常規(guī)棉與雜交棉各器官干物質(zhì)積累及產(chǎn)量構(gòu)成差異特征

徐 鵬，陳國棟，萬素梅，劉曉紅，張 勇，黃敏潔，李 玲，郭子軒，胡守林

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆前海種業(yè)有限責(zé)任公司，新疆圖木舒克 843900；3.喀什農(nóng)技推廣中心，新疆喀什 844000；4.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)種子管理總站，烏魯木齊 830011)

0 引 言

【研究意義】棉花產(chǎn)量和纖維品質(zhì)的提高，主要依賴于棉鈴發(fā)育[1-3]。雜交棉與常規(guī)棉相比，產(chǎn)量優(yōu)勢較為明顯，一般增產(chǎn)在10%以上，最高的達(dá)到15%～20%，雜交棉增產(chǎn)優(yōu)勢較為明顯，種植面積也在不斷擴(kuò)大[4-6]。有研究表明，作物不同器官干物質(zhì)積累、合理分配與轉(zhuǎn)化及庫源關(guān)系的協(xié)調(diào)，是提高產(chǎn)量重要途徑之一[7-9]，對(duì)研究雜交棉各個(gè)器官的干物質(zhì)積累對(duì)產(chǎn)量的影響有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】鄭順林等[10]研究認(rèn)為，棉花在不同品種干物質(zhì)營養(yǎng)器官的分配中，優(yōu)質(zhì)棉在生長發(fā)育后期要超過普通棉品種，生殖器官的分配中，高強(qiáng)力的優(yōu)質(zhì)棉在棉花生長發(fā)育各個(gè)時(shí)期的增長速度明顯快于普通棉品種，而對(duì)于葉中分配則低于普通棉品種。代英男等[11]研究，認(rèn)為棉花干物質(zhì)生產(chǎn)受到各個(gè)生長發(fā)育時(shí)期的影響，各個(gè)時(shí)期干物質(zhì)積累量和特性也不同。鄭德明等[11]研究認(rèn)為在出苗至開花期，干物質(zhì)積累的分配主要從根、莖、葉；開花期，干物質(zhì)積累向蕾鈴，在吐絮期，干物質(zhì)積累分配主要供給棉鈴，其干物質(zhì)積累量占單株總積累量的55%左右。葉欣等[12]研究表明，各個(gè)棉花品種干物質(zhì)積累過程呈“S”型曲線，隨著生育期時(shí)間的推進(jìn)，棉花干物質(zhì)積累量逐步在提高?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】大多數(shù)研究與棉花灌溉量、施氮量等相關(guān)，對(duì)于雜交棉與常規(guī)棉生長發(fā)育及干物質(zhì)分配的評(píng)價(jià)比較少。研究常規(guī)棉與雜交棉在南疆地區(qū)棉花干物質(zhì)積累量的動(dòng)態(tài)變化?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在相同栽培條件下，研究常規(guī)棉與雜交棉在種植過程中棉花干物質(zhì)積累與其分配規(guī)律的影響關(guān)系，為生產(chǎn)實(shí)踐上高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花品種的選育提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用6個(gè)棉花品種作為材料，2個(gè)大田推廣常規(guī)棉花品種，分別為新陸中38號(hào)、J206-5作為對(duì)照，4個(gè)F2代雜交棉，分別為18-1883、18-1887、H602和H628。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師12團(tuán)(40.62°N，81.34°E)進(jìn)行，該區(qū)位于塔里木盆地南緣，屬暖溫帶大陸干旱荒漠氣候類型，年均氣溫10.7℃，年日照時(shí)數(shù)2 650～3 100 h，年降雨量50～70 mm。試驗(yàn)地小區(qū)行長5 m，寬2.5 m，每個(gè)處理面積12.5 m2，4次重復(fù)，共24個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)總面積300 m2。棉花于2018年4月16日播種，用1膜3壟6行的種植方式，人工點(diǎn)播種植，管理同大田，10月18日收獲。

1.2.2 測定指標(biāo)1.2.2.1 干物質(zhì)積累量

分別于5月18日、6月11日、7月13日、8月18日、9月18日取各品種生長一致的棉株5株，按照根莖葉花蕾鈴等不同器官進(jìn)行分樣，隨后105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒定后分器官稱量，重復(fù)3次。

1.2.2.2 產(chǎn)量性狀

各小區(qū)分別收取棉鈴正常開裂的棉株30株，每個(gè)品種共計(jì)120株棉株進(jìn)行考種，并測定單株果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、衣分等產(chǎn)量性狀。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2013整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用 DPS7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干物質(zhì)向營養(yǎng)器官中的分配

研究表明，常規(guī)棉品種和F2代雜交棉干物質(zhì)積累前期較為緩慢，常規(guī)棉品種中，新陸中38號(hào)、J206-5營養(yǎng)生長在5月18日至6月11日時(shí)開始發(fā)育，干物質(zhì)積累量分別為2.88和2.31 g/株，F(xiàn)2代雜交棉中18-1883、18-1887、H602、H628棉株?duì)I養(yǎng)生長最快的時(shí)間在6月11日至7月13日，干物質(zhì)積累量分別為12.27、13.36、11.81和16.19 g/株；到棉花生長發(fā)育后期逐漸增大，干物質(zhì)積累量變大。在8月17日到9月15日，F(xiàn)2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量還有所增加。

常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)單株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)總量和F2代雜交棉H628單株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)總量差異較大。常規(guī)棉品種單株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)總量為新陸中38號(hào)(52.12 g)>J206-5(43.87 g)。F2代雜交棉單株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)總量為H628(50.52 g)>H602(46.31 g)>18-1887(45.75 g)>18-1883(45.18 g)。棉花在7月13日至9月18日營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量趨于穩(wěn)定，并沒有表現(xiàn)出下降趨勢。

在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉比較中，棉花營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)差別較大，營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)隨生育周期的推進(jìn)而逐漸降低。在棉花生殖生長的主要生育時(shí)期(7月13日)，常規(guī)棉品種營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為新陸中38號(hào)(89.47%)>J206-5(86.60%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為H628(91.14%)>18-1883(90.26%)>H602(88.66%)>18-1887(88.09%)。在8月18日前，在棉花同一生長時(shí)期F2代雜交棉H628、18-1883營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)比常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5高。圖1

圖1 常規(guī)棉與F2代雜交棉營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量變化Fig.1 Changes in dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton

表1 常規(guī)棉與F2代雜交棉營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)Table 1 Distribution coefficient of dry matter accumulation in vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.2 干物質(zhì)向生殖器官中的分配

常規(guī)棉品種與F2代雜交棉單株生殖器官干物質(zhì)積累量完全符合棉花生長發(fā)育生長曲線。在常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5生殖器官干物質(zhì)積累量最快的時(shí)期在8月18日(盛鈴期)，干物質(zhì)積累量最快的是新陸中38號(hào)(61.13 g)，其次是J206-5(56.09 g)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物質(zhì)積累量最快的時(shí)期在8月18日(盛鈴期)，分別為48.05、41.63、58.54和60.63 g。

常規(guī)棉品種與F2代雜交棉單株生殖器官干物質(zhì)積累總量差異較大。常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5單株生殖器官干物質(zhì)積累總量為新陸中38號(hào)(155.96 g)>J206-5(133.64 g)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628單株生殖器官干物質(zhì)積累總量為H602(156.34 g)>H628(145.34 g)>18-1883(139.48 g)>18-1887(113.39 g)。棉株生長后期生殖器官干物質(zhì)積累量趨勢逐漸上升，并未出現(xiàn)下降趨勢。圖2

圖2 常規(guī)棉與F2代雜交棉生殖器官的干物質(zhì)積累量變化Fig.2 Changes in dry matter accumulation of reproductive organs in conventional cotton and F2 hybrid cotton

在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)差別較大，生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)隨棉花全生育期的時(shí)間延長而逐漸增高。在棉花生殖生長的主要時(shí)期(7月13日)，常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為J206-5(13.41%)>新陸中38號(hào)(10.53%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為18-1887(11.91%)>H602(11.35%)>18-1883(9.74%)>H628(8.86%)。在8月18日前，常規(guī)棉品種J206-5生殖器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)較高，F(xiàn)2代雜交棉18-1887、H602生殖器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)較高。在棉花生長發(fā)育后期(9月18日，吐絮期)，常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為新陸中38號(hào)(64.93%)>J206-5(62.54%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)表現(xiàn)為H602(65.54%)>18-1883(65.05%)>H628(62.18%)>18-1887(57.81%)，常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)生殖器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)較高，F(xiàn)2代雜交棉H602、18-1883生殖器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)較高。表2

表2 常規(guī)棉與F2代雜交棉生殖器官干物質(zhì)積累量分配系數(shù)Table 2 Distribution coefficient of dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.3 棉株中總干物質(zhì)的積累

研究表明，常規(guī)棉品種與F2代雜交棉單株干物質(zhì)積累量符合棉花生長的“S”形曲線，增長的速度為先慢后快再慢。常規(guī)棉品種在6月11日之前，J206-5單株總干物質(zhì)積累量的增長趨勢要高于新陸中38號(hào)單株總干物質(zhì)積累量，表明新陸中38號(hào)在苗期相對(duì)長勢較弱；F2代雜交棉在6月15之前，H602單株總干物質(zhì)積累量的增長趨勢要高于18-1883、18-1887、H628，最小的是H628，H628在苗期相對(duì)長勢較弱。從6月11日到8月17日干物質(zhì)積累量迅速增加，常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5最大值分別為137.13 、113.53 g；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628最大值分別為103.68、93.29、123.42和123.86 g。在8月18日之后，干物質(zhì)積累量呈增長趨勢。常規(guī)棉品種單株干物質(zhì)積累總量為新陸中38號(hào)(149.09 g)>J206-5(127.44 g)，表明常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)單株棉花干物質(zhì)積累總量最高。F2代雜交棉單株干物質(zhì)積累總量為H602(158.71 g)>18-1883(148.26 g)>H628(143.56 g)>18-1887(130.69 g)，F(xiàn)2代雜交棉H602單株棉花干物質(zhì)積累總量最高，18-1883、18-1887單株棉花干物質(zhì)積累總量較高。常規(guī)棉品種與F2代雜交棉相比較，F(xiàn)2代雜交棉H602單株干物質(zhì)積累總量高于常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)。棉花生長后期干物質(zhì)積累量呈上升趨勢，并未表現(xiàn)出下降趨勢。圖3

圖3 常規(guī)棉與F2代雜交棉總干物質(zhì)積累量變化Fig.3 Changes in total dry matter accumulation of conventional cotton and F2 hybrid cotton

2.4 常規(guī)棉品種與F2代雜交棉產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素

常規(guī)棉與F2代雜交棉品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素之間差異明顯。F2代雜交棉品種H628的單株鈴數(shù)都高于常規(guī)棉品種，常規(guī)棉新陸中38號(hào)與J206-5單株果枝數(shù)有顯著差異，F(xiàn)2代雜交棉H628與18-1883、18-1887之間單株果枝數(shù)有顯著差異，18-1887與H602、H628之間單株果枝數(shù)有顯著差異。常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)與J206-5之間單株鈴數(shù)沒有顯著性差異，F(xiàn)2代雜交棉H628與18-1883、18-1887、H602單株鈴數(shù)之間有顯著性差異，F(xiàn)2代雜交棉H628分別比常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5高出1.17個(gè)、1.72個(gè)。從單鈴重來看，常規(guī)棉與F2代雜交棉之間無顯著性差異，常規(guī)棉品種J206-5分別比F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628高出0.03、0.07、0.09和0.16 g；從籽棉產(chǎn)量來看，F(xiàn)2代雜交棉H628與其他品種有顯著性差異，H602與常規(guī)棉品種J206-5有顯著性差異，18-1887、J206-5與新陸中38號(hào)、18-1883、H602、H628有顯著性差異。從衣分來看，H602與18-1883、18-1887和常規(guī)棉品種新路中38號(hào)、J206-5之間有顯著性差異，18-1883與H602、H628與其他品種有顯著性差異；從皮棉產(chǎn)量來看，F(xiàn)2代雜交棉H628與其他品種有顯著性差異，新陸中38號(hào)和H602與其他品種之間有顯著性差異，F(xiàn)2代雜交棉H602、H628分別比常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5高出2.08、4.67、4.97和7.56 kg。

常規(guī)棉與F2代雜交棉差異較為明顯，雖然F2代雜交棉H628的單株鈴數(shù)都顯著高于常規(guī)棉，其品種之間的平均單株籽棉產(chǎn)量和單株皮棉產(chǎn)量有顯著性差異，F(xiàn)2代雜交棉18-1883、H602、H628比常規(guī)棉品種J206-5單株籽棉產(chǎn)量分別高出23.97%、14.24%、6.27%，H628比新陸中38號(hào)單株籽棉產(chǎn)量高出15.48%；常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)比F2代雜交棉18-1883、18-1887單株籽棉產(chǎn)量分別高出4.02%、15.55%；F2代雜交棉18-1883、H602、H628比常規(guī)棉品種J206-5單株皮棉產(chǎn)量分別高出27.16%、18.72%、6.41%，H628、H602比新陸中38號(hào)單株皮棉產(chǎn)量分別高出17.86%、8.34%；常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)比F2代雜交棉18-1883、18-1887單株皮棉產(chǎn)量分別高出5.25%、15.44%。衣分在常規(guī)棉品種和F2代雜交棉之間有顯著性差異，常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)、J206-5，F(xiàn)2代雜交棉18-1887、H628之間無顯著性差異，F(xiàn)2代雜交棉18-1883、H602有顯著性差異，新陸中38號(hào)、J206-5、18-1887、H628品種之間不影響棉花衣分的大小。

總鈴數(shù)在常規(guī)棉與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的分別是H628，單鈴重在常規(guī)棉與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的是J206-5，平均單株籽棉產(chǎn)量和單株皮棉產(chǎn)量在常規(guī)棉與F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的都是H628，衣分在常規(guī)棉與F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的是H602、H628。在棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子中，單株鈴數(shù)是影響常規(guī)棉與F2代雜交棉產(chǎn)量的主要因素。產(chǎn)量優(yōu)勢主要是鈴數(shù)和鈴重的增加，產(chǎn)量構(gòu)成因素中以單株結(jié)鈴數(shù)的優(yōu)勢最大，隨著單株鈴數(shù)的增多，產(chǎn)量也會(huì)得到提高，在棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子中，單株鈴數(shù)受環(huán)境影響最大，衣分受環(huán)境影響最小，單株鈴數(shù)是影響雜交種產(chǎn)量的主要因素，只有將單株果枝數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分之間優(yōu)化組合才能爭取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。表3

表3 常規(guī)棉與F2代雜交棉品種的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素Table 3 Yield and yield components of conventional cotton and F2 hybrid cotton varieties

3 討 論

棉花的干物質(zhì)積累是棉花在生長發(fā)育過程中產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要條件[13]。代英男等[14]研究認(rèn)為，棉花干物質(zhì)積累的主要影響因素分為遺傳特性的影響、栽培措施的影響和地域環(huán)境的影響，在生長發(fā)育階段，棉花干物質(zhì)的生產(chǎn)主要依靠光合作用，棉花的葉片、鈴殼和莖稈對(duì)光合作用和干物質(zhì)積累量分配率都有一定的作用。謝陳靈等[15]研究認(rèn)為，常規(guī)棉與雜交棉伴隨著棉花生長發(fā)育階段干物質(zhì)積累向棉花生殖器官分配的比例逐漸提高，而后期棉花莖葉干物質(zhì)積累分配率逐漸降低，雜交棉后期干物質(zhì)積累分配比例常規(guī)棉高，雜交棉在后期有較強(qiáng)的生長和干物質(zhì) 積累優(yōu)勢。

棉花在生長發(fā)育過程中，營養(yǎng)生長與生殖生長同時(shí)進(jìn)行，生長發(fā)育前期主要以棉花營養(yǎng)生長為主，大部分都分配給根、莖、葉等營養(yǎng)器官。生長發(fā)育后期干物質(zhì)積累大部分都分配到生殖器官，少部分分配到根、莖、葉[16]。這與試驗(yàn)結(jié)果相一致，在棉花生長發(fā)育后期，棉花干物質(zhì)積累分配主要以生殖器官為主，根、莖、葉為輔。

在棉花花鈴期干物質(zhì)的積累對(duì)產(chǎn)量的影響較大，在生產(chǎn)過程中，提高花鈴期的干物質(zhì)積累量有利于提高棉花的產(chǎn)量[17]。棉花產(chǎn)量構(gòu)成因素由不同的性狀構(gòu)成，其對(duì)產(chǎn)量的影響因素不僅受品種之間的遺傳特性影響，還與種植環(huán)境和種植栽培技術(shù)的影響有關(guān)。株數(shù)、鈴數(shù)、鈴重和衣分都是棉花重要產(chǎn)量的構(gòu)成因素之一，不同類型的品種，對(duì)產(chǎn)量的構(gòu)成因素有一定的差異[18]，羅海華等[19]研究認(rèn)為，雜交棉影響產(chǎn)量最大的是衣分，子指在常規(guī)棉與雜交棉組合之間產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)。張凱等[20研究認(rèn)為，與常規(guī)棉相比，不同雜交棉組合的產(chǎn)量競爭優(yōu)勢、農(nóng)藝表型性狀、產(chǎn)量、纖維品質(zhì)性狀都表現(xiàn)出不同的差異。試驗(yàn)研究認(rèn)為，常規(guī)棉品種與F2代雜交棉在產(chǎn)量性狀方面比較，總鈴數(shù)在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的分別是H628，單鈴重在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的是J206-5，單株籽棉產(chǎn)量和單株皮棉產(chǎn)量在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的都是H628，衣分在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的都是H602、H628。

4 結(jié)論

棉花營養(yǎng)器官的干物質(zhì)積累量分配系數(shù)差別較大，營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配系數(shù)隨生育周期的增長而逐漸降低。F2代雜交棉H602單株干物質(zhì)積累總量高于常規(guī)棉品種新陸中38號(hào)，棉花生長后期干物質(zhì)積累量呈上升趨勢，并未表現(xiàn)出下降趨勢。在產(chǎn)量構(gòu)成因素中，發(fā)現(xiàn)F2代雜交棉18-1883、18-1887產(chǎn)量要比常規(guī)棉品種高。F2代雜交棉18-1883、H628單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分性狀未出現(xiàn)向減弱方向的分離，表現(xiàn)出了F2代雜交棉較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢?？傗彅?shù)在常規(guī)棉與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的分別是H628，單鈴重在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉表現(xiàn)最好的是J206-5，籽棉產(chǎn)量F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的都是H628，衣分在常規(guī)棉品種與F2代雜交棉中表現(xiàn)最好的都是H602、H628。F2代雜交棉H602、H628單株干物質(zhì)積累總量、產(chǎn)量構(gòu)成因素等指標(biāo)最好，F(xiàn)2代雜交棉H628更適合在南疆阿拉爾墾區(qū)種植。