花鈴期干旱脅迫對棉花光合特性的影響

戴茂華　岳秀琴 劉麗英 王廣才 王雪征 吳振良

摘要 [目的]為了研究花鈴期干旱脅迫對棉花葉片光合參數(shù)指標的影響。[方法] 以4份不同類型棉花品種為試驗材料，在人工模擬干旱棚內(nèi)進行花鈴期干旱脅迫，研究棉花葉片葉綠素含量、氣孔導度、蒸騰速率和凈光合速率等光合性狀的變化。[結(jié)果]花鈴期干旱脅迫使棉花葉片葉綠素含量、氣孔導度、蒸騰速率和凈光合速率均降低，但不同品種下降幅度不同，抗旱性強棉花品種的葉片氣孔導度、蒸騰速率降幅較大，而葉綠素含量和凈光合速率降幅較小。[結(jié)論]該研究可為抗旱種質(zhì)資源鑒定和抗旱育種提供理論依據(jù)和技術參考。

關鍵詞 棉花；干旱脅迫；花鈴期；光合特性

中圖分類號 S162.5 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）19-004-02

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物[1]?；ㄢ徠谑敲藁ㄒ簧蟹仕枨蟮年P鍵時期[2-4]，此期水分虧缺對棉花生產(chǎn)發(fā)育的影響尤為明顯[5-7]。當前，花鈴期季節(jié)性干旱已成為危害棉花生產(chǎn)的主要自然災害，嚴重降低棉花產(chǎn)量和品質(zhì)[8-10]。因此，加強對花鈴期干旱脅迫下棉花光合性狀研究具有重要的現(xiàn)實意義。前人關于干旱脅迫下棉花光合性狀的變化也做過一些研究，但具體針對花鈴期干旱脅迫條件下的研究報道很少。Hatmacher等[11]研究發(fā)現(xiàn)，抗旱棉花種質(zhì)材料抵御干旱的途徑是加大氣孔阻力，降低蒸騰強度。馬富裕等[12]研究表明，花鈴中期水分虧缺導致群體光合速率比適水下降42.2%，皮棉產(chǎn)量減少741 kg/hm2。以不同類型棉花品種為材料，筆者利用干旱棚人工模擬控水試驗，設置干旱脅迫和正常澆水2個處理，通過對花鈴期干旱脅迫和對照的一系列光合性狀指標的對比分析，明確棉花花鈴期光合性狀與抗旱性的關系，以期為抗旱種質(zhì)資源鑒定和抗旱育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為衡優(yōu)12、邯雜306、冀棉958和中177 4個棉花品種，其中衡優(yōu)12由河北省農(nóng)林科學院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育，邯雜306和冀棉958分別為河北省棉花區(qū)試雜交組和常規(guī)組的對照品種，中177來源于中國農(nóng)科院棉花研究所抗逆鑒定研究室。

1.2 試驗設計與處理

試驗于2012年在河北省農(nóng)林科學院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站人工干旱棚內(nèi)進行。試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，3行區(qū)，行長5 m，行距0.7 m，小區(qū)面積10 m2。試驗設花鈴期干旱脅迫和正常澆水2個處理?；ㄢ徠诟珊得{迫處理（Tr）為播種后至花鈴期不再灌水；正常澆水處理（CK）為全生育期滿足水分供應。

1.3 測定項目與方法

在棉花花鈴期（8月15日），選取葉片展開完全的倒2葉，測定各項指標，重復3次。用CCM200手持式葉綠素測定儀，測定棉株主莖倒2葉葉片的葉綠素相對含量。

在晴天上午9：00～11：00用LI6400光合儀，測定棉株主莖倒2葉葉片氣孔導度、蒸騰速率和凈光合速率。

10月25日以小區(qū)實收籽棉計產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運用SAS9.0軟件進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析。依據(jù)小麥抗旱性鑒定評價技術規(guī)范中的抗旱指數(shù)（DI），對供試材料進行抗旱性鑒定[13]。

指標相對值=品種旱處理的指標值/相應品種對照處理的指標值[14]

式中，GYS.T為某品種干旱脅迫處理下的產(chǎn)量；GYS.W為某品種正常澆水處理下的產(chǎn)量；GYCK.T為對照品種干旱脅迫處理下的產(chǎn)量；GYCK.W為對照品種正常澆水處理下的產(chǎn)量。試驗中，以中177作為抗旱性鑒定的對照品種。

2 結(jié)果與分析

2.1 花鈴期干旱脅迫對棉花葉片葉綠素含量的影響

葉綠素是光合作用的重要物質(zhì)[8]。干旱導致葉片葉綠體結(jié)構破壞，葉綠素含量降低[15]。由圖1、表1可知，4個棉花品種在花鈴期干旱脅迫處理下葉綠素含量均低于對照，但不同品種下降幅度不同?？购敌詮姷钠贩N葉綠素含量降幅較小，葉綠素含量相對值為0.88～0.95，葉綠素含量變化量從大到小依次為邯雜306>中177>冀棉958>衡優(yōu)12。

2.2 花鈴期干旱脅迫對棉花葉片氣孔導度的影響

氣孔調(diào)節(jié)是作物控制水分蒸發(fā)的重要方式。干旱脅迫可導致氣孔關閉以減少水分散失[16-18]。由圖2、表1可知，4個棉花品種在花鈴期干旱脅迫處理下氣孔導度均低于對照，但不同品種的下降幅度不同。抗旱性強的品種氣孔導度降幅較大，氣孔導度相對值為0.58～0.84，氣孔導度變化量從大到小依次為衡優(yōu)12>冀棉958>中177>邯雜306。

2.3 花鈴期干旱脅迫對棉花葉片蒸騰速率的影響

蒸騰是植物體內(nèi)水分消耗的主要方式[19-20]。在干旱脅迫條件下，植物通過降低蒸騰速率來減少體內(nèi)水分丟失以抵御抗旱[11]。由圖3、表1可知，4個棉花品種在花鈴期干旱脅迫處理下蒸騰速率均低于對照，表明干旱脅迫處理下棉花葉片蒸騰速率降低?？购敌詮姷钠贩N蒸騰速率降幅較大，蒸騰速率相對值為0.68～0.92，蒸騰速率變化量從大到小依次為衡優(yōu)12>冀棉958>中177>邯雜306。

2.4 花鈴期干旱脅迫對棉花葉片光合速率的影響

光合作用是植物生長和產(chǎn)量形成的生理基礎[19]。植物光合速率在干旱環(huán)境中會受到明顯的抑制作用[21]。由圖4、表1可知，4個棉花品種在花鈴期干旱脅迫處理下光合速率均低于對照，表明旱脅迫處理下棉花葉片光合速率度降低?？购敌詮姷钠贩N光合速率降幅較小，光合速率相對值為0.93～0.96，光合速率變化量從大到小依次為邯雜306>中177>冀棉958>衡優(yōu)12。

3 討論與結(jié)論

棉花的抗旱性是一個復雜的性狀。在干旱脅迫條件下，棉花會通過改變其形態(tài)特征和光合生理特性來適應干旱環(huán)境[22-23]。棉花在不同生育時期對水分的需求量不同，抵抗干旱脅迫的內(nèi)在機制也有所不同[24]。在花鈴期干旱脅迫下，抗旱性強的棉花品種葉片氣孔導度和蒸騰速率降幅較大，水分丟失減少，能更好地減輕旱脅迫傷害；抗旱性強的棉花品種葉片葉綠素含量和光合速率降幅較小，能夠維持較高的光合作用以取得更高的產(chǎn)量?；ㄢ徠谑敲藁óa(chǎn)量形成的關鍵期。搞好花鈴期光合性狀指標監(jiān)測，可為抗旱種質(zhì)資源鑒定和節(jié)水灌溉措施的制定提供理論指導和數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻

[1] 喻樹迅.我國棉花生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國工程科學，2013，15（4）：9-13.

[2] 韓會玲，康鳳君.水分脅迫對棉花生產(chǎn)影響的試驗研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2001，17（3）：37-40.

[3] 劉昭偉，張盼，王瑞，等.花鈴期土壤持續(xù)干旱對棉鈴對位葉氣體交換參數(shù)和葉綠素熒光特性的影響[J].應用生態(tài)學報，2014，25（12）：3533-3539.

[4] WULLSCHLEGER S D，OSTERHUIS D M.Canopy leaf area development and age-class dynamics in cotton[J].Crop Science，1992，32：451-456.

[5] 張文英，朱建強，歐光華，等.花鈴期澇漬脅迫對棉花農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟性狀的影響[J].中國棉花，2001，28（9）：14-16.

[6] 蔡紅濤，湯一卒，刁品春，等.棉花花鈴期土壤持續(xù)干旱脅迫對產(chǎn)量形成的調(diào)節(jié)效應[J].棉花學報，2008，20（4）：300-305.

[7] 管利軍，孫建亭，王曉偉，等.不同打頂劑對東疆棉花花鈴期生長發(fā)育的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2014，42（6）：1655-1656.

[8] 劉瑞顯，王友華，陳兵林，等.花鈴期干旱脅迫下氮素水平對棉花光合作用與葉綠素熒光特性的影響[J].作物學報，2008，34（4）：675-683.

[9] ALEJANDRO J P，SUSANA E S.Effects of drought during grain filling on PS II activity in rice[J].Journal of Plant Physiology，2005，162：903-911.

[10] NEPOMUCENO A L，OSTERHUIS D M，STEWART J M.Physiological responses of cotton leaves and roots to water deficit induced by polyethylene glycol[J].Environmental and Experimental Botany，1998，40：29-41.

[11] HATMACHER B.氣孔和非氣孔對棉花光合速率的控制作用[J].國外農(nóng)學—棉花，1986（1）：24-28.

[12] 馬富裕，李蒙春，楊建榮，等.花鈴期不同時段水分虧缺對棉花群體光合速率及水分利用效率影響的研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2002，35（12）：1467-1472.

[13] 景蕊蓮，胡榮海，張燦軍，等.GB/T 21127-2007.小麥抗旱性鑒定評價技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[14] 張文英，智慧，柳斌輝，等.干旱脅迫對谷子孕穗期光合特性的影響[J].河北農(nóng)業(yè)科學，2011，15（6）：7-11.

[15] 杜傳莉，黃國勤.棉花主要抗旱鑒定指標研究進展[J].中國農(nóng)學通報，2011，27（9）：17-20.

[16] 程林梅，張原根，閻繼耀，等.土壤干旱對棉花生理特性與產(chǎn)量的影響[J].棉花學報，1995，7（4）：233-237.

[17] 關義新，戴俊英，林艷.水分脅迫下植物葉片光合的氣孔和非氣孔限制[J].植物生理學通訊，1995，31（4）：293-297.

[18] 黎裕.作物抗旱鑒定方法與指標[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1993，11（1）：91-99.

[19] 徐興友，王子華，龍茹，等. 干旱對6種野生花卉光合色素含量與氣體交換的影響[J].經(jīng)濟林研究，2008，26（4）：1-6.

[20] 王纓，聶林軍.棉葉蒸騰強度和缺水率的測定[J].中國棉花，1983（4）：27-30.

[21] 程媛媛，蘇孝良.植物抗旱機制研究進展[J].貴州師范大學學報，2014，32（1）：113-120.

[22] 張文英，智慧，柳斌輝，等.谷子孕穗期一些生理性狀與品種抗旱性的關系[J].華北農(nóng)學報，2011，26（3）：128-133.

[23] 張原根，程林梅，閻繼耀，等.棉屬種間雜交抗旱種質(zhì)材料生理特性的研究[J].棉花學報，1995，7（1）：27-30.

[24] 張文英，智慧，柳斌輝，等.谷子孕穗期抗旱指標篩選[J].植物遺傳資源學報，2012，13（5）：765-772.