不同用量保水劑對棉花幼苗生長及生理生化參數(shù)的影響

穴盤基質(zhì)育苗是棉花輕簡化育苗的常見方式之一。在棉花穴盤基質(zhì)育苗過程中，水分的管理是關(guān)鍵。穴盤的特殊構(gòu)造使得幼苗與基質(zhì)的接觸面積小，導(dǎo)致基質(zhì)持水和保水的能力不足，尤其在夏季，根部水分變化劇烈，影響幼苗生長發(fā)育，而多次灌溉又會導(dǎo)致大量水肥流失，降低水肥利用效率[24]。為了解決這一問題，保水劑作為有效的吸水材料，其吸水量能達到自身的 100～200 倍，可以有效提高基質(zhì)的飽和含水量，為根系提供一定的緩效水，這不僅有助于避免幼苗移栽過程中水分的過度流失，還能在土壤改良中發(fā)揮重要作用[。近年來，保水劑在農(nóng)業(yè)和林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸增多。有研究表明，向育苗基質(zhì)中添加保水劑能有效提高幼苗光合色素含量和干物質(zhì)質(zhì)量。胡明芳等[探討了保水劑和促根粉對棉花生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)與對照相比，施用保水劑能夠提高棉花地上部生物量，增加幅度為 5%～39% ，并且能顯著提高養(yǎng)分吸收與利用效率，水分利用率提升 3%～31% 。在蔬菜無土育苗中，保水劑的應(yīng)用也得到了廣泛關(guān)注。例如，李婧以番茄品種佳麗為試驗材料進行穴盤育苗保水劑最佳用量的篩選試驗，發(fā)現(xiàn)按 0.1% （保水劑/干基質(zhì)質(zhì)量比）在基質(zhì)中添加保水劑，番茄育苗的效果較好；而王春雨等[研究結(jié)果表明，保水劑用量為 1.0% （保水劑與干基質(zhì)質(zhì)量比）時番茄育苗效果最好，可能由于兩者的育苗基質(zhì)配方不一致導(dǎo)致結(jié)果不同。

本研究以稻殼灰與紅壤土的復(fù)合物為育苗基質(zhì)，研究穴盤育苗條件下不同保水劑用量對棉花幼苗生長及生理生化參數(shù)的影響，以期為棉花穴盤育苗水分管理提供參考。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗棉花品種為贛雜棉0906，是育成的轉(zhuǎn)基因雜交棉品種（審定編號：贛審棉2015001）。該品種具備早熟、優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、抗棉鈴蟲等優(yōu)良性狀。育苗基質(zhì)為稻殼灰與紅壤土的復(fù)合物（紅壤土與稻殼灰體積比為 1：1 ）；農(nóng)林抗旱保水劑，為交聯(lián)聚丙烯酰胺類（成分組成為丙烯酰胺 66% 、丙烯酸鉀 24% 水 9% 和交聯(lián)劑1% ），吸水倍數(shù)約為200倍，購自遼寧博科生物科技有限公司。

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)置4個保水劑用量處理，其中以基質(zhì)中不添加保水劑作對照（CK）處理，T1、T2和T3處理的保水劑用量分別為 2g?L^-1，4g?L^-1，6g?L^-1 。確定各處理保水劑用量后，稱取相應(yīng)質(zhì)量的保水劑倒入紅壤土和稻殼灰復(fù)配的育苗基質(zhì)中進行攪拌，混勻后鋪在72孔穴盤中。播種前棉花種子經(jīng) 0.2% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的次氯酸鈉溶液消毒。設(shè)3次生物學(xué)重復(fù)，每個處理共播種3盤，每穴播種1粒，每盤播種72粒。各處理統(tǒng)一進行澆水管理，播種前在育苗基質(zhì)中澆水2L，出苗后視情況澆水，一般7d澆水1次，每次澆水1L。

1.3 測定項目及方法

1.3.1棉花幼苗生長參數(shù)測定。待幼苗至3葉1心期，在每盤中選取15株生長一致且生長發(fā)育正常的幼苗，整株取出，清洗干凈后分別利用直尺和游標(biāo)卡尺測定幼苗的株高和莖粗；調(diào)查完株高、莖粗后，將幼苗分為根、莖（含葉柄）和葉片3部分，用天平分別稱其鮮物質(zhì)質(zhì)量，然后置于烘箱中 105° 殺青 30min 后于 65°C 下烘干至質(zhì)量恒定，稱量各器官的干物質(zhì)質(zhì)量；單株幼苗根系經(jīng)EpsonExpression 12000XL 掃描儀（精工愛普生公司，日本）掃描后利用WinRHIZOPRO軟件得到根系總長度、根表面積、根體積、根平均直徑和根尖數(shù)。根系活力的測定采用三苯基氯化四氮唑（2，3，5-tripheyltetra-zoliumchliride，TTC）染色法[1]：稱取根尖鮮樣樣品2份（1份作空白對照組，1份作處理組）分別約0.2g ，放入 15mL 塑料離心管中，處理樣品管中先加入 4.0g?L^-1TTC 溶液和 1/15mol?L^-1，pH=7 的磷酸緩沖液各 5mL ，把根充分浸沒在溶液里，在37° 條件下暗反應(yīng) ³h 后加入 2mL 濃度為1mol?L^-1 的硫酸，以終止反應(yīng)；空白處理先加硫酸，其他操作同上。反應(yīng)完成后，將樣品取出，用濾紙吸干樣品表面水分后用乙酸乙酯研磨，少量多次洗滌， 5000r?min^-1 離心 10min ，取上清紅色提取液移入試管，3次重復(fù)，最后用乙酸乙酯定容至10mL 。提取完成后，以乙酸乙酯為對照，用紫外分光光度計在波長 485nm 下利用比色法測定吸光值，計算相應(yīng)的根系活力。壯苗指數(shù)的計算公式為：（莖粗/株高 + 根部干物質(zhì)質(zhì)量/地上部干物質(zhì)質(zhì)量） × 全株干物質(zhì)質(zhì)量；幼苗生長速率（ G 值）的計算公式為：單株干物質(zhì)質(zhì)量／育苗時間；根冠比的計算公式為：地下部干物質(zhì)質(zhì)量／地上部干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.2棉花幼苗生理生化指標(biāo)測定。采用 95% （體積分?jǐn)?shù)，下同）乙醇提取法[進行葉片光合色素含量測定；采用抗壞血酸-芘三酮比色法[測定氨基酸含量；碳水化合物的提取參考陳功等[4的方法：首先利用 80% 的乙醇溶液于 80^°C 恒溫條件下提取蔗糖，提取后的殘渣經(jīng)烘干過夜后加入高氯酸溶液提取淀粉，重復(fù)2次（第1次高氯酸濃度為 9.2mol ·L^-1 ，第2次為 4.6mol?L^-1 ；采用間苯二酚法[15]測定蔗糖含量，采用蒽酮法[15測定淀粉含量。全碳含量采用總有機碳（totalorganiccarbon，TOC）分析儀（耶拿分析儀器股份公司，德國）測定，方法如下：稱取研磨并烘干后的干樣樣品 0.04g 左右，放入燃燒皿中，待儀器準(zhǔn)備好后，放入爐內(nèi)進行全碳含量的測定；全氮含量使用凱氏定氮法測定，方法如下：稱取研磨并烘干好的干樣樣品 0.4g 左右于消煮管內(nèi)，加入 5g 催化劑 （CuSO₄?5H₂O 和 K₂SO₄ 按 9：1 的質(zhì)量比均勻混合）充分混勻，使用分液器再加入10mL 分析純濃硫酸后放置于消煮爐于 420°C 恒溫消煮1h，消煮完成后，待消解液冷卻后，使用全自動凱氏定氮儀Kjeltec8400（FOSSAnalyticalA/S，丹麥）進行全氮含量的測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用MicrosoftExcel進行數(shù)據(jù)整理與處理，采用SPSS20.0軟件進行單因素方差分析，并采用鄧肯多重范圍檢驗（Duncan新復(fù)極差）法進行數(shù)據(jù)間的多重比較，采用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法進行相關(guān)分析，使用Origin8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1不同用量保水劑對棉花幼苗生長的影響

由表1可知，與CK處理相比，在育苗基質(zhì)中添加不同用量的保水劑對棉苗株高、根冠比無顯著影響；但莖粗顯著增加，且隨著保水劑用量的增加，莖粗呈現(xiàn)下降趨勢；隨保水劑用量的增加，壯苗指數(shù)和 G 值也呈現(xiàn)下降趨勢，其中T1處理顯著高于CK。

表1不同保水劑處理下棉花幼苗生長參數(shù)的比較

注：數(shù)據(jù)為平均值土標(biāo)準(zhǔn)差；同列后不同小寫字母表示處理間差異顯著（ （Plt;0.05） 。

保水劑的使用提高了棉花幼苗的地上部鮮物質(zhì)、干物質(zhì)質(zhì)量（表2），3個保水劑處理的地上部鮮物質(zhì)均顯著高于CK，T1處理的地上部干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于CK。不同處理的地下部鮮物質(zhì)質(zhì)量差異不顯著，但T3處理的地下部干物質(zhì)質(zhì)量顯著低于T1處理。保水劑處理的幼苗單株鮮物質(zhì)質(zhì)量均高于CK，且T1和T2處理顯著高于CK;T1處理的幼苗單株干物質(zhì)質(zhì)量顯著高于T3和CK處理。可見，施用一定量的保水劑可以提高棉花幼苗的鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量，但隨著保水劑用量的增加，棉花幼苗的鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量均呈現(xiàn)下降趨勢。

表2不同保水劑處理下棉花幼苗干物質(zhì)質(zhì)量與鮮物質(zhì)質(zhì)量的比較

注：數(shù)據(jù)為平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差；同列后不同小寫字母表示處理間差異顯著（

由表3可知，棉花單株幼苗的根總長度在不同處理間無顯著差異，T1處理下幼苗的根總長度最大；T1和T2處理的根表面積均高于CK，且T1處理與CK差異顯著，但T3處理較CK的根表面積降低；根體積和根平均直徑在不同處理間的表現(xiàn)一致，除T3處理外，其他2種保水劑處理均顯著高于CK，且T1處理的根體積和根平均直徑最大；T2和T3處理的根尖數(shù)量較CK顯著增加，且以T3處理最多；不同保水劑用量處理的根系活力均顯著增加，且以T1處理表現(xiàn)最優(yōu)。

表3不同保水劑處理下棉花幼苗根系指標(biāo)的比較

注：數(shù)據(jù)為平均值士標(biāo)準(zhǔn)差;同列后不同小寫字母表示處理間差異顯著 Plt;0.05 ）

2.2不同用量保水劑對棉花幼苗碳水化合物含量的影響

由圖1可知，不同用量保水劑處理下棉花幼苗根中的蔗糖含量較CK處理顯著降低；除T1處理外，其他處理莖中的蔗糖含量均顯著低于CK；隨著保水劑用量的增加，根和莖中的蔗糖含量均呈下降趨勢。不同保水劑處理下棉花幼苗葉片中的蔗糖含量較CK增加，且T1、T3處理均顯著高于CK。

圖1不同用量保水劑處理下棉花幼苗不同器官中蔗糖含量的比較

不同小寫字母表示相同器官的不同處理間差異顯著（2 （Plt;0.05） 。

由圖2可知，不同保水劑處理下棉花幼苗根中的淀粉含量與CK處理均無顯著差異；不同保水劑處理下莖和葉片中的淀粉含量較CK均顯著下降，3種保水劑處理下幼苗莖中的淀粉含量無顯著差異，但在葉片中，T3處理的淀粉含量顯著高于T1和 T2 處理。

圖2不同用量保水劑處理下棉花幼苗不同器官中淀粉含量的比較

不同小寫字母表示相同器官的不同處理間差異顯著（Plt;0.05 。

2.3不同用量保水劑對棉花幼苗氨基酸含量的影響

除T1處理葉中氨基酸含量與CK無顯著差異外，其余保水劑處理的棉花幼苗根、莖、葉中的氨基酸含量較CK均顯著增加，且在莖和葉片中，氨基酸含量隨著保水劑用量的增加而升高（圖3）。

圖3不同用量保水劑處理下棉花幼苗不同器官中氨基酸含量的比較

不同小寫字母表示相同器官的不同處理間差異顯著（Plt;0.05） 。

2.4不同用量保水劑對棉花幼苗葉片光合色素含量的影響

由表4可知，在棉花育苗基質(zhì)中添加不同用量的保水劑后，幼苗葉片色素含量得到改善。T1、T2和T3處理下的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素 a+b 含量較CK處理均顯著增加;T1、T2和T3處理下的葉綠素a含量/b含量低于CK，但處理間差異不顯著；T1和T2處理的類胡蘿卜素含量顯著高于CK處理。

2.5不同用量保水劑對棉花幼苗碳氮含量的影響

由表5可知，與CK相比，保水劑處理的棉花幼苗根和莖中的全碳含量呈下降趨勢，且T1處理下根中的全碳含量顯著下降；不同用量保水劑處理下幼苗葉片中的全碳含量均顯著高于CK，但不同用量保水劑處理間均無顯著差異。與CK相比，保水劑處理下的幼苗根莖葉中的全氮含量均顯著增加，而碳氮比均顯著降低。

2.6棉花幼苗生理生化指標(biāo)、生長參數(shù)和根系生長指標(biāo)的相關(guān)分析

由表6可知，棉花幼苗的生理生化指標(biāo)和生長參數(shù)指標(biāo)存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。根蔗糖含量與地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)，葉片蔗糖含量與棉花幼苗的株高呈顯著負(fù)相關(guān)。葉全碳、根全氮和葉全氮含量與地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。根氨基酸含量與幼苗單株鮮物質(zhì)質(zhì)量和地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量呈顯著或極顯著正相關(guān)。葉淀粉含量、根全碳含量、根/莖/葉碳氮比與植株地上部鮮物質(zhì)量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。除株高外，類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素 a+b 含量與植株其他生長參數(shù)均存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

表4不同用量保水劑處理下棉花幼苗光合色素含量的比較

注：數(shù)據(jù)為平均值士標(biāo)準(zhǔn)誤；同列后不同小寫字母表示處理間差異顯著（ ?lt;0.05 ）

表5不同用量保水劑處理下棉花幼苗不同器官中碳氮含量的比較

注：數(shù)據(jù)為平均值士標(biāo)準(zhǔn)誤；同列后不同小寫字母表示處理間差異顯著（ 1

由表7可知，棉花幼苗的生理生化指標(biāo)和根系生長指標(biāo)存在不同程度的相關(guān)關(guān)系。莖蔗糖含量與根尖數(shù)、莖淀粉含量與根尖數(shù)和根系活力、葉淀粉含量與根體積、根平均直徑和根系活力均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，根/莖/葉碳氮比與根尖數(shù)、根系活力呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)。葉蔗糖含量與根尖數(shù)、根氨基酸含量與根體積和根平均直徑、莖/葉氨基酸含量與根尖數(shù)均呈顯著或極顯著正相關(guān)，類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b、葉綠素 a+b 含量與各根系生長指標(biāo)均呈正相關(guān)，且均與根系活力呈顯著或極顯著的相關(guān)性，根/莖/葉全氮含量與根尖數(shù)和根系活力呈顯著或極顯著正相關(guān)。

3討論與結(jié)論

保水劑在農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛，添加保水劑可以有效緩解棉花生產(chǎn)過程中遭受的水分虧缺[16-18]。使用保水劑的棉花輕簡化基質(zhì)育苗技術(shù)育出的棉苗素質(zhì)高，移栽后緩苗期短，成活率高[19-20]。在棉花盆栽試驗中，施加保水劑可以增加棉花地上部生物量，提高養(yǎng)分的吸收和利用效率8。本研究發(fā)現(xiàn)，不同劑量的保水劑處理均能提高棉苗的生長參數(shù)，其中T1處理（用量為 2g?L^-1 顯著提高棉苗的莖粗、鮮物質(zhì)質(zhì)量，且壯苗指數(shù)最高。此外，T1處理可顯著提高棉苗光合色素含量，有利于光合生產(chǎn)，從而促進棉花幼苗干物質(zhì)積累。保水劑的使用效果存在一定的劑量效應(yīng)，有研究表明棉花穴盤育苗的出苗率和成活率隨保水劑用量增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，株高、地上部干物質(zhì)質(zhì)量、根數(shù)量、根部干物質(zhì)質(zhì)量、根系活性及根表面積在保水劑用量每盆為 6g 時表現(xiàn)優(yōu)[2]。本研究則發(fā)現(xiàn)保水劑用量在 2g?L^-1 時，棉花育苗效果佳。

表6棉花幼苗生理生化指標(biāo)與生長參數(shù)的相關(guān)分析

注：*為在0.05水平差異性顯著； ** 為在0.01水平差異顯著。

蔗糖是碳水化合物的主要運輸形式，非脅迫條件下葉片蔗糖含量高通常表明葉片光合生產(chǎn)能力強；淀粉是碳水化合物的貯藏形式，葉淀粉含量下降，對葉片光合作用的反饋抑制作用減弱，有利于碳水化合物的輸出[22]。本研究中不同劑量的保水劑處理均使幼苗葉片中的蔗糖含量升高、淀粉含量降低，這有利于幼苗葉片的光合產(chǎn)物生產(chǎn)和碳水化合物的輸出；根蔗糖含量降低，表明保水劑可能促進了根系對碳水化合物的利用。有研究發(fā)現(xiàn)光合作用產(chǎn)生的蔗糖可以作為長距離信號分子促進擬南芥早期幼苗根系的生長[23]，而對擬南芥根部施用蔗糖可以促進次生根原基的形成[24。結(jié)合以上發(fā)現(xiàn)，推測使用保水劑可以促進棉花幼苗葉片中蔗糖的生產(chǎn)和向根部的運輸，從而促進根系的發(fā)育，增強根系活力。

本研究發(fā)現(xiàn)，棉花幼苗鮮物質(zhì)質(zhì)量與光合色素含量呈顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與根/莖／葉碳氮比和根全碳含量呈負(fù)相關(guān)；根系生長參數(shù)亦與光合色素含量呈正相關(guān)關(guān)系，根尖數(shù)和根系活力與葉全碳含量、根/莖/葉全氮含量呈顯著正相關(guān)、與根/莖/葉碳氮比呈極顯著負(fù)相關(guān)。以上結(jié)果表明高的光合色素含量有利于提高光合生產(chǎn)，促進幼苗生長，而高的碳氮比則不利于幼苗的生長，這可能與氮素的吸收和利用效率有關(guān)，因為幼苗獲取氮素過程中，必須將部分光合碳分配至根系用于吸收氮的能量消耗[25]。保水劑處理下棉苗根、莖、葉中的全氮含量顯著增加，而根和莖中的全碳含量降低，且保水劑處理下幼苗根系蔗糖含量降低，表明保水劑能夠促進根系對蔗糖的利用，充足的光合碳供應(yīng)有利于根系對氮素的吸收，進而促進地上部的生長。

表7棉花幼苗生理生化指標(biāo)與根系生長指標(biāo)的相關(guān)分析

注：*為在0.05水平差異性顯著； ** 為在0.01水平差異顯著。

保水劑的使用顯著增加了棉花幼苗的莖粗，且T1處理下棉苗的壯苗指數(shù)和 G 值顯著高于CK處理；同時，改善了棉花幼苗地上部鮮物質(zhì)質(zhì)量和單株鮮物質(zhì)質(zhì)量，二者均表現(xiàn)為T1處理 gt;T2 處理 gt; T3處理，地下部干物質(zhì)質(zhì)量和單株干物質(zhì)質(zhì)量均在T1處理下最高，且顯著高于CK；T1處理下根總長最大，根表面積顯著增加，根體積和根平均直徑較高，根尖數(shù)明顯增加，根系活力表現(xiàn)最優(yōu)。 2g?L^-1 保水劑用量下的棉花幼苗葉蔗糖、全碳和全氮含量顯著高于對照，葉淀粉含量、根蔗糖和全碳含量顯著低于對照。推測保水劑可能通過促進幼苗葉片的光合碳生產(chǎn)及輸出，增強根系對碳水化合物的利用，因而能夠促進根系的發(fā)生和生長。因此，本研究通過研究3種用量保水劑處理對棉花幼苗生理生化指標(biāo)及生長參數(shù)的影響，初步得出保水劑用量在2g?L^-1 時，棉花基質(zhì)育苗效果佳。該研究結(jié)果可為棉花穴盤育苗生產(chǎn)中合理使用保水劑提供理論依據(jù)和參考。

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