水分脅迫對(duì)棉花葉綠素含量的影響

趙靜+張世民+張雷+劉紹東+羅新寧

摘 要：以中棉所92（CCRI-92）和中棉所60（CCRI-60）為材料，開展南疆膜下滴灌棉花不同灌水量對(duì)棉花葉綠素影響的田間試驗(yàn)，分析不同灌水量處理棉花葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b、葉綠素總量的變化。結(jié)果表明：在棉花整個(gè)生育期，采用不同的灌水量灌溉，各處理葉片中葉綠素含量及其葉綠素組成比例不同。水分脅迫初期，由于棉花自身抗逆系統(tǒng)的保護(hù)，葉綠素含量出現(xiàn)小幅度增加。生育后期，嚴(yán)重的干旱會(huì)造成葉綠素分解，植物光合作用受到抑制。水分脅迫程度越嚴(yán)重，葉綠素含量下降趨勢(shì)越明顯，但不同品種棉花在水分脅迫后與對(duì)照組相比，葉綠素含量產(chǎn)生顯著差異的時(shí)期不同。

關(guān)鍵詞：棉花；水分脅迫；葉綠素；產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S562 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.002

Abstract： Field experiments were conducted in 2015 to study the effects of different irrigation amount on cotton leave chlorophyll change in Southern Xinjiang. Taking CCRI-92 and CCRI-60（Gossypium hirsutum L.） as material with technology of drip irrigation under film， the change of chlorophyll a， chlorophyll b， chlorophyll a / b and total chlorophyll under different irrigation was analyzed. The results showed that the whole growth stage with different irrigation treatment the content of chlorophyll and chlorophyll compositions were different. At the early stage of water stress， the content of chlorophyll slightly increased due to the protection of self-stress resistance system of cotton， then at the end of the cotton growth stage severe drought resulted in the decomposition of chlorophyll， photosynthesis was inhibited. With the water stress increased， the content of chlorophyll obviously decreased. Compared with contrast， under water stress the chlorophyll content of different cotton variety had significant difference at different period.

Key words： cotton； water stress； chlorophyll； yield

中國(guó)是一個(gè)水資源緊缺的國(guó)家[1]。新疆位于我國(guó)西北內(nèi)陸，氣候干旱，降雨量少，水資源匱乏，面臨嚴(yán)峻的水資源問題[2]。

水分脅迫會(huì)使光合作用減弱，葉綠素是作物進(jìn)行光合作用積累干物質(zhì)不可缺少的組分，其含量變化是反映作物生理生化狀況的重要指標(biāo)。水分脅迫會(huì)減弱棉花的光合作用，減少干物質(zhì)積累，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷葉綠體結(jié)構(gòu)，造成減產(chǎn)[3]。水分脅迫對(duì)棉花產(chǎn)量的影響以及如何提高棉花水分利用效率已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，但大多局限在盆栽試驗(yàn)[4]。南疆是重要的棉花種植區(qū)[5-6]。本試驗(yàn)針對(duì)南疆棉花生產(chǎn)面臨水資源緊缺的現(xiàn)實(shí)，在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所十團(tuán)試驗(yàn)站開展大田試驗(yàn)，研究不同品種棉花葉綠素對(duì)水分脅迫的響應(yīng)，以期為制定合理的灌溉制度提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在新疆第一師十團(tuán)中棉所試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，光照充足，熱量豐富。年均氣溫10.7 ℃，≥10 ℃積溫4 113 ℃，無霜期220 d，年日照2 900余h，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 876.6～2 558.9 mm。試驗(yàn)區(qū)土壤為沙壤土，肥力中等。

1.2 試驗(yàn)材料

供試棉花品種為中棉所92（CCRI-92）和中棉所60 （CCRI-60）。播種前施基肥40%，花鈴肥60%，其他管理措施按高產(chǎn)栽培進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌水量和棉花品種2個(gè)因素。灌水量設(shè)計(jì)為5個(gè)水平，即在灌足底墑水的情況下，各處理灌水量不同，每次灌水量分別為CK（2.00 m3·hm-2）、W1（1.67 m3·hm-2）、W2（1.33 m3·hm-2）、W3（1.00 m3·hm-2）、W4（0.67 m3·hm-2），采用滴灌，用流量計(jì)精確控制每次灌量，整個(gè)生育期共灌水10次。

1.4 葉綠素含量的測(cè)定

分別于蕾期、初花期、盛花期、鈴期、吐絮期取各試驗(yàn)小區(qū)新鮮棉花功能葉，用蒸餾水洗凈，吸水紙吸干表面水分。剪除葉脈，將葉片剪碎成0.2 cm×1.0 cm的細(xì)絲混勻備用。精確稱量0.2 g左右的葉片，用95%乙醇避光浸提24 h，用721-100型分光光度計(jì)分別測(cè)定在470，649和665 nm下的吸光度。計(jì)算葉綠素濃度的公式為

Ca=13.95A665-6.88A649Cb=24.96A649-7.32A665

葉綠體色素的含量為（C×V×N）/（W×1 000）。其中，C為色素濃度，V為提取液體積，N為稀釋倍數(shù)，W為葉片鮮質(zhì)量[7]。

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2010進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素a含量的變化

葉綠素a是作物進(jìn)行光合作用的主要組分，它可以反映作物對(duì)長(zhǎng)波光的吸收程度[8]。圖1顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60棉花功能葉葉綠素a含量的變化?？傮w上看，中棉所92和中棉所60棉花葉片葉綠素a含量在整個(gè)生育期的變化趨勢(shì)表現(xiàn)基本一致，隨著生育期的延長(zhǎng)，不同處理棉花葉片葉綠素a含量均呈現(xiàn)出單峰變化特征，峰值均出現(xiàn)在蕾期。初花期葉綠素a含量開始急劇下降，盛花期葉綠素a含量下降趨勢(shì)變緩。水分脅迫對(duì)蕾期棉花葉綠素含量影響不大，各處理間無顯著差異，花期是棉花的需水關(guān)鍵期，此時(shí)期中棉所92和中棉所60葉綠素a含量均為CK>W1>W2>W3>W4，表現(xiàn)為灌水量越少，葉綠素a含量越低[9]。但不同品種遇水分脅迫后與對(duì)照組葉綠素a含量產(chǎn)生顯著差異的時(shí)期不同，中棉所92出現(xiàn)在初花期，中棉所60出現(xiàn)在盛花期。

2.2 葉綠素b含量的變化

葉綠素b有利于吸收短波光，可以參與傳遞光能，是作物補(bǔ)光色素蛋白體的重要組成部分[10]。圖2顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素b含量的變化。葉綠素b總體變化趨勢(shì)與葉綠素a大體相同，在棉花蕾期達(dá)到峰值。不同棉花品種葉綠素b的含量在水分脅迫前期，W1、W2、W3、W4處理較CK處理均有不同幅度的增加，這可能是由于作物自身對(duì)逆境的保護(hù)機(jī)制造成的。從圖2（a）可以看出，中棉所92葉片葉綠素b含量在花期持續(xù)下降，但不同水分處理下降速率不同，CK和W1處理無明顯差別，但水分脅迫更嚴(yán)重的W2、W3、W4處理在初花期葉綠素b下降速率均高于其他處理，盛花期后下降趨勢(shì)變緩。W1、W2、W3處理在鈴期至吐絮期葉綠素b含量略有增加，但仍未超過CK處理在鈴期時(shí)的葉綠素b含量。從圖2（b）可以看出，隨著生育期的延長(zhǎng)，中棉所60葉片葉綠素b含量呈先增加后減少的趨勢(shì)，盛花期至鈴期有小幅度增加，達(dá)第二高峰。這可能是由于中棉所60長(zhǎng)勢(shì)良好，葉面積指數(shù)大，較高的葉綠素b含量更容易吸收短波光，而田間觀察也顯示此時(shí)期中棉所60長(zhǎng)勢(shì)優(yōu)于中棉所92。在棉花需水的關(guān)鍵期兩個(gè)品種均呈現(xiàn)CK>W1>W2>W3>W4，這表明灌水越充足，葉綠素b含量越高，葉片衰老越慢。

2.3 葉綠素a/b的變化規(guī)律

大量研究表明，葉綠素a/b與作物抗旱性呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，葉綠素a/b比值可以反映作物對(duì)不飽和散射弱光的吸收情況，在一定范圍內(nèi)比值越低，吸收率越高[10-13]。圖3顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素a/b含量的變化趨勢(shì)。從總體上看，由于水分脅迫前期葉綠素a含量增長(zhǎng)量小于葉綠素b增長(zhǎng)量，各處理a/b比值前期均有不同程度下降。在棉花的整個(gè)生育期，兩個(gè)品種CK處理較其它處理葉綠素a/b均處于較低水平。從圖3（a）可以看出，水分脅迫前期中棉所92的CK和W1處理葉綠素a/b差異不顯著，W2、W3、W4處理葉綠素a/b比值下降幅度較大，而在盛花期后CK處理才開始顯著低于其余各處理。從圖3（b）可以看出，中棉所60葉片葉綠素含量a/b呈現(xiàn)出減少—增加—再減少的波動(dòng)趨勢(shì)，除蕾期W2、W4處理葉綠素a/b略低于CK，其余時(shí)間W1、W2、W3、W4處理葉綠素a/b均大于CK處理。這也驗(yàn)證了水分脅迫下葉綠素a較葉綠素b更為敏感，容易被分解破壞。

2.4 水分脅迫對(duì)葉綠素總含量的影響

葉綠素總量在一定程度上可以代表作物光合作用的強(qiáng)度[14]，較高的葉綠素總量利于作物吸收光能，積累干物質(zhì)產(chǎn)量。圖4顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素總量的變化趨勢(shì)。從總體來看，葉綠素總量的變化趨勢(shì)與葉綠素a基本相同，呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(shì)，盛花期后葉綠素總量下降速度小于初花期，且中棉所60與中棉所92相比，在盛花期后的葉綠素總量下降速率更小，葉綠素總量明顯更高。這可能是由于中棉所60耐旱、不早衰的特性所致[15]。

3 結(jié)論與討論

在棉花的整個(gè)生育期采用不同的灌水量灌溉，各個(gè)處理葉片中葉綠素含量及其葉綠素組成比例不同。中棉所92和中棉所60的各水分處理前期葉綠素a、b含量的增幅均比CK葉綠素a、b大，水分脅迫后期兩品種的各水分處理葉綠素含量均有不同程度下降。俞世雄等[16]在對(duì)小麥的研究中發(fā)現(xiàn)，花鈴期前干旱處理會(huì)導(dǎo)致小麥葉綠素含量的增加，隨著生育期的推進(jìn)則顯著下降。李東曉等[17]在研究干旱對(duì)棉花葉片的衰老機(jī)理中也發(fā)現(xiàn)干旱脅迫前期葉綠素含量有所升高。由此可知，水分脅迫在前期對(duì)棉花葉綠素含量的影響不顯著，后期嚴(yán)重的干旱造成了色素的分解。水分脅迫越嚴(yán)重，葉綠素含量下降趨勢(shì)越大，但不同品種棉花在水分脅迫后與對(duì)照組葉綠素含量產(chǎn)生顯著差異的時(shí)期不同，中棉所92出現(xiàn)在初花期，中棉所60出現(xiàn)在盛花期。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，在盛花期中棉所60的葉綠素總量明顯高于中棉所92的葉綠素總量。前人的研究表明，棉花在遭受脅迫后與對(duì)照組出現(xiàn)顯著差異的時(shí)期越早，對(duì)籽棉的產(chǎn)量影響越大[18-20]。棉花采收后發(fā)現(xiàn)，中棉所60各水分脅迫處理籽棉產(chǎn)量均高于中棉所92，這與前人的研究結(jié)果一致。試驗(yàn)表明，水分脅迫會(huì)破壞葉綠素結(jié)構(gòu)，光合作用下降并造成作物減產(chǎn)，中棉所92和中棉所60均具備一定程度的抗旱能力，其中中棉所60抵御干旱能力更強(qiáng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂銀斐， 任艷芳， 劉冬，等. 不同水分管理方式對(duì)水稻生長(zhǎng)、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 22（1）： 106-110.

[2]李瑞， 張飛， 周梅，等. 干旱區(qū)水資源承載力研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2016， 22（1）： 18-22.

[3]KHANNA S M， TAXAK P C， JAIN P K， et al. Glycolytic enzyme activities and gene expression in Cicer arietinum exposed to water-deficit stress[J]. Applied biochemistry and biotechnology，2014， 173（8）： 1-13.

[4]楊傳杰， 羅毅， 孫林，等. 水分脅迫對(duì)覆膜滴灌棉花根系活力和葉片生理的影響[J]. 干旱區(qū)研究，2012， 29（5）： 802-810.

[5]王平， 陳新平， 田長(zhǎng)彥，等. 新疆南部地區(qū)棉花施肥現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)[J]. 干旱區(qū)研究，2005 （2）： 264-269.

[6]WANG P， TIAN C Y， CHEN X P， et al. Investigation of N fertilization practice and N equilibrium analysis in cotton fields in south Xinjiang[J]. Agricultural research in the arid areas. 2006， 24（1）： 77-83.

[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]KASPARY T E， LAMEGO F P， CUTTI L， et al. Determination of photosynthetic pigments in fleabane biotypes susceptible and resistant to the Herbicide Glyphosate[J]. Planta daninha， 2014， 32（2）： 417-426.

[9]YUAN X K， YANG Z Q， QIU Y X， et al. Chlorophyll content of tomato leaf estimate model under different water stress treatments based on hyperspectral[J]. Chinese journal of agrometeorology，2014， 35（6）：700-707.

[10]胡根海. 短期水分虧缺對(duì)百棉1號(hào)葉綠素含量的影響[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010， 38（6）： 2914-2915.

[11]張明生， 談鋒. 水分脅迫下甘薯葉綠素a/b比值的變化及其與抗旱性的關(guān)系[J]. 種子，2001 （4）： 23-25.

[12]楊虎. 水稻冠層葉片氮素分布變化及氮營(yíng)養(yǎng)狀況快速診斷[D].杭州： 浙江大學(xué)，2014.

[13]范淑秀， 陳溫福. 超高產(chǎn)水稻品種葉綠素變化規(guī)律研究初報(bào)[J]. 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（1）： 14-17.

[14] ESTK Z， ATSK J. Intensity of photosynthesis and chlorophyll content as related to leaf age in Nicotiana Sanderae hort[J]. Biologia plantarum，1962， 4（2）： 131-140.

[15]卞曙光， 張培通， 袁有祿，等. 中棉所60鹽堿地種植生長(zhǎng)特征[J]. 中國(guó)棉花，2012， 39（6）： 25-27.

[16]俞世雄， 李芬， 李紹林，等. 水分脅迫對(duì)小麥新品系葉綠素含量的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）， 2014， 29（3）： 353-358.

[17]李東曉. 干旱對(duì)棉花葉片的衰老生理及抗氧化酶同工酶譜特征的影響[D].保定： 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2010.

[18]楊威， 朱建強(qiáng)， 吳啟俠，等. 澇害和高溫下棉花苗期的生長(zhǎng)生理代謝特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015， 31（22）： 98-104.

[19]胡江龍. 花鈴期短期漬水對(duì)棉株的影響及其恢復(fù)機(jī)制研究[D].南京： 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[20]劉靈娣，李存東，高雪飛.干旱對(duì)不同鈴重棉花不同區(qū)位果枝葉可溶性蛋白及脯氨酸含量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2008，23（5）：165-169.