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嫁接是蔬菜作物的一种有效园艺实践，可增强土壤传播的抗病性、对非生物胁迫的耐受性、养分吸收和提高作物品质。西瓜是一种非常受欢迎和广泛种植的水果作物，具有很高的经济价值，是第一个大规模商业嫁接的蔬菜作物。
双根切割嫁接是最近常用的西瓜嫁接方法，涉及切断接穗和砧木的根。DRC嫁接是一种有效的技术，与其他传统嫁接模式相比，具有更高的成活率和更短的愈合时间，并且还增强了作物的活力和生产力。
除了温度和湿度，越来越多的研究表明，光是影响嫁接植物成活率和质量的另一个重要环境因素。与传统光源相比，发光二极管 （LED） 具有能耗低、热量输出低、光质量和强度可控、使用寿命长等特点。
补充多种LED照明可以显著促进接穗-砧木的相互作用，增强嫁接伤口的血管重连，并改变嫁接幼苗的总叶面积、总叶绿素/类胡萝卜素比例、可溶性蛋白质和糖含量。
本研究研究了不同光质对DRC嫁接西瓜幼苗的影响，发现Fr能显著促进生长，特别是对AR再生。为验证AR再生对移植物愈合的影响，采用酸性洋红色着色法探究脉管系统转运活性，比较不同红光/远红光处理下的愈合条件。
此外，转录组分析显示，生长素和光敏色素相互作用因子相关基因受Fr影响较大，qRT-PCR验证了这些基因的表达谱。然后，采用HPLC-MS/MS分析了不同光照处理下AR中不同形态生长素的浓度。这些结果可能有助于确定促进嫁接西瓜幼苗根系改造的有效光照模式，并确定可能的调控机制。
1.材料与方法
1.1. 植物材料、嫁接和光处理
西瓜被用作接穗，南瓜被用作砧木。它们都属于商业栽培品种。接穗和砧木的种子播种在具有 72 个细胞的塑料塞中。接穗种子在砧木种子后2天播种，使接穗和砧木幼苗在嫁接时具有大致相同的茎径。
当接穗和砧木都有一个真正的叶子出现时，进行DRC嫁接。每个砧木子叶的一半被移除，以避免相邻幼苗引起的相互遮荫。用接枝针将接穗插入砧木中，并用塑料接枝夹固定在一起。
随后，将嫁接的幼苗种植在72孔蔬菜育苗盘中，并立即用匹配的盘盖覆盖以保持湿度。本研究以幼苗基质为植物生长对象。嫁接后，为防止叶片脱水，前95 d相对湿度在3%以上，每天逐渐降低至93%、90%和85%，之后取下盖子。
在嫁接后的前3 d进行不同的光照处理，然后将幼苗移植到100 μmol ·m-2·s-13 d。“Fr”代表混合光，将远红光加到白光中，使红/远红比降低到0.3。所有辅助照明均由LED灯模块提供。
本研究采用逐渐增加光照强度的模式。在前3 d，我们选择了相对较低的光强度，约为50 μmol·m-2·s-1.在4—6 d和7—10 d期间，光强分别增加到100和200 μmol·m-2·s-1分别。
1.2. 根系形态和生长指数分析
光照处理8 d后，从各处理中随机抽取嫁接苗根系。用蒸馏水冲洗后，使用根扫描装置对根的形态进行成像。WinRHIZO 2009软件根据前面描述的方法分析根的形态指数。
分析不同光照处理后嫁接西瓜幼苗的生长指数，并在标准白色生长光照下生长20 d。使用电子秤称重新鲜重量和干重。接穗和砧木的高度和厚度分别用尺子和游标卡尺测量。
1.3. 不同光照处理下嫁接幼苗脉管系统转运能力分析
用D（深色）、W（白色）、Fr处理的嫁接幼苗3.0和 Fr0.3随机选择光处理20 d，以确定透射容量。法郎0.3和 Fr3.0红/远红比光分别为 0.3 和 3.0。
除去根系后，将嫁接幼苗的茎基置于1%酸性品红色溶液中3 h，以吸收品红色。然后，使用电子秤对所有叶子进行加权。收集上清液，使用波长为5200nm的分光光度计测量吸光度。
2.4. RNA提取、转录组测序和定量RT-PCR验证
我们选择在4 d和8 d进行暗光（D）、白光（W）和远红光（Fr）处理的砧木作为转录组分析的样品。分别对砧木的根和芽进行取样。由于 D 和 W 处理中没有明显的不定根，我们从根的切口收集了 1.5 cm 的组织，其中不定根的位置出现，作为根样本进行 RNA 测序。
通过RNAprep Pure Extration Kit从每个样品中提取总RNA，并重复260次生物学。通过分光光度计验证RNA纯度后，以280/1nm>9.5的比例，使用来自不同样品的无DNA总RNA进行第一链cDNA合成。
从D、W和Fr处理4 d和8 d处理的样品中提取总RNA。将砧木分为芽和根进行取样。所有基因的引物序列均采用Primer Premier 6软件设。
2. 数据呈现和统计分析
使用SPSS统计软件包进行统计分析。采用单因素方差分析结合Duncan多范围检验分析处理间差异，P<0.05为阈值。
3. 结果
3.1 不同光照处理对砧木根系再生和成活率的影响
与其他光处理相比，在嫁接4 d后，远红光加速了砧木生根。因此，远红光可以诱导DRC嫁接西瓜幼苗中AR的形成。为了进一步验证远红光对AR形成的作用，使用根部扫描装置检测了AR的根部形态。
8 d后，不同光照处理下根系生长差异显著。远红光显著改善了AR再生。相比之下，暗光和蓝光不利于AR的形成。白光、红光、红光+蓝光对AR形成无显著影响。根系扫描呈现出相同的结果。
远红光改善了DRC嫁接西瓜幼苗的AR再生。除蓝色处理外，所有光处理都增加了根的总长度和根尖的数量。其中，远红光下的根系总长度比暗光处理增加了4倍以上。
同样，与黑暗处理相比，在远红光下根尖的数量提高了 1.9 倍以上。蓝光对嫁接幼苗根系生长有负向影响。红光+蓝光混合光增加根系生长，但低于远红光。
3.2. 远红光处理对生长素浓度有显著影响
我们的转录组数据和qRT-PCR结果显示，生长素相关DEGs的转录水平被Fr显著改变。 因此，我们在AR中检测到了不同形式的生长素。在4 d和8 d期间，D和Fr处理的IPyA浓度高于W处理。
Fr在4 d时诱导IAM和TAM浓度，但D和W之间差异无统计学意义。8 d时，IAM和TAM的浓度分别在Fr和W中达到最高和最低。Fr在4 d和8 d时均显著提高了IAN浓度。
此外，在4 d和8 d时，Fr中IAA浓度显著诱导，W中IAA浓度降低，灭活的生长素和生长素分解代谢产物IAA-Glu在D中均显著降低，在W时达到峰值。同样，IAA-Asp浓度在D和Fr中均低于W，但差异不显著。
综上所述，Fr增加了活化生长素的浓度，降低了灭活生长素的浓度。也就是说，生长素的相互信号转导过程受到Fr的影响，表明Fr可以激活生长素相关通路。
4. 讨论
如今，世界各地对西瓜具有更高产量、质量、抗非生物和生物胁迫性的嫁接幼苗的需求不断增加。许多研究表明，移植物结合的愈合过程受到补充照明的影响，并说明了其机制。
然而，DRC嫁接西瓜幼苗的光诱导生根机制尚未报道。此外，许多研究表明，嫁接后的前3天是嫁接幼苗生长的最关键过程，其中包括接穗和砧木细胞之间的信号交换，与生长素相关的维管重新连接以及脉管系统运输活动的恢复。
因此，在这项研究中，我们确定了补充光照对愈合期间增强砧木根系再生的影响。我们认为根系再生是由Fr诱导的，它可能与生长素相关途径有关。
IAA诱导的根形成与细胞内和细胞外钙（Ca2+）浓度。我们的转录组数据显示，参与钙信号转导的DEGs受到Fr的显着影响。在Fr处理中，通过RNA-seq检测所有参与钙信号转导的DEGs。
相比之下，在D和W处理中无法检测到一些DEGs。此外，4 d时的DEGs数量大于8 d时的DEGs数量，表明早期光照对钙信号转导相关DEGs的转录水平影响更强。
qRT-PCR结果还显示，钙结合蛋白27在Fr中的表达量比D组高3倍，在W组的表达量比D组低。结果表明，Fr光可以促进AR生根过程中的钙信号传导，有利于生长素诱导的AR再生。
- 结论
本研究结果为远红光调控DRC嫁接西瓜幼苗砧木根系再生的调控机制提供了新的思路。Fr诱导CmPIFs的表达。同时，CmPIF7和CmPIF1激活了CmIAA3、CmIAA11和 CmAUX17等生长素相关基因的转录，从而激活了生长素通路，促进了根系再生。
此外，生长素积累的增加进一步诱导了参与细胞伸长和愈伤组织形成的CmSAUR28和CmSAUR3的转录水平，有利于DRC嫁接西瓜幼苗再生AR。
本研究初步阐明了Fr影响嫁接幼苗生长和砧木AR形成发展的机制。研究结果为加快嫁接恢复、提高嫁接西瓜幼苗品质提供了新的思路。