彭世杰，周仲華，蔣 杰，梅正鼎，張志剛*

（1湖南農業(yè)大學農學院，長沙410128；2湖南省棉花科學研究所，常德415101）

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花鈴期增溫對棉花生理指標和產量性狀的影響

彭世杰1，周仲華1，蔣 杰2，梅正鼎2，張志剛2*

（1湖南農業(yè)大學農學院，長沙410128；2湖南省棉花科學研究所，常德415101）

摘 要：以湘雜棉7號為材料，研究了花鈴期增溫處理對棉花幾個生理生化指標、產量和品質的影響。結果表明：在不同種植密度下增溫處理棉花葉片的SOD、POD活性低于常溫處理，MDA含量高于常溫處理，并達到顯著差異水平；增溫處理下皮棉產量、鈴重、單株成鈴數(shù)及衣分顯著低于常溫處理。因此，高溫逆境對棉花生長有很大影響，最終表現(xiàn)為棉花產量大幅度降低。

關鍵詞：棉花；花鈴期；密度；溫度；生理指標；產量

隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，溫室效應不斷加強，全球氣溫不斷升高。在我國的長江流域棉區(qū)，每年7、8月份的極端高溫天氣對棉花的產量和品質都有著很大的影響。高溫逆境影響棉花的光合作用和呼吸作用等新陳代謝活動［1］，主要是因為在高溫條件下，細胞內產生的活性氧和保護酶系統(tǒng)以及抗氧化劑之間的動態(tài)平衡遭到破壞，導致活性氧有所積累，對細胞造成氧化傷害，進而影響棉花植株的正常生長發(fā)育［2］。前人研究表明，高溫逆境會影響小麥和水稻葉片的保護酶活性，還能使葉片的丙二醛（MDA）含量顯著增加［3，4］。本試驗旨在探究不同栽培密度情況下，高溫逆境處理對棉花生理指標和產量性狀的影響，進而為耐高溫棉花品種的選育和栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

湘雜棉7號。

1.2 試驗設計

試驗于2014年在湖南省棉花科學研究所茅灣試驗基地進行。營養(yǎng)缽育苗移栽，4月13日播種，5 月10日移栽。試驗采用兩因素隨機區(qū)組設計，其中密度設置2個水平，分別為24 000株／hm2（低密度）和45 000株／hm2（高密度）；溫度設置常溫和增溫2個水平；組合為A（高密度增溫）、B（高密度常溫）、C（低密度增溫）和D（低密度常溫）4個處理。每個處理重復3次。小區(qū)長12.5 m，寬2 m，面積25 m2。

高溫脅迫的處理方法參照文獻［5］。在棉花植株進入花鈴期以前，于7月14日在增溫小區(qū)上搭建增溫棚，增溫棚由竹竿和纖維繩制成，棚高1.5 m，棚頂面積略大于小區(qū)面積，棚頂以及四周覆蓋0.1 mm厚透明無色聚乙烯薄膜［6］，增溫棚兩端全部敞開，其他兩側保持地面到30 cm高處敞開，用來透氣通風。增溫處理從7月14日開始，一直持續(xù)到9月4日，全天候24 h進行，雨天揭開薄膜，保持棚內外濕度一致。

1.3 測定項目與方法

從7月14日開始，每隔10 d進行1次取樣和調查。每小區(qū)隨機選擇10株棉株的主莖倒數(shù)第3片葉，用于測定超氧化物歧化酶活性（SOD）、過氧化物酶活性（POD）和MDA含量。SOD采用氮藍四唑法、POD采用愈創(chuàng)木酚法、MDA采用硫代巴比妥酸法進行測定［7］。同時調查各處理棉株株高，每個小區(qū)調查15株，取平均值。

于9月12日每小區(qū)選擇10株調查各處理的果枝數(shù)和單株成鈴數(shù)。9月22日收集棉絮，每個小區(qū)隨機取20朵棉絮，曬干，壓花，計算衣分與小區(qū)產量。每個小區(qū)取10 g皮棉送至中國農業(yè)科學研究院棉花研究所進行纖維品質檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗所有數(shù)據(jù)采用Excel軟件和SPSS18.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 溫度差異及變化

采用溫濕度記錄儀分別測定當天0：00、3：00、 6：00、9：00、12：00、15：00、18：00和21：00的溫度，記錄儀懸掛在離地面30 cm處。由表1可知，增溫處理A、C的日均溫均要高于常溫處理B、D的日均溫，同時高密度處理A、B的日均溫分別略高于低密度處理C、D。8月3日為陰雨天氣，4個處理的日均溫都維持在24℃上下浮動。通過覆蓋薄膜棚，高溫天氣日均溫能增加2℃以上，陰雨天溫度差異范圍則不到0.5℃，達到了試驗設計所需的要求。

表1 各個處理的日均溫比較（℃）

2.2 不同處理對棉花葉片生理指標的影響

不同處理對棉花葉片生理指標的影響如表2所示。從7月14日到8月23日，各處理主莖葉SOD活性都呈現(xiàn)上升趨勢，從8月23日到9月2日SOD活性下降；同一時期，高密度處理A、B的SOD活性都要低于低密度處理C、D的活性，且差異顯著；從8 月24日到9月2日，同一種植密度下，增溫處理的SOD活性都要低于常溫處理，差異達到顯著水平。主莖葉POD活性的變化趨勢基本與SOD活性變化趨勢一致，從7月14日到8月23日，再到9月2日，呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，同樣，低密度處理C、D的活性普遍高于高密度處理A、B，除去7月24日，其他5個時期均差異顯著；同一密度下，增溫處理的POD活性均低于常溫處理，除去7月14日，其他5個時期都差異顯著。從7月14日到9月2日，棉花葉片MDA含量呈現(xiàn)增加趨勢，7月14日，4個處理間葉片MDA含量差異不顯著；7月24日，A、C兩個處理的葉片MDA含量大于B、D，且差異顯著；8月3、13、23日，C處理葉片MDA含量大于A、B、D3個處理，且差異顯著，A處理MDA含量大于B、D，且差異顯著；9月2日，4個處理葉片MDA含量分別為C＞A＞B＞D，處理間差異顯著。所以，高溫逆境是導致主莖葉片中MDA含量上升的主要因素，種植密度增大，也在一定程度上會使主莖葉片中MDA含量上升。

表2 各處理棉花葉片生理指標測定結果

2.3 不同處理對棉花株高的影響

各處理對棉花株高的影響如圖1所示。棉花植株株高由高到低是D＞C＞A＞B，4個處理間均差異顯著。從7月14日到9月2日7個時期中，A、B兩個處理的株高一直低于C、D，從7月4日到8月3日，A、C、D3個處理株高增長速度較快，從8月3日到8月23日左右，A、C、D3個處理株高增長速度比較慢，8月23日以后，這3個處理的株高基本停止增長，B處理株高增長速度比較緩慢，到9月2日左右，基本停止增長。由此可見，在棉花苗期和蕾期，密度越低、溫度越高，對植株生長的促進作用越明顯。低密度處理下棉花株高均高于高密度處理株高，所以密度是棉花株高的主要影響因素。但是在高密度情況下，溫度升高對棉花株高有促進作用，但在低密度情況下，溫度升高對株高有抑制作用。

圖1 不同處理下棉花株高變化趨勢

2.4 不同處理對棉花產量和纖維品質的影響

不同處理對棉花產量性狀的影響如表3。低密度處理C、D的果枝數(shù)要高于高密度處理A、B，且D處理與A、B兩個處理的差異顯著。單株成鈴數(shù)B處理最高，且與A、C、D3個處理差異顯著，C處理最低，與A、D兩個處理差異顯著。常溫處理B、D的鈴重高于增溫處理A、C，且低密度處理均高于高密度處理，4個處理差異都顯著。常溫處理B、D的衣分高于增溫處理A、C，D處理與A、C處理差異顯著。常溫處理B、D的棉花產量高于增溫處理A、C，B處理高于D處理，C處理高于A處理，4個處理差異均顯著。增溫處理下，高密度種植的產量只有常溫條件下的40.38%；低密度種植的產量只有常溫條件下的54.04%。由此可見，長時間的高溫逆境對棉花的產量有很大的影響。

表3 各處理的棉花產量性狀

不同處理對棉花纖維品質的影響如表4。兩個高密度A、B處理的棉纖維上半部平均長度要高于低密度處理C、D，但是4個處理間差異不顯著。B處理的整齊度指數(shù)要高于A、C、D3個處理，但差異不顯著。馬克隆值在4個處理間沒有明顯規(guī)律，但是高密度處理A要高于B，且差異顯著，低密度的D處理高于C，但差異不顯著。C處理的斷裂比強度小于D處理，且差異顯著。B處理伸長率最高，與A、C兩個處理差異顯著。

3 小結與討論

棉花從苗期到吐絮期，新陳代謝活動越來越旺盛，所以主莖葉片SOD、POD活性在花鈴期呈上升趨勢，后期出現(xiàn)下降有可能是因為受干旱影響。但是在增溫情況下，長時間處于高溫逆境，葉片的SOD和POD活性以及MDA含量受到很大影響，最終影響棉花的產量。SOD活性增加能提高植株的抗逆能力，為棉花穩(wěn)產高產打下基礎［8］。

密度和溫度都影響著棉花的生理特性與產量性狀。在高溫脅迫下，日最高溫度每升高1℃可能會導致皮棉產量減少110 kg／hm2［9］。本試驗通過花鈴期全天候增溫，兩種栽培密度下的單株成鈴數(shù)分別只有11.2個和5.4個，產量分別只有常溫處理下的40.38%和54.04%，表明湘雜棉7號并不是耐高溫材料，高溫逆境對其產量有著很大的影響。高產以及抗逆仍然是當前棉花育種的首要目標。密度、單株成鈴數(shù)、鈴重是決定棉花產量的重要指標［10］，將產量性狀合理組合，能為棉花高產提供有利基礎［11，12］。

綜上所述，長時間的高溫逆境不利于棉花的生長發(fā)育，具體表現(xiàn)為高溫逆境使棉花葉片SOD、POD活性降低，MDA含量上升，從而破壞細胞內活性氧和保護酶系統(tǒng)以及抗氧化劑之間的動態(tài)平衡，導致活性氧積累，對細胞造成氧化傷害，最終降低棉花的產量?？梢?，棉花的高溫耐性研究將是未來的一個重要研究方向。

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Effects of Cotton Physiology and Yield under Warming during the Flower and Boll Stage

PENG Shijie1，ZHOU Zhonghua2，JIANG Jie2，MEI Zhengdin2，ZHANG Zhigang2*
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Institute of Cotton Research of Hunan，Changde，Hunan 415101，China）

Abstract：The influences of increasing temperature on the yield，quality and physiological and biochemical indexes of ‘Xiangzamian 7’cotton was studied during the flower and boll stage.The results showed that the leaf SOD and POD activities of increasing temperature treatment is significantly lower than that of the normal temperature，and its MDA content is significantly higher than the normal temperature.The lint cotton yield，boll weight，boll per plant and fiber yield of increasing temperature treatments were significantly lower than that of normal temperature.Therefore，high temperature showed adversity influence the cotton growth and decreased the cotton yield greatly.

Keywords：cotton；flower and boll stage；density；temperature；physiological indexes；yield

基金項目：湖南省自然科學省市聯(lián)合基金（13JJ8008）。

作者簡介：彭世杰（1990-），男，碩士研究生，Email：494778331＠qq.com。*通信作者：張志剛，博士，研究員，Email：247256044＠qq.com。

收稿日期：2015- 10- 13

文章編號：1001-5280（2016）02-0123-04

DOI：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2016.02.05

中圖分類號：S562.01

文獻標識碼：A