國審棉花品種冀豐103 高產(chǎn)生理特性研究

朱繼杰，趙紅霞，王士杰，賈曉昀，李妙，2*，王國印

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所/ 河北省作物遺傳育種實驗室，河北 石家莊，050035；2.河北冀豐棉花科技有限公司，河北 石家莊 050035）

光合作用是作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[1～5]。高產(chǎn)作物產(chǎn)量的90%以上來自光合產(chǎn)物的積累[6]。葉片是進(jìn)行光合作用的主要器官，葉片光合速率、面積和生理特性是影響產(chǎn)量形成的關(guān)鍵指標(biāo)，也是高產(chǎn)品種研究的重要內(nèi)容[7]。前人研究表明，棉花光合速率與產(chǎn)量性狀具有較強(qiáng)的相關(guān)性[8]；群體光合速率與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[9]；棉花雜交種光合速率有明顯的超親優(yōu)勢[10]。此外，棉花凈光合速率隨著生育時期的不同而變化，表現(xiàn)為盛蕾期至初花期較高，初花期后略有降低，盛鈴期迅速下降[11]。光合優(yōu)勢的表現(xiàn)是一個復(fù)雜的過程，只有綜合比較和分析葉片光合生理活性的各項指標(biāo)，才能得出較為確切的結(jié)論[12]。

冀豐103 是先后通過天津市（津?qū)徝?012002）、河北?。綄徝?0190008）和國家（國審棉20190014）審定的棉花品種，其產(chǎn)量高、適應(yīng)性廣，在各級區(qū)域試驗中皮棉產(chǎn)量均高于對照。但截至目前，有關(guān)冀豐103 高產(chǎn)的生理特性研究尚未見報道。從光合速率、光合面積、光合產(chǎn)物和產(chǎn)量等方面對冀豐103 的生理特性進(jìn)行全面研究，分析冀豐103 高產(chǎn)的光合生理基礎(chǔ)，旨為棉花高產(chǎn)育種提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試棉花品種為冀豐103、魯棉研21 號、冀棉958 和中植棉2 號，其中，魯棉研21 號是天津市區(qū)域試驗對照品種，冀棉958 是河北省區(qū)域試驗對照品種，中植棉2 號是國家區(qū)域試驗對照品種。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2019～2000 年連續(xù)2 a 在河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所堤上試驗站進(jìn)行。前茬作物為棉花，土壤類型為壤土，肥力中等。

試驗棉花品種設(shè)冀豐103、魯棉研21 號、冀棉958 和中植棉2 號4 個處理，其中魯棉研21 號、冀棉958 和中植棉2 號為對照。小區(qū)面積20.1 m2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)。

1.2.2 測定項目與方法 分別在苗期（2019 年6 月10 日、2000 年6 月13 日）、初花期（2019 年7 月9日、2000 年7 月10 日）、盛花期（2019 年8 月10 日、2000 年8 月12 日）、盛鈴期（2019 年8 月28 日、2000 年8 月30 日） 和吐絮期（2019 年9 月12 日、2000 年9 月15 日），將每小區(qū)的中間行作為取樣行，選擇長勢正常且一致的棉株主莖功能葉5 片，測定光合速率（采用LI-6400 便攜式光合儀）、葉面積指數(shù)（采用LAI-2200 型冠層儀）、葉綠素含量（采用95%乙醇浸泡法）和可溶性糖含量（采用硫酸-蒽酮比色法）。

吐絮后，各小區(qū)取吐絮正常的棉鈴50 朵，稱重，計算單鈴重；軋花后，稱量皮棉重，計算衣分；隨機(jī)選取棉子100 粒，稱重，計算子指。除取樣行外，各小區(qū)實收計產(chǎn)。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 各指標(biāo)的2 a 數(shù)據(jù)基本一致，指標(biāo)值取2 a 平均數(shù)。利用Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和做圖；利用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期棉花光合速率的變化以及盛花期光合速率的日變化

整個生育期，參試棉花品種的光合速率變化趨勢基本一致，均呈先升高后降低的變化，且均在初花期達(dá)到最高（圖1）。在苗期，冀棉958 的光合速率最高，冀豐103 居中；初花期和盛花期，冀豐103 的光合速率高于3 個對照品種；盛鈴期和吐絮期，冀豐103 的光合速率居中。說明在生長旺盛的初花期和盛花期，冀豐103 具有較高的光合速率。

圖1 不同生育期參試棉花品種光合速率的變化趨勢Fig.1 Variation trend of photosynthetic rate of cotton varieties tested at different growth stages

盛花期，參試棉花品種的光合速率日變化趨勢基本一致，均呈單峰曲線，且均在11：00 達(dá)到最高、17：00 降至最低，其中11：00～17：00 冀豐103 的光合速率高于3 個對照品種（圖2）。說明在一天之中，冀豐103 能保持較長時間的高光合速率。

圖2 盛花期參試棉花品種光合速率的日變化趨勢Fig.2 Daily variation trend of photosynthetic rate of cotton varieties tested at full flowering stage

2.2 不同生育期棉花葉面積指數(shù)的變化

整個生育期，參試棉花品種的葉面積指數(shù)變化趨勢基本一致，均呈先升高后降低的變化，且均在苗期最低，隨后快速升高，至盛花期達(dá)到最高峰，之后開始緩慢下降（圖3）。在生育前期，參試棉花品種的葉面積指數(shù)基本相同；盛花期，中植棉2 號的葉面積指數(shù)最大，冀豐103 居中；盛鈴期和吐絮期，冀豐103的葉面積指數(shù)高于3 個對照品種。說明在生長發(fā)育后期，冀豐103 葉面積下降緩慢，仍可具有較大的葉面積進(jìn)行光合作用。

2.3 不同生育期棉花葉綠素含量的變化

整個生育期，參試棉花品種的葉綠素含量變化趨勢略有不同，其中，冀豐103 和魯棉研21 號呈先升高后降低的變化，冀棉958 和中植棉2 號呈降低—升高—降低的變化，但均在盛鈴期達(dá)到最高（圖4）。在苗期至盛花期，冀豐103的葉綠素含量居中；盛鈴期和吐絮期，冀豐103 的葉綠素含量高于3 個對照品種。說明在生育中后期，冀豐103 葉片活力較高。

圖4 不同生育期參試棉花品種葉綠素含量的變化趨勢Fig.4 Variation trend of chlorophyll of cotton varieties tested at different growth stages

2.4 不同生育期棉花可溶性糖含量的變化

整個生育期，參試棉花品種的可溶性糖含量變化趨勢略有不同，其中，冀豐103 和魯研棉21 號呈先增加后降低的變化，冀棉958 和中植棉2 號呈升高—降低—升高—降低的變化，但均在盛鈴期達(dá)到最大（圖5）。在苗期，冀豐103 的可溶性糖含量最低；初花期，冀豐103 的可溶性糖含量居中；盛花期至吐絮期，冀豐103 的可溶性糖含量高于3 個對照品種。說明在生殖生長旺盛時期，冀豐103 合成的光合產(chǎn)物較多，為高產(chǎn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

圖5 不同生育期參試棉花品種可溶性糖含量的變化趨勢Fig.5 Variation trend of soluble sugar of cotton varieties tested at different growth stages

2.5 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

冀豐103 的子棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均為最高，其中子棉產(chǎn)量顯著高于3 個對照品種，皮棉產(chǎn)量顯著高于冀棉958 和中植棉2 號（表1）。表明冀豐103 的子棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均較高。

表1 參試棉花品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子Table 1 Yield and its components of cotton varieties tested

進(jìn)一步對冀豐103 的產(chǎn)量構(gòu)成因子進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，該品種霜前花率較高，為94.0%，與魯棉研21 號和種植棉2號差異不顯著，但顯著高于冀棉958；衣分較高，為40.91%，與魯棉研21 號差異不顯著，但顯著高于冀棉958 和中植棉2 號；子指最低，為10.6 g，與3 個對照品種相比差異均達(dá)到了顯著水平；單鈴重最高，達(dá)到6.8 g，與冀棉958 差異不顯著，但顯著高于魯棉研21 號和中植棉2 號。表明衣分高和鈴大是冀豐103 實現(xiàn)高產(chǎn)的關(guān)鍵因子。

3 結(jié)論與討論

棉花葉片光合速率的日變化類型有2 種：單峰曲線型和存在“午休”的雙峰型[13]。本研究中，4 個參試棉花品種盛花期光合速率的日變化趨勢均為單峰曲線，不存在“午休”現(xiàn)象。葉片光合生理活性高，其高光合持續(xù)期長，產(chǎn)量顯著增加。張旺鋒等[9]認(rèn)為高產(chǎn)棉田群體光合速率的變化特征為盛花期以前穩(wěn)定上升，盛鈴期達(dá)到最大，吐絮盛期尚保持較高水平。冀豐103 在初花期和盛花期光合速率較高，且盛花期一天當(dāng)中能保持較長時間的高光合速率。

高光效棉花品種不僅要求光合速率較高，還要求最大程度地利用光能，在不同生長時期維持光合作用的穩(wěn)定性[4]。研究表明，葉面積指數(shù)增大有利于產(chǎn)量和有效鈴數(shù)的增加[14]；生育后期葉綠素含量較高的品種，其葉片功能期較長，不易早衰[15]。冀豐103 在生育前期葉面積指數(shù)居中，在生育后期葉面積指數(shù)下降緩慢、葉綠素含量較高。

本研究結(jié)果表明，冀豐103 高產(chǎn)的主要生理特性是初花期至盛花期光合速率高，盛花期至吐絮期可溶性糖含量高，在生長旺盛時期能制造更多的光合產(chǎn)物；在生育后期葉面積指數(shù)大、葉綠素含量高，能有效延長葉片光合活力，從而形成較高產(chǎn)量。