顶端调控对棉花根系活力和养分吸收的影响

白灯莎·买买提艾力，刘盛林，孙良斌，张少民，冯固

(1. 新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.山东省农科科学院农业资源与环境研究所/农业部山东耕地保育科学观测试验站/山东省植物营养与肥料重点实验室，济南 250010)



顶端调控对棉花根系活力和养分吸收的影响

白灯莎·买买提艾力1，刘盛林2,3，孙良斌1，张少民1，冯固2

(1. 新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；2.中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；3.山东省农科科学院农业资源与环境研究所/农业部山东耕地保育科学观测试验站/山东省植物营养与肥料重点实验室，济南 250010)

【目的】揭示新疆棉花栽培中打顶和顶端调控措施与棉花根系活力和养分吸收之间的关系。【方法】大田条件下，研究2个施磷水平在打顶和打顶后，涂抹萘乙酸对棉花根系活力和养分吸收的影响。【结果】在不施磷条件下，打顶第4 d打顶处理增加了根系活力和叶片中N、P、K养分的浓度，而到第9 d根系活力和叶片中N、P、K的浓度降低。施磷时无论打顶第4 d还是打顶第9 d打顶和打顶后涂抹萘乙酸都可增加棉花根系活力和叶片中N、P、K的浓度。施磷时无论是打顶还是打顶后涂抹萘乙酸都可增加棉花单株铃数、单铃重和单株籽棉产量。打顶时施磷比不施磷棉花单株铃数、单铃重、单株籽棉产量分别增加43.2%、26.0%、80.6%；打顶后涂抹萘乙酸分别增加46.0%、3.1%、50.5%。【结论】在施磷肥条件下，无论是打顶还是打顶后涂抹萘乙酸都可增加棉花根系活力，促进对养分的吸收，增加棉花产量。

棉花；打顶；涂抹NAA；根系活力；养分吸收

0 引 言

【研究意义】棉花是新疆国民经济的主导产业，棉花产值占全部种植业产值的65%～70%，农民收入中35%来自于棉花收入[1]。棉花是无限生长作物，具有顶端优势，适时打顶可以协调营养生长和生殖生长的关系，减少无效花蕾，增加单铃重[2]。适时打顶也是新疆棉花高产栽培的关键技术之一。【前人研究进展】植株去除顶端后，生殖器官生长加快，不同器官对营养物质产生竞争，叶片含氮量和光合同化能力下降[2]。外源激素对植物根系的生长和养分吸收具有促进作用[3、4]。研究发现棉花去除顶端后，促进植物成熟和衰老的激素有增加的趋势，而保持植物生长的激素有下降的趋势[5]，前期的研究也证实了这一点[6]。海岛棉打顶后生长素迅速减少，营养运输、光能利用率受影响[7]。【本研究切入点】打顶去除棉花的顶端优势，破坏植物体内激素平衡，使光合产物在棉株不同器官重新分配，这一过程对棉花根系活力有影响[8]，但对养分吸收的影响尚不清楚。研究顶端调控对棉花根系活力和养分吸收的影响。【拟解决的关键问题】针对以上问题在大田条件下研究不同施磷水平下，打顶、打顶后涂抹萘乙酸对棉花根系活力和养分吸收的影响，为生产中如何提高棉花中后期根系活力，延缓早衰、增加产量提供一条新的技术途径。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验在新疆农业科学院经济作物研究所玛纳斯种子繁育基地进行，试验地土壤基础农化性状为：有机质含量7.01 g/kg、碱解氮27.8 mg/kg、速效磷8.7 mg/kg、速效钾233 mg/kg、pH 7.94，总盐5.4 g/kg。供试棉花品种为新陆早18号，试验地前茬为棉花。

1.2 方 法

试验设2个施磷肥水平，即：(1)CK(不施磷肥)(简称不施磷肥)；(2)传统施肥方式(基施磷酸二胺375 kg/hm2)(简称施磷肥)；2种打顶方式，即：(1)打顶(常规措施)；(2)打顶后涂抹萘乙酸(打顶之后在茎顶切口处涂抹含30 mmol/L萘乙酸(NAA)的羊毛脂1 g左右，简称打+NAA)。每处理重复3次。所用萘乙酸化学名称为1-萘乙酸(a-Naphthylacetic asid，NAA)，北京市海淀区微生物培养制品厂生产。打顶后涂抹萘乙酸处理是将萘乙酸配成试验所需的浓度与羊毛脂混合后，在棉株茎顶切口处涂抹。涂抹方法：打顶后立即将羊毛脂+萘乙酸涂抹在棉株茎顶切口处，然后用锡纸把主茎顶端套严。使用羊毛脂的目的是为了防止萘乙酸涂抹在主茎顶端切口处后干和挥发，使萘乙酸缓慢释放。试验于2014年7月12日打顶，试验小区面积46 m2。

土壤样品测定[9]：碱解氮含量用凯氏定氮法；有效磷用0.5 mol/L NaHCO3浸提，钼锑抗比色法；速效钾用1 mol/L醋酸铵浸提，火焰光度法测量；有机质用K2CrO4容量法；pH值用PSH-3C型酸度计测定，水土比5∶1；水溶性总盐用重量法测定，水土比5∶1。

植物样品测定[9]：植物样品全氮含量用凯氏定氮法测定，全磷含量用钼锑抗比色法测定，全钾含量用火焰光度法测定。

根系活力用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定[10]。

1.3 数据统计

对每点试验数据进行加权平均，SAS应用软件ANOVA过程进行方差分析，采用LSD法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 打顶、打顶后涂抹萘乙酸对棉花根系活力的影响

根系活力是指根系的吸收、合成、氧化和还原能力等，是一种客观反映根系生命活动的生理指标[11]。研究表明，打顶第4 d，在不施磷肥条件下，打顶与打顶后涂抹萘乙酸相比较棉花根系活力增加；在施磷肥条件下，打顶和打顶后涂抹萘乙酸根系活力增加。无论施磷肥还是不施磷肥打顶和打顶后涂抹萘乙酸之间差异达到显著水平。打顶第9 d，2个施磷肥水平下打顶后涂抹萘乙酸根系活力比打顶处理高，差异达到极显著水平。从不同时间同一处理来看，打顶第9 d，2个施磷肥水平根系活力远远低于第4 d。结果表明，随着打顶时间的增加，棉花根系活力降低，而打顶后涂抹萘乙酸可增加棉花根系活力。图1

图1 不同打顶处理棉花根系活力变化Fig. 1 Effect of decapitation on cotton root activity

2.2 打顶、打顶后涂抹萘乙酸对棉花N、P、K养分吸收利用的影响

2.2.1 对棉花N养分吸收利用的影响

研究表明，从打顶第4 d来看，在不施磷肥的情况下打顶与打顶后涂抹萘乙酸的处理相比较棉花叶片中的氮浓度增加；在施磷肥的情况下打顶后涂抹萘乙酸处理的叶片中氮浓度高于打顶，但差异不显著。从打顶第9 d来看，无论是否施磷肥打顶后涂抹萘乙酸处理的叶片中氮浓度高于打顶，差异显著。从同一处理不同取样时间来看，打顶第9 d叶片中氮浓度远远高于打顶第4 d。在施磷肥情况下打顶后涂抹萘乙酸可促进棉花对氮素的吸收。图2

图2 不同打顶处理棉花N养分吸收利用变化Fig. 2 Effect of decapitation on N uptake of cotton

2.2.2 对棉花P养分吸收利用的影响

研究表明，从打顶第4 d来看，在不施磷肥条件下，打顶比打顶后涂抹萘乙酸处理叶片磷浓度高，而在施磷肥时叶片磷浓度低于打顶后涂抹萘乙酸，差异不显著。从打顶第9 d来看，无论是否施磷肥打顶后涂抹萘乙酸叶片磷浓度远远高于打顶处理，差异达到极显著水平。从同一处理不同取样时间来看，无论是否施磷肥，打顶第4和第9 d打顶处理叶片磷浓度基本一致，而施磷肥时打顶后涂抹萘乙酸打顶第9 d远远高于第4 d。图3

2.2.3 对棉花K养分吸收利用的影响

研究表明，从打顶第4 d来看，不施磷肥处理打顶后叶片中钾的浓度高于打顶后涂抹萘乙酸处理，而施磷肥后两处理基本一致。从打顶第9 d来看，无论是否施磷肥打顶后涂抹萘乙酸叶片中钾的浓度远远高于打顶。从同一处理不同取样时间来看，无论是否施磷肥打顶第4和第9 d打顶处理叶片中钾的浓度基本一致，而打顶后涂抹萘乙酸处理第9 d高于第4 d。图4

2.3 打顶、打顶后涂抹萘乙酸对棉花单株产量的影响

研究表明，无论是否施磷肥打顶后涂抹萘乙酸都可以增加棉花单株铃数、单铃重和单株产量，差异都达到显著水平。从单株产量来看，不施磷肥时打顶后涂抹萘乙酸比打顶处理增加90.4%；施磷肥时增加58.7%。从同一打顶处理不同施磷肥水平来看，棉花单株产量无论是打顶还是打顶后涂抹萘乙酸施磷肥处理比不施磷肥处理高，打顶处理施磷肥比不施磷肥单株籽棉产量增加80.6%，打顶后涂抹萘乙酸增加50.5%。表1

图3 不同打顶处理对棉花P养分吸收利用变化Fig. 3 Effect of decapitation on P uptake of cotton

图4 不同打顶处理对棉花K养分吸收利用变化Fig. 4 Effect of decapitation on K uptake of cotton

处理Treatment单株铃数Bollnumbersperplant单铃重Bollweight(g)单株产量Seedcottonyield(g/plant)不施磷肥Nonphosphate打顶37aA365bB1350bB打顶+N+NAA50aA514aA2570aA施磷肥Phosphatefertilizer打顶53bA460bB2438bB打顶+N+NAA73aA530aA3869aA

注：不同小写字母表示差异达5%显著水平，不同大写字母表示差异达1%显著水平

Note: Diferent small letters following the averages mean singnificantly at 5% level. The capital letters following the averages mean significantly at 1% level.

3 讨 论

顶端是植物体中生长素合成的主要部位。由于打顶去除了生长素的主要合成部位，破坏了植物体内的激素平衡，使植物体内的生长素含量降低。许多研究证明，植物顶端产生的生长素向下极性运输所造成的浓度梯度决定矿质元素和同化物质在体内的运输及其分布[12-13]。根系作为植物重要的吸收器官和代谢器官, 是作物养分、水分获取的最关键影响因素[14-15]，根系的生长发育直接影响植物地上部的生长和产量的高低。试验结果表明，无论是否施磷肥，随着打顶时间的延长打顶和打顶后NAA处理根系活力降低。当不施磷肥时随着打顶时间的延长打顶处理叶片中N、P、K浓度变化不大，而打顶后NAA处理呈增加趋势；当施磷肥时随着打顶时间的延长打顶和打顶后NAA处理叶片中N、P、K浓度增加。施磷肥时无论是打顶还是打顶后涂抹NAA都可增加棉花单株铃数、单铃重和籽棉产量。由于打顶和打顶后涂抹萘乙酸增加了根系吸收面积和根系活力[16]，使根系对土壤中氮、磷、钾养分的吸收能力增加。打顶后涂抹萘乙酸处理一定程度替代了茎尖的作用，改变了体内光合产物和矿质养分的分配方向。以上结果说明，植物激素与矿质元素在植物体内的分布、吸收、运输之间存在着密切的关系[17]。打顶和植物激素在调控物质分配方面起着重要的作用。

4 结 论

4.1 随着打顶时间的增加，棉花根系活力降低，而打顶后涂抹萘乙酸可增加棉花根系活力。

4.2 在施磷肥条件下无论是打顶还是打顶后涂抹萘乙酸都可增加棉花根系活力，促进根系对氮、磷、钾养分的吸收。

4.3 打顶、打顶后涂抹萘乙酸可增加棉花单株现铃、单铃重，从而增加棉花产量。

4.4 根系活力直接影响棉花产量的高低。

4.5 棉花打顶后涂抹萘乙酸使打顶后棉株有一个生长素提供者，避免了因不打顶生长素在顶端高水平存在，保持了植物体内激素平衡关系，使棉株具有较强的顶端生长优势，增强了根系活力和吸收养分的能力，加快棉铃的发育，提高成铃率。

4.6 在合理施肥下打顶后结合涂抹萘乙酸是一种提高棉花产量的有效途径。

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Fund project:Supported by Science and technology support program of Xinjiang Uygur Autonomous Region (201431104)

Effects of Smearing NAA or not after Decapitation on Cotton Root Activity and Nutrition Uptake

Baidengsha Maimaitiaili1, LIU Sheng-Lin2,3, SUN Liang-bin1, ZHANG Shao-min1, FENG Gu2

(1. Research Institute of Nuclear and Biotechnologies, Xinjiang Academy of Agricultural Sciences /KeyLaboratoryofCropEcophysiologyandFarmingSysteminDesertOasisRegion,MinistryofAgriculture,P.R.China，Urumqi830091,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China; 3.ResearchInstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,ShandongAcademyofAgriculturalSciences/ScientificObservingandExperimentalStationofArableLandConservation(Shandong),MinistryofAgriculture/ShandongProvincialKeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,Jinan250010,China.)

【Objective】 A field experiment was conducted to illustrate the effect of decapitation (a conventional technique in cotton cultivation in Xinjiang) on cotton root activity and nutrition uptake.【Method】The root activity and nutrition uptake was investigated after decapitation or decapitation with NAA-smearing under 0 or 375 kg/ha diammonium phosphate (DAP) applications.【Result】Compared with that of decapitation with NAA-smearing under 0 DAP application, root activity and concentrations of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) in cotton leaves increased 4 days after decapitation, while these indicators decreased when 9 days after decapitation. Compared with that of 0 DAP application, root activity and concentrations of N, P, K increased both 4 and 9 days after decapitation and decapitation with NAA-smearing with DAP application. Similar increments were observed on boll number of single plant, weight per boll and seed cotton yield per plant. Compared with that of 0 DAP application, boll number of single plant, weight per boll and seed cotton yield per plant increased by 43.2%, 26.0% and 80.6% respectively after decapitation and 46.0%, 3.1%, 50.5% after decapitation with NAA-smearing.【Conclusion】Under DAP application, both decapitation and decapitation with NAA-smearing could improve root activity, promote nutrition uptake and increase cotton yield.

cotton; decapitation; NAA-smearing; root activity; nutrition uptake

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.08.004

2016-04-05

新疆维吾尔自治区科技支撑项目(201431104)

白灯莎·买买提艾力(1962-)，女，研究员，硕士，研究方向为植物营养和盐碱地改良，(E-mail)baidengsha2126.com

S562

A

1001-4330(2016)08-1397-07