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嫁接是蔬菜作物的一種有效園藝實踐，可增強土壤傳播的抗病性、對非生物脅迫的耐受性、養分吸收和提高作物品質。西瓜是一種非常受歡迎和廣泛種植的水果作物，具有很高的經濟價值，是第一個大規模商業嫁接的蔬菜作物。
雙根切割嫁接是最近常用的西瓜嫁接方法，涉及切斷接穗和砧木的根。DRC嫁接是一種有效的技術，與其他傳統嫁接模式相比，具有更高的成活率和更短的愈合時間，并且還增強了作物的活力和生産力。
除了溫度和濕度，越來越多的研究表明，光是影響嫁接植物成活率和品質的另一個重要環境因素。與傳統光源相比，發光二極管 （LED） 具有能耗低、熱量輸出低、光品質和強度可控、使用壽命長等特點。
補充多種LED照明可以顯著促進接穗-砧木的互相作用，增強嫁接傷口的血管重連，并改變嫁接幼苗的總葉面積、總葉綠素/類胡蘿蔔素比例、可溶性蛋白質和糖含量。
本研究研究了不同光質對DRC嫁接西瓜幼苗的影響，發現Fr能顯著促進生長，特别是對AR再生。為驗證AR再生對移植物愈合的影響，采用酸性洋紅色着色法探究脈管系統轉運活性，比較不同紅光/遠紅光處理下的愈合條件。
此外，轉錄組分析顯示，生長素和光敏色素互相作用因子相關基因受Fr影響較大，qRT-PCR驗證了這些基因的表達譜。然後，采用HPLC-MS/MS分析了不同光照處理下AR中不同形态生長素的濃度。這些結果可能有助于确定促進嫁接西瓜幼苗根系改造的有效光照模式，并确定可能的調控機制。
1.材料與方法
1.1. 植物材料、嫁接和光處理
西瓜被用作接穗，南瓜被用作砧木。它們都屬于商業栽培品種。接穗和砧木的種子播種在具有 72 個細胞的塑膠塞中。接穗種子在砧木種子後2天播種，使接穗和砧木幼苗在嫁接時具有大緻相同的莖徑。
當接穗和砧木都有一個真正的葉子出現時，進行DRC嫁接。每個砧木子葉的一半被移除，以避免相鄰幼苗引起的互相遮蔭。用接枝針将接穗插入砧木中，并用塑膠接枝夾固定在一起。
随後，将嫁接的幼苗種植在72孔蔬菜育苗盤中，并立即用比對的盤蓋覆寫以保持濕度。本研究以幼苗基質為植物生長對象。嫁接後，為防止葉片脫水，前95 d相對濕度在3%以上，每天逐漸降低至93%、90%和85%，之後取下蓋子。
在嫁接後的前3 d進行不同的光照處理，然後将幼苗移植到100 μmol ·m-2·s-13 d。“Fr”代表混合光，将遠紅光加到白光中，使紅/遠紅比降低到0.3。所有輔助照明均由LED燈子產品提供。
本研究采用逐漸增加光照強度的模式。在前3 d，我們選擇了相對較低的光強度，約為50 μmol·m-2·s-1.在4—6 d和7—10 d期間，光強分别增加到100和200 μmol·m-2·s-1分别。
1.2. 根系形态和生長指數分析
光照處理8 d後，從各進行中随機抽取嫁接苗根系。用蒸餾水沖洗後，使用根掃描裝置對根的形态進行成像。WinRHIZO 2009軟體根據前面描述的方法分析根的形态指數。
分析不同光照處理後嫁接西瓜幼苗的生長指數，并在标準白色生長光照下生長20 d。使用電子秤稱重新鮮重量和幹重。接穗和砧木的高度和厚度分别用尺子和遊标卡尺測量。
1.3. 不同光照處理下嫁接幼苗脈管系統轉運能力分析
用D（深色）、W（白色）、Fr處理的嫁接幼苗3.0和 Fr0.3随機選擇光處理20 d，以确定透射容量。法郎0.3和 Fr3.0紅/遠紅比光分别為 0.3 和 3.0。
除去根系後，将嫁接幼苗的莖基置于1%酸性品紅色溶液中3 h，以吸收品紅色。然後，使用電子秤對所有葉子進行權重。收集上清液，使用波長為5200nm的分光光度計測量吸光度。
2.4. RNA提取、轉錄組測序和定量RT-PCR驗證
我們選擇在4 d和8 d進行暗光（D）、白光（W）和遠紅光（Fr）處理的砧木作為轉錄組分析的樣品。分别對砧木的根和芽進行取樣。由于 D 和 W 進行中沒有明顯的不定根，我們從根的切口收集了 1.5 cm 的組織，其中不定根的位置出現，作為根樣本進行 RNA 測序。
通過RNAprep Pure Extration Kit從每個樣品中提取總RNA，并重複260次生物學。通過分光光度計驗證RNA純度後，以280/1nm>9.5的比例，使用來自不同樣品的無DNA總RNA進行第一鍊cDNA合成。
從D、W和Fr處理4 d和8 d處理的樣品中提取總RNA。将砧木分為芽和根進行取樣。所有基因的引物序列均采用Primer Premier 6軟體設。
2. 資料呈現和統計分析
使用SPSS統計軟體包進行統計分析。采用單因素方差分析結合Duncan多範圍檢驗分析處理間差異，P<0.05為門檻值。
3. 結果
3.1 不同光照處理對砧木根系再生和成活率的影響
與其他光處理相比，在嫁接4 d後，遠紅光加速了砧木生根。是以，遠紅光可以誘導DRC嫁接西瓜幼苗中AR的形成。為了進一步驗證遠紅光對AR形成的作用，使用根部掃描裝置檢測了AR的根部形态。
8 d後，不同光照處理下根系生長差異顯著。遠紅光顯著改善了AR再生。相比之下，暗光和藍光不利于AR的形成。白光、紅光、紅光+藍光對AR形成無顯著影響。根系掃描呈現出相同的結果。
遠紅光改善了DRC嫁接西瓜幼苗的AR再生。除藍色處理外，所有光處理都增加了根的總長度和根尖的數量。其中，遠紅光下的根系總長度比暗光處理增加了4倍以上。
同樣，與黑暗處理相比，在遠紅光下根尖的數量提高了 1.9 倍以上。藍光對嫁接幼苗根系生長有負向影響。紅光+藍光混合光增加根系生長，但低于遠紅光。
3.2. 遠紅光處理對生長素濃度有顯著影響
我們的轉錄組資料和qRT-PCR結果顯示，生長素相關DEGs的轉錄水準被Fr顯著改變。 是以，我們在AR中檢測到了不同形式的生長素。在4 d和8 d期間，D和Fr處理的IPyA濃度高于W處理。
Fr在4 d時誘導IAM和TAM濃度，但D和W之間差異無統計學意義。8 d時，IAM和TAM的濃度分别在Fr和W中達到最高和最低。Fr在4 d和8 d時均顯著提高了IAN濃度。
此外，在4 d和8 d時，Fr中IAA濃度顯著誘導，W中IAA濃度降低，滅活的生長素和生長素分解代謝産物IAA-Glu在D中均顯著降低，在W時達到峰值。同樣，IAA-Asp濃度在D和Fr中均低于W，但差異不顯著。
綜上所述，Fr增加了活化生長素的濃度，降低了滅活生長素的濃度。也就是說，生長素的互相信号轉導過程受到Fr的影響，表明Fr可以激活生長素相關通路。
4. 讨論
如今，世界各地對西瓜具有更高産量、品質、抗非生物和生物脅迫性的嫁接幼苗的需求不斷增加。許多研究表明，移植物結合的愈合過程受到補充照明的影響，并說明了其機制。
然而，DRC嫁接西瓜幼苗的光誘導生根機制尚未報道。此外，許多研究表明，嫁接後的前3天是嫁接幼苗生長的最關鍵過程，其中包括接穗和砧木細胞之間的信号交換，與生長素相關的維管重新連接配接以及脈管系統運輸活動的恢複。
是以，在這項研究中，我們确定了補充光照對愈合期間增強砧木根系再生的影響。我們認為根系再生是由Fr誘導的，它可能與生長素相關途徑有關。
IAA誘導的根形成與細胞内和細胞外鈣（Ca2+）濃度。我們的轉錄組資料顯示，參與鈣信号轉導的DEGs受到Fr的顯着影響。在Fr進行中，通過RNA-seq檢測所有參與鈣信号轉導的DEGs。
相比之下，在D和W進行中無法檢測到一些DEGs。此外，4 d時的DEGs數量大于8 d時的DEGs數量，表明早期光照對鈣信号轉導相關DEGs的轉錄水準影響更強。
qRT-PCR結果還顯示，鈣結合蛋白27在Fr中的表達量比D組高3倍，在W組的表達量比D組低。結果表明，Fr光可以促進AR生根過程中的鈣信号傳導，有利于生長素誘導的AR再生。
- 結論
本研究結果為遠紅光調控DRC嫁接西瓜幼苗砧木根系再生的調控機制提供了新的思路。Fr誘導CmPIFs的表達。同時，CmPIF7和CmPIF1激活了CmIAA3、CmIAA11和 CmAUX17等生長素相關基因的轉錄，進而激活了生長素通路，促進了根系再生。
此外，生長素積累的增加進一步誘導了參與細胞伸長和愈傷組織形成的CmSAUR28和CmSAUR3的轉錄水準，有利于DRC嫁接西瓜幼苗再生AR。
本研究初步闡明了Fr影響嫁接幼苗生長和砧木AR形成發展的機制。研究結果為加快嫁接恢複、提高嫁接西瓜幼苗品質提供了新的思路。