远红光补充显著提升双根嫁接西瓜苗质量与根系发育的分子机制研究

本研究通过补充远红光(FR)处理双根嫁接(DRC)西瓜苗，发现FR0.3（红/远红光比=0.3）能显著促进砧木根系再生，其机制涉及激活抗氧化酶(CmAPX1/CmPOD1)、糖转运蛋白(CmSWEET12)和生长素信号通路(CmIAA11/CmSAUR20)基因表达，为提升嫁接苗质量提供新策略。

　　

引言

双根嫁接(DRC)技术因其高成活率和快速嫁接特性，已成为西瓜栽培的重要方式。然而砧木根系再生效率直接影响嫁接苗质量，其调控机制尚不明确。最新研究发现，光质调控尤其是远红光(FR)在植物形态建成中具有关键作用，但FR对DRC嫁接西瓜砧木根系再生的影响仍待探索。

材料与方法

研究采用'早佳8424'西瓜为接穗，'康炳先锋'南瓜为砧木，设置黑暗(CK)、白光(FR_6.4)及两种FR补充处理(FR_3.0和FR_0.3)。通过表型观察、转录组测序和生理指标测定，系统分析FR对嫁接苗根系再生的影响。光照处理在嫁接后10天内分阶段进行，光强从50 μmol·m^-2·s^-1逐步提升至200 μmol·m^-2·s^-1。

结果

表型特征：FR_0.3处理组在嫁接后4天即出现根系萌发，较其他处理提前。至20天时，其根干重、幼苗指数和根冠比分别显著提高278%、49%。存活率达95.8%，显著高于对照组的76.4%。

分子机制：转录组分析显示，FR_0.3特异性上调砧木根系中1,454个差异基因，主要富集于糖转运（GO:0008643）、过氧化氢代谢（GO:0042744）和生长素信号转导（GO:0009734）通路。qPCR验证表明，糖转运基因CmSWEET12、抗氧化基因CmAPX1和生长素响应基因CmSAUR20表达量分别提升3.2-5.8倍。

生理响应：FR_0.3显著降低根系O₂^-和H₂O₂含量，同时提高POD、SOD活性30-45%。糖代谢分析显示，嫁接后4天淀粉含量提升2.1倍，8天时葡萄糖含量达峰值，与己糖激酶(HXK)活性变化趋势一致。

讨论

光信号与根系发育：低R/FR比值通过phy-PIFs模块诱导避荫反应(SAS)，同时促进砧木不定根形成。这与前人报道的FR通过激活生长素转运蛋白（如CmAUX28）促进不定根发生的结论相符。

抗氧化系统协同作用：虽然CAT活性未显著差异，但SOD-APX-POD级联反应有效清除了嫁接应激产生的ROS，为根系再生创造稳定微环境。

碳分配调控：FR诱导的蔗糖转运蛋白(CmSWEET12)高表达，促进光合产物向根基部运输，为细胞分裂提供碳骨架。这与Eucalyptus研究中FR增强蔗糖合酶(SUS1)表达的现象具有保守性。

结论

本研究阐明FR通过三重调控机制促进DRC嫁接苗根系再生：

1）激活抗氧化酶系统缓解氧化应激

2）上调糖转运基因增强碳源供应

3）诱导生长素信号通路启动根原基分化

该发现为设施农业中嫁接苗标准化生产提供了光调控理论依据，具有重要应用价值。未来需进一步验证FR处理对果实品质的长期影响。