化學(xué)打頂劑矮壯素水楊酸離子液體對棉花抗氧化性及品質(zhì)的影響

郝 斌，張 博，張楠楠，陳春利，紀(jì)宇曦，董紅強(qiáng),2

（1 塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2 南疆農(nóng)業(yè)有害生物綜合治理兵團(tuán)重點(diǎn)試驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300）

棉花打頂是棉花栽培管理中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在我國，這項(xiàng)工作同時也是各棉花種植區(qū)中后期田間管理的主要任務(wù)[1]。棉花種植農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化、輕簡化是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢，但“棉花人工打頂”這項(xiàng)農(nóng)事技術(shù)制約著新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)種植棉花全程機(jī)械化的進(jìn)程。如果解決這項(xiàng)難題，將是新疆種植棉花歷史上繼地膜覆蓋、節(jié)水灌溉、機(jī)械采棉后的又一重大技術(shù)革新[2]。

傳統(tǒng)棉花打頂具有工作量大、時效性差的缺陷，主要的農(nóng)事操作是依靠人工來摘除棉花主莖生長點(diǎn)。據(jù)測算，按照每人每天8h 的工作時間來算，打頂工作人均可完成0.15hm2[3]。若全部采用人工來完成這項(xiàng)農(nóng)事工作，則南疆50.67 萬hm2棉田完成打頂累計(jì)需要337.8 萬人次。雇用費(fèi)按市場價100 元每人每天算，那么只棉花打頂這一項(xiàng)農(nóng)事，則會耗費(fèi)3.378 億元的巨大成本[4]。人工打頂需要大量勞動力，勞動強(qiáng)度并不小，雖然效果好，但也存在打頂速度緩慢、效率低下等問題，在適宜的時間內(nèi)，這些暴露出來的缺陷會使得棉花打頂這項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的工作不能及時完成，進(jìn)而影響到產(chǎn)量。因此，為了快速推進(jìn)新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)植棉技術(shù)全程機(jī)械化的進(jìn)程，在化學(xué)打頂、機(jī)械作業(yè)替代人工打頂技術(shù)和棉花打頂?shù)男?yīng)等方面的研究已備受關(guān)注很多年[5]。

劉勇等[6]、杜玉倍等[7]研究發(fā)現(xiàn)：化學(xué)打頂劑較人工打頂不僅可以節(jié)約時間和降低成本，而且在塑型、降低株高方面也顯示出更好的優(yōu)勢，還能減少對棉花植株頂端造成的破壞。趙強(qiáng)等[8-10]研究表明，化學(xué)打頂劑起到了控制頂尖生長的效果，不僅能有效控制棉花株高，而且在果枝生長、塑造株型、提高冠層透光率這些方面的控制效果也表現(xiàn)良好，最終還能增產(chǎn)，但對棉花纖維品質(zhì)沒有明顯的影響[11]?；瘜W(xué)打頂作為一項(xiàng)新型簡約化植棉的技術(shù)，在棉花種植生產(chǎn)中推廣很有必要，但要以不減產(chǎn)和不降低棉花纖維品質(zhì)為前提，在當(dāng)?shù)貦C(jī)采棉栽培體系下，制定出一套適用的化學(xué)打頂藥劑綜合配套農(nóng)事技術(shù)，這樣不僅能夠顯著提高南疆棉花種植全程機(jī)械化水平，還能節(jié)省植棉成本，對擴(kuò)大規(guī)?；N植棉田及可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義[12]。

通過研究本試驗(yàn)化學(xué)打頂劑矮壯素水楊酸離子液體對棉花超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、丙二醛（MDA）、過氧化氫（H2O2）等酶活性及抗氧化小分子物質(zhì)含量和棉花品質(zhì)的影響，篩選出矮壯素水楊酸離子液體藥劑濃度，以期為棉花化學(xué)打頂以及環(huán)境脅迫高溫下誘導(dǎo)抗性提供理論與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)棉花品種名稱：塔河二號。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2021 年在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師十二團(tuán)二十六連進(jìn)行試驗(yàn)，選擇塔河二號為試驗(yàn)材料，設(shè)置4 個打頂處理：A1施用化學(xué)打頂劑矮壯素水楊酸離子液體60g/hm2；A2施用量為90g/hm2；A3為120g/hm2；CK，人工打頂。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)試驗(yàn)，設(shè)3 次重復(fù)，每個小區(qū)長21m，寬2.3m，小區(qū)面積為48.3m2。試驗(yàn)播種時間為4 月17 日，采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)1 膜6 行種植，打頂時間為7月7 日，試驗(yàn)地塊管理與大田一致。

1.3 指標(biāo)的測定及方法

1.3.1 抗氧化的測定。選取棉花主莖倒3 葉片用來測定不同酶活性以及抗氧化小分子不同物質(zhì)的含量，在施用化學(xué)打頂劑矮壯素水楊酸離子液體后，每隔7d 在試驗(yàn)地進(jìn)行采樣。采用江蘇晶美生物科技有限公司酶活ELISA 檢測試劑盒測定POD 活性、SOD 活性、CAT活性。采用江蘇晶美生物科技有限公司含量ELISA 檢測試劑盒測定MDA 含量、H2O2含量。

1.3.2 棉花品質(zhì)。將軋花后的皮棉用大容量纖維測試儀測定品質(zhì)，重復(fù)3 次，檢測棉花纖維的品質(zhì)包含上半部平均長度、整齊度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度、伸長率等指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)與分析處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理統(tǒng)計(jì)用Microsoft Excel 2019 軟件，方差分析和顯著性檢驗(yàn)（Duncan）用IBM SPSS Statistics 22 軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 化學(xué)打頂劑對棉花植株不同酶活性的影響

由圖1 可知，噴藥后，隨著天數(shù)的增加，不同矮壯素水楊酸離子液體制劑濃度處理下SOD 活性呈現(xiàn)先降低再增加后又降低的趨勢，在藥后14d，A3和人工打頂處理下活性急劇下降，藥后21d 人工打頂活性持續(xù)下降，而化學(xué)打頂活性在升高。藥后28d 藥劑處理活性都比人工打頂處理要高，且隨著濃度增加，活性越高。

圖1 不同濃度藥劑下棉花不同酶活性的變化

不同濃度藥劑處理下，棉花POD 活性隨著施藥后天數(shù)的增加均呈現(xiàn)先降低再增加后又降低的趨勢，藥后14d，各處理POD 活性都急劇下降，A2比A1變化明顯；藥后21d，各處理又都呈現(xiàn)一個快速上升的趨勢，A2變化仍然要比A1幅度大，隨后增長和下降的趨勢都相對平緩，但藥劑處理都比人工打頂要活性高。

CAT 活性在不同矮壯素水楊酸離子液體制劑濃度處理下，隨著天數(shù)的增加，人工打頂處理較藥劑處理活性都要低，藥劑濃度增加，活性也相應(yīng)提高。在藥后14d，不同濃度藥劑處理活性緩慢下降，而人工打頂呈現(xiàn)相反的趨勢，在藥后21d，各處理都快速上升，隨后都呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，藥后42d 再次出現(xiàn)急劇上升的趨勢。

2.2 化學(xué)打頂劑對棉花植株抗氧化小分子不同物質(zhì)含量的影響

由圖2 可知，噴施藥劑后，隨著天數(shù)的增加，其MDA 含量在噴施不同濃度藥劑后顯現(xiàn)出先增加再減少的周期性變化。在藥后7～35d 各處理都變化較為明顯，尤其藥后35d 呈現(xiàn)急劇下降的趨勢，隨后42d 都緩慢升高，整個周期內(nèi)藥劑處理與人工打頂都存在顯著差異，且人工打頂在每個周期MDA 含量最高，不同濃度藥劑處理之間隨著濃度增加，MDA 含量都在減少。

圖2 不同濃度藥劑下棉花不同抗氧化小分子物質(zhì)含量的變化

不同濃度藥劑處理下棉花H2O2含量隨著施藥后天數(shù)的增加，其變化趨勢為先增加再降低后增加再次降低。藥后14d，各處理都急劇上升，在藥后35d，A3處理呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，而其他3 個處理緩慢升高，在藥后42d 各處理急劇下降。整個周期內(nèi)藥劑處理與人工打頂都存在顯著差異，藥后21d 和28d，A2與A3處理之間沒有差異，其余每個周期不同藥劑處理之間都存在顯著差異，且人工打頂在每個周期MDA 含量最高；不同濃度藥劑處理之間隨著濃度增加，含量都在減少。

2.3 化學(xué)打頂劑對棉花品質(zhì)的影響

由表1 可知，化學(xué)打頂和人工打頂?shù)拿藁ɡw維品質(zhì)總體差異不大，在不同處理下，與人工打頂相比，化學(xué)打頂劑處理后棉花的上半部平均長度、整齊度、馬克隆值和伸長率均未表現(xiàn)出顯著性差異，只有在斷裂比強(qiáng)度上，A2和A3處理與CK 和A1處理差異顯著?？梢?，人工打頂和化學(xué)打頂處理前后對棉花纖維品質(zhì)沒有影響，這與前人研究的結(jié)果一致。棉花的纖維品質(zhì)主要由其品種決定，通過噴施矮壯素水楊酸離子液體化學(xué)打頂劑和人工打頂對棉花纖維品質(zhì)的影響較小[13]。

表1 不同藥劑濃度對棉花品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

SOD、POD、CAT、MDA、H2O2在植物各組織細(xì)胞的抗氧化酶系統(tǒng)中扮演的角色不同，其抗氧化功能也各不相同，先清除超氧陰離子和氧自由基，然后去通過分解、催化過氧化氫，從而消除過氧化氫和酚類、胺類毒性的雙重作用等來影響植物的生長發(fā)育，但這些指標(biāo)都能反映一定的細(xì)胞活性以及衰老死亡等植物生理生化過程狀況[14]。本試驗(yàn)表現(xiàn)為人工打頂?shù)腟OD、POD、CAT 活性在整個試驗(yàn)周期內(nèi)都低于化學(xué)打頂，而MDA、H2O2含量則相反，兩類指標(biāo)呈現(xiàn)一個負(fù)相關(guān)性，且隨著藥劑濃度的增加，酶活性也越高，抗氧化小分子物質(zhì)含量越低，表明矮壯素水楊酸離子液體打頂后，誘導(dǎo)植株產(chǎn)生更好的抗氧化性能力來面對環(huán)境脅迫（高溫脅迫），棉花H2O2含量、MDA 含量、CAT 活性、POD活性、SOD 活性因矮壯素水楊酸離子液體化學(xué)打頂劑不同濃度影響也不同。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，120g/hm2為適宜的濃度。化學(xué)打頂劑的施用對棉花纖維品質(zhì)沒有影響，棉花纖維品質(zhì)主要還是與其自身遺傳特性有關(guān)。