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娟子爱旅行|植物嫁接又失败？你可能需要“一支烟”

娟子爱旅行|植物嫁接又失败？你可能需要“一支烟”
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仙人掌科内的嫁接图源pixabay.com
【娟子爱旅行|植物嫁接又失败？你可能需要“一支烟”】导读
枝条挂番茄 ， 根部结土豆 ， 这样的嫁接普通人会惊叹 ， 但业内人士认为很自然 。 因为番茄和土豆都属于茄科 ， 通过嫁接就可以生长在一起 。 但是 ， 成功的嫁接通常只发生在亲缘关系比较接近的植物间 。 到底是什么影响了嫁接的成功率尚不清楚 。
最近 ， 研究人员发现烟草具有强大的嫁接能力 ， 可与多种植物嫁接 ， 而这与烟草分泌到嫁接界面的酶有关 。 这一发现 ， 可能会带来更多意想不到的嫁接组合 。
撰文|叶明月
责编|顾卓雅
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平时生活中的水果、蔬菜和花卉 ， 有不少是嫁接得到的[1-3] 。 嫁接是将不同植物伤口连接在一起 ， 伤口愈合后就成为了一棵完整的新植株[4-5] 。 尽管嫁接在农业生产中很常用 ， 但通常只有在亲缘关系接近的同科植物间进行嫁接才容易成功[6] 。 那到底是什么影响了嫁接的成功率呢？
8月7日 ， 日本名古屋大学的研究人员在《科学》杂志上发表研究 ， 揭示了嫁接成功的奥秘 。 原来 ， 烟草这个“万能胶”可以作为媒介 ， 把原本不能嫁接在一起的植物嫁接在一起[7] 。
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烟草嫁接能力惊人
实验发现 ， 相比其他植物 ， 烟草的嫁接能力尤为突出 ， 与不同科的植物也能成功嫁接 。
研究人员选取了菊花（菊科）、大豆（豆科）和烟草（茄科）进行实验 ， 让菊花作为砧木 ， 三种植物分别作为接穗嫁接在菊花上 。
结果发现 ， 嫁接在菊花上的菊花长势良好顺利开花 ， 嫁接在菊花上的大豆无法存活 ， 而嫁接在菊花上的烟草则长势良好 ， 在三个月后顺利结实 。 而使用烟草作为砧木时 ， 与其他科的植物也能顺利嫁接 。 研究人员继续测试了烟草的能力 ， 发现在42个科84种植物中 ， 烟草作为接穗或砧木能与38科73种植物进行嫁接 ， 成功率惊人 。
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A：烟草/拟南芥嫁接成功；C：蔓长春花/烟草嫁接成功
DAG：嫁接后的天数；Nodes：节点数
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烟草“粘合剂”的秘密
烟草的强大嫁接能力引起了研究人员的兴趣 。 于是 ， 他们对烟草/拟南芥嫁接后2到28天的结合处进行了转录组分析 。 他们发现 ， 随着嫁接处伤口的愈合和生长 ， 烟草激活了与生长素作用、创伤修复、形成层和维管发育相关的基因 。 在愈合初期 ， 活跃的基因集中在胞外区、细胞壁和质外体中 ， 表明在嫁接过程中 ， 细胞壁发生了重建 。
而在活跃的基因中 ， 研究人员关注到了编码β-1,4-葡聚糖酶的NbGH9B3基因 。 β-1,4-葡聚糖酶在纤维素消化和细胞壁松弛或重建中发挥作用 ， 因此研究人员推断NbGH9B3促进了嫁接界面上细胞的黏附 。
随后的一系列实验证实了研究人员的推测 。 NbGH9B3基因沉默 ， 使嫁接后烟草容易与拟南芥分离 ， 嫁接处形成坏死层 ， 出现细胞壁折叠 ， 并于2周后宣告嫁接失败 。 此外 ， 研究人员还使用基因编辑获得了NbGH9B3基因的敲除株系 ， 其与烟草的嫁接成功率仅为60% ， 而NbGH9B3基因正常的野生型烟草与拟南芥嫁接的成功率可达91% 。
实际上 ， GH9B3基因在许多植物中都能发挥类似的作用 ， 但为什么烟草与不同科植物嫁接的成功率特别高呢？
研究人员经过进一步实验得出结论 ， 许多植物只有在科内植物相互嫁接时才激活这种嫁接机制 ， 而烟草在与其他科植物嫁接时也能使用这个机制 。
由于烟草的这个特性 ， 研究人员尝试使用烟草作为“粘合剂” ， 将番茄接穗嫁接到拟南芥或者大豆砧木上 。 结果嫁接后“三合一”植株顺利生长并在3到4个月后结果 。 使用这个方法 ， 更多的“三合一”嫁接组合也获得了成功 。
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图2烟草作为中介让不同科的植物成功嫁接 。
A：番茄/拟南芥 。 猜一猜B-G有哪些神奇的组合吧！
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B-G菊花/花椰菜；蔓长春花/拟南芥；菊花/蔓长春花；菊花/蔓长春花；蔓长春花/菊花；番茄/菊花（都是以烟草为中介）
在未来的研究中 ， 研究人员将进一步探索β-1,4-葡聚糖酶如何促进细胞-细胞黏附 。 但该研究已经为我们展现了嫁接技术更大的潜力 ， 更多的嫁接组合可以更好的增加根系的多样性 ， 从而在对生态系统破坏最小的情况下帮助作物生产 。
参考资料：
[1].喻景权.“十一五”我国设施蔬菜生产和科技进展及其展望[J].中国蔬菜,2011(02):11-23.
[2].吴烨,刘雯倩,胡茜,高丽红,张文娜.番茄与黄瓜远缘嫁接愈合口形成过程的组织解剖分析[J].中国农业大学学报,2020,25(04):49-60.
[3].朱志奇,王虎成.以大杏树作砧木的梅花嫁接快繁技术[J].北京林业大学学报,2013,35(S1):150-153.
[4].H.T.Hartmann,D.E.Kester,PlantPropagation:PrinciplesandPractices(Prentice-Hall,ed.3,1975),pp.314–427.


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