輕簡(jiǎn)化基質(zhì)育苗棉苗栽前離床期耐受生理特性研究

王國(guó)平，韓迎春，李亞兵，范正義，田懷芹，馮璐，楊北方，支曉宇，毛樹(shù)春

輕簡(jiǎn)化基質(zhì)育苗棉苗栽前離床期耐受生理特性研究

王國(guó)平，韓迎春，李亞兵*，范正義，田懷芹，馮璐，楊北方，支曉宇，毛樹(shù)春

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽(yáng)455000）

【目的】明確棉花輕簡(jiǎn)化基質(zhì)育苗技術(shù)下的幼苗離床耐受生理相關(guān)特性，為其安全存放和運(yùn)輸保護(hù)提供理論支持?！痉椒ā吭O(shè)置了育苗基質(zhì)添加保水劑和不添加保水劑的處理，以中棉所50為材料，研究了29 d苗齡的幼苗不同離床和復(fù)水條件下的相關(guān)生理指標(biāo)變化?！窘Y(jié)果】室內(nèi)條件下棉苗離床的耐受過(guò)程中，幼苗葉片逐步失水，引起從葉片外部表層細(xì)胞結(jié)構(gòu)到內(nèi)部生理的一系列變化，最終影響移栽成活率。其中，離床3 d內(nèi)是安全期，葉片含水量的損失不到5%，且及時(shí)復(fù)水后能達(dá)到幼苗離床前初始狀態(tài)的98%以上，移栽成活率均在99%以上；此時(shí)葉片表層細(xì)胞結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，細(xì)胞連接相對(duì)平滑，保衛(wèi)細(xì)胞相對(duì)飽滿。離床5 d為臨界期，此時(shí)復(fù)水僅能達(dá)到初期的93%左右；第5至7天葉片失水最快，這個(gè)階段相對(duì)含水率日均下降15百分點(diǎn)；當(dāng)失水降到50%以下（11 d后）時(shí)，葉片表層細(xì)胞皺縮較嚴(yán)重，細(xì)胞壁皺褶明顯，氣孔塌陷較深，復(fù)水后恢復(fù)能力弱。失水過(guò)程中真葉內(nèi)脯氨酸、丙二醛含量和過(guò)氧化物酶活力隨離床時(shí)間增加而上升/增加，過(guò)氧化氫酶和超氧化物歧化酶活力變化在前5 d上升，5 d后開(kāi)始下降。【結(jié)論】保水劑有利于維持離床棉苗體內(nèi)水分，緩解離床期干旱脅迫。

棉花；輕簡(jiǎn)育苗；幼苗耐受力；失水脅迫；移栽；成活率

Abstract:[Objective]The primary target of this experiment was to illustrate the tolerant physiological characteristics of cotton seedlings nursed with simplified techniques after removal from the seedling bed to show theoretical support for these techniques in terms of safe storage and protection during transportation.[Method]Plants of the cotton variety CCRI 50 were grown in nursing substrate with(W)and without(0)an added water-retaining agent.Physiological indexes of cotton leaves were tested,and the cellular structure of the leaves was observed with the scanning electron microscope.[Result]The results showed that the leaf relative water content(LRWR)decreased to 95%in 3 d under the two treatments but could return to 98%when the seedlingswererewatered and that thesurvival ratefollowing transplanting was above99%.Scaning electron microscopy indicated that thecellular structureof theleaves wasquite integrated,with a continuous and smooth surface.Additionally,the cell junction was natural and stomata guard cells were relatively well-stacked.Five days after removal from the seedling bed was the demarcation line for the activity of cotton seedlings,with LRWRdecreasing by 10 percentage points and only reaching 93%when rewatered.From 5 d to 7 d,when theseedlingswereremoved from bed,theleaf gradually suffered increasing drought stressand water in the leaf was lost quickly.This lead to a decrease in the LRWR at a rate of up to 15 percentage points per day.By 11 d,the LRWRhad dropped to 50%,the cells of the outer leaves had shrunk severely,the cytoderm was folded and overlapped,and the guard cells had collapsed,indicating that water loss dramatically weakened the recovery capability of these plants.The proline and malondialdehyde contents of the seedlings increased during their removal from the beds,and the activity of peroxidaseincreased.The activity of catalase and superoxide dismutase increased during the first 5 d before decreasing again.[Conclusion]The inclusion of a water-retaining agent in the nursing substrate will help to maintain water level in the plants that can help relievedrought stressassociated with thebed-away-seedlings.

Keywords:cotton;simplified seedling technique;seedling tolerance;drought stress;transplantation;survival rate

育苗移栽是我國(guó)農(nóng)作物兩熟和多熟制耕作制度的重要支撐技術(shù)。我國(guó)棉花營(yíng)養(yǎng)缽育苗移栽開(kāi)始于20世紀(jì)50年代。作為精耕細(xì)作的典型代表，該技術(shù)較兩熟直播相比具有省種、保苗、爭(zhēng)時(shí)和促早等作用，增產(chǎn)約20%，優(yōu)質(zhì)棉比例提高15%以上[1-2]。然而，營(yíng)養(yǎng)缽育苗移栽日益暴露出作業(yè)繁重、移栽費(fèi)力、育苗時(shí)苗病多、易散缽等問(wèn)題，不適應(yīng)農(nóng)村形勢(shì)發(fā)展，不利于植棉現(xiàn)代化發(fā)展。21世紀(jì)初前后，在借鑒蔬菜花卉的輕型育苗基礎(chǔ)上，一些棉花輕簡(jiǎn)化育苗技術(shù)如穴盤(pán)育苗、無(wú)缽育苗、基質(zhì)育苗、微缽育苗和水浮育苗等技術(shù)[1][3]1-12[4]替代了土缽育苗，一般采用農(nóng)膜、穴盤(pán)或營(yíng)養(yǎng)水浮盤(pán)等材料作苗床，借助現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的基礎(chǔ)和條件，研發(fā)相關(guān)設(shè)備和調(diào)控技術(shù)，進(jìn)一步提出和創(chuàng)建棉花工廠化育苗方法和機(jī)械化移栽技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了棉花育苗向現(xiàn)代育苗產(chǎn)業(yè)升級(jí)、融合和應(yīng)用[3]22-35[4]。

與此同時(shí)，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅速，至2010年面積近350萬(wàn)hm2，極大地支撐了我國(guó)育苗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[5-7]。輕簡(jiǎn)的幼苗便于集中存放和運(yùn)輸，可以實(shí)現(xiàn)異地育苗和規(guī)?；纭⒎謪^(qū)和分散移栽；所以在生產(chǎn)中，一些植棉區(qū)的棉花育苗和移栽已在各自獨(dú)立的場(chǎng)地開(kāi)展?，F(xiàn)代育苗基地多建在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或市郊，育苗時(shí)不在田間地頭，幼苗育成后，需要進(jìn)行異地取苗、存放和運(yùn)輸，再到田間地頭移栽。而在此期間，離床逆境和營(yíng)養(yǎng)供給中斷以及不同程度的斷根、失水、光照不足等因素的影響，會(huì)導(dǎo)致棉花幼苗呼吸和生理變化，進(jìn)一步影響了移栽后的存活和恢復(fù)生長(zhǎng)[1][3]94-106[8]。所以，棉苗起苗后的離床管理、長(zhǎng)途運(yùn)輸和存放已經(jīng)成為連接育苗和移栽2個(gè)環(huán)節(jié)的重要樞紐，甚至成為棉苗安全移栽的關(guān)鍵階段。

前人研究表明，較低的溫度和濕度條件有利于維持離床苗木活力，離床后適當(dāng)?shù)恼核?、吸水、保水劑和包裝保護(hù)有利于提高苗木移栽成活率[9-11]。保水劑是1種大分子物質(zhì)，主要成分是丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物，吸水量能達(dá)到自身的100～200倍[12-13]，主要功能是形成水聚體，提高基質(zhì)和土壤的飽和含水量，從而減緩?fù)寥泪尫潘乃俾?，為根系提供一定的緩效水，可用于植物移栽保護(hù)和土壤改良中。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，離床苗木貯運(yùn)前適度的水分脅迫可以導(dǎo)致作物體內(nèi)超氧化物歧化酶 （Superoxide dismutase,SOD）、過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）等酶活力的變化，變化特征因不同作物類(lèi)型、幼苗狀態(tài)和復(fù)水時(shí)間而差異較大[9-11，14-16]。Sato等研究甘藍(lán)苗存放于黑暗、低溫條件下，減少存放基質(zhì)和幼苗的水分損失有利于蹲苗，并促進(jìn)了定植后光合作用的恢復(fù)[17-18]。王瑞霞[19]提出貯藏前1 d停止水分供應(yīng)有利于短期種苗存放，可抑制種苗徒長(zhǎng)。

因此，研究輕簡(jiǎn)棉花幼苗的離床生理特征和行為是育苗管理的延伸，也是移栽技術(shù)的前奏，具有承前啟后的意義。本文研究比較了輕簡(jiǎn)化基質(zhì)育苗的幼苗在離床條件下特別是基于水分特征變化下一系列主要生理指標(biāo)變化行為和對(duì)栽后移栽成活的影響，以期認(rèn)識(shí)工廠化規(guī)模化育苗技術(shù)下的幼苗離床的耐受能力，了解貯放和運(yùn)輸中的離床“逆境”對(duì)棉花栽前幼苗質(zhì)量的影響，提出耐受時(shí)間的閾值，為實(shí)現(xiàn)離床苗安全存放和運(yùn)輸提供指導(dǎo)與理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

育苗試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所東場(chǎng)試驗(yàn)基地盆栽場(chǎng)地進(jìn)行。輕簡(jiǎn)育苗技術(shù)采用毛樹(shù)春等方法[3-4]，供試材料為中棉所50，育苗基質(zhì)為復(fù)合型輕質(zhì)無(wú)土型育苗材料，組成（體積比）為蛭石∶粗沙∶有機(jī)質(zhì)=4∶5∶1，基質(zhì)裝入的載體為100孔穴盤(pán)，穴盤(pán)長(zhǎng)×寬×高規(guī)格大小為63 cm×33 cm ×4.5 cm，單孔圓臺(tái)型（Φ1=4.5 cm，Φ2=0.5 cm，h=4.5 cm）。育苗要點(diǎn)如下，日光溫室內(nèi)播種，1粒1穴，子葉平展時(shí)澆灌促根劑200 mL·m－2，育苗溫度為18～30℃，每天采用噴壺于10―11時(shí)澆水至育苗基質(zhì)完全濕透，將幼苗培養(yǎng)生長(zhǎng)至2葉1心。

1.2 處理設(shè)置

試驗(yàn)處理分為2步。第1步，通過(guò)基質(zhì)育苗獲得生長(zhǎng)一致的健壯幼苗。試驗(yàn)處理為添加保水劑（A）和不添加（0），其中保水劑為丙烯酰胺-丙烯酸鈉的白色顆粒狀物質(zhì)，Φ=0.5 mm，在配制基質(zhì)時(shí)均勻加入，添加量為100 g·m－3。第2步，幼苗離床耐受和恢復(fù)處理。當(dāng)幼苗達(dá)到2葉1心時(shí)進(jìn)行離床耐受試驗(yàn)，在存放時(shí)間 6 h，72 h（3 d），120 h（5 d），168 h（7 d），216 h（9 d）和 264 h（11 d）后，分別取樣進(jìn)行有關(guān)生理表現(xiàn)和指標(biāo)測(cè)定。存放方法：取一部分生長(zhǎng)一致的幼苗于生長(zhǎng)盒中進(jìn)行自然離床和耐受存放，環(huán)境室溫20～25℃，相對(duì)濕度75%～80%，將幼苗根系充分濕潤(rùn)后整齊地碼放到生長(zhǎng)盒中，其中生長(zhǎng)盒為藍(lán)色塑料盒，規(guī)格長(zhǎng)×寬×高為63 cm×33 cm×35 cm，底部封閉，四周設(shè)有透氣孔與外界空氣流通。每盒放置300株幼苗，重復(fù)3次。恢復(fù)處理為在存放6 h、3 d、5 d、7 d、9 d、11 d 后，隨機(jī)取一些植株進(jìn)行沙培恢復(fù)。沙培6 h后，再分別取樣進(jìn)行有關(guān)生理表現(xiàn)和指標(biāo)測(cè)定，將添加保水劑和不添加保水劑基質(zhì)復(fù)水恢復(fù)處理分別標(biāo)記為AW和0W。沙培方法如下：在存放的棉苗中選取代表性的60株，移栽到盛有充分濕潤(rùn)沙子進(jìn)行沙培 （沙培含水量18%），沙培容器規(guī)格35.5 cm×25.5 cm×13.0 cm，每盒移栽棉花10株，重復(fù)6次。育苗時(shí)間為2011年5月5日，取苗時(shí)間為6月3日。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

棉苗指標(biāo)評(píng)價(jià)。隨機(jī)選擇10株幼苗，調(diào)查幼苗株高、莖粗（直徑）、地上與地下干物質(zhì)質(zhì)量，測(cè)定葉面積大小，調(diào)查1級(jí)側(cè)根數(shù)量，重復(fù)3次。

葉片含水率變化。取棉花幼苗第2真葉稱其鮮物質(zhì)質(zhì)量（Wf），然后快速置于蒸餾水，黑暗放置24 h稱其飽和鮮物質(zhì)質(zhì)量 （Wt）。此后，置于101-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱中于105℃殺青烘干，獲干物質(zhì)質(zhì)量（Wd），重復(fù)3次。葉片的相對(duì)含水量（RWC）計(jì)算公式為 RWC=（ Wf－Wd）/（Wt－Wd）×100%。

葉片下表面細(xì)胞學(xué)觀察[20-22]。采用掃描電鏡（SEM，S-3400N）進(jìn)行觀察。主要步驟：清洗葉片；取樣，在pH 7.2磷酸緩沖液中存放；前固定；后固定；脫水；滲透；干燥與聚合；用E-1010真空噴鍍儀（日立公司）噴金；電鏡掃描。

葉片生理活性變化。采用茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量；TBA比色法測(cè)定丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量；愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性；NBT光還原法測(cè)定SOD活性；CAT活性采用分光光度法測(cè)定，以在240 nm波長(zhǎng)下每分鐘減少0.01為1個(gè)酶活單位[22-25]。

移栽成活率變化。分別取處理后棉花幼苗30株移栽于保持濕潤(rùn)的沙培基質(zhì)中，7 d后調(diào)查其死亡株數(shù)和成活株數(shù)，重復(fù)3次。成活率（%）=成活株數(shù)/調(diào)查的總株數(shù)×100。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010作圖、DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 栽前棉苗的農(nóng)藝指標(biāo)評(píng)價(jià)

采用基質(zhì)育苗方法獲得栽前苗齡為29 d時(shí)的棉苗，其農(nóng)藝性狀如表1。添加保水劑與不添加保水劑的基質(zhì)的幼苗生長(zhǎng)差異不大，此時(shí)單株幼苗真葉為2.6～2.7片，葉面積達(dá)到49.4～53.7 cm2，地上部干物質(zhì)質(zhì)量為1.32～1.35 g，添加保水劑較不添加的幼苗苗高降低了9.7%，其他農(nóng)藝指標(biāo)均無(wú)明顯差異。

表1 不同育苗基質(zhì)的棉花栽前幼苗農(nóng)藝指標(biāo)比較Table 1 Agronomic traits of cotton seedlings in different matrixes prior to transplant

2.2 離床時(shí)間和保水劑對(duì)幼苗葉片相對(duì)含水量的影響

隨著棉花幼苗的離床時(shí)間的增加，葉片相對(duì)含水量（RWC）逐漸下降，從離床當(dāng)天的100%降到11 d時(shí)的40%～45%（圖1）。其中前3 d下降較慢，RWC保持在95%以上，第5天到第7天水分下降最快，降幅達(dá)到30%，第9天到第11天進(jìn)一步降低。在相同的離床時(shí)間內(nèi)，添加保水劑基質(zhì)的幼苗（A）略高于不含保水劑的幼苗（0），第7天后這種差距進(jìn)一步加大，達(dá)到顯著水平?？梢?jiàn)，保水劑被幼苗根系吸附于根表，有利于維持植株體內(nèi)水分，保持較高代謝活性和水分生理狀態(tài)。

圖1 不同處理幼苗第二片真葉相對(duì)含水量Fig.1 Relative water content of the second main leaf in different treatments

采用0W處理時(shí)，在3 d內(nèi)復(fù)水，棉葉RWC基本均可以恢復(fù)到離床初期的水平；5 d內(nèi)復(fù)水，可恢復(fù)到93%～94%；7 d后，分別可恢復(fù)到85.3%和74.3%，顯著低于第5天的恢復(fù)水平；到9 d，恢復(fù)能力進(jìn)一步下降；11 d，復(fù)水后RWC降到50%以下，已不利于葉片正常的生理活動(dòng)。而添加保水劑的復(fù)水（AW）后棉苗恢復(fù)能力較強(qiáng)，與未添加的處理比較，RWC在第3天、第7天和第11天分別高出1.11、9.98和4.58百分點(diǎn)。

2.3 離床棉苗葉片氣孔掃描電鏡分析

隨著離床的時(shí)間增加，真葉下表皮的表面逐步失水和皺縮加?。▓D2a1～a6）。離床前3 d，表層細(xì)胞光澤度高，細(xì)胞連接相對(duì)平滑，氣孔可見(jiàn)，保衛(wèi)細(xì)胞相對(duì)飽滿 （圖2a1和圖2a2）；離床第5天，表層細(xì)胞基本完好（圖2a3），細(xì)胞界限基本清晰，氣孔可見(jiàn)，但開(kāi)始出現(xiàn)皺縮，表層細(xì)胞光滑度下降；第7天以后細(xì)胞界限重疊，彼此相對(duì)分離，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)陷，皺縮相對(duì)嚴(yán)重，細(xì)胞壁皺褶明顯，氣孔塌陷相對(duì)較深；第9天和第11天后，細(xì)胞皺縮進(jìn)一步加劇，皺褶突起變深，表明細(xì)胞失水程度進(jìn)一步加劇。育苗基質(zhì)添加保水劑的一組 （圖2b1～b6），表層細(xì)胞變化趨勢(shì)與圖2a1～a6基本一致，前5 d，表層特征差異不大；但是在第7天后，其表層的掃描圖層（圖2b4）較未添加保水劑的表層（圖2a4）平滑，皺褶突起相對(duì)淺，皺縮程度輕；在第 9天（圖 2b5）和第 11天（圖 2b6）時(shí)，添加保水劑處理的葉片表層的保衛(wèi)細(xì)胞和氣孔仍可見(jiàn)。葉片表層細(xì)胞掃描的光滑程度與相對(duì)含水量的變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明葉片水分生理與葉表層細(xì)胞的形態(tài)有緊密聯(lián)系。進(jìn)一步對(duì)圖2b3～b5處理棉苗進(jìn)行復(fù)水恢復(fù)，掃描葉片表層：離床脫水5 d后復(fù)水，其水分恢復(fù)后細(xì)胞排列相對(duì)緊密，細(xì)胞光滑度提高（圖2c3）；7 d后復(fù)水，細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)絮狀物，保衛(wèi)細(xì)胞和薄壁細(xì)胞均存在輕微的損傷（圖2c4）；9 d后復(fù)水，細(xì)胞內(nèi)絮狀物增多，細(xì)胞排列較松散，細(xì)胞損傷加重，變形數(shù)量多，復(fù)水效果減弱（圖2c5）。可見(jiàn)，脫水5 d以內(nèi)，表皮細(xì)胞基本能恢復(fù)到初始狀態(tài)，7 d時(shí)細(xì)胞受到的傷害加重，9 d時(shí)細(xì)胞所受傷害進(jìn)一步加重，表現(xiàn)為細(xì)胞間隙增大，錯(cuò)位程度較高。

2.4 離床時(shí)間和保水劑對(duì)棉苗葉片生理指標(biāo)的影響

圖3 不同處理功能葉脯氨酸含量變化Fig.3 The content of Pro in functional leaves of different treatments

2.4.1 葉片脯氨酸含量變化。脯氨酸的累積是對(duì)水分干旱脅迫的1種適應(yīng)，在細(xì)胞內(nèi)以游離形式存在，對(duì)細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)起重要作用。在幼苗的離床放置過(guò)程中，隨著時(shí)間的變化，葉片細(xì)胞內(nèi)脯氨酸的累積量逐步提高（圖3），與葉片含水量變化存在高度的負(fù)相關(guān) （rA=－0.959 6，n=6；r0=－0.963 2，n=6）；在放置的 5 d以內(nèi)，葉內(nèi)脯氨酸含量絕對(duì)值變化不大，累積含量為10.6～12.9 μg·g－1，較離床初期略微上升；但是離床 7 d 后，脯氨酸含量明顯增多，達(dá)到 18.3～29.6 μg·g－1；其中無(wú)保水劑基質(zhì)幼苗（0），在后期上升加快，到11 d 達(dá)到 74.4 μg·g－1，是添加保水劑的基質(zhì)苗（46.3 μg·g－1）的 1.61 倍，說(shuō)明基質(zhì)內(nèi)添加保水劑有利于緩解干旱脅迫。離床后復(fù)水的棉苗葉片脯氨酸含量較復(fù)水前降低，其中在3 d內(nèi)的下降幅度大，AW和0W處理降幅分別為55.2%和44.5%（圖3），基質(zhì)添加保水劑的處理下降快，其含量可達(dá)離床初期的水平；隨著離床時(shí)間的延長(zhǎng)，葉片脯氨酸含量降幅降低，復(fù)水后的恢復(fù)能力逐步下降。

2.4.2 葉片丙二醛含量變化。MDA為膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，其積累是細(xì)胞內(nèi)活性氧毒害作用的表現(xiàn)，MDA含量高低反映了質(zhì)膜過(guò)氧化受破壞的程度[12]。由圖4知，隨著脫水時(shí)間的延長(zhǎng)，MDA含量逐漸升高，但是，MDA對(duì)環(huán)境的敏感程度在時(shí)間上較脯氨酸更早，離床3 d后即較離床初始的含量差異達(dá)到顯著水平；5 d以后MDA的含量進(jìn)一步升高，有保水劑的基質(zhì)幼苗顯著低于無(wú)保水劑的，分別為 0.034 mmol·g－1和0.045 mmol·g－1， 分別較離床初始增 54.4%和125.0%。0W和AW復(fù)水處理中，在離床3 d后復(fù)水，棉苗MDA含量降低明顯，可恢復(fù)到離床當(dāng)天的水平；離床5 d復(fù)水，較復(fù)水前降低0.007～0.009 mmol·g－1，降幅為 20.0%～20.5%，有保水劑基質(zhì)與無(wú)保水劑基質(zhì)相差不大；離床9 d復(fù)水，有保水劑基質(zhì)復(fù)水后幼苗恢復(fù)能力較高，葉片MDA含量較復(fù)水前降低24.0%，而無(wú)保水劑基質(zhì)棉苗葉片MDA的降低比例僅為9.1%。

圖4 不同處理功能葉丙二醛含量變化Fig.4 The content of MDA in functional leaves of different treatments

2.4.3 葉片相關(guān)酶活變化。1）過(guò)氧化氫酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活力變化。CAT是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶類(lèi)之一，在干旱脅迫下水分的缺失可誘導(dǎo)植物體內(nèi)CAT活力增強(qiáng)，加速對(duì)H2O2的分解從而避免羥自由基的生成，在一定程度上減緩植物過(guò)氧化的發(fā)生[13]。SOD是植物抗氧化系統(tǒng)的第1道防線，作為誘導(dǎo)酶，在清除活性氧方面發(fā)揮重要作用，可用來(lái)評(píng)價(jià)幼苗抵御干旱脅迫的能力。葉片CAT和SOD活力變化趨勢(shì)大體一致，11 d內(nèi)的變化分為2個(gè)階段 （圖5、圖6）。第1個(gè)階段為離床初始到前5 d，表現(xiàn)為2種酶活力均增加，其中SOD酶活力較離床當(dāng)天增幅達(dá)62.3%～72.2%，而CAT增幅較大，是離床當(dāng)天的5.3～6.9倍；第2個(gè)階段為離床5 d到11 d，此階段2種酶活力下降，處理間趨勢(shì)相同，同樣是CAT活力降幅較大。復(fù)水處理后，2種酶的活力均降低，復(fù)水第5天時(shí)，干旱脅迫有所緩解，SOD和CAT酶活力較離床苗分別降低8.9%～19.5%和29.4%～31.5%，以添加保水劑的幼苗2種酶活力降幅較大。

圖5 不同處理功能葉過(guò)氧化氫酶活力變化Fig.5 The change of catalase in functional leaves of different treatments

圖6 不同處理功能葉超氧化物歧化酶活力變化Fig.6 The change of superoxide dismutase activity in functional leaves of different treatments

2）過(guò)氧化物酶（POD）變化。POD也是植物抗氧化系統(tǒng)中重要的酶類(lèi)，一般在老化組織中活力較高，既可與CAT共同作用消除產(chǎn)生的H2O2，又可以通過(guò)催化其他底物與H2O2反應(yīng)。從圖7可以看出，隨著幼苗離床脅迫時(shí)間的增加，葉片POD活力呈現(xiàn)逐漸升高的變化趨勢(shì)，其中育苗基質(zhì)不加保水劑處理的棉苗葉片POD酶活力上升明顯，3 d內(nèi)即較離床當(dāng)天增加1.67倍，第9天后進(jìn)一步急劇上升；而添加保水劑幼苗的POD酶活力呈平緩上升，抵抗逆境能力相對(duì)較強(qiáng)，酶活力上升幅度均低于不加保水劑的基質(zhì)苗。幼苗復(fù)水后，2種處理的葉片POD酶活力較復(fù)水前降低，添加保水劑的基質(zhì)幼苗復(fù)水后恢復(fù)狀態(tài)較好，表明對(duì)離床干旱脅迫的緩解能力較強(qiáng)。

2.5 棉苗離床時(shí)間和保水劑對(duì)移栽成活率影響

隨著離床時(shí)間推移，棉苗移栽成活率逐漸下降，離床在3 d以內(nèi)，不論在育苗基質(zhì)中添加保水劑與否，移栽成活率基本保持在100%。但是離床5 d以后，2種處理移栽成活率差異明顯，其中添加保水劑基質(zhì)棉苗移栽成活率為96.3%，至離床11 d時(shí)下降到35.0%；平均每多離床1 d，移栽成活率降低10.2百分點(diǎn)。不添加保水劑的基質(zhì)棉苗在離床5 d時(shí)移栽成活率為81.2%，至離床11 d時(shí)下降到5.4%，離床棉苗移栽成活率每天降低11.8百分點(diǎn)。

圖7 不同處理功能葉過(guò)氧化物酶活性變化Fig.7 The change of peroxidase activity in functional leaves of different treatments

圖8 不同處理移栽成活率變化Fig.8 Survival ratios of different treatments

3 討論與結(jié)論

隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)和育苗產(chǎn)業(yè)的社會(huì)化發(fā)展，育苗工廠和田間栽植的社會(huì)化分工，幼苗和苗木的運(yùn)輸、存放已成為育苗移栽作物管理的重要延伸環(huán)節(jié)。為保障移栽質(zhì)量，必須加強(qiáng)幼苗的離床管理。眾多研究結(jié)果表明，在諸多因素或措施中，存放環(huán)境（載體或基質(zhì)、溫度）、存放時(shí)間、假植技術(shù)和幼苗管理（物質(zhì)、環(huán)境調(diào)控等）都會(huì)影響苗木幼苗活力及其變化[8-11,16,26-28]。張四七等指出2年生油茶幼苗自然狀態(tài)下存放時(shí)間在6 h內(nèi)移栽成活率從87%降至74%，24 h降至20%以內(nèi)，采用假植和泥漿護(hù)根等措施可使移栽成活率維持在70%以上[26]；寇紀(jì)烈等[27]研究了油松苗在散熱和遮蔽的運(yùn)苗箱里，水分下降速率大幅減??；若采用成活劑等措施，15 d內(nèi)移栽成活率維持在80%左右。周雪潔等[28]報(bào)道了甘草幼苗干旱脅迫12 d內(nèi)，其葉片CAT和SOD先升后降，在第9天到達(dá)峰值，復(fù)水后酶活力下降?？梢?jiàn)，不同植物幼苗在干旱或離床條件下，表現(xiàn)出生理指標(biāo)的差異及變化特征，反映出幼苗自身的生理保護(hù)和逆境適應(yīng)。

本研究中，棉花輕簡(jiǎn)化基質(zhì)育苗技術(shù)下，29 d苗齡的幼苗（約2葉1心）在室內(nèi)自然狀態(tài)下的栽前離床耐受過(guò)程中，表現(xiàn)為幼苗葉片逐漸失水，并引起從葉片外部表層細(xì)胞結(jié)構(gòu)到內(nèi)部生理的一系列變化，最終影響移栽成活率。其中離床前3 d是安全期，棉苗葉片相對(duì)含水量降幅可控制在5%以內(nèi)，且及時(shí)復(fù)水能達(dá)到離床前初始狀態(tài)的98%以上，此時(shí)移栽成活率均在99%以上；該階段葉片表面光滑，外層細(xì)胞結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，細(xì)胞連接相對(duì)平滑，保衛(wèi)細(xì)胞相對(duì)飽滿，葉片各種抗氧化酶活力變化相對(duì)穩(wěn)定。離床5 d是臨界期，成為影響幼苗生長(zhǎng)活動(dòng)的分水嶺，此時(shí)葉片相對(duì)失水率上升到10%左右，復(fù)水僅能達(dá)到初始狀態(tài)的93%，并且葉表層開(kāi)始出現(xiàn)皺縮，表層細(xì)胞光滑度下降；第5天到第7天是葉片失水最快的階段，相對(duì)含水量日均下降15百分點(diǎn)，葉片表層細(xì)胞表現(xiàn)為皺縮較嚴(yán)重，細(xì)胞壁皺褶明顯，細(xì)胞質(zhì)相對(duì)分離，氣孔塌陷較深。在葉片失水過(guò)程中，真葉內(nèi)脯氨酸、丙二醛含量和POD酶活力隨離床時(shí)間增加而上升（增加），丙二醛在離床前期變化大，脯氨酸在離床后期變化大；CAT和SOD酶活力變化在前5 d持續(xù)上升，5 d后下降。失水較快會(huì)導(dǎo)致各類(lèi)酶活力劇烈變化，會(huì)嚴(yán)重影響葉片正常的生理活動(dòng)。而且隨著失水時(shí)間增加，復(fù)水處理后棉苗恢復(fù)能力減弱。

因此，明確離床幼苗的相關(guān)生理變化特征和指標(biāo)閾值有利于指導(dǎo)幼苗更安全、更合理、更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)輸和存放。棉花輕簡(jiǎn)化育苗移栽將如同蔬菜、花卉和苗木一樣，成為植物育苗移栽技術(shù)的一部分。在棉花輕簡(jiǎn)化育苗移栽技術(shù)的推廣中，育苗和移栽2個(gè)環(huán)節(jié)非常關(guān)鍵，其中育苗是基礎(chǔ)，其重點(diǎn)是培育壯苗；移栽是目的，要實(shí)現(xiàn)栽后成活和返苗早發(fā)。所以，必須協(xié)調(diào)好栽前幼苗、環(huán)境和移栽措施等，如需要松土整地、地溫適宜、底墑足，栽深不栽淺、栽暖不栽寒、安家水調(diào)墑壓實(shí)等[1,3-4]。但是一旦移栽技術(shù)熟化和土壤條件滿足后，幼苗本身的培育和栽前管理則顯得尤為重要。所以，在育苗管理中，通過(guò)水溫控制、營(yíng)養(yǎng)協(xié)調(diào)、激素調(diào)控、容器保護(hù)、栽前抗旱等措施塑造壯苗，有利于栽前的棉苗耐受力提高。

綜合比較，起苗后離床棉苗的管理中首先是強(qiáng)化壯苗培育，合理保護(hù)水分，育苗基質(zhì)中添加保水劑可有效降低和減緩植株水分的損失。異地移栽時(shí)，在存放、運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)保持根系濕潤(rùn)，同時(shí)盡快移栽。離床3～5 d是關(guān)鍵期，期間各項(xiàng)措施的目的是減少生理消耗，防止葉片失水，維持葉面形態(tài)，穩(wěn)定細(xì)胞溶質(zhì)和膜結(jié)構(gòu)，例如采用低溫弱光、合理濕度條件下存放，每2～3 d需要及時(shí)補(bǔ)水或噴施營(yíng)養(yǎng)液，監(jiān)測(cè)根系的水分，維持幼苗活力，實(shí)現(xiàn)棉苗?；畋ｕr和移栽成活率的提高，保證設(shè)施育苗的輻射能力提高和育苗、栽前管理成本的降低。

[1]中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所.中國(guó)棉花栽培學(xué)[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2013:582-620.

Institute of Cotton Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences.Cotton cultivation in China[M].Shanghai:Shanghai Scientific&Technical Publishers,2013:582-620.

[2]劉巽浩,陳阜,吳堯.多熟種植——中國(guó)農(nóng)業(yè)的中流砥柱[J].作物雜志,2015(6):1-9.

Liu Xunhao,Chen Fu,Wu Yao.Multiplecropping:Theprincipal part of China'sagriculture[J].Crops,2015(6):1-9.

[3]毛樹(shù)春,韓迎春.圖說(shuō)棉花基質(zhì)育苗移栽[M].北京:金盾出版社,2009:1-12,22-35,94-106.

Mao Shuchun,Han Yingchun.Illustration and description of seedlingtransplanted cotton[M].Beijing:Jindun Press,2009:1-12,22-35,94-106.

[4]毛樹(shù)春,韓迎春,王國(guó)平,等.棉花工廠化育苗和機(jī)械化移栽技術(shù)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,39(11):2395.

Mao Shuchun,Han Yingchun,Wang Guoping,et al.The technology of cotton seeding raising in greenhouse and root-naked transplanting by machine[J].Scientia Agricultura Sinica,2006,39(11):2395.

[5]李中華,王國(guó)占,齊飛.我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展思路[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化,2012(1):7-10.

Li Zhonghua,Wang Guozhan,Qi Fei.Current situation and thinking of development of protected agriculturein China[J].Chinese Agricultural Mechanization,2012(1):7-10.

[6]楊其長(zhǎng),魏靈玲,劉文科,等.中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)研究現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息,2012(11):23-27.

Yang Qichang,Wei Lingling,Liu Wenke,et al.Current situation and developing strategy of protected agriculture in China[J].China Agriculture Information,2012(11):23-27.

[7]何芬,馬承偉.中國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,23(3):462-465.

He Fen,Ma Chengwei.Development and strategy of facility agriculture in China[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2007,23(3):462-465.

[8]毛樹(shù)春,韓迎春,王國(guó)平,等.棉花基質(zhì)育苗和裸苗移栽存在問(wèn)題及克服辦法[J].中國(guó)棉花,2007,34(3):32-34.

Mao Shuchun,Han Yingchun,Wang Guoping,et al.The problems and overcoming measures of cotton matrix seedling and rootnaked transplant[J].China Cotton,2007,34(3):32-34.

[9]孫景洲,魏玉桂,李玉晏.提高苗木調(diào)運(yùn)成活率要點(diǎn)[J].中國(guó)林業(yè),2010(13):57.

Sun Jingzhou,Wei Yugui,Li Yuyan.The key points for increasing the nursery stock'survival rate[J].Forestry of China,2010(13):57.

[10]李晶,于波.苗木在運(yùn)輸與栽植過(guò)程中的保護(hù)[J].養(yǎng)殖技術(shù)顧問(wèn),2013(10):122.

Li Jing,Yu Bo.Theprotection of nursery stock in theprocessof carriage and transplant[J].Technical Advisor for Animal Husbandry,2013(10):122.

[11]李繼東,畢會(huì)濤,武應(yīng)霞,等.移栽期間脅迫對(duì)苗木影響的研究進(jìn)展[J].林業(yè)科學(xué),2008,44(6):125-136.

Li Jidong,Bi Huitao,Wu Yingxia,et al.Recent advancesin effects of different stresses in transplant on the seedling performance[J].Scientia Silvae Sinicae,2008,44(6):125-136.

[12]柴偉國(guó),王仲輝,洪文英.保水劑在蔬菜基質(zhì)育苗中的應(yīng)用研究[J].上海蔬菜,1998(3):21-23.

Chai Weiguo,Wang Zhonghui,Hong Wenying.The applied research of water-retaining agent in the vegetable's substance nursing[J].Shanghai Vegetable,1998(3):21-23.

[13]趙瑞,張玉龍,須暉,等.保水劑對(duì)黃瓜穴盤(pán)苗基質(zhì)水分狀況及秧苗質(zhì)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2010,21(9):318-320,375.

Zhao Rui,Zhang Yulong,Xu Hui,et al.The effect of water-retaining agent on water status of plug substance and quality of cucumber seedlings[J].Chinese Agricultural Science Bulletin,2010,21(9):318-320,375.

[14]胡國(guó)霞,馬連菊,陳強(qiáng),等.植物抗氧化系統(tǒng)對(duì)水分脅迫及復(fù)水響應(yīng)研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(3):1278-1280,1282.

Hu Guoxia,Ma Lianju,Chen Qiang,et al.Research progresson the response of plant antioxidant system to water stress and rewatering[J].Journal of Anhui Agricultural Science,2011,39(3):1278-1280,1282.

[15]彭素琴.植物水分脅迫研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(15):7748-7749,7771.

Peng Suqin.Research progress of the water stress in plants[J].Journal of Anhui Agricultural Science,2010,38(15):7748-7749,7771.

[16]陳少瑜,郎南軍,李吉躍,等.干旱脅迫下3樹(shù)種苗木葉片相對(duì)含水量、質(zhì)膜相對(duì)透性和脯氨酸含量的變化[J].西部林業(yè)科學(xué),2004,33(3):30-33.

Chen Shaoyu,Lang Nanjun,Li Jiyue,et al.Changes of relative water content,relative plasma membrane permeability and proline content of seedlings of three species under drought stress[J].Journal of West China Forestry Science,2004,33(3):30-33.

[17]Sato F,Yoshioka H,Fujwara T,et al.Physiological responsesof cabbage plug seedlings to water stress during low-temperature storage in darkness[J].Sciatica Horticulturae,2004,101(4):349-357.

[18]Sato F,Yoshioka H,Fujwara T.Effects of storage temperature on carbohydrate content and seedling quality of cabbage plug seedlings[J].Environment Control in Biology,1999,37(4):249-255.

[19]王瑞霞.貯藏期間不同控制條件對(duì)穴盤(pán)苗生長(zhǎng)和質(zhì)量的影響極其機(jī)理[D].上海:上海交通大學(xué),2005.

Wang Ruixia.Effects of different control conditions on growth and quality of plug seedling during storage and the mechanism[D].Shanghai:Shanghai Jiao Tong University,2005.

[20]李柏年,高金城,陳茨珀.植物葉片掃描電鏡樣品制備[J].植物學(xué)通報(bào),1988,5(2):119-121.

Li Bainian,Gao Jincheng,Chen Cipo.Sample preparation of plant leavesin the SEM[J].Chinese Bulletin of Botany,1988,5(2):119-121.

[21]穆立薔,周浩,曲偉娣.黑龍江椴樹(shù)屬植物葉表皮形態(tài)學(xué)觀察[J].植物研究,2008,28(2):183-186.

Mu Liqiang,Zhou Hao,Qu Weidi.Leaf epidermis morphological observation of Tiliacea in Heilongjiang province[J].Bulletin of Botanical Research,2008,28(2):183-186.

[22]侯燕鳴,胡劍江,方薔,等.掃描電鏡的不同含水量植物葉片樣品的處理及觀察方法研究[J].分析儀器,2011(5):45-48.

Hou Yanming,Hu Jianjiang,Fang Qiang,et al.The research of observation method and processing samples for different water content of plant leaf in the SEM[J].Analytical Instrument,2011(5):45-48.

[23]朱廣廉,鐘海文,張愛(ài)琴.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京大學(xué)出版社,1990:245-248.

Zhu Guanglian,Zhong Haiwen,Zhang Aiqin.Plant physiology experiment[M].Beijing:Beijing University Press,1990:245-248.

[24]王愛(ài)國(guó),羅廣華,邵從本,等.大豆種子超氧化物歧化酶的研究[J].植物生理學(xué)報(bào),1983,9(1):77-84

Wang Aiguo,Luo Guanghua,Shao Congben,et al.Study on super oxidedismutasein soybean seeds[J].Acta Phytophysiologica Sinica,1983,9(1):77-84.

[25]袁朝興,丁靜.水分脅迫對(duì)棉花葉片中IAA含量,IAA氧化酶和過(guò)氧化物酶活性的影響[J].植物生理學(xué)報(bào),1990,16(2):179-184.

Yuan Chaoxing,Ding Jing.Effects of water stress on the content of IAA and activitiesof IAA oxidaseand peroxidasein cotton leaves[J].Acta Phytophysiologica Sinica,1990,16(2):179-184.

[26]張四七,曹志華,束慶龍,等.油茶苗存放方式與環(huán)境對(duì)造林成活率的影響[J].林業(yè)科技開(kāi)發(fā),2011,25(3):121-124.

Zhang Siqi,Cao Zhihua,Shu Qinglong,et al.Effect of the storage ways and conditions on the dehydration rate and the survival rateof oil-teagrafting[J].Forest Scientific and Technological Development,2011,25(3):121-124.

[27]寇紀(jì)烈,張小由,宋玉民.運(yùn)苗箱對(duì)造林苗木成活的影響[J].林業(yè)科技通訊,1988(10):8-11.Kou Jilie,Zhang Xiaoyou,Song Yumin.Theeffect of carry box of seedlings on survival of nursery stock[J].Forest Science and Technology,1988(10):8-11.

[28]周雪潔,王改利,梁宗鎖,等.干旱脅迫及復(fù)水對(duì)甘草幼苗生理特性和甘草酸積累的影響[J].華北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2011,20(7):64-70.

Zhou Xuejie,Wang Gaili,Liang Zongsuo,et al.Effects of drought stress and rehydration on physiological characteristics and glycyrrhizin accumulation of Glycyrrhiza uralensis Fisch.seedling[J].Acta Agriculturae Boreali-Occidentalis Sinica,2011,20(7):64-70.

[29]杜雄建,師尚禮,劉金榮,等.干旱脅迫和復(fù)水對(duì)草地早熟禾3個(gè)品種生理特性的影響[J].草地學(xué)報(bào),2010,18(1):73-77.

Du Xiongjian,Shi Shangli,Liu Jinrong,et al.Effect of drought stress and rewatering on physiological characteristics of three Kentucky bluegrass cultivars[J].Acta Agrestia Sinica,2010,18(1):73-77. ●

Study of the Tolerant Physiology of Cotton Seedlings Nursed with Simplified Techniques after Removal from the Seedling Bed

Wang Guoping,Han Yingchun,Li Yabing*,Fan Zhengyi,Tian Huaiqin,Feng Lu,Yang Beifang,Zhi Xiaoyu,Mao Shuchun
(Institute of Cotton Research,Chinese Academy of Agricultural Sciences/State Key Laboratory of Cotton Biology,Anyang,Henan 455000,China)

S562.043

A

1002-7807（2017）05-0466-10

10.11963/1002-7807.wgplyb.20170710

2016-06-29 第一作者簡(jiǎn)介：王國(guó)平（1978―），副研究員，zmswgp@126.com。*通信作者：criliyabing@163.com

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201503121）；中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201221）；國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系棉花產(chǎn)業(yè)體系（CARS-18-17）