新疆零式果枝海島棉掉絮原因分析

王為然，楊 靜，朱家輝，張延輝，寧新民，劉志清，孔 杰，阿里甫·艾爾西

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國唯一的海島棉(G.barbadenseL.)產(chǎn)區(qū)[1]，目前主要分布在塔里木盆地西北緣的巴音郭楞蒙古自治州、阿克蘇、喀什等地，零式果枝、株型緊湊是該區(qū)品種的主要特點(diǎn)。新疆海島棉棉鈴以3室為主，和多數(shù)4～5室陸地棉品種具有較好的含絮力不同，其吐絮后掉絮現(xiàn)象普遍存在。通常情況下，含絮力差的品種在完全吐絮后5 d左右開始掉絮，主要表現(xiàn)為單或多瓣子棉吐絮后下垂、掛枝直至脫離鈴殼掉落地面，導(dǎo)致采收困難。隨著海島棉機(jī)采技術(shù)的逐步推進(jìn)[2,3]，完全吐絮后一次性機(jī)械采摘對于棉花含絮力提出了更高要求。研究海島棉品種掉絮成因?qū)u棉育種和機(jī)械采摘有生產(chǎn)實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】棉花掉絮現(xiàn)象國內(nèi)外尚少有研究，但在棉鈴?fù)滦跗诜矫骈_展了一定研究。有研究將棉鈴開裂分成線裂、微裂、綻裂、現(xiàn)瓤前期、現(xiàn)瓢后期和大裂吐絮6個(gè)階段，每個(gè)階段持續(xù)0.5～2 d[4]，認(rèn)為棉鈴的脫水首先是從纖維和種子開始的，在線裂期后，鈴殼也開始脫水，從裂縫邊緣到中央，從鈴尖到鈴基進(jìn)行。當(dāng)棉鈴綻裂后,鈴殼的脫水顯著加快，鈴殼細(xì)胞膜透性增加是造成棉鈴被動脫水的先決條件[5]，薄殼品種吐絮后鈴殼夾角大[6]。圍繞棉纖維的加厚發(fā)育與脫水成熟[7]、溫度與采摘期對棉纖維的影響[8,9]等研究認(rèn)為，不同時(shí)期棉纖維差異較大，5～7 d吐絮鈴纖維形成轉(zhuǎn)曲較好，纖維抱合力較大[10]，吐絮后期抱合力不斷降低。【本研究切入點(diǎn)】在以往國內(nèi)外零式果枝海島棉資源鑒定的基礎(chǔ)上，研究新疆零式果枝海島棉掉絮原因?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以兩個(gè)含絮力差異性大的零式果枝海島棉品種為研究對象，針對棉鈴?fù)滦醭跗?掉絮現(xiàn)象出現(xiàn)這一時(shí)段，研究棉鈴脫水過程中鈴殼空間結(jié)構(gòu)及棉瓣變化，分析鈴殼夾角、纖維脫水后轉(zhuǎn)曲等對掉絮的影響，為培育含絮力好的海島棉品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

在歷年田間鑒定的基礎(chǔ)上，選擇新335(K-335)為掉絮品種，新海35號(K-128)為含絮力好的品種。

1.2 方 法

1.2.1 材料種植

2015～2017年將兩個(gè)材料種植在新疆庫爾勒市(86.08°E，41.68°N)，每份材料4行區(qū)種植，株距10.0 cm，行距(70+15+50+15)cm，行長8 m，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。吐絮期兩個(gè)材料田間進(jìn)行防雨處理。

1.2.2 指標(biāo)測定1.2.2.1 鈴殼、棉瓣的脫水測定

田間試驗(yàn)：將完全吐絮當(dāng)日鈴每隔2 d測一次棉鈴水分、棉瓣的變化。吐絮后10 d用數(shù)顯拉力計(jì)測棉瓣中部單瓣子棉豎直拉力(含絮力)(N)，用角度尺測鈴殼背部夾角(%)。每期將鈴殼和棉瓣然后放入烘箱中烘干(105℃，8 h)。測量含水量(rate of water content，RWC, %)= [W鮮重-W干重]/W鮮重×100%。

室內(nèi)離體自然風(fēng)干實(shí)驗(yàn)：于掛牌日分別取當(dāng)日完全吐絮鈴150個(gè)進(jìn)行室內(nèi)離體培養(yǎng)。溫度設(shè)置參照當(dāng)?shù)赝谄骄鶞囟仍O(shè)置(晝夜溫度22.5℃/14.5℃，時(shí)間12/12 h)，每1 d測一次水分變化，計(jì)算脫水速率(%)，直至不發(fā)生變化。

性狀調(diào)查：棉瓣測棉瓣長(cm)、瓣寬(cm)、瓣厚(cm)；鈴殼測中部寬度( mm)變化，計(jì)算鈴殼卷曲率(%)。

1.2.2.2 纖維檢測

將測完拉力后的籽棉晾曬后進(jìn)行考種，每重復(fù)取50鈴，測單鈴重(g)、衣分(%)，子指(g)、衣指(g)。棉樣送中國農(nóng)科院棉花研究所測纖維五指標(biāo)：纖維長度(mm)、整齊度(%)、比強(qiáng)度(N/tex)、馬克隆值。

1.2.3 掃描電鏡觀測

采用日立掃描電鏡進(jìn)行棉殼組織、棉纖維結(jié)構(gòu)的觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 海島棉棉鈴開裂與掉絮

根據(jù)掉絮品種新335棉鈴的開裂過程，可將海島棉棉鈴從開裂-掉絮分成7個(gè)階段，分別為線裂期、微裂期、綻裂期、現(xiàn)瓤前期、現(xiàn)瓢后期、大裂吐絮期和掉絮期。各階段持續(xù)時(shí)間為線裂-微裂、微裂-綻裂和綻裂-現(xiàn)瓤前期為0.5～2 d、現(xiàn)瓤前-現(xiàn)瓢后期2～3 d、現(xiàn)瓤后-大裂吐絮2～3 d、大裂吐絮-掉絮3～10 d。圖1

新335棉鈴在大裂吐絮后第3 d就開始掉絮，其表現(xiàn)為3室鈴其中的1～2個(gè)棉瓣從鈴殼中脫離。完全吐絮后第5 d是掉絮的高發(fā)期(76.9%)，吐絮10 d仍有掉絮發(fā)生。表1，圖2

注：0開裂前、1線裂、2微裂、3綻裂、4現(xiàn)瓤前期、5現(xiàn)瓢后期、6大裂吐絮、7掉絮

Note:0 Before crack, 1 line crack, 2 micro crack, 3 Splitting crack, 4 early boll opening 5 middle boll opening, 6 boll opening, 7 fiber-fallen stage

圖1 海島棉開裂-掉絮進(jìn)程(新335)
Fig.1 Dehiscence and drop flocculation process of island cotton(Xin 335)

圖2 新335(K-335)絮期掉絮(吐絮10 d)
Fig.2 The boll clove at boll opening 10 d of Xin 335

圖3 新海35號(CK)絮期(吐絮10 d)
Fig.3 The boll clove at boll opening 10 d of Xinhai 35(CK)

表1 新335棉鈴開裂-掉絮進(jìn)程
Table 1 The process from cracking to fiber-fallen of cotton boll of Xin 335 (%)

開裂進(jìn)程Process of boll cracking時(shí)間Time(h)12243648607284961201682401-230.534.934.62-367.429.13.53-474.519.46.14-554.635.58.61.35-622.143.124.310.56-74.313.321.238.117.45.7

2.2 品種含絮力

研究表明,掉絮品種新335的拉力集中分布在≤0.3N范圍，占96.5%，其中≤0.1N占22.8%，總平均值為0.2N；含絮品種新海35號單瓣子棉拉力集中分布在≥0.3N，占總數(shù)的91.5%，平均拉力為0.6N，高于掉絮品種新335，差異極顯著。圖4、圖5

圖4 新335和新海35號單瓣子棉拉力分布比例(10 d)
Fig.4 Means distribution ratio of vertical pull for Xin 335 and Xinhai 35 (boll opening 10 d)

圖5 新335和新海35號各區(qū)間單瓣子棉拉力分布(10 d)
Fig.5 Means interval distribution of vertical pull for Xin 335 and Xinhai 35 (boll opening 10 d)

2.3 棉鈴鈴部性狀比較

2.3.1 鈴殼結(jié)構(gòu)

研究表明,田間吐絮10 d，掉絮品種新335的鈴殼夾角>130°范圍內(nèi)占45.5%，其中≥160°的夾角占14.4%；而不掉絮品種新海35號其夾角>130°的占18.9%，其中≥160°僅占1.1%，極顯著低于新335。掉絮品種總體平均夾角為118.8°，新海35號為102.3°。新335掉絮現(xiàn)象集中出現(xiàn)在>141°的夾角范圍內(nèi)。圖6、圖7

圖6 吐絮后鈴殼差異比較(吐絮3 d、10 d)
Fig. 6 Comparison of boll shell differences after flocculation (boll opening 3 d and 10 d)

研究表明,鈴殼夾角與脫水過程中的鈴殼卷曲有關(guān)，掉絮品種新335鈴殼中部向背部卷曲變化迅速。新335吐絮3 d、5 d，其鈴殼卷曲率分別為42.3%和57.1%，高出對照新海35號29.6和29.3個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)到了極顯著；吐絮10 d，二者鈴殼中部寬度分別為0.6和0.8 cm，新335鈴殼支撐位縮小嚴(yán)重。表2，圖6

圖7 鈴殼背部夾角分布(吐絮10 d)
Fig. 7 Distribution of back angle of boll shell (boll opening 10 d)

表2 吐絮后鈴殼卷曲率變化(自然狀態(tài)下)
Table 2 The change of boll shell crimp rate(natural)

品種Variety鈴殼中部寬度WCBS (cm)鈴殼卷曲率BSCR(%)1 d3 d5 d7 d10 d3 d5 d10 d新335 Xin 3352.01.10.80.70.642.3??57.4??70.4?新海35號 Xinhai 352.01.71.51.20.813.6 27.962.2

注：*表示P<0.05,**表示P<0.01,下同

Note:*meansP<0.05,**meansP<0.01,the same as below

研究表明,新335吐絮10 d鈴殼較新海35號組織間隆起高，排列緊實(shí)，這與其脫水快有關(guān)。而新海35號鈴殼內(nèi)側(cè)組織間排列相對較平緩。圖8、圖9

圖8 新335吐絮后10 d鈴殼超微結(jié)構(gòu)
Fig.8 Means boll shell ultrastructure of Xin 335 ,respectively.(boll opening 10 d)

圖9 新海35號吐絮后鈴殼超微結(jié)構(gòu)(10 d)
Fig.9 Means boll shell ultrastructure of Xinhai 35,respectively.(boll opening 10 d)

2.3.2 棉瓣結(jié)構(gòu)

研究表明,掉絮品種新335在不同時(shí)期棉瓣長、寬、厚均低于新海35號，完全吐絮6 d，前者瓣長、瓣寬、瓣厚較后者分別低24.9%、15.8%和14.6%，差異達(dá)到極顯著。在日增長速率方面，隨著棉瓣脫水，其長、寬、厚均呈緩慢增加的趨勢。吐絮后3 d，新335瓣長、瓣寬及瓣厚的日增長速率均高于新海35號，分別較后者高3.2、3.6和4.2個(gè)百分點(diǎn)，差異極顯著。吐絮后4～6 d，新335棉瓣日增長速率和后者差異不顯著。圖10，圖11

注：(A、B、C)和(a、b、c)分別表示新335號新海35號棉瓣長、寬、厚

Note: (A、B、C) and (a、b、c) mean LBC,WBC and TBC, respectively

圖10 兩個(gè)品種棉鈴差異(3 d)
Fig.10 Difference of cotton bolls in two varieties(3 d)

圖11 棉花瓣長、瓣寬、瓣厚的變化
Fig.11 The changes of LBC,WBC and TBC

圖12 吐絮后新海35號棉絮纏繞(10 d)
Fig.12 Intertwining of cotton fiber for Xinhai 35, respectively. (boll opening 10 d)

新海35號吐絮10 d的棉瓣在自然狀態(tài)下纖維間的纏繞較掉絮品種新335更為復(fù)雜，索結(jié)較多。這可能有助于保持水分、形成纖維間穩(wěn)定抱合，而新335纖維間排列較為松散。圖12，圖13

圖13 吐絮后新335棉絮纏繞(10 d)
Fig.13 Intertwining of cotton fiber for and Xin335,respectively. (boll opening 10 d)

新海35號單根纖維的轉(zhuǎn)曲數(shù)量較掉絮品種新335多，且褶皺的表觀深度較后者深，纖維次生壁較厚。這有助于棉纖維間相互纏繞和堆疊，從而形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，在一定時(shí)間內(nèi)能保持棉瓣纖維間的穩(wěn)定抱合。圖14，圖15

圖14 吐絮后新海35號單纖維卷曲(10 d)
Fig.14 Crimp of cotton fiber for Xinhai 35 respectively. (boll opening 10 d)

圖15 吐絮后新335單纖維卷曲(10 d)
Fig.15 Crimp of cotton fiber for

Xin335,respectively. (bollopening10d)

2.4 棉鈴脫水速率變化

2.4.1 鈴殼脫水速率

在綻裂期棉鈴室內(nèi)離體條件下，水分流失率的變化呈現(xiàn)出前期增加較快，后期逐漸放緩的趨勢。從鈴殼脫水速率看，掉絮品種新335前3 d脫水速率較新海35號高3.0、5.0、8.0個(gè)百分點(diǎn)，差異極顯著，7 d后高出后者2.8個(gè)百分點(diǎn)。

鈴殼脫水速率呈現(xiàn)出前5 d脫水快，后期變化平緩的趨勢。在棉鈴綻裂期后1 d，掉絮品種鈴殼含水率為78.3%，到3 d后完全吐絮，含水量降為35.2%，5 d后變?yōu)?8.5%，而新海35號變化相對較為較為平緩，5 d后的含水率達(dá)到31.2%。隨著棉鈴開裂時(shí)間延長，在吐絮10 d，鈴殼和棉瓣含水量二者基本一致。圖16，圖17

注：(A、B)和(a、b)分別表示新335和新海35號鈴殼、子棉含水率

Note: (A、B) and (a、b) means RWC of boll shell, boll clove in Xin 335 and Xinhai 35,respectively

圖16 室內(nèi)條件棉鈴水分流失速率變化(離體)
Fig. 16 The rate of water loss under the room condition(In vitro)

2.4.2 棉纖維脫水

在室內(nèi)離體條件下，單瓣子棉脫水速率二者差異并不顯著，這可能與完全吐絮后子棉本身含水量接近有一定關(guān)系，但新335其水分流失值均高于后者。圖16

在田間條件下，棉纖維脫水和鈴殼脫水較為相似，呈現(xiàn)出前期脫水快，后期逐漸變緩的趨勢。在吐絮綻裂期，兩個(gè)品種差別不大，分別是46.8%和45.3%，但完全吐絮3 d時(shí)，掉絮品種新335脫水速率極顯著快于新海35號，3 d后含水量降為21.5%，5 d后降為15.7 %，而新海35號分別為31.3%和22.6%。完全吐絮9 d二者含水量分別為9.8%和13.7%。圖17

圖17 田間棉鈴含水量變化
Fig.17 The rate of water content under the condition of field

3 討 論

3.1 和掉絮相關(guān)的重要性狀

在相同的氣候條件下，陸地棉掉絮性狀以遺傳為主，含絮性狀的遺傳相對偏弱[11]。含絮力好的品種纖維長度、比強(qiáng)度、整齊度、衣分、單鈴重等表型性狀均優(yōu)于掉絮品種[11]，其中長度、衣分、單鈴重、比強(qiáng)度差異達(dá)到極顯著，馬克隆值基本沒有差異[12]。研究的兩個(gè)材料在鈴重、衣分上差異極顯著，這兩個(gè)性狀也是反映棉瓣肥大程度的重要指標(biāo)，這兩個(gè)性狀是掉絮與否關(guān)鍵因素，二者均具有較高的遺傳力[13]。表3

表3 子棉產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀
Table 3 Performance of yield and fiber quality traits

品種Variety單鈴重BL (g)子指SI(g)衣指LD(g)衣分LP(%)長度FL(mm)比強(qiáng)度FS(cN/tex)馬值隆值MIC整齊度FU(%)新335 Xin 3353.213.4?4.726.337.2?43.9??3.987.0新海35號Xinhai 353.9??11.87.4??39.0??34.737.14.3?84.9

3.2 棉鈴空間結(jié)構(gòu)對掉絮的影響

新疆零式果枝海島棉棉鈴多以3室為主，與陸地棉的4～5室相比差異明顯。隨著吐絮時(shí)間的延長，海島棉棉鈴空間結(jié)構(gòu)對于保持棉瓣的穩(wěn)定著生明顯過小，吐絮后10 d，掉絮海島棉鈴殼夾角在>111°范圍占到約78%，而陸地棉則集中在45～75°較多，這直接導(dǎo)致在含絮力方面二者差異明顯。有報(bào)道顯示，陸地棉含絮力為1.3～3.4 N[14]，均高于研究材料。棉鈴的空間結(jié)構(gòu)不足是導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的主要因素

3.3 吐絮期脫水對棉鈴發(fā)育的影響

零式果枝海島棉的脫水開裂過程與陸地棉基本相當(dāng)，但略快于陸地棉[5]，在棉花開裂前-吐絮完成這個(gè)階段是棉花纖維發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期，鈴期晝夜溫差大、積溫不足對纖維結(jié)構(gòu)力形成具有很大影響[9]。新疆海島棉脫水快這可能與其株型緊湊和葉量少有關(guān)，隨著葉片功能喪失與逐步脫落，棉鈴受光、溫度影響比松散型品種更直接，水分散失更快[15,16]。從棉鈴結(jié)構(gòu)上，有研究認(rèn)為脫水快慢可能與鈴殼細(xì)胞膜透性的差異有關(guān)[5]，透性越好，水分散失速率越快，但快速脫水不利于纖維抱團(tuán)形成，并導(dǎo)致鈴殼夾角變大。脫水快慢對棉鈴在脫水期鈴殼卷曲和纖維抱團(tuán)結(jié)構(gòu)有何影響，這有待于進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

4.1 解決吐絮期掉絮應(yīng)從適度松散果枝類型、提高鈴重及衣手進(jìn)行品種培育。

4.2 鈴殼脫水速率方面，掉絮品種新335前3 d脫水速率較新海35號高3.0、5.0、8.0個(gè)百分點(diǎn)，差異極顯著，7 d后高出后者2.8個(gè)百分點(diǎn)。

4.3 纖維脫水方面，完全吐絮3 d時(shí)，掉絮品種新335脫水速率極顯著快于新海35號，3 d后含水量降為21.5%，5 d后降為15.7%，而新海35號分別為31.3%和22.6%。

4.4 鈴殼背部夾角方面，田間吐絮10d，掉絮品種新335的鈴殼夾角>130°范圍內(nèi)占45.5%，其中≥160°的夾角占14.4%；而不掉絮品種新海35號其夾角>130°的占18.9%，其中≥160°僅占1.1%，極顯著低于新335。

4.5 鈴殼卷曲率方面，新335吐絮3、5 d，其鈴殼卷曲率分別為42.3%和57.1%，高出新海35號29.6和29.3個(gè)百分點(diǎn)，差異均達(dá)到了極顯著。

4.6 棉瓣大小方面，掉絮品種新335在不同時(shí)期棉瓣長、寬、厚均低于新海35號，完全吐絮6 d，前者瓣長、瓣寬、瓣厚較后者分別低24.9%、15.8%和14.6%，差異達(dá)到極顯著。

4.7 單瓣子棉含絮力方面，掉絮品種新335的拉力集中分布在≤0.3N范圍，占96.5%，其中≤0.1N占22.8%，總平均值為0.2N；含絮品種新海35號單瓣子棉拉力集中分布在≥0.3N，占總數(shù)的91.5%，平均拉力為0.6N，高于掉絮品種新335，差異極顯著。

4.8 吐絮后棉鈴的快速脫水導(dǎo)致鈴殼卷曲率高、鈴殼背部夾角過大從而導(dǎo)致棉瓣支撐位不足，以及棉瓣過小、纖維間的抱合力差的共同作用，是致使新疆零式果枝海島棉掉絮的主要原因。應(yīng)從適度松散果枝類型、提高鈴重及衣分入手進(jìn)行品種培育。