干秀霞，虎曉兵，楊美森，羅宏海，張亞黎，張旺鋒

（新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室／石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院，石河子832003）

葉片是產(chǎn)量形成的主要源器官，棉株90%的干物質(zhì)均來自葉片的光合作用［1］。葉片光合速率在提高作物產(chǎn)量上起著重要的作用［2－3］。棉花生長發(fā)育過程中，葉片較高的光合速率及較長的光合時間有利于棉花高產(chǎn)的形成［4］。然而，近些年來新疆棉花生育后期紅葉早衰現(xiàn)象普遍發(fā)生，研究認(rèn)為隨著棉花葉片變紅程度的加深，葉綠素含量顯著下降，花青素含量顯著增高［5］，導(dǎo)致葉片凈光合速率降低［6］，造成棉花產(chǎn)量損失高達(dá)40%，嚴(yán)重影響了植棉企業(yè)與棉農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益，成為制約棉花生產(chǎn)的阻礙因素［7］。研究表明，后期低溫誘導(dǎo)花青素的合成［8］，是導(dǎo)致棉花葉片變紅早衰的原因之一。同時溫度是影響棉花生長［9］及棉鈴發(fā)育的重要環(huán)境因子，當(dāng)后期溫度低于15℃時，棉纖維停止生長，即使棉花吐絮之后，單鈴重仍會隨溫度的升高而增加［10］。

新疆是我國棉花的主產(chǎn)區(qū)之一。在棉花生長發(fā)育的關(guān)鍵時期，沿天山一帶棉區(qū)頻繁出現(xiàn)低溫現(xiàn)象［11］，導(dǎo)致石河子等地棉花受災(zāi)嚴(yán)重［12］。因此，明確新疆棉區(qū)棉花葉片變紅早衰的原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施是棉花生產(chǎn)中亟需解決的實(shí)際問題。

為此，本試驗(yàn)在新疆棉區(qū)自然生態(tài)條件下，通過人為改變夜間溫度，研究夜間增溫對棉花葉片色素含量、保護(hù)性酶活性、光合能力及棉鈴發(fā)育的影響，探討夜間溫度與棉花紅葉早衰的關(guān)系，旨在為加強(qiáng)棉花栽培管理措施，為預(yù)防和延緩棉花變紅早衰的發(fā)生提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2年試驗(yàn)的參試棉花品種（Gossypium hirsutumL.）均為北疆棉區(qū)大面積種植的品種新陸早13號和新陸早33號。

1.2 方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2010－2011年在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站（45°19′N，86°03′E）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為灰漠土，土質(zhì)中壤。小區(qū)面積為6.0m×1.5m，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，小區(qū)留苗密度為18萬株／hm2。田間管理措施按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田管理模式進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)夜間增溫（T1：15～20℃，T2：20～25℃）和不增溫（CK）2個處理。待棉株開花后，對小區(qū)進(jìn)行夜間增溫處理。加溫方法及加溫裝置按田景山等［13］的試驗(yàn)方法，加溫時間為20：00－8：00。棉花冠層溫度數(shù)據(jù)用HOBO（Onset，美國）空氣溫濕度記錄儀自動采集，每15min記錄1次。每天夜間最低溫度取22：00－08：00的溫度，結(jié)果見表1。

表1 夜間增溫下棉花生長發(fā)育期的氣象條件Tab.1 Weather factors during cotton development in different nighttime temperatures

1.2.2測定項目與方法

1.2.2.1 葉綠素含量

按照Arnon［14］的方法并略有改動。分別于棉花生育后期（2010年9月30日、2011年9月26日）摘取葉齡相同的主莖功能葉片（倒2葉）進(jìn)行測定，用濃度為80%的丙酮溶液15mL并置于黑暗中浸提葉片，用UV－2041型分光光度計（日本島津）于663、440和645nm波長下測定OD值，用80%丙酮作空白對照。

1.2.2.2 花青素含量

按照Wells［15］的測定方法并略有改動。測定葉片為棉花主莖功能葉倒2葉。用10mL 1%的鹽酸甲醇溶液浸提葉片，浸提方法同葉綠素。用UV－2041型分光光度計（日本島津）于530和658nm處測定吸光值。

花青素含量計算公式為：

上式中ε為摩爾消光系數(shù)，ε＝34300；MW：分子摩爾質(zhì)量449.2g／mol；vol為提取液的體積；L（mol－1·cm－1）為比色皿的厚度；s為浸提的圓片面積。

1.2.2.3 光合速率

于棉花生理紅葉形成期（2010年9月16日、2011年9月18日）選取棉花主莖功能葉片，用Li－6400光合測定系統(tǒng)測定單葉凈光合速率（Pn）。測定當(dāng)天天氣晴朗（北京時間11：00－13：00），每處理隨機(jī)選取8～10株棉花進(jìn)行測定，取平均值。采用紅藍(lán)光源，光強(qiáng)設(shè)為1800（μmol／m2）／s，環(huán)境溫度穩(wěn)定在32～34℃，CO2濃度基本穩(wěn)定在380μmol／mol左右，相對濕度為30%～32%。

1.2.2.4 葉片POD及SOD活性

試驗(yàn)于采集當(dāng)天（2010年9月30日、2011年9月26日）北京時間9：00－10：00摘取棉花主莖功能葉倒2葉，用液氮速凍之后放進(jìn)－80℃超低溫冰箱保存待測。

葉片POD活性采用愈創(chuàng)木酚比色法，參照李合生［16］的實(shí)驗(yàn)方法并略有改動；葉片SOD采用氮藍(lán)四唑NBT光下還原法測定。葉片POD、SOD活性的測定均用UV－2041型分光光度計（日本島津）分別于470、560nm波長下進(jìn)行測定。

1.2.2.5 單鈴重

待棉株開花后對上部第8、9果枝第1果節(jié)的當(dāng)日花進(jìn)行標(biāo)記，于鈴齡15d開始第1次測定，之后每隔7d進(jìn)行1次，連續(xù)測定4次，最后1次于吐絮期測定棉鈴重，每次均選取掛牌標(biāo)記的鈴齡相同的棉鈴進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 夜間溫度對棉花葉片色素含量的影響

由圖1可見，夜間不同溫度條件下棉花葉片花青素含量表現(xiàn)為CK＞T1＞T2，且處理間達(dá)到顯著水平，表明夜間增溫可有效抑制生育后期棉花葉片花青素的合成，延遲葉片變紅時間。品種間，新陸早13號葉片花青素含量顯著高于新陸早33號。

圖1 葉片花青素、葉綠素含量Fig.1 Anthocyanin and Chlorophyll contents of cotton leaves

夜間不同溫度處理棉花葉片葉綠素含量差異達(dá)顯著水平（圖1），各處理間表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，表明夜間增溫有利于維持棉花生育后期葉片較高的葉綠素含量。品種間，新陸早33號葉片葉綠素含量顯著高于新陸早13號。

2.2 夜間溫度對棉花葉片Pn的影響

由圖2可見，生育后期棉花葉片Pn隨夜間溫度的升高顯著增高，各處理表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，表明夜間增溫有利于維持棉花生育后期葉片較高的Pn。品種間，新陸早33號葉片Pn極顯著高于新陸早13號。

圖2 棉花葉片PnFig.2 Net photosynthesis of cotton leaves

2.3 夜間溫度對棉花葉片保護(hù)性酶活性的影響

由圖3可見，兩品種棉花葉片POD活性均隨夜間溫度的降低而顯著增高，說明棉花生長發(fā)育后期自然夜間溫度對棉花生長已形成低溫脅迫，棉花葉片活性氧脅迫增強(qiáng)從而導(dǎo)致葉片POD活性顯著增高。品種間，新陸早13號葉片POD活性顯著高于新陸早33號。

圖3 葉片過氧化物酶活性Fig.3 POD activity of redden leaves of cotton

植物體內(nèi)SOD活性的增強(qiáng)能提高植物抗氧化脅迫的能力［17］。當(dāng)植物受環(huán)境脅迫時，SOD活性增高。由圖4可見，CK處理棉花葉片SOD活性顯著高于增溫處理。品種間，新陸早13號葉片SOD活性比新陸早33號高29%。

圖4 葉片SOD活性Fig.4 SOD activity in reddened leaves of cotton

2.4 夜間溫度對棉花單鈴重的影響

花鈴期低溫會對棉花產(chǎn)量的形成產(chǎn)生制約作用［18］。由圖5可見，同一品種不同溫度處理棉花單鈴重差異均達(dá)顯著水平，收獲期兩品種各處理棉花單鈴重均依次表現(xiàn)為T2＞T1＞CK，且CK處理下棉花單鈴重在花后29d后均較低，可見在棉鈴形成過程中低溫抑制了棉鈴的發(fā)育。品種間，新陸早33號單鈴重顯著高于新陸早13號。

圖5 不同溫度處理下棉花單鈴重的動態(tài)變化特點(diǎn)Fig.5 The dynamic changes of single boll weight under different night temperatures

3 討論

棉花生長發(fā)育后期葉片變紅受多種因素的影響。前人研究指出后期降溫是導(dǎo)致北疆棉花葉片變紅早衰的原因之一［7］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，夜間增溫可緩解后期低溫脅迫，延緩葉片變紅早衰進(jìn)而提高單鈴重，說明棉花紅葉早衰受后期低溫的影響，與劉海洋等［7］的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著夜間溫度的降低，棉花葉片葉綠素含量顯著降低而花青素含量顯著增高，紅葉早衰程度加深，這與Edreva等［5］的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果說明棉花生育后期夜間低溫促使棉花葉片花青素的合成，在一定程度上加速了葉片變紅早衰的發(fā)生；而增溫處理降低了葉片花青素含量，維持葉片較高的葉綠素含量延遲了葉片變紅時間。當(dāng)作物生長受到環(huán)境脅迫時，葉片POD活性增強(qiáng)［19］，而棉花葉片變紅之后葉片POD活性也出現(xiàn)顯著增高的變化趨勢［5］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨夜間溫度的降低，葉片變化程度加深，葉片POD活性顯著增高。研究發(fā)現(xiàn)棉花在盛花前期受水分脅迫之后葉片SOD活性增強(qiáng)［20］，本研究發(fā)現(xiàn)棉花葉片SOD活性隨處理溫度的降低而增高，這可能是后期低溫對棉花葉片生長造成低溫脅迫而引起葉片產(chǎn)生大量的超氧自由基，導(dǎo)致葉片發(fā)生氧化傷害，進(jìn)而引起SOD活性增強(qiáng)，產(chǎn)生一種抗氧化自由基的應(yīng)激反應(yīng)。

棉花葉片變紅伴隨葉片Pn的顯著下降［6］。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨夜間溫度的降低，葉片花青素含量顯著增高，葉片變紅程度加深，葉片Pn顯著降低，棉花單鈴重顯著降低。由此可見，棉花生長發(fā)育后期低溫促使棉花葉片變紅，導(dǎo)致葉片光合功能減弱，促使葉片早衰進(jìn)而抑制了棉鈴的發(fā)育，導(dǎo)致棉鈴重降低。

4 結(jié)論

棉花生育后期夜溫增加有利于降低葉片花青素含量、POD和SOD活性，延緩棉花葉片變紅衰老；增加了葉片葉綠素含量，提高葉片光合功能，進(jìn)而提高棉花單鈴重，保證棉花穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)。不同品種棉花紅葉早衰的程度不同，新陸早33號抗紅葉早衰的能力強(qiáng)于新陸早13號。

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