鄭巨云,王俊鐸,龔照龍,梁亞軍,竇先運,艾先濤,郭江平,莫 明,李雪源

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆是我國最主要的棉花產(chǎn)區(qū)。2018年新疆全年種植面積為223.67×104hm2(3 355萬畝)，占全國66.7%；總產(chǎn)為511.1×104t，占全國83.8%左右。新疆棉花生產(chǎn)在我國和世界產(chǎn)業(yè)發(fā)展中具有舉足輕重的作用[1]。目前，兵團(tuán)機(jī)采棉種植面積采收機(jī)械化率已達(dá)到70%以上[2]，機(jī)械采收雖然棉花生產(chǎn)成本下降，但棉花產(chǎn)量質(zhì)量都有所下降，光合作用依舊是制約植物生長發(fā)育的最重要的生理過程,研究機(jī)采棉品種光合特性對提高機(jī)采棉產(chǎn)量及品質(zhì)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】不同葉型棉花其光合生理特性不同，其中雞腳棉對群體貢獻(xiàn)率最大的部分是中間部分，其次是下層，與其他常規(guī)葉品種不同[3]；棉花陰葉與陽葉因為具有不同的光截取，從而導(dǎo)致葉片光合作用差異較大[4]；張旺鋒等[5]則從種植密度方面研究表明：群體光合速率在盛鈴期以前隨密度增加明顯增強(qiáng),盛鈴期以后,低密度6×104株/hm2的群體光合速率仍為最低,高密度30×104株/hm2群體光合速率迅速下降,中密度18×104株/hm2則保持較高水平；也有研究者[6]從棉花冠層或呼吸效率入手了解其光合特性。【本研究切入點】目前對于新疆機(jī)采棉光合性狀與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性的研究相對較少，而兩者的相關(guān)性正是實現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重中之重[7]，還需深入研究。研究不同機(jī)采棉品種單葉、群體光合性狀與產(chǎn)量性狀的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用Li6400便攜式光合儀和先馳st-303二氧化碳分析儀 ，分別測定5份南疆機(jī)采棉品種(系)在花鈴期的群體光合速率、單葉光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度以及氣孔導(dǎo)度，研究其變化及其與單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、單鈴重、衣分等產(chǎn)量性狀的相關(guān)性，為新疆機(jī)采棉群體及單葉光合特性與產(chǎn)量性狀的關(guān)系作理論參考，篩選光合能力強(qiáng)的機(jī)采棉品種資源，為高光效育種提供種質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試品種:18N1號、中49CK(中棉所49號)、17N6號(源棉6號)、17N7號(源棉7號)、17N11號(源棉11號)。

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，機(jī)采棉模式種植，重復(fù)三次，寬窄行種植(10+66)cm，株距10 cm，小區(qū)面積8×2.3=18.4(m2)，種植于新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所農(nóng)一師16團(tuán)試驗田，采用膜下滴灌，常規(guī)栽培管理。

1.2 方 法

1.2.1 群體光合速率

于8月1日晴朗天氣下采用先馳st-303二氧化碳分析儀進(jìn)行測定，同化箱體積為0.504 m3(長 0.7 m，寬 0.8 m，高0.9 m)，同化膜:為透明聚脂薄膜,透光率為85%～ 90% ,同化箱罩住植物冠層并被密封后2 min內(nèi)不形成霧滴。每小區(qū)取點進(jìn)行測量，共測三重復(fù)，當(dāng)二氧化碳穩(wěn)定下降后開始計時，測定時間為60s。

作物群體表觀凈光合速率(CAP)計算可采用下式[8-10]計算CAP:

CAP=△C/10-6×V×360/△M×273/(273+T)×44/22.4×1 000/L.

式中,CAP為群體表觀凈光合速率;△C為作物群體凈光合時實際同化CO2濃度差(10-6);V為同化箱體積(m3);△M為測定時間(s);T為同化箱溫度(℃);L為測定群體所占的土地面積(m2)。

1.2.2 單葉光合速率

于8月3日12：00～14:00，采用Li-6400便攜式光合儀，分別測量各品種上葉(打頂后倒二葉)、中葉(整株中部葉片)、下葉(正二葉)各項指標(biāo)：凈光合速率(Pn)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)等；每個品種測量五株，共測三重復(fù)。可計算出參數(shù)水分利用效率(WUE)，由Pn/Tr計算得到。

1.2.3 產(chǎn)量性狀調(diào)查

在棉花吐絮期(9月26日)對單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、單鈴重、衣分等棉花產(chǎn)量性狀進(jìn)行測量，測量三重復(fù)，每個重復(fù)5株，測量并記錄數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對試驗所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，相關(guān)性分析等；數(shù)據(jù)處理應(yīng)用 SPSS19.0分析軟件和Excel 2010制圖結(jié)合完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種群體光合速率

研究表明,不同品種群體光合速率的日變化總體趨勢是，先上升再下降，然后會再稍作上升之后下降。12:00～14:00期間會達(dá)到1 d之中的最高，在14:00～16:00各品種的群體光合速率均會有所下降，這可能是因為棉花受光照強(qiáng)度等的影響而進(jìn)入午休狀態(tài)導(dǎo)致[11]，在16:00～18:00解除午休狀態(tài)后光合速率較14:00～16:00又會有所升高，之后隨著太陽光照強(qiáng)度的下降，光合速率也會隨之下降。5個品種中群體光合最高的時間集中在12:00～14:00點，其中17N11最高達(dá)到3.64 gCO2/(m2·h)，18N1次之，中棉所49號最低；在14:00～16:00時間段內(nèi)，各品種光合速率相差不超過±0.2；在16:00～18:00時間段內(nèi)各品種光合速率較14:00～16:00時間段均有所回升；在18:00～20:00時間段內(nèi)，隨著光照強(qiáng)度的下降，各品種光合速率均有所下降。圖1

圖1 不同品種群體光合速率變化
Fig. 1 Diurnal change of the canopy photosynthetic rate of 5 cotton varieties

2.2 單葉凈光合速率

2.2.1 凈光合速率Pn

研究表明,5個品種的凈光合速率Pn各不相同，17N11號整體光合速率最高，17N6號次之，18N號最低；5個品種的上葉、中葉、下葉光合速率均呈下降趨勢，上葉最高，下葉最低。就上葉而言，17N11號上葉光合速率最高，達(dá)到36.84 μmol/(m2·s)，17N6號次之，18N1號最低只有25.8 μmol/(m2·s)，中葉情況與上葉相同，各品種下葉光合速率間相差不超過±2.5。圖2

圖2 凈光合速率Pn
Fig. 2 Net photosyntheticrate of 5 cotton varieties

2.2.2 氣孔導(dǎo)度Gs

研究表明,5個品種的氣孔導(dǎo)度Gs各不相同，17N11號氣孔導(dǎo)度最大，17N6號次之，18N1號最低。上葉與中葉氣孔導(dǎo)度大于下葉的品種有17N11號和18N1號，17N6號、17N7號和中49CK三個品種上中下葉差距不大。上葉氣孔導(dǎo)度中，17N11號最高，17N7號次之；18N1號最低。中葉氣孔導(dǎo)度中最大的是17N11號，最低的是18N1號，其他3個品種相差不大；下葉情況與中葉情況大似一致。圖3

圖3 氣孔導(dǎo)度Gs
Fig. 3 Stomatal conductance of 5 cotton varieties

2.2.3 胞間二氧化碳濃度Ci

研究表明,不同品種的胞間二氧化碳濃度Ci存在一定差異，上、中、下葉胞間二氧化碳濃度Ci平均值最高的是17N1，其次為17N6，18N1號最低；各品種上、中、下葉二氧化碳濃度Ci大小基本一致即上葉>中葉>下葉；上葉胞間二氧化碳濃度Ci最高的是17N11號最高，17N6號次之，17N7號最低；中葉胞間二氧化碳濃度Ci最高的是17N11號最高，17N7號次之，中49最低；下葉胞間二氧化碳濃度Ci最高的是17N11號最高，17N6號次之，18N1最低。圖4

圖4 胞間二氧化碳濃度Ci
Fig. 4 IntercellularCO2concentration of 5 cotton varieties

2.2.4 蒸騰速率Tr

研究表明，整體蒸騰速率Tr最高的是17N11號，17N6號次之，18N1號最低；各品種上葉中葉蒸騰速率均略大于下葉，除17N11號差距略大外，其余差距都不大。中葉蒸騰速率大于上葉的有17N11號，上葉與中葉相同的是18N1號，上葉大于中葉的有17N6號、17N7號和中49CK。上葉蒸騰速率中17N11號最高，18N1號最低，中葉下葉情況與上葉情況相同。圖5

2.2.5 水分利用率WUE

研究表明，各品種水分利用率WUE情況相似，上中下葉呈下降趨勢，上葉水分利用率中18N1號最高，17N6號次之，中49CK最低；中葉水分利用率中17N6號最高，17N11號最低；下葉水分利用率最高的是18N1號，17N6號最低。圖6

圖5 蒸騰速率Tr
Fig. 5 Transpiration rate of 5 cotton varieties

圖6 水分利用率WUE
Fig. 6 Water use efficiency of 5 cotton varieties

2.2.6 上中下葉單葉光合性狀指標(biāo)差異性分析

研究表明，5份材料上葉、中葉、下葉的光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、蒸騰速率(Tr)、水利用速率(WUE)各項指標(biāo)的值都不同?？傮w看來除了水分利用率各品種間差異不明顯外，其他各項指標(biāo)都存在一些差異。各品種不同葉位的各項指標(biāo)，大都是上葉各項指標(biāo)和中葉各項指標(biāo)之間差距較小，且均大于下葉各項指標(biāo)之值。

各品種中葉與下葉凈光合速率Pn無顯著差異，僅上葉存在顯著性差異:17N11號與17N6號上葉凈光合速率顯著高于其他3個品種；

氣孔導(dǎo)度Gs方面：17N11號中葉上葉氣孔導(dǎo)度顯著高于18N1號，與其他3個品種無明顯差異，下葉中18N1號氣孔導(dǎo)度顯著低于其17N11號；

蒸騰速率Tr各品種上葉：17N11號顯著高于17N7號和18N1號，中葉則是17N11號顯著高于其他品種；

各品種在胞間二氧化碳濃度Ci和水分利用率WUE方面均無顯著性差異。表1

2.3 產(chǎn)量性狀指標(biāo)

研究表明，單株鈴數(shù)最多的17N6號達(dá)到7.23個，17N11號次之，18N1號最少6.4個；籽棉產(chǎn)量最大的是17N7號達(dá)到9 653.33 g，17N11號次之：9 270.00 g，相差不多，18N1號最低；皮棉產(chǎn)量與籽棉產(chǎn)量一致；單鈴重17N11號最大，17N6號次之，18N1號最低；衣分最高的是17N6號達(dá)到47.77%，17N11號次之，18N1號最低。表2

表2 5個品種產(chǎn)量性狀指標(biāo)
Table 2 Yield traits of 5cotton varieties

品種Variety單株鈴數(shù)Bollnumber(個)籽棉Seedcotton(g)皮棉Lintcotton(g)單鈴重Bollweight(g)衣分Lintpercentage(%)18N1號6.406300.002215.085.2135.1617N6號7.238630.004122.556.8147.7717N7號6.859653.334604.646.7642.84中49CK6.868053.333404.955.7942.2817N11號7.059270.003971.277.0847.70

2.4 相關(guān)性

研究表明,群體光合速率CAP與產(chǎn)量性狀均呈正相關(guān)，但都不顯著；單葉的光合特性中凈光合速率Pn、胞間二氧化碳濃度Ci、氣孔導(dǎo)度Gs、蒸騰速率Tr和產(chǎn)量性狀單株鈴數(shù)、籽棉、皮棉、鈴重、衣分等均呈正相關(guān)。單葉光合特性中水分利用率與產(chǎn)量性狀均呈負(fù)相關(guān)，其中下葉與產(chǎn)量性狀呈顯著負(fù)相關(guān)；中葉凈光合速率Pn與鈴重和籽棉產(chǎn)量呈顯著性相關(guān)；與單株鈴數(shù)呈顯著相關(guān)的性狀有：中葉氣孔導(dǎo)度Gs、中葉胞間CO2濃度Ci；與籽棉產(chǎn)量呈顯著相關(guān)的性狀有：中葉氣孔導(dǎo)度Gs、中葉胞間二氧化碳濃度Ci、下葉蒸騰速率Tr；皮棉產(chǎn)量的相關(guān)性與籽棉產(chǎn)量相關(guān)性一致；下葉胞間二氧化碳濃度Ci與鈴重呈極顯著相關(guān)，下葉蒸騰速率Tr與鈴重呈顯著相關(guān)；中葉氣孔導(dǎo)度Gs和中葉蒸騰速率Tr與衣分呈顯著性相關(guān)，總體看來，凈光合速率與氣孔導(dǎo)度與產(chǎn)量相關(guān)性緊密，中下部葉片與產(chǎn)量相關(guān)性更大。群體光合與單葉光合呈正相關(guān)，產(chǎn)量性狀中籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，衣分和鈴重都與皮棉產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。表3

3 討 論

群體光合日變化研究表明，CAP在一天中呈升高-降低-升高-降低的變化趨勢，在12:00～14:00、16:00～18:0升高，在會稍作下降，可能是由于中午光照強(qiáng)度大棉花進(jìn)入休眠導(dǎo)致，但張旺鋒、鄭有飛等[12-13]研究表明棉花群體光合沒有午休狀態(tài)，研究與其結(jié)果不盡相同，雖然研究中表示群體光合會出現(xiàn)雙高峰，但第二峰并不明顯，可能是由于當(dāng)時天氣發(fā)生變化導(dǎo)致，也可能是由于儀器誤差或者操作誤差導(dǎo)致。

不同品種Pn、Gs、Ci、Tr、WUE等性狀各有差異，除水分利用率WUE與產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)外，都與產(chǎn)量性狀均呈正相關(guān)，中下部葉片與產(chǎn)量的相關(guān)性更大，唐錢虎等[3]的研究結(jié)果也表示中下部葉片與產(chǎn)量相關(guān)性更大，研究與之結(jié)果相同；唐錢虎等[3]的研究結(jié)果表明群體光合與單葉光合呈正相關(guān)，單葉光合影響著群體光合，研究與此結(jié)果基本相同。

不同部位葉片與產(chǎn)量性狀的相關(guān)性不同，中葉氣孔導(dǎo)度Gs和中葉蒸騰速率Tr與衣分呈顯著性相關(guān)，不同品種中葉、下葉單葉光合特性中的光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間二氧化碳濃度等與產(chǎn)量具有顯著性相關(guān)，總體看來，雖然各項光合指標(biāo)值均是上葉大于中下葉，但中下部葉片與產(chǎn)量相關(guān)性更大。這與唐錢虎等[3]的研究結(jié)果相似。

4 結(jié) 論

群體光合與單葉光合呈正相關(guān)，群體光合較單葉光合與產(chǎn)量相關(guān)性更大；單葉光合性狀指標(biāo)中，不同葉位情況不同，但中下葉與產(chǎn)量相關(guān)性更大；各項指標(biāo)中凈光合速率與氣孔導(dǎo)度與產(chǎn)量相關(guān)性更緊密；17N11號群體光合速率最高達(dá)到3.64 gCO2/(m2·h)，單葉光合速率中17N11號最高達(dá)到36.8 μmol/(m2·s)，17N6號次之，達(dá)到34.5 μmol/(m2·s)；17N11號與17N6號雖然產(chǎn)量不是最高，但其光合性能指標(biāo)更加合理，產(chǎn)量也相對較高，可作為高光效高產(chǎn)機(jī)采棉品種。