外施生長素對短季棉幼苗生長發(fā)育的影響

穆昆杰，陳藝博，劉拓，張婧，馬宗斌，劉偉，賈琳，朱偉

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州450046）

棉花是重要的油料和經(jīng)濟作物[1]。由于近年來種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，春棉種植面積大幅度下降，麥套或直播短季棉種植面積逐年上升。短季棉因其生育期短、苗期生長發(fā)育快[2]，對提高棉區(qū)復(fù)種指數(shù)、增加單位面積經(jīng)濟效益，具有重要的意義和作用。但短季棉苗期常受低溫、干旱等自然災(zāi)害影響，生長發(fā)育緩慢。而外施植物生長調(diào)節(jié)劑可調(diào)控植物生長發(fā)育[10]，加快棉花生長進程，有效躲避自然災(zāi)害，有利于茬口的合理選擇。生長素是最早被發(fā)現(xiàn)的1種植物激素，具有促進植物細胞分化與伸長、側(cè)根形成、生長發(fā)育等生理作用，還參與控制頂端優(yōu)勢、衰老及應(yīng)對各種非生物脅迫的反應(yīng)[3]。生長素可以通過自身合成積累，也可通過葉噴、根施和浸種等方式調(diào)節(jié)植物的生長發(fā)育。外施生長素可促進刺果瓜幼苗株高增加和根的伸長[4]；促進上部煙葉開片，提高煙葉的葉面積（油菜素內(nèi)酯和生長素2種外源物質(zhì)同時噴施時效果會更好）[5]；促進作物地上和地下部鮮物質(zhì)質(zhì)量的增加，提高根系活力，促進地上部生長，提高葉綠素含量[6-7]，顯著提高煙草上部葉凈光合速率[8]。在一定的范圍內(nèi)，隨著外施生長素濃度的升高，可促進棉花等作物幼苗的生長，提高幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性[9-10]。但關(guān)于生長素對短季棉生長發(fā)育的影響，鮮有報道。

本研究采用盆栽方法，通過葉面噴施生長素分析其對短季棉幼苗生長發(fā)育和生理特性的影響，為進一步探明生長素調(diào)控棉花幼苗生長發(fā)育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試棉花品種為短季棉中棉所94A2941（記為V1，生育期90～101 d）和春棉豫農(nóng)棉31（記為V2，生育期110～116 d）。生長素3-吲哚乙酸（IAA）購自索萊寶公司。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)龍子湖校區(qū)進行。采用盆栽方法，桶高43 cm、直徑43 cm，每盆裝35 kg過篩后的沙壤潮土。選取飽滿、大小一致的種子，播種前用5%（體積分數(shù)）次氯酸鈉消毒。每盆播5～6粒種子，按時進行間苗，每盆保留1株幼苗，各盆所留棉苗長勢均勻一致。

試驗設(shè)置2個處理：①葉面噴施50 mg·L－1生長素（噴施至霧狀水汽在葉片表面形成水滴自然落下為止）；②葉面噴施清水為對照（CK）。

在出苗后第20天開始進行生長素外施處理，每隔2周噴施1次，共5次。外施生長素后每隔2周對葉片取樣1次，共5次。取完全長出的倒3葉，測定相關(guān)指標。取樣葉片分別用自封袋包好，并置于－80℃條件下保存。2個棉花品種分別設(shè)置2個處理，3次重復(fù)，每個重復(fù)12盆，采用完全隨機排列。

1.3 測定項目與方法

1.3.1株高。測量基質(zhì)表面到主莖最高點的距離。

1.3.2植株鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量。將棉株和根系清洗干凈并分成根、莖和葉3部分，用濾紙吸干表面水分稱重即為鮮物質(zhì)質(zhì)量；將棉株分成的根、莖和葉3部分置于105℃干燥箱（天津泰斯特WGL-230B）中殺青20 min，然后75℃烘干至恒重，稱重即為干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.3葉面積。每個處理隨機選取3株，測量葉長和葉寬，采用長寬系數(shù)法測量葉面積，系數(shù)取0.78。

1.3.4SPAD值。用SPAD-502葉綠素儀測棉花葉片SPAD值。每個處理隨機選取3株棉花，每株選取主莖倒3葉，用葉綠素儀在每張葉片的上、中、下取3個點測定，取數(shù)據(jù)的平均值。

1.3.5葉片光合指標的測定。釆用Li-Cor 6400光合儀測定最大葉的光合特性，測定時間為9:30－11:00，測定光照強度設(shè)定為1 000μmol·m－2·s－1，CO2流量設(shè)定為500μL·L－1。各處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.3.6生理指標的測定。每個處理隨機選取3株棉花，每株選取主莖倒3葉用于生理指標測定。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍四唑（Nitro-blue tetrazolium，NBT）光化還原法[11]測定，過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法[12-13]測定，丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[14]測定，游離脯氨酸（Proline，Pro）含量采用茚三酮法[15]測定。

1.3.7細胞學(xué)觀察。初花期在莖尖生長點處取樣，置于福爾馬林-醋酸-酒精（FAA）固定液中保存固定，采用“番紅-固綠”法[16]制作石蠟切片，使用OLYMPUS BX43顯微鏡進行觀察拍照，采用CellSens Standard軟件統(tǒng)計分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進行整理，用SPSS 25軟件t檢驗進行統(tǒng)計分析，采用Graph Pad Prism 8作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外施生長素對棉花幼苗農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，與對照相比，外施生長素后棉花幼苗鮮物質(zhì)質(zhì)量顯著提高，外施生長素后2個品種的鮮物質(zhì)質(zhì)量與對照相比分別增加了34.6%和21.8%，V1鮮物質(zhì)質(zhì)量提升幅度較V2大；但棉花幼苗干物質(zhì)質(zhì)量沒有顯著差異。V1和V2的鮮物質(zhì)質(zhì)量呈現(xiàn)出差異，是因為品種V2為春棉，基礎(chǔ)生物量較大，幼苗生長快，農(nóng)藝性狀均比V1好。與對照相比，外施生長素后V1和V2幼苗的葉面積和株高均顯著增加。V1和V2的葉面積較對照分別增加了26.0%和23.4%，株高較對照分別增加了11.9%和7.5%。說明外施生長素可促進短季棉幼苗營養(yǎng)生長，加速生長發(fā)育進程，葉面積增長迅速，株高增長較快，植株形態(tài)建成迅速[17]。

表1 棉花幼苗農(nóng)藝性狀的比較

2.2 外源生長素對棉花幼苗光合特性的影響

由表2可以看出，與對照相比，外施生長素后，V1和V2棉花幼苗凈光合效率增加，都表現(xiàn)出顯著性差異，V1和V2凈光合效率較對照分別提高了19.3%和17.0%。這表明外施生長素通過提高棉花幼苗凈光合效率，增加光合產(chǎn)物積累，提高了棉花幼苗鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量（表1）。與對照相比，外施生長素后，V1和V2棉花幼苗細胞間CO2濃度增加，但V1棉花幼苗細胞間CO2濃度增加幅度低于V2，表明V2光合底物CO2供應(yīng)充分，光合效率較高。V1和V2的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率與對照間沒有顯著差異，這說明外施生長素對水分和氣體交換影響較小。由此可以看出，外施生長素可促進棉花幼苗的光合作用，有利于積累更多的營養(yǎng)物質(zhì)。

表2 棉花幼苗光合參數(shù)的比較

2.3 外施生長素對棉花幼苗生理指標的影響

2.3.1SPAD值。棉花幼苗葉綠素含量與SPAD值呈顯著正相關(guān)[18]。如圖1-A（見封三彩頁）所示，與對照相比，外施生長素后，V1和V2棉花幼苗的SPAD值增加，均達到顯著性差異。V1和V2的SPAD值分別較對照提高了8.9%和10.9%。短季棉V1和春棉V2相比，V1幼苗葉色較深，葉綠素含量（SPAD值）較高，這可能是因為短季棉生育期較春棉短，須進行大量的光合作用以滿足植株形態(tài)迅速建成對營養(yǎng)的需求。

2.3.2超氧化物歧化酶活性。SOD活性高有利于清除植物體內(nèi)活性氧自由基，保護細胞免于氧化損傷。與對照相比，外施生長素后V1和V2的SOD活性均有所增強，V1外施生長素后SOD活性較對照差異顯著（圖1-B，見封三彩頁）。V1和V2的SOD活性較對照分別提高了3.7%和1.2%。外施生長素后，V1的SOD活性增幅較V2大，說明短季棉幼苗在外施生長素后SOD活性增強，清除自由基更有效，細胞損傷較輕。

2.3.3過氧化物酶活性。POD具有催化過氧化氫，消除酚類、醛類物質(zhì)毒性的作用[19]。由圖1-C（見封三彩頁）可知，與對照相比，外施生長素后V1和V2的POD活性均有所增強，分別提高了7.9%和13.9%，但差異不顯著。短季棉V1和春棉V2相比，外施生長素后，春棉V2的過氧化物酶活性較V1高，但品種間無顯著差異。

2.3.4丙二醛含量。MDA含量是反映植物細胞膜脂過氧化程度的重要指標之一。由圖1-D（見封三彩頁）可知，與對照相比，外施生長素后V1和V2棉花幼苗的MDA含量分別較對照降低了18.2%和13.4%，V1外施生長素后MDA含量較對照差異顯著。外施生長素后，短季棉V1的MDA含量較春棉V2低，表明短季棉幼苗膜脂過氧化程度較春棉輕，更有利于生長發(fā)育。

2.3.5脯氨酸含量。由圖1-E（見封三彩頁）可知，與對照相比，外施生長素后V1和V2的棉花幼苗的脯氨酸含量增加，分別較對照增加13.3%和8.4%。外施生長素后，短季棉V1脯氨酸含量增幅較春棉V2大，表明外施生長素后短季棉幼苗滲透調(diào)節(jié)能力更強，因而對不良環(huán)境的抵抗能力更強。

2.4 外施生長素對棉花莖尖顯微結(jié)構(gòu)影響

如圖2（見封三彩頁）所示，與對照相比，外施生長素后，V1和V2的棉花幼苗莖尖明顯增大，生長錐呈飽滿的半圓球狀，分生區(qū)變長，外側(cè)有更多的葉原基和幼葉。因此推斷外施生長素可加快棉花莖尖組織分化，促進植株營養(yǎng)生長，加快生長發(fā)育進程。和春棉V2相比，外施生長素后短季棉V1幼苗莖尖生長較快，葉原基和幼葉發(fā)育較早，初生分生組織和原形成層束發(fā)達，更有利于水分和養(yǎng)分的運輸，促進棉花幼苗的生長發(fā)育，加速植株形態(tài)建成。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與清水對照相比，外施生長素可顯著促進棉花幼苗的地上部分生長，使植株鮮物質(zhì)質(zhì)量、干物質(zhì)質(zhì)量、葉面積、株高增加，凈光合效率顯著提高，SOD活性、POD活性和脯氨酸含量增加，MDA含量降低。另外，莖尖細胞顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，外施生長素后棉花幼苗莖尖生長點變大，細胞密度增大。說明外施生長素可以促進短季棉幼苗的生長發(fā)育。

外施一定濃度的生長素可以促進植株的生長[20]。本研究結(jié)果也表明，外施生長素可促進短季棉V1和春棉V2植株的營養(yǎng)生長，增加株高和葉面積，提高植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量直接影響作物的光合能力[21-22]。本研究中，外施生長素后短季棉V1和春棉V2幼苗的SPAD值和凈光合效率增加顯著，表明外施生長素有利于提高棉花幼苗的葉綠素含量和地上部的光合能力，可促進幼苗葉片光合產(chǎn)物的快速積累。

SOD和POD可以清除植物代謝過程中產(chǎn)生的活性氧，是植物體內(nèi)重要的保護酶?？寡趸窼OD和POD活性的變化反映了植物對逆境脅迫的耐受能力，廣泛應(yīng)用于逆境研究中[23]。羅嘉亮等[24]研究外源生長素對杜梨不定芽生根的影響時發(fā)現(xiàn)，外源生長素可以提高不定芽的抗氧化酶活性。本研究與其結(jié)論一致，外施生長素后短季棉V1和春棉V2的SOD和POD活性增強，表明外施生長素有利于提高棉花幼苗對逆境脅迫的適應(yīng)能力，保證幼苗正常生長。MDA是細胞膜脂過氧化最終產(chǎn)物，對細胞產(chǎn)生毒性作用，其含量的變化能反映非生物脅迫對于植物細胞膜損害程度的大小[25]。本研究中，外施生長素后短季棉V1和春棉V2的MDA含量降低，對細胞產(chǎn)生毒性減弱，這與前人研究得出的外源生長素使鹽脅迫下玉米葉片中的MDA含量降低，延緩衰老的結(jié)論[26]一致。脯氨酸作為1種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的增加可以提高細胞的抗逆能力[27]。李亞萍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，外源IAA可顯著提高白三葉葉片游離脯氨酸含量，有效降低滲透勢。本研究結(jié)果表明，外施生長素后短季棉V1和春棉V2的脯氨酸含量增加，滲透勢降低，可提高細胞對不良環(huán)境的適應(yīng)性，有利于細胞的生長。外源添加低濃度生長素和6-芐氨基嘌呤（6-BA）有利于棗莖尖培養(yǎng)，促進莖尖膨大，提高成活率[29]。本研究也發(fā)現(xiàn)外施生長素可促進棉花莖尖分生組織伸長，促進幼苗營養(yǎng)生長。

綜上所述，外施生長素可促進棉花幼苗營養(yǎng)生長，有助于提高棉花幼苗對逆境脅迫的適應(yīng)能力，積累更多的營養(yǎng)物質(zhì)，加速植株形態(tài)建成，縮短營養(yǎng)生長生育期；促進棉花幼苗早開花，有利于短季棉提早成熟，在生產(chǎn)上應(yīng)用于麥套棉和直播短季棉有重要的意義。由于不同品種棉花幼苗對生長素濃度的響應(yīng)存在一定的差異性，如何在短季棉生長發(fā)育中選擇最適生長素濃度，以及在大田實際生產(chǎn)中如何使用生長素促進短季棉生長發(fā)育尚需要進一步研究。