棉花营养液漂浮育苗条件下棉幼苗根系生长动态

陈　佳，吴　珣，陈金湘，刘海荷



棉花营养液漂浮育苗条件下棉幼苗根系生长动态

陈佳，吴珣，陈金湘*，刘海荷

(湖南农业大学农学院，长沙 410128)

以金农棉1号F1为材料，在营养液漂浮育苗条件下，研究了不同播种深度(1，2，3，4 cm)棉苗根系的生长动态。结果表明：种子破胸播种后16 h主根开始伸长，24 h后伸长可达3～5 mm，第3天后主根上有一级侧根原基突起，第4天突起明显，部分突起伸长，出现3～5条一级侧根，第9天在一级侧根上长出二级侧根；不同播种深度之间根系生长有一定的差异，以播种深度为1，2 cm的处理根系生长较好，主根长度和一级侧根数均呈S型曲线增长；播种深度为3，4 cm的处理，根系生长发育不正常，特别是播种深度为4 cm的处理，播种后21d根系全部腐烂，棉苗死亡。

棉花；漂浮育苗；根系；生长动态

棉花是直根系深根作物，棉花根系在土壤中的时空分布直接影响其对水分、养分的吸收，量化其时间、空间上的动态关系对提高施肥和灌水的准确性和产量品质有着重要意义[1,2]。棉花根系的形成与萌发后最初几天的发根状况有密切相关，主根粗壮，一级侧根发生迅速是培育壮苗的基础。有研究[3,4]表明，生长在土壤中的棉花根系，与土壤紧密接触，取样时易断易碎，特别是在幼苗生长的最初几天内，往往由于根量少，且细小和幼嫩，很难获得精准的量化研究结果。棉花营养液漂浮育苗法是由湖南农业大学陈金湘等[5]创建的一种全新的育苗方法，是以硬塑多孔穴盘为育苗载体，穴中填充草炭和膨化珍珠岩等物质混配而成的育苗基质，以营养液为漂浮苗床培育棉苗的一种方法。棉子萌发后根系在育苗基质和营养液中生长，根系生长发育状况与棉苗素质有密切的关系，笔者研究了营养液漂浮育苗条件下不同播种深度棉花根系在播种后不同日期的生长特点和动态，旨在为培养根系发达的健壮棉苗提供科学依据和技术参考。

1 材料与方法

1.1　材料

供试品种为金农棉1号F1，由湖南农业大学棉花研究所提供。棉花漂浮育苗基质、育苗专用苗肥均由湖南农业大学研制，湖南水木生物有限公司生产和提供。育苗托盘为聚乙烯泡沫盘，长68 cm，宽34 cm，高6 cm，每个托盘200穴，每穴容积25 mL，由湖南水木生物有限公司提供。

1.2　试验设计

2010年4月12日至5月20日在湖南农业大学棉花所实验室进行了3批次重复试验。按陈金湘等[5~10]提出的漂浮育苗操作规程育苗，用塑料盆作育苗池，按照漂浮育苗营养液的肥水比1∶300 配制营养液。试验设4个播种深度处理，分别为1.0，2.0，3.0，4.0 cm(离育苗穴盘表面的距离)，每个处理播种200粒脱绒后的精选棉籽，每处理播2盘。采用催芽播种，每穴播1粒破胸(即胚根刚露出种壳)种子横在孔穴正中，上覆盖吸水基质，覆盖厚度与托盘平齐。然后将育苗托盘放入人工气候箱进行培养，托盘表面盖上薄膜，防止基质表层失水[11~13]。整个育苗试验在人工气候室内进行，人工气候箱内育苗温度为28±0.5℃，湿度在75%左右，光照时间为13 h。

1.3　测定项目与方法

用游标卡尺测量主根长度；用双目解剖镜观测侧根数；根体积采用排水法和根系扫描仪测定；根表面积采用WinRHIZO根系分析系统进行扫描测定。

1.4　数据处理

观测数据采用DPS软件进行统计分析。

2　结果与分析

2.1　营养液漂浮育苗条件下棉苗主根生长动态

漂浮育苗试验观测结果表明，种子破胸后播种，播种后8 h根系萌动，16 h后主根开始伸长，24 h后伸长可达3～5 mm，并且主根生长与播种深度有密切的关系。从图1可知，播种深度为1，2 cm的处理，到第3天，主根长度超过2 cm，接着迅速生长，第4天测定时，主根长度超过7 cm，到第9天，主根长度达10～12 cm，与播种深度为3，4 cm的处理相比差异明显。而播种过深的处理(3～4 cm)，种子播放接近托盘底部主根伸长后很快进入到营养液内，处于低氧或无氧环境中，因而生长受到明显的影响。播种9 d后，播种深度为3、4 cm的处理主根长度分别只有播种深度1 cm处理的49.5%和35.0%。根尖变黄，到第18 d后明显腐烂坏死，其中播种深度4 cm的处理，主根在播种后第21 d几乎全部腐烂。

图1　棉苗主根生长动态

2.2　营养液漂浮育苗条件下棉苗侧根发生动态

营养液漂浮育苗萌发棉子播种后第3 天在主根根尖3～5 cm处有侧根原基突起，第4 天突起显著增多，其中部分突起伸长形成明显可见的侧根，且不同播种深度间侧根数差异不显著。播种后第5天，播种深度为1，2 cm的处理棉苗一级侧根数量均明显多于播种深度3，4 cm的处理，随后两者之间的差异更为显著。图2表明，播种6 d后，一级侧根发生减慢，且各处理有相同的趋势，至第8天播种深度为1，2 cm的处理一级侧根数达最大值，播种深度为4 cm的处理在第7天达最大值，随后出现小幅度减少。说明由于播种过深使棉苗侧根发根部位处于高含水量的基质中氧气含量也少，影响侧根的发生，且部分侧根死亡，造成侧根数减少。观察结果还表明，播种后第9天播种深度为1，2 cm的处理一级侧根上出现二级侧根。

图2　棉苗一级侧根发生动态

2.3　营养液漂浮育苗条件下棉苗根系干重增长动态

棉花播种后，第3天各处理出苗率均在85%以上，随着子叶的平展根系干物质生产增加，播种后第6天增长幅度变小，甚至略为下降，到第9天出现一个低谷，随后干物重增长速度增快。各播种深度间有差异，其中播种深度为1 cm的根干重增长最为迅速。到播种后的21 d，处理1，2，3根干物重分别是播种后第3天的4.2倍、3倍和2.2倍，差异极显著(p＜0.01)，而处理4的根系已完全腐烂。

图3　棉苗根干重增长动态(g)

2.4　营养液漂浮育苗条件下地上部干重增长动态

图4　棉苗茎、叶干重增长动态

2.5　营养液漂浮育苗条件下棉苗根表面积增长动态

随着播种后天数的增加，棉苗根表面积发生较大的变化，且不同播种深度处理间差异显著。从图5可见，播种深度为1，2 cm的处理，根系表面积增长可分为迅速生长、平稳增长两个阶段，播种后第3天至第6天为迅速增长阶段，第6天到第21天处于平稳增长阶段。而播种深度为3和4 cm的处理则呈现出先增后减少的二次曲线。

图5　棉苗根表面积增长动态

3　结论与讨论

(1) 在淹水、低氧逆境条件下，根系因供氧不足而被迫转入厌氧呼吸，一方面，由于厌氧呼吸释放能量减少导致根系活力下降，另一方面，根际缺氧必然导致根系有毒呼吸底物的积累，导致根系中毒，最终导致根系吸收功能降低。因此，在淹水、低氧的环境中，根系缺氧，影响正常生理代谢活动，而器官的生长发育受抑，主要表现在根毛减少，主根逐渐发黑，主根伸长速度减慢等[8~10]。营养液漂浮育苗棉苗的根系分为两部分：一部分根系生长在营养液中，处于少氧或无氧的环境中，这部分根系称之为“水生根”，另一部分生长在基质中的根系称之为“旱生根”。观察结果表明，旱生根系生长于基质中，被压缩成弹簧状，适宜于旱生环境生长，而水生根系生长于营养液中，根系白嫩，根尖较肥大，柔软富有弹性，发根力强，分枝数量多，从而有利于在水生环境中生长。营养液漂浮育苗棉苗能够适应于营养液水培的生长环境，可能与这两种类型的根系分工有关，生长于基质中的旱生根系可能是棉苗进行有氧呼吸的主要场所[11~13]，而生长于营养液中的水生根系可能是进行水分和养分吸收的场所。但对于水生根系是如何获得生长发育所需的氧气，维持正常的生理代谢，还需作进一步的研究。同时，还需通过研究棉苗水生根系与旱生根系的生理代谢特点，进而揭示营养液漂浮育苗棉苗根系的生理适应机理。

(2) 棉花营养液漂浮育苗是在一种特殊生态条件下进行的，通过泡沫托盘和育苗专业基质，在营养液中漂浮培育棉苗，使棉苗形成旱生根和水生根，以适应半水生的生态环境。在育苗过程中，播种深度确定了旱生根和水生根的比例，进而直接影响根系生长发育状况。播种浅的处理可形成较多的发育良好的旱生根，因而奠定了根系发育的基础，其主根长度、一次侧根数和根系干重等均强于播种较深的处理。

(3) 育苗托盘漂浮在营养液苗床内，不同层面的基质含水量和含氧量有差异，随着深度的增加，基质中的含水量不断增加，含氧量逐渐减少。播种过深的处理，覆盖基质过厚，种子所在基质层面水分充足而氧气含量相对较少，在托盘中种子发根位置低，主根在基质中生长时间过短，生出后即进入营养液中，缺乏从富氧到缺氧的生长过度，因而主根在缺氧或少氧环境中的生长和侧根的发生受到严重影响，甚至难以形成维持生命的根系，导致烂种死苗或棉苗生长势偏弱。适宜的播种深度有利于使棉苗的发根部分处于最佳的生长环境中，使棉苗的发根位置处于良好的持水性和透气性的基质层面，有利根系发育，培育健壮棉苗。

(4) 本试验研究结果表明，主根长度、一级侧根数呈S型曲线增长，地上部干物质重呈逻辑斯蒂曲线增长，说明营养液漂浮育苗棉苗生长到21 d后，进一步的生长发育也许受托盘孔穴大小和生长空间的制约，增长进入缓慢阶段，这时棉苗已具有3叶1心，是适宜的移栽苗龄。

[1] 李永生，冯利平，郭美丽，等．棉花根系的生长特性及其与栽培措施和产量关系的研究I．棉花根系的生长和生理活性与地上部分的关系[J]．棉花学报，1992，4(1)：49-56．

[2] 李少昆，王崇桃，汪朝阳，等．北疆高产棉花根系构型与动态建成的研究[J]．棉花学报，2000，12(2)：67-72．

[3] Waisel Y, Eshel A, Kafkafi U．Plant roots： The hidden half (3rd edn) [M]．New York： Marcel Dekker Inc, 2002．15-32．

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[5] 陈金湘，李瑞莲，刘爱玉，等．棉花水培漂浮育苗方法[P]．中国： ZL20051003883．3，2008．

[6] 陈金湘，刘海荷，李瑞莲，等．棉花水体苗床漂浮育苗的苗床专用肥配方[P]．中国：ZL200610032532．9，2008．

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[8] 陈金湘，刘海荷，熊格生．棉花水浮育苗技术(上) [J]．湖南农业，2007，(3)：14．

[9] 陈金湘，刘海荷，熊格生．棉花水浮育苗技术(下) [J]．湖南农业，2007，(4)：13．

[10] 贺云新，陈金湘，张志刚．棉花水浮育苗种子处理、播种日期与播种技术的研究[J]．湖南农业科学，2007，(3)：70-71．

[11] 唐海明，陈金湘，熊格生，等．棉花漂浮育苗技术的优势及注意事项[J]．中国棉花，2008，(3)：25．

[12] 唐海明．营养液漂浮育苗棉苗根系形态建成及适应机理研究[J]．湖南农业大学学报：自然科学版，2008，34(1)：24-25．

[13] 周红梅，陈金湘．棉花漂浮育苗播种方法对成苗及棉苗素质的影响[J]．作物研究，2008，22(1)：39-41．

[14] 吴碧波，陈金湘，彭克勤，等．不同漂浮方式育苗对棉苗素质及成苗的影响[J]．作物研究，2009，23(2)：120-122．

责任编辑：刘目前

Root Growth Dynamic of Cotton Seedling by Floating Nursing Seeding in Nutrient Water-bed in the Field

CHEN Jia, WU Xun, CHEN Jin-xiang*, LIU Hai-he

(College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)

(the root growth dynamic of cotton seedling by Floating Nursing Seeding in NutrientWater-bed were conducted in artificial climate chamber from 2010 to 2011.) F1hybrid of Jinnongmian 1 were used as experimental variety and four different sowing depth including 1cm，2cm，3cm，4cm were set in this study. The result indicates that the taproot elongated around 16 hours after sowing and its length got to from 3cm to 5cm after 24 hours. The root primordium can not observed outside of the cambial layer of the taproot at 2 DAS (days after sowing).However, it is apparent on 3 DAS, some of them extended and 3 to 5 first lateral roots were formed,moreover, the secondary lateral root were formed on 9 DAS. This study also showed that the sowing depth had a significant influence on the growth of cotton root system. The root system developed very well with 1cm and 2 cm sowing depth and both taproot length and first lateral roots amount increased according to S-curve growth model. While the root system with 3 cm and 4 cm sowing depth developed abnormally, especially these roots with 4 cm sowing depth rotted and the seedling died on 21 DAS.

Cotton; Floating nursing; Root; Growth dynamic

S562.04

A

1001-5280(2011)06-0550-04

10.3969/j.issn.1001-5280.2011.06.04

2011-04-25

陈佳(1988—)，女，湖南益阳人，硕士研究生，Email：Chenjia19880325a@163.com。

，Email：jinxiang@163.com。

国家自然科学基金项目(30871493)。