiàn)砧木與接穗的選擇無(wú)限多樣化。同時(shí)，嫁接番茄砧穗之間的互作機(jī)制研究目前仍較少，探究不同砧木與番茄接穗之間的互作關(guān)系、研究異種嫁接與同種嫁接對(duì)番茄抗性和品質(zhì)形成的影響具有重要的理論指導(dǎo)意義。

嫁接苗的嫁接效率仍有待探討，傳統(tǒng)嫁接苗的生產(chǎn)需要大量勞動(dòng)力，且手工嫁接工作效率低下，成活率因工人操作熟練程度而大不相同。蔬菜自動(dòng)嫁接機(jī)的概念很早被提出，但現(xiàn)階段自動(dòng)嫁接設(shè)備大多基于單株幼苗的嫁接，嫁接效率相比人工并未有顯著提升；此外，目前我國(guó)蔬菜種苗生產(chǎn)缺乏完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，導(dǎo)致種苗生長(zhǎng)整齊度差異較大，阻遏了自動(dòng)嫁接設(shè)備的推廣普及。因此，制定相應(yīng)的蔬菜種苗生產(chǎn)體系標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)發(fā)多株幼苗同時(shí)嫁接的自動(dòng)嫁接設(shè)備，將有利于嫁接技術(shù)在番茄產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用。