李毅，劉愛玉

(1.湖南省棉花科學研究所，湖南 常德 415000；2.湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，湖南 長沙 410128)

中國耕地土壤普遍缺鉀，嚴重缺鉀的土壤(速效鉀含量<50 mg/kg)和一般性缺鉀的土壤(速效鉀含量50～70 mg/kg)面積約23萬hm2，占全國耕地面積的23%，南方嚴重缺鉀的土壤面積約為9.3萬hm2[1]。缺鉀不僅影響棉花產(chǎn)量，而且使棉纖維品質(zhì)下降[2–5]。不同棉花品種耐低鉀脅迫的能力及對鉀的吸收和利用效率有差異[6–8]，因此，棉花鉀高效基因型的篩選成為棉花種質(zhì)資源研究的熱點之一。對鉀高效棉花品種的篩選有苗期篩選和全生育期篩選。田曉莉等[8]、姜存?zhèn)}等[9]對苗期篩選的結(jié)果進行全生育期鑒定，結(jié)果表明，棉花品種全生育期鉀效率與苗期趨于一致，認為在苗期大規(guī)模篩選的基礎(chǔ)上，對初選結(jié)果進行大田全生育期鑒定可提高篩選效率。

棉花苗期鉀效率的鑒定主要采取水培和沙培(土培)育苗，多數(shù)在水培條件下進行[9–12]。但不同棉花品種對水培條件的適應性存在差異[13]，可能導致篩選結(jié)果因品種對水培條件的適應性不同而與田間實際鉀利用效率存在差異。

筆者選擇在湖南主產(chǎn)棉區(qū)有一定種植規(guī)模的6個棉花品種，比較水培育苗和沙培育苗2種方式對它們苗期鉀吸收和利用效率的差異，以期為篩選鉀高效棉花品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

湘農(nóng)大棉1號(A1)、金農(nóng)棉2號(A2)、湘豐棉三號(A3)、湘雜棉14號(A4)、湘雜棉15號(A5)、湘雜棉17號(A6)共6個雜交棉品種。

1.2 方 法

試驗于 2013年在湖南省棉花研究所科研基地進行。

1) 水培試驗。采用營養(yǎng)液漂浮育苗，營養(yǎng)液為H·C·阿夫多寧營養(yǎng)液，其中KCl溶液按試驗處理要求配制[11]。設(shè)施鉀(K1，KCl質(zhì)量濃度20 mg/L)和缺鉀(K0，KCl質(zhì)量濃度0 mg/L)2個處理。3次重復，每重復1盤。于3月29日播種，在棉花漂浮育苗盤中保溫、保濕催芽2～3 d，出芽后，3月31日轉(zhuǎn)入盛有營養(yǎng)液的池中繼續(xù)培養(yǎng)，第1周用1/4濃度營養(yǎng)液，第2周用1/2濃度營養(yǎng)液，以后用全濃度營養(yǎng)液。

2) 沙培試驗。河沙用自來水淋洗，在施N和P2O5均為0.1 g/kg的基礎(chǔ)上，設(shè)施鉀(K1，K2O 0.1 g/kg)和不施鉀(K0，0 g/kg)2個處理。3次重復。氮、磷、鉀肥肥源分別為尿素、過磷酸鈣和氯化鉀，所有肥料均一次性施入。3月30日播種，每小區(qū)10行，每行播8株。

均于播種后40 d取樣，每小區(qū)(盤)取10株，先用自來水沖洗，再用蒸餾水洗凈，考查幼苗株高、葉片數(shù)、干重、根長、根重、根體積；于105 ℃殺青30 min，在70 ℃下烘干，稱重。研磨過篩后采用火焰分光光度法測量幼苗各部位鉀含量，計算鉀積累量和鉀效率系數(shù)[14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel和DPS統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同育苗方式缺鉀對棉花苗期農(nóng)藝性狀的影響

2種育苗方式下，缺鉀對棉花株高、主根長影響較大，對葉片數(shù)的影響最小(表1)。沙培缺鉀棉苗株高為施鉀處理的 67.03%～86.11%，湘農(nóng)大棉 1號株高最低，且缺鉀處理與施鉀處理差異不顯著，其余5個品種缺鉀處理株高均顯著低于施鉀處理；而水培育苗雖各品種缺鉀處理株高均低于施鉀處理，但受影響程度較沙培育苗小，缺鉀棉苗株高為施鉀處理的89.97%～95.64%，僅湘雜棉15號缺鉀與施鉀處理差異達到顯著水平。缺鉀對棉苗主根長的影響，沙培育苗較水培育苗品種間差異更大。沙培育苗缺鉀，棉苗主根長為施鉀處理的 73.68%～96.61%，僅湘農(nóng)大棉1號、湘雜棉14號2個品種達到顯著水平；水培缺鉀，棉苗主根長為施鉀處理的75.68%～91.76%，所有品種缺鉀處理主根長均顯著低于施鉀處理，受影響最大的是湘雜棉17號。2種育苗方式缺鉀對湘雜棉15號主根長的影響最小。根體積受缺鉀影響較大的是金農(nóng)棉2號、湘雜棉17號，在2種育苗方式下，缺鉀處理根體積均顯著小于施鉀處理，湘雜棉14號、湘雜棉15號在沙培時達顯著水平，其余處理間的差異均無統(tǒng)計學意義。葉片數(shù)品種間差異達顯著水平，但同一品種在相同的育苗方式下，缺鉀和施鉀處理無顯著差異。

表1 不同處理棉花品種苗期的農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

2.2 育苗方式對棉苗干物質(zhì)生產(chǎn)和鉀效率系數(shù)的影響

所有參試品種在2種育苗方式下，缺鉀處理干重均顯著或極顯著低于施鉀處理。沙培育苗缺鉀對棉苗干重影響大于水培育苗，棉苗干重及其對缺鉀響應的品種間差異顯著(表2)。沙培育苗施鉀時品種間棉苗干重差異顯著，湘雜棉15號、湘雜棉14號均極顯著高于湘農(nóng)大棉1號，其他品種間的差異未達顯著水平；缺鉀處理棉苗干重品種間差異不顯著，說明所有品種在沙培育苗條件下棉苗干物質(zhì)生產(chǎn)受缺鉀影響嚴重。水培育苗棉苗干重缺鉀處理較施鉀處理品種間差異更為顯著，缺鉀處理湘雜棉15號極顯著高于其他品種，湘雜棉14號、湘雜棉17號亦極顯著高于金農(nóng)棉2號、湘農(nóng)大棉1號；施鉀處理湘雜棉15號除與湘雜棉17號的差異未達顯著水平外，極顯著高于其他品種?？梢?，若以棉苗干重為鉀效率的篩選指標，應該同時考慮育苗方式的影響。湘雜棉15號在2種育苗方式下缺鉀和施鉀干重均較高，除沙培育苗缺鉀情況下干重略低于金農(nóng)棉2號，未達顯著水平外，其余條件下干重在所有參試品種中均為最高，說明該品種苗期干物質(zhì)生產(chǎn)能力最大。湘農(nóng)大棉1號苗期干物質(zhì)生產(chǎn)能力最小，在2種育苗方式下，施鉀和缺鉀處理干重均為所有參試品種中最低。

干物質(zhì)在地下部與地上部間的分配(根冠比)對鉀和育苗方式的反應均表現(xiàn)出顯著差異(表2)。湘農(nóng)大棉1號、湘雜棉15號在2種育苗方式下，施鉀與缺鉀處理對根冠比無顯著影響，金農(nóng)棉2號在2種育苗方式下，施鉀處理的根冠比均極顯著高于缺鉀處理；其余3個品種在沙培條件下施鉀極顯著高于缺鉀處理，而在水培條件下無顯著差異。

表2 2種育苗方式下不同處理的棉苗干重及根冠比Table 2 Dry matter weights and root-top ratios of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

在沙培條件下，各品種的鉀效率系數(shù)為0.559～0.753，其中，湘農(nóng)大棉1號最高，顯著高于湘雜棉17號，極顯著高于湘雜棉15號、湘雜棉14號；水培條件下各品種的鉀效率系數(shù)為0.709～0.865，湘雜棉14號最高，顯著高于金農(nóng)棉2號，極顯著高于湘農(nóng)大棉1號(圖1)。不同育苗方式下，品種間鉀效率系數(shù)變化趨勢不一致，在沙培條件下，湘雜棉14和15號的鉀效率系數(shù)較小，湘農(nóng)大棉1號的鉀效率系數(shù)最大，與水培條件下的結(jié)果相反。可能是由于不同品種對水培育苗的適應性不同所致。

圖1 不同育苗方式棉花品種的鉀效率系數(shù)Fig. 1 Potassium efficiency of different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

可見，在2種育苗方式下，不同棉花品種的干物質(zhì)生產(chǎn)和分配對施鉀的反應表現(xiàn)出較大差異。沙培育苗時的鉀效率系數(shù)較水培育苗更小，說明缺鉀對干物質(zhì)生產(chǎn)的影響在沙培育苗條件下更大，可能是因為水培育苗采用的育苗基質(zhì)含有一定的養(yǎng)分，而沙培育苗所用的河沙經(jīng)過自來水淋洗，基本不含有養(yǎng)分。

2.3 育苗方式對不同棉花品種鉀吸收積累的影響

沙培育苗不同棉花品種施鉀處理的地上部、地下部鉀含量及全株鉀積累量分別為缺鉀處理的1.40～4.14、2.17～8.19、2.03～5.97倍，參試品種平均分別為2.20、3.17、3.52倍。水培育苗不同棉花品種施鉀處理的地上部、地下部鉀含量及全株鉀積累量分別為缺鉀處理的1.84～3.97、2.32～7.12、2.49～5.40倍，參試品種平均分別為2.64、4.37、3.35倍?？梢?，沙培育苗缺鉀對棉苗鉀含量和鉀積累量的影響品種間差異較水培育苗更大(表3)。

表3 2種育苗方式下不同處理的棉苗的鉀含量和積累量Table 3 Potassium content and accumulation for different cotton varieties under hydroponics and sand culturing

在相同的育苗方式和鉀水平下，鉀含量和單株鉀積累量品種間差異顯著。沙培育苗地上部鉀含量金農(nóng)棉2號在施鉀時為1.74%，顯著高于其他品種，為含量最低的品種湘雜棉14號的1.394倍，在缺鉀時為0.42%，僅略高于湘雜棉14號0.39%。沙培缺鉀處理，地上部鉀含量最高的品種湘農(nóng)大棉1號、湘雜棉15號分別為含量最低的品種湘雜棉14號的2.524、2.521倍。水培育苗，地上部鉀含量施鉀處理湘農(nóng)大棉1號最高，金農(nóng)棉2號最低；缺鉀處理湘雜棉14號、金農(nóng)棉2號顯著高于其他品種，分別為含量最低的湘農(nóng)大棉1號的1.761、1.756倍，其他品種間差異不顯著。湘雜棉14號在沙培育苗時鉀含量最低，而在水培育苗時含量較高，可能與品種對水培育苗的適應性有關(guān)。沙培育苗單株鉀積累量施鉀處理金農(nóng)棉2號最高，含量較高的湘雜棉17號、湘雜棉15號顯著高于湘雜棉14號、湘豐棉3號和湘農(nóng)大棉1號；缺鉀處理鉀積累量最高的湘雜棉15號為最低的湘雜棉14號的2.738倍。水培育苗單株鉀積累量僅最高的湘雜棉17號與最低的湘農(nóng)大棉1號間差異達顯著水平；缺鉀處理鉀積累量最高的品種湘雜棉14號顯著高于其他品種，為最低品種湘農(nóng)大棉1號的2.493倍。干重最高的湘雜棉15號鉀含量在施鉀時處于較低水平，而在缺鉀時處于較高水平，鉀積累量僅在沙培缺鉀時因干重遠大于其他品種而為最高，說明該品種不僅吸收鉀的能力較強，鉀利用效率也較高。

3 討 論

作物對營養(yǎng)元素的吸收利用效率在不同基因型間存在顯著差異，這為篩選和利用營養(yǎng)高效品種提供了基礎(chǔ)。姜存?zhèn)}等[11]根據(jù)鉀效率系數(shù)和施鉀增長潛力(適鉀干重–缺鉀干重)的差異，將棉花分為高效高潛、高效低潛、低效高潛和低效低潛4種類型基因型。根據(jù)全生育期生產(chǎn)和養(yǎng)分利用效率的篩選作物營養(yǎng)高效基因型較苗期篩選更為準確，但篩選規(guī)模和效率受到極大限制，尤其是棉花生育期長，進行全生育期篩選工作量大，受環(huán)境因素影響較難控制，篩選的效率低，因而通常在苗期篩選的基礎(chǔ)上，對典型材料進行大田鑒定[9,14]。營養(yǎng)液培養(yǎng)以其易于控制條件、可在室內(nèi)分期分批進行大量篩選而受青睞，但未考慮不同棉花品種對營養(yǎng)液培養(yǎng)條件的適應性，因而，篩選結(jié)果可能與大田生產(chǎn)條件有較大差異。本研究結(jié)果表明，在沙培育苗和水培育苗方式下，棉花品種鉀效率系數(shù)范圍差異較大，且品種間鉀效率系數(shù)大小順序出現(xiàn)較大變化，在水培條件下鉀效率系數(shù)最低的湘農(nóng)大棉1號在沙培時卻表現(xiàn)為最高，而在水培條件下鉀效率系數(shù)最高的湘雜棉14號在沙培條件卻最低，這充分說明育苗方式對營養(yǎng)效率篩選指標有較大影響。湘雜棉15號在2種育苗方式和鉀水平下，干物重均較高，而其地上部鉀含量較低，具有較強的耐低鉀能力和較高的鉀利用效率，說明棉花苗期篩選鉀高效品種時，干重較鉀效率系數(shù)更重要，同時要考慮不同棉花品種對育苗方式的適應性。本研究參試品種的鉀效率系數(shù)在2種育苗方式下分別為0.559～0.753和0.709～0.865，遠高于姜存?zhèn)}等[15]在營養(yǎng)液條件下83個棉花基因型的鉀效率系數(shù)變幅(0.08～0.28)，可能與篩選條件和培養(yǎng)時間有關(guān)。

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