不同棉花品種棉鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量及其空間分布分析

薛惠云,王素芳,武志斌

（1.河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院,河南 新鄉(xiāng) 453003;2.新鄉(xiāng)市土壤肥料工作站,河南 新鄉(xiāng) 453004）

棉花是世界上主要的經(jīng)濟作物,具有無限開花結(jié)鈴習(xí)性,其開花結(jié)鈴順序是由下部果枝向上部果枝、由內(nèi)部果節(jié)向外部果節(jié)按圓錐體形式依次進行.成鈴率、棉鈴大小及其纖維品質(zhì)與棉鈴時空分布密切相關(guān).如棉花植株內(nèi)圍果節(jié)、下部果枝的成鈴率分別比外圍果節(jié)、上部果枝高;第1、2 果節(jié)位棉鈴的纖維品質(zhì)優(yōu)于第3、4 果節(jié).超高產(chǎn)常規(guī)品種棉花中下部內(nèi)圍鈴所占比例高達90%以上[1-3].不僅澆水、施肥量和種植密度等栽培措施會影響棉鈴的時空分布, 而且不同棉花品種在相同栽培措施下時空分布也存在差異[4-8].棉鈴是由鈴殼、棉纖維和種子構(gòu)成.棉鈴殼是棉鈴的果皮,它為棉纖維及種子發(fā)育提供了場所與載體.在棉鈴發(fā)育的充實期,纖維不斷伸長,種子和纖維的干物質(zhì)質(zhì)量急劇增加,鈴殼內(nèi)貯藏物質(zhì)也轉(zhuǎn)移到纖維和種子中.因此,棉鈴時空分布不同,其充實期所處的環(huán)境條件不同,對應(yīng)棉鈴殼中礦質(zhì)元素和有機成分含量也可能不同.

棉鈴殼中的物質(zhì)含量及其向籽棉的轉(zhuǎn)化率對棉花產(chǎn)量、早熟性、纖維品質(zhì)具有重要影響.微量元素Fe 和Zn 是許多蛋白質(zhì)的輔因子,在棉花生長發(fā)育及纖維產(chǎn)量品質(zhì)方面發(fā)揮著重要的作用.土壤中適當增施乙二胺二鄰苯基乙酸鐵鈉和硫酸鋅,可以增加棉鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量和纖維產(chǎn)量[9].前人對棉花根、莖、葉、種子和纖維等器官中微量元素含量的研究較多[10-13],但對棉鈴的棉鈴殼中微量元素尤其是含F(xiàn)e、Zn量研究鮮有報道.

此外,棉鈴殼質(zhì)地粗糙、纖維含量較高.籽棉收獲后棉鈴殼可作為重要的飼料和食用菌生長介質(zhì),進而產(chǎn)生較高的經(jīng)濟價值.Fe 和Zn 也是動物和食用菌生長的必需微量元素.本試驗對收獲期不同品種棉花的不同層果枝和不同節(jié)位的棉鈴進行微量元素Fe、Zn 分析,并探討不同空間部位棉鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量,該研究結(jié)果不僅為揭示棉纖維品質(zhì)差異提供了理論基礎(chǔ),而且還豐富了植物養(yǎng)分理論,為棉鈴殼作為飼料和食用菌生長介質(zhì)提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 棉花品種和棉鈴殼空間分布分類

棉花品種DP 99B,美國孟山都公司選育;中棉41,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所選育;魯棉研21,原山東棉花中心選育.棉花植株從下向上數(shù),1- 4 臺果枝定義為第1 層果枝（b1）,5- 8 臺果枝定義為第2 層果枝（b2）,9- 12 臺果枝定義為第3 層果枝（b3）,13 臺及以上果枝定義為第4 層果枝（b4）;從靠近主莖向外數(shù),依次為1- 4 果節(jié)節(jié)位,即n1、n2、n3 和n4.

1.2 棉花種植

種植密度為3 000 株/667 m2,三種棉花品種播種、施肥和澆水等田間管理方式一致.

1.3 棉鈴殼Fe、Zn 提取和檢測

收獲期,取不同品種棉花不同果枝層及不同果節(jié)上的棉鈴殼,烘干稱質(zhì)量后,精確稱取粉碎后樣品0.20 g 放入消煮管中,注入5 mL 硝酸過夜溶解.溶解充分后用LNK- 801A 型遠紅外消煮爐消煮,至消煮管中液體為清亮狀態(tài)后在通風(fēng)櫥中冷卻.之后將消煮完全的樣品溶液轉(zhuǎn)入50 mL 容量瓶中,用2%硝酸溶液定容至50 mL,搖勻,用Optima 2100 DV 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀檢測提取液中含F(xiàn)e、Zn 量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 和SAS 進行處理分析,并用Excel 作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同棉花品種棉鈴殼中含F(xiàn)e、Zn 量

不同棉花品種棉鈴殼中含F(xiàn)e、Zn 量如圖1 所示.

圖1 不同棉花品種棉鈴殼中含F(xiàn)e、Zn 量Fig. 1 Fe and Zn contents in boll hulls of different cotton varieties

由圖1 所示,DP99B、中棉41 和魯棉研21 的棉鈴殼含F(xiàn)e 量明顯高于含Zn 量.三個品種的含F(xiàn)e 量依次為159.3、178.2 和202.8 μg/g;含Zn 量依次為55.4、43.3 和41.3 μg/g.魯棉研21 棉鈴殼含F(xiàn)e 量顯著高于DP 99B,中棉41 棉鈴殼含F(xiàn)e 量居中,但中棉41 棉鈴殼含F(xiàn)e 量和魯棉研21 及DP 99B 之間差異不顯著;DP 99B 棉鈴殼含Zn 量顯著高于中棉41 和魯棉研21,但后兩者之間差異不顯著.

2.2 不同棉花品種不同果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量分布

不同棉花品種不同層果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量分布如圖2 所示.

圖2 不同品種棉花不同層果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量Fig. 2 Fe content in boll shells of different layers of fruit branches of different varieties of cotton

由圖2- A 可知,棉花DP 99B 第1- 3 層果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量顯著低于第4 層果枝的棉鈴殼,依次為159.6、130.5、155.2 和235.2 μg/g.由圖2- B 可知,和DP 99B 相反的是中棉所41 第一層果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量顯著高于2- 4 層果枝棉鈴殼含F(xiàn)e 量,依次為267.4、138.7、133.9 和165.0μg/g.由圖2- C可知,和中棉41 相似的是魯棉研21 第一層果枝棉鈴殼中含F(xiàn)e 量顯著高于2- 4 層果枝棉鈴殼含F(xiàn)e 量,依次為233.1,193.5,155.2和190.6 μg/g.

2.3 不同棉花品種不同果節(jié)棉鈴殼中含F(xiàn)e 量分布

不同棉花品種不同果節(jié)節(jié)位棉鈴殼中含F(xiàn)e 量如圖3 所示.

圖3 不同棉花品種不同果節(jié)節(jié)位棉鈴殼中含F(xiàn)e 量Fig. 3 Fe content in boll shells of different varieties of cotton at different fruit nodes

由圖3- A 可知,棉花DP 99B 果枝第1- 3 節(jié)棉鈴殼中含F(xiàn)e 量顯著低于第4 節(jié)位棉鈴殼含F(xiàn)e 量,并且第1 節(jié)位棉鈴殼的含F(xiàn)e 量顯著低于第2、3 節(jié)棉鈴殼含F(xiàn)e 量,1- 4 節(jié)棉鈴殼中含F(xiàn)e 量依次為122.7、143.6、150.5 和177.0 μg/g.由圖3- B 可知,和DP 99B 不同的是中棉41 中第3 節(jié)位棉鈴殼中含F(xiàn)e 量最高,并且顯著高于其他3 個節(jié)位中棉鈴殼含F(xiàn)e 量,1- 4 節(jié)棉鈴殼中含F(xiàn)e 量依次為150.3、149.1、254.7 和166.1 μg/g.由圖3- C 可知,和中棉41 相似的是魯棉研21 中第3 節(jié)位棉鈴殼含F(xiàn)e 量也是最高,但僅僅顯著高于第1 和2 節(jié)位,1- 4 節(jié)棉鈴殼中含F(xiàn)e 量依次為196.2、184.6、240.9 和228.2 μg/g.

2.4 不同棉花品種不同果枝棉鈴殼中含Zn 量分布

不同棉花品種不同層果枝棉鈴殼中含Zn 量如圖4 所示.

圖4 不同棉花品種不同層果枝棉鈴殼中含Zn 量Fig. 4 Zn content in boll shell of different layers of fruit branches of different cotton varieties

由圖4- A 可知,棉花DP 99B 第3- 4 層果枝棉鈴殼中含Zn 量高于第1- 2 層果枝中Zn 的含量,但差異不顯著;1- 4 層果枝中含Zn 量依次為56.0、51.6、62.4 和57.9 μg/g.由圖4- B 可知,中棉41 第3 層果枝棉鈴殼中含Zn 量顯著低于1- 2 層果枝棉鈴殼含Zn 量,而第4 層果枝棉鈴殼中含Zn 量顯著高于1- 2層果枝棉鈴殼含Zn 量;1- 4 層果枝中含Zn 量依次為47.9、45.3、32.0 和54.7μg/g.由圖4- C 可知,魯棉研21 第1- 2 層果枝棉鈴殼中含Zn 量顯著高于第3- 4 層果枝棉鈴殼中含Zn 量,1- 4 層果枝中含Zn 量依次為46.2、43.9、30.1 和34.8 μg/g.

2.5 不同棉花品種不同果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量分布

不同棉花品種不同果節(jié)節(jié)位棉鈴殼中含Zn 量如圖5 所示.

圖5 棉花不同果節(jié)節(jié)位棉鈴殼中含Zn 量Fig. 5 Zn content in boll shell of cotton at different fruit nodes

由圖5- A 可知,DP 99B 第1- 2 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量顯著低于第3- 4 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量,1- 4果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量依次為50.6、36.1、61.6 和66.7 μg/g.由圖5- B 可知,與DP 99B 相似的是中棉41第1- 2 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量顯著低于第3- 4 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量,1- 4 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量依次為32.6、33.5、53.7 和47.1 μg/g.由圖5- C 可知,雖然魯棉研21 第1- 2 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量也低于第3- 4果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量,但與第3 果節(jié)棉鈴殼中含Zn 量差異未達到顯著水平.其1- 4 果節(jié)棉鈴殼中含Zn量依次為38.8、39.1、47.4 和50.6 μg/g.

3 結(jié)論與討論

在生產(chǎn)上,棉花田施用Fe 肥、Zn 肥可以增加鈴質(zhì)量、籽棉和纖維產(chǎn)量[10,15].對棉花根、莖、葉、種子、纖維、蕾和花中的含F(xiàn)e、Zn 量研究較多[11-14,16-17].本研究探索了不同棉花品種棉鈴殼中含F(xiàn)e、Zn 量及其空間分布.

不同棉花品種的長勢、株型、成鈴數(shù)及其空間分布通常存在差異[4-8],其棉鈴殼中的含F(xiàn)e、Zn 量也存在差異.中棉41 和魯棉研21 株高相近,DP 99B 株高最矮,比其他兩個品種低10 cm.但是,DP 99B 的果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)最多,其中果節(jié)數(shù)比中棉41 多18 節(jié),比魯棉研21 多22 節(jié).DP 99B 的成鈴數(shù)比中棉所41 多3.5個,比魯棉研21 多10.9 個[17].三個品種的含F(xiàn)e 量依次為中棉41＞魯棉研21＞DP 99B;含Zn 量依次為DP 99B ＞魯棉研21＞中棉41,棉鈴殼含F(xiàn)e 量和含Zn 量成相反的趨勢,這表明在株型矮果節(jié)多成鈴多的品種中棉鈴殼容易富集Zn,而在株型高果節(jié)數(shù)少成鈴少的品種中棉鈴殼容易富集Fe.

內(nèi)圍鈴的鈴質(zhì)量、鈴數(shù)大于外圍鈴,下層果枝的鈴質(zhì)量、鈴數(shù),通常大于上部果枝的鈴質(zhì)量、鈴數(shù)[8,18].本研究中用到的DP 99B、中棉41 和魯棉研21 三個棉花品種,在相同的種植密度和管理條件下,也呈現(xiàn)為內(nèi)圍、下層果枝的鈴數(shù)大于外圍、上層果枝的鈴數(shù).但是,差異幅度不一樣.DP 99B 的第一節(jié)位鈴數(shù)分別是第二、三節(jié)位的1.45 和2.34 倍,中棉41 的第一節(jié)位鈴數(shù)分別是第二、三節(jié)位的1.62 和3.42 倍,魯棉研21 的第一節(jié)位鈴數(shù)分別是第二、三節(jié)位的1.42 和3.81 倍[18].在該研究中,棉鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量基本呈現(xiàn)內(nèi)圍鈴的低于外圍鈴,DP 99B 的1- 2 果節(jié)棉鈴的鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量是3- 4 節(jié)鈴殼含量的0.81 和0.68倍;中棉41 的1- 2 節(jié)鈴的鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量是3- 4 節(jié)鈴殼含量的0.71 和0.66 倍;魯棉研21 的1- 2 節(jié)鈴的鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量是3- 4 節(jié)鈴殼含量的0.81 和0.79 倍.這可能是因為內(nèi)圍鈴成熟早,礦質(zhì)元素向種子和纖維轉(zhuǎn)移充分的原因,也間接表明了為什么通常情況下內(nèi)圍鈴鈴質(zhì)量大于外圍鈴鈴質(zhì)量.不同層果枝的棉鈴殼含F(xiàn)e、Zn 量在不同品種之間呈現(xiàn)不同的模式.如棉鈴殼含F(xiàn)e 量在DP 99B 表現(xiàn)為第一層果枝顯著高于2- 4 層果枝,但在中棉41 和魯棉研21 則表現(xiàn)為第四層果枝顯著高于1- 3 層果枝.這可能是因為不同臺果枝結(jié)鈴和鈴發(fā)育受品種熟性、密度和降雨等因素影響,棉鈴殼礦質(zhì)元素含量也受影響,進而呈現(xiàn)不同的模式.