花鈴期增溫對(duì)棉花生理指標(biāo)和產(chǎn)量性狀的影響

彭世杰，周仲華，蔣 杰，梅正鼎，張志剛*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2湖南省棉花科學(xué)研究所，常德415101）

?

花鈴期增溫對(duì)棉花生理指標(biāo)和產(chǎn)量性狀的影響

彭世杰1，周仲華1，蔣 杰2，梅正鼎2，張志剛2*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2湖南省棉花科學(xué)研究所，常德415101）

摘 要：以湘雜棉7號(hào)為材料，研究了花鈴期增溫處理對(duì)棉花幾個(gè)生理生化指標(biāo)、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：在不同種植密度下增溫處理棉花葉片的SOD、POD活性低于常溫處理，MDA含量高于常溫處理，并達(dá)到顯著差異水平；增溫處理下皮棉產(chǎn)量、鈴重、單株成鈴數(shù)及衣分顯著低于常溫處理。因此，高溫逆境對(duì)棉花生長(zhǎng)有很大影響，最終表現(xiàn)為棉花產(chǎn)量大幅度降低。

關(guān)鍵詞：棉花；花鈴期；密度；溫度；生理指標(biāo)；產(chǎn)量

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，溫室效應(yīng)不斷加強(qiáng)，全球氣溫不斷升高。在我國(guó)的長(zhǎng)江流域棉區(qū)，每年7、8月份的極端高溫天氣對(duì)棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)都有著很大的影響。高溫逆境影響棉花的光合作用和呼吸作用等新陳代謝活動(dòng)［1］，主要是因?yàn)樵诟邷貤l件下，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的活性氧和保護(hù)酶系統(tǒng)以及抗氧化劑之間的動(dòng)態(tài)平衡遭到破壞，導(dǎo)致活性氧有所積累，對(duì)細(xì)胞造成氧化傷害，進(jìn)而影響棉花植株的正常生長(zhǎng)發(fā)育［2］。前人研究表明，高溫逆境會(huì)影響小麥和水稻葉片的保護(hù)酶活性，還能使葉片的丙二醛（MDA）含量顯著增加［3，4］。本試驗(yàn)旨在探究不同栽培密度情況下，高溫逆境處理對(duì)棉花生理指標(biāo)和產(chǎn)量性狀的影響，進(jìn)而為耐高溫棉花品種的選育和栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

湘雜棉7號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年在湖南省棉花科學(xué)研究所茅灣試驗(yàn)基地進(jìn)行。營(yíng)養(yǎng)缽育苗移栽，4月13日播種，5 月10日移栽。試驗(yàn)采用兩因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，其中密度設(shè)置2個(gè)水平，分別為24 000株／hm2（低密度）和45 000株／hm2（高密度）；溫度設(shè)置常溫和增溫2個(gè)水平；組合為A（高密度增溫）、B（高密度常溫）、C（低密度增溫）和D（低密度常溫）4個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)3次。小區(qū)長(zhǎng)12.5 m，寬2 m，面積25 m2。

高溫脅迫的處理方法參照文獻(xiàn)［5］。在棉花植株進(jìn)入花鈴期以前，于7月14日在增溫小區(qū)上搭建增溫棚，增溫棚由竹竿和纖維繩制成，棚高1.5 m，棚頂面積略大于小區(qū)面積，棚頂以及四周覆蓋0.1 mm厚透明無(wú)色聚乙烯薄膜［6］，增溫棚兩端全部敞開，其他兩側(cè)保持地面到30 cm高處敞開，用來(lái)透氣通風(fēng)。增溫處理從7月14日開始，一直持續(xù)到9月4日，全天候24 h進(jìn)行，雨天揭開薄膜，保持棚內(nèi)外濕度一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

從7月14日開始，每隔10 d進(jìn)行1次取樣和調(diào)查。每小區(qū)隨機(jī)選擇10株棉株的主莖倒數(shù)第3片葉，用于測(cè)定超氧化物歧化酶活性（SOD）、過氧化物酶活性（POD）和MDA含量。SOD采用氮藍(lán)四唑法、POD采用愈創(chuàng)木酚法、MDA采用硫代巴比妥酸法進(jìn)行測(cè)定［7］。同時(shí)調(diào)查各處理棉株株高，每個(gè)小區(qū)調(diào)查15株，取平均值。

于9月12日每小區(qū)選擇10株調(diào)查各處理的果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)。9月22日收集棉絮，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20朵棉絮，曬干，壓花，計(jì)算衣分與小區(qū)產(chǎn)量。每個(gè)小區(qū)取10 g皮棉送至中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院棉花研究所進(jìn)行纖維品質(zhì)檢測(cè)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SPSS18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度差異及變化

采用溫濕度記錄儀分別測(cè)定當(dāng)天0：00、3：00、 6：00、9：00、12：00、15：00、18：00和21：00的溫度，記錄儀懸掛在離地面30 cm處。由表1可知，增溫處理A、C的日均溫均要高于常溫處理B、D的日均溫，同時(shí)高密度處理A、B的日均溫分別略高于低密度處理C、D。8月3日為陰雨天氣，4個(gè)處理的日均溫都維持在24℃上下浮動(dòng)。通過覆蓋薄膜棚，高溫天氣日均溫能增加2℃以上，陰雨天溫度差異范圍則不到0.5℃，達(dá)到了試驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的要求。

表1 各個(gè)處理的日均溫比較（℃）

2.2 不同處理對(duì)棉花葉片生理指標(biāo)的影響

不同處理對(duì)棉花葉片生理指標(biāo)的影響如表2所示。從7月14日到8月23日，各處理主莖葉SOD活性都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，從8月23日到9月2日SOD活性下降；同一時(shí)期，高密度處理A、B的SOD活性都要低于低密度處理C、D的活性，且差異顯著；從8 月24日到9月2日，同一種植密度下，增溫處理的SOD活性都要低于常溫處理，差異達(dá)到顯著水平。主莖葉POD活性的變化趨勢(shì)基本與SOD活性變化趨勢(shì)一致，從7月14日到8月23日，再到9月2日，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，同樣，低密度處理C、D的活性普遍高于高密度處理A、B，除去7月24日，其他5個(gè)時(shí)期均差異顯著；同一密度下，增溫處理的POD活性均低于常溫處理，除去7月14日，其他5個(gè)時(shí)期都差異顯著。從7月14日到9月2日，棉花葉片MDA含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，7月14日，4個(gè)處理間葉片MDA含量差異不顯著；7月24日，A、C兩個(gè)處理的葉片MDA含量大于B、D，且差異顯著；8月3、13、23日，C處理葉片MDA含量大于A、B、D3個(gè)處理，且差異顯著，A處理MDA含量大于B、D，且差異顯著；9月2日，4個(gè)處理葉片MDA含量分別為C＞A＞B＞D，處理間差異顯著。所以，高溫逆境是導(dǎo)致主莖葉片中MDA含量上升的主要因素，種植密度增大，也在一定程度上會(huì)使主莖葉片中MDA含量上升。

表2 各處理棉花葉片生理指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.3 不同處理對(duì)棉花株高的影響

各處理對(duì)棉花株高的影響如圖1所示。棉花植株株高由高到低是D＞C＞A＞B，4個(gè)處理間均差異顯著。從7月14日到9月2日7個(gè)時(shí)期中，A、B兩個(gè)處理的株高一直低于C、D，從7月4日到8月3日，A、C、D3個(gè)處理株高增長(zhǎng)速度較快，從8月3日到8月23日左右，A、C、D3個(gè)處理株高增長(zhǎng)速度比較慢，8月23日以后，這3個(gè)處理的株高基本停止增長(zhǎng)，B處理株高增長(zhǎng)速度比較緩慢，到9月2日左右，基本停止增長(zhǎng)。由此可見，在棉花苗期和蕾期，密度越低、溫度越高，對(duì)植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用越明顯。低密度處理下棉花株高均高于高密度處理株高，所以密度是棉花株高的主要影響因素。但是在高密度情況下，溫度升高對(duì)棉花株高有促進(jìn)作用，但在低密度情況下，溫度升高對(duì)株高有抑制作用。

圖1 不同處理下棉花株高變化趨勢(shì)

2.4 不同處理對(duì)棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的影響

不同處理對(duì)棉花產(chǎn)量性狀的影響如表3。低密度處理C、D的果枝數(shù)要高于高密度處理A、B，且D處理與A、B兩個(gè)處理的差異顯著。單株成鈴數(shù)B處理最高，且與A、C、D3個(gè)處理差異顯著，C處理最低，與A、D兩個(gè)處理差異顯著。常溫處理B、D的鈴重高于增溫處理A、C，且低密度處理均高于高密度處理，4個(gè)處理差異都顯著。常溫處理B、D的衣分高于增溫處理A、C，D處理與A、C處理差異顯著。常溫處理B、D的棉花產(chǎn)量高于增溫處理A、C，B處理高于D處理，C處理高于A處理，4個(gè)處理差異均顯著。增溫處理下，高密度種植的產(chǎn)量只有常溫條件下的40.38%；低密度種植的產(chǎn)量只有常溫條件下的54.04%。由此可見，長(zhǎng)時(shí)間的高溫逆境對(duì)棉花的產(chǎn)量有很大的影響。

表3 各處理的棉花產(chǎn)量性狀

不同處理對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響如表4。兩個(gè)高密度A、B處理的棉纖維上半部平均長(zhǎng)度要高于低密度處理C、D，但是4個(gè)處理間差異不顯著。B處理的整齊度指數(shù)要高于A、C、D3個(gè)處理，但差異不顯著。馬克隆值在4個(gè)處理間沒有明顯規(guī)律，但是高密度處理A要高于B，且差異顯著，低密度的D處理高于C，但差異不顯著。C處理的斷裂比強(qiáng)度小于D處理，且差異顯著。B處理伸長(zhǎng)率最高，與A、C兩個(gè)處理差異顯著。

3 小結(jié)與討論

棉花從苗期到吐絮期，新陳代謝活動(dòng)越來(lái)越旺盛，所以主莖葉片SOD、POD活性在花鈴期呈上升趨勢(shì)，后期出現(xiàn)下降有可能是因?yàn)槭芨珊涤绊?。但是在增溫情況下，長(zhǎng)時(shí)間處于高溫逆境，葉片的SOD和POD活性以及MDA含量受到很大影響，最終影響棉花的產(chǎn)量。SOD活性增加能提高植株的抗逆能力，為棉花穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)打下基礎(chǔ)［8］。

密度和溫度都影響著棉花的生理特性與產(chǎn)量性狀。在高溫脅迫下，日最高溫度每升高1℃可能會(huì)導(dǎo)致皮棉產(chǎn)量減少110 kg／hm2［9］。本試驗(yàn)通過花鈴期全天候增溫，兩種栽培密度下的單株成鈴數(shù)分別只有11.2個(gè)和5.4個(gè)，產(chǎn)量分別只有常溫處理下的40.38%和54.04%，表明湘雜棉7號(hào)并不是耐高溫材料，高溫逆境對(duì)其產(chǎn)量有著很大的影響。高產(chǎn)以及抗逆仍然是當(dāng)前棉花育種的首要目標(biāo)。密度、單株成鈴數(shù)、鈴重是決定棉花產(chǎn)量的重要指標(biāo)［10］，將產(chǎn)量性狀合理組合，能為棉花高產(chǎn)提供有利基礎(chǔ)［11，12］。

綜上所述，長(zhǎng)時(shí)間的高溫逆境不利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，具體表現(xiàn)為高溫逆境使棉花葉片SOD、POD活性降低，MDA含量上升，從而破壞細(xì)胞內(nèi)活性氧和保護(hù)酶系統(tǒng)以及抗氧化劑之間的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致活性氧積累，對(duì)細(xì)胞造成氧化傷害，最終降低棉花的產(chǎn)量?？梢?，棉花的高溫耐性研究將是未來(lái)的一個(gè)重要研究方向。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Wahid A，Gelani S，Ashraf M，et al.Heat tolerance in plants：a overview［J］.Environmental and Experimental Botany，2007，61：199-223.

［2］ Suzuki N，Mittler R.Reactive oxygen species and temperature stresses：a delicate balance between signaling and destruction［J］.Physiologia Plantarum，2006，26：45-51.

［3］ 劉 萍，郭文善，浦漢春.灌漿期高溫對(duì)小麥劍葉抗氧化酶及膜脂過氧化的影響［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（12）：2403-2407.

［4］ 曹云英，段 驊，楊立年.減數(shù)分裂期高溫脅迫對(duì)耐熱性不同水稻品種產(chǎn)量的影響及其生理原因［J］.作物學(xué)報(bào)，2008，34（12）：2134-2142.

［5］ 姜春明，尹燕枰，劉 霞.不同耐熱性小麥品種旗葉膜脂過氧化和保護(hù)酶活性對(duì)花后高溫脅迫的響應(yīng)［J］.作物學(xué)報(bào)，2007，33（1）：143-148.

［6］ 劉 志，鄧茳明，熊格生.棉花不同耐高溫品系的SOD、POD、CAT活性和MDA含量差異及其對(duì)盛花期高溫脅迫的響應(yīng)［J］.棉花學(xué)報(bào)，2010，22（3）：242-247.

［7］ 李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［8］ 劉天雄，陳進(jìn)紅，何秋伶，等.腐胺引發(fā)對(duì)2個(gè)轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉耐鹽性的影響［J］.棉花學(xué)報(bào)，2013，32 （3）：8-10.

［9］ Singh RP，Prasad PVV，Sunita K，et al.Influence of high temperature and breeding for heat tolerance in cotton：a review［J］.Advance in Agronomy，2007，93：315-385.

［10］張海鵬.轉(zhuǎn)基因抗蟲棉生理特性及其與產(chǎn)量性狀關(guān)系的研究［D］.合肥：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005.

［11］婁善偉，郭仁松，高云光，等.高產(chǎn)棉花群體結(jié)果特征與產(chǎn)量品質(zhì)形成關(guān)系的研究［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，46（3）：567-573.

［12］楊仁碧.超高產(chǎn)棉花的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)及栽培技術(shù)初報(bào)［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，45（S1）：49-53.

Effects of Cotton Physiology and Yield under Warming during the Flower and Boll Stage

PENG Shijie1，ZHOU Zhonghua2，JIANG Jie2，MEI Zhengdin2，ZHANG Zhigang2*
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Institute of Cotton Research of Hunan，Changde，Hunan 415101，China）

Abstract：The influences of increasing temperature on the yield，quality and physiological and biochemical indexes of ‘Xiangzamian 7’cotton was studied during the flower and boll stage.The results showed that the leaf SOD and POD activities of increasing temperature treatment is significantly lower than that of the normal temperature，and its MDA content is significantly higher than the normal temperature.The lint cotton yield，boll weight，boll per plant and fiber yield of increasing temperature treatments were significantly lower than that of normal temperature.Therefore，high temperature showed adversity influence the cotton growth and decreased the cotton yield greatly.

Keywords：cotton；flower and boll stage；density；temperature；physiological indexes；yield

基金項(xiàng)目：湖南省自然科學(xué)省市聯(lián)合基金（13JJ8008）。

作者簡(jiǎn)介：彭世杰（1990-），男，碩士研究生，Email：494778331＠qq.com。*通信作者：張志剛，博士，研究員，Email：247256044＠qq.com。

收稿日期：2015- 10- 13

文章編號(hào)：1001-5280（2016）02-0123-04

DOI：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2016.02.05

中圖分類號(hào)：S562.01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A