棉花營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉幼苗根系生長動(dòng)態(tài)

陳　佳，吳　珣，陳金湘，劉海荷

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棉花營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉幼苗根系生長動(dòng)態(tài)

陳佳，吳珣，陳金湘*，劉海荷

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128)

以金農(nóng)棉1號(hào)F1為材料，在營養(yǎng)液漂浮育苗條件下，研究了不同播種深度(1，2，3，4 cm)棉苗根系的生長動(dòng)態(tài)。結(jié)果表明：種子破胸播種后16 h主根開始伸長，24 h后伸長可達(dá)3～5 mm，第3天后主根上有一級(jí)側(cè)根原基突起，第4天突起明顯，部分突起伸長，出現(xiàn)3～5條一級(jí)側(cè)根，第9天在一級(jí)側(cè)根上長出二級(jí)側(cè)根；不同播種深度之間根系生長有一定的差異，以播種深度為1，2 cm的處理根系生長較好，主根長度和一級(jí)側(cè)根數(shù)均呈S型曲線增長；播種深度為3，4 cm的處理，根系生長發(fā)育不正常，特別是播種深度為4 cm的處理，播種后21d根系全部腐爛，棉苗死亡。

棉花；漂浮育苗；根系；生長動(dòng)態(tài)

棉花是直根系深根作物，棉花根系在土壤中的時(shí)空分布直接影響其對(duì)水分、養(yǎng)分的吸收，量化其時(shí)間、空間上的動(dòng)態(tài)關(guān)系對(duì)提高施肥和灌水的準(zhǔn)確性和產(chǎn)量品質(zhì)有著重要意義[1,2]。棉花根系的形成與萌發(fā)后最初幾天的發(fā)根狀況有密切相關(guān)，主根粗壯，一級(jí)側(cè)根發(fā)生迅速是培育壯苗的基礎(chǔ)。有研究[3,4]表明，生長在土壤中的棉花根系，與土壤緊密接觸，取樣時(shí)易斷易碎，特別是在幼苗生長的最初幾天內(nèi)，往往由于根量少，且細(xì)小和幼嫩，很難獲得精準(zhǔn)的量化研究結(jié)果。棉花營養(yǎng)液漂浮育苗法是由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳金湘等[5]創(chuàng)建的一種全新的育苗方法，是以硬塑多孔穴盤為育苗載體，穴中填充草炭和膨化珍珠巖等物質(zhì)混配而成的育苗基質(zhì)，以營養(yǎng)液為漂浮苗床培育棉苗的一種方法。棉子萌發(fā)后根系在育苗基質(zhì)和營養(yǎng)液中生長，根系生長發(fā)育狀況與棉苗素質(zhì)有密切的關(guān)系，筆者研究了營養(yǎng)液漂浮育苗條件下不同播種深度棉花根系在播種后不同日期的生長特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)，旨在為培養(yǎng)根系發(fā)達(dá)的健壯棉苗提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1　材料

供試品種為金農(nóng)棉1號(hào)F1，由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所提供。棉花漂浮育苗基質(zhì)、育苗專用苗肥均由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制，湖南水木生物有限公司生產(chǎn)和提供。育苗托盤為聚乙烯泡沫盤，長68 cm，寬34 cm，高6 cm，每個(gè)托盤200穴，每穴容積25 mL，由湖南水木生物有限公司提供。

1.2　試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2010年4月12日至5月20日在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花所實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了3批次重復(fù)試驗(yàn)。按陳金湘等[5~10]提出的漂浮育苗操作規(guī)程育苗，用塑料盆作育苗池，按照漂浮育苗營養(yǎng)液的肥水比1∶300 配制營養(yǎng)液。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)播種深度處理，分別為1.0，2.0，3.0，4.0 cm(離育苗穴盤表面的距離)，每個(gè)處理播種200粒脫絨后的精選棉籽，每處理播2盤。采用催芽播種，每穴播1粒破胸(即胚根剛露出種殼)種子橫在孔穴正中，上覆蓋吸水基質(zhì)，覆蓋厚度與托盤平齊。然后將育苗托盤放入人工氣候箱進(jìn)行培養(yǎng)，托盤表面蓋上薄膜，防止基質(zhì)表層失水[11~13]。整個(gè)育苗試驗(yàn)在人工氣候室內(nèi)進(jìn)行，人工氣候箱內(nèi)育苗溫度為28±0.5℃，濕度在75%左右，光照時(shí)間為13 h。

1.3　測定項(xiàng)目與方法

用游標(biāo)卡尺測量主根長度；用雙目解剖鏡觀測側(cè)根數(shù)；根體積采用排水法和根系掃描儀測定；根表面積采用WinRHIZO根系分析系統(tǒng)進(jìn)行掃描測定。

1.4　數(shù)據(jù)處理

觀測數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1　營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉苗主根生長動(dòng)態(tài)

漂浮育苗試驗(yàn)觀測結(jié)果表明，種子破胸后播種，播種后8 h根系萌動(dòng)，16 h后主根開始伸長，24 h后伸長可達(dá)3～5 mm，并且主根生長與播種深度有密切的關(guān)系。從圖1可知，播種深度為1，2 cm的處理，到第3天，主根長度超過2 cm，接著迅速生長，第4天測定時(shí)，主根長度超過7 cm，到第9天，主根長度達(dá)10～12 cm，與播種深度為3，4 cm的處理相比差異明顯。而播種過深的處理(3～4 cm)，種子播放接近托盤底部主根伸長后很快進(jìn)入到營養(yǎng)液內(nèi)，處于低氧或無氧環(huán)境中，因而生長受到明顯的影響。播種9 d后，播種深度為3、4 cm的處理主根長度分別只有播種深度1 cm處理的49.5%和35.0%。根尖變黃，到第18 d后明顯腐爛壞死，其中播種深度4 cm的處理，主根在播種后第21 d幾乎全部腐爛。

圖1　棉苗主根生長動(dòng)態(tài)

2.2　營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉苗側(cè)根發(fā)生動(dòng)態(tài)

營養(yǎng)液漂浮育苗萌發(fā)棉子播種后第3 天在主根根尖3～5 cm處有側(cè)根原基突起，第4 天突起顯著增多，其中部分突起伸長形成明顯可見的側(cè)根，且不同播種深度間側(cè)根數(shù)差異不顯著。播種后第5天，播種深度為1，2 cm的處理棉苗一級(jí)側(cè)根數(shù)量均明顯多于播種深度3，4 cm的處理，隨后兩者之間的差異更為顯著。圖2表明，播種6 d后，一級(jí)側(cè)根發(fā)生減慢，且各處理有相同的趨勢，至第8天播種深度為1，2 cm的處理一級(jí)側(cè)根數(shù)達(dá)最大值，播種深度為4 cm的處理在第7天達(dá)最大值，隨后出現(xiàn)小幅度減少。說明由于播種過深使棉苗側(cè)根發(fā)根部位處于高含水量的基質(zhì)中氧氣含量也少，影響側(cè)根的發(fā)生，且部分側(cè)根死亡，造成側(cè)根數(shù)減少。觀察結(jié)果還表明，播種后第9天播種深度為1，2 cm的處理一級(jí)側(cè)根上出現(xiàn)二級(jí)側(cè)根。

圖2　棉苗一級(jí)側(cè)根發(fā)生動(dòng)態(tài)

2.3　營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉苗根系干重增長動(dòng)態(tài)

棉花播種后，第3天各處理出苗率均在85%以上，隨著子葉的平展根系干物質(zhì)生產(chǎn)增加，播種后第6天增長幅度變小，甚至略為下降，到第9天出現(xiàn)一個(gè)低谷，隨后干物重增長速度增快。各播種深度間有差異，其中播種深度為1 cm的根干重增長最為迅速。到播種后的21 d，處理1，2，3根干物重分別是播種后第3天的4.2倍、3倍和2.2倍，差異極顯著(p＜0.01)，而處理4的根系已完全腐爛。

圖3　棉苗根干重增長動(dòng)態(tài)(g)

2.4　營養(yǎng)液漂浮育苗條件下地上部干重增長動(dòng)態(tài)

圖4　棉苗莖、葉干重增長動(dòng)態(tài)

2.5　營養(yǎng)液漂浮育苗條件下棉苗根表面積增長動(dòng)態(tài)

隨著播種后天數(shù)的增加，棉苗根表面積發(fā)生較大的變化，且不同播種深度處理間差異顯著。從圖5可見，播種深度為1，2 cm的處理，根系表面積增長可分為迅速生長、平穩(wěn)增長兩個(gè)階段，播種后第3天至第6天為迅速增長階段，第6天到第21天處于平穩(wěn)增長階段。而播種深度為3和4 cm的處理則呈現(xiàn)出先增后減少的二次曲線。

圖5　棉苗根表面積增長動(dòng)態(tài)

3　結(jié)論與討論

(1) 在淹水、低氧逆境條件下，根系因供氧不足而被迫轉(zhuǎn)入?yún)捬鹾粑?，一方面，由于厭氧呼吸釋放能量減少導(dǎo)致根系活力下降，另一方面，根際缺氧必然導(dǎo)致根系有毒呼吸底物的積累，導(dǎo)致根系中毒，最終導(dǎo)致根系吸收功能降低。因此，在淹水、低氧的環(huán)境中，根系缺氧，影響正常生理代謝活動(dòng)，而器官的生長發(fā)育受抑，主要表現(xiàn)在根毛減少，主根逐漸發(fā)黑，主根伸長速度減慢等[8~10]。營養(yǎng)液漂浮育苗棉苗的根系分為兩部分：一部分根系生長在營養(yǎng)液中，處于少氧或無氧的環(huán)境中，這部分根系稱之為“水生根”，另一部分生長在基質(zhì)中的根系稱之為“旱生根”。觀察結(jié)果表明，旱生根系生長于基質(zhì)中，被壓縮成彈簧狀，適宜于旱生環(huán)境生長，而水生根系生長于營養(yǎng)液中，根系白嫩，根尖較肥大，柔軟富有彈性，發(fā)根力強(qiáng)，分枝數(shù)量多，從而有利于在水生環(huán)境中生長。營養(yǎng)液漂浮育苗棉苗能夠適應(yīng)于營養(yǎng)液水培的生長環(huán)境，可能與這兩種類型的根系分工有關(guān)，生長于基質(zhì)中的旱生根系可能是棉苗進(jìn)行有氧呼吸的主要場所[11~13]，而生長于營養(yǎng)液中的水生根系可能是進(jìn)行水分和養(yǎng)分吸收的場所。但對(duì)于水生根系是如何獲得生長發(fā)育所需的氧氣，維持正常的生理代謝，還需作進(jìn)一步的研究。同時(shí)，還需通過研究棉苗水生根系與旱生根系的生理代謝特點(diǎn)，進(jìn)而揭示營養(yǎng)液漂浮育苗棉苗根系的生理適應(yīng)機(jī)理。

(2) 棉花營養(yǎng)液漂浮育苗是在一種特殊生態(tài)條件下進(jìn)行的，通過泡沫托盤和育苗專業(yè)基質(zhì)，在營養(yǎng)液中漂浮培育棉苗，使棉苗形成旱生根和水生根，以適應(yīng)半水生的生態(tài)環(huán)境。在育苗過程中，播種深度確定了旱生根和水生根的比例，進(jìn)而直接影響根系生長發(fā)育狀況。播種淺的處理可形成較多的發(fā)育良好的旱生根，因而奠定了根系發(fā)育的基礎(chǔ)，其主根長度、一次側(cè)根數(shù)和根系干重等均強(qiáng)于播種較深的處理。

(3) 育苗托盤漂浮在營養(yǎng)液苗床內(nèi)，不同層面的基質(zhì)含水量和含氧量有差異，隨著深度的增加，基質(zhì)中的含水量不斷增加，含氧量逐漸減少。播種過深的處理，覆蓋基質(zhì)過厚，種子所在基質(zhì)層面水分充足而氧氣含量相對(duì)較少，在托盤中種子發(fā)根位置低，主根在基質(zhì)中生長時(shí)間過短，生出后即進(jìn)入營養(yǎng)液中，缺乏從富氧到缺氧的生長過度，因而主根在缺氧或少氧環(huán)境中的生長和側(cè)根的發(fā)生受到嚴(yán)重影響，甚至難以形成維持生命的根系，導(dǎo)致爛種死苗或棉苗生長勢偏弱。適宜的播種深度有利于使棉苗的發(fā)根部分處于最佳的生長環(huán)境中，使棉苗的發(fā)根位置處于良好的持水性和透氣性的基質(zhì)層面，有利根系發(fā)育，培育健壯棉苗。

(4) 本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，主根長度、一級(jí)側(cè)根數(shù)呈S型曲線增長，地上部干物質(zhì)重呈邏輯斯蒂曲線增長，說明營養(yǎng)液漂浮育苗棉苗生長到21 d后，進(jìn)一步的生長發(fā)育也許受托盤孔穴大小和生長空間的制約，增長進(jìn)入緩慢階段，這時(shí)棉苗已具有3葉1心，是適宜的移栽苗齡。

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責(zé)任編輯：劉目前

Root Growth Dynamic of Cotton Seedling by Floating Nursing Seeding in Nutrient Water-bed in the Field

CHEN Jia, WU Xun, CHEN Jin-xiang*, LIU Hai-he

(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)

(the root growth dynamic of cotton seedling by Floating Nursing Seeding in NutrientWater-bed were conducted in artificial climate chamber from 2010 to 2011.) F1hybrid of Jinnongmian 1 were used as experimental variety and four different sowing depth including 1cm，2cm，3cm，4cm were set in this study. The result indicates that the taproot elongated around 16 hours after sowing and its length got to from 3cm to 5cm after 24 hours. The root primordium can not observed outside of the cambial layer of the taproot at 2 DAS (days after sowing).However, it is apparent on 3 DAS, some of them extended and 3 to 5 first lateral roots were formed,moreover, the secondary lateral root were formed on 9 DAS. This study also showed that the sowing depth had a significant influence on the growth of cotton root system. The root system developed very well with 1cm and 2 cm sowing depth and both taproot length and first lateral roots amount increased according to S-curve growth model. While the root system with 3 cm and 4 cm sowing depth developed abnormally, especially these roots with 4 cm sowing depth rotted and the seedling died on 21 DAS.

Cotton; Floating nursing; Root; Growth dynamic

S562.04

A

1001-5280(2011)06-0550-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.04

2011-04-25

陳佳(1988—)，女，湖南益陽人，碩士研究生，Email：Chenjia19880325a@163.com。

，Email：jinxiang@163.com。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30871493)。