常规棉与杂交棉各器官干物质积累及产量构成差异特征

徐 鹏，陈国栋，万素梅，刘晓红，张 勇，黄敏洁，李 玲，郭子轩，胡守林

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆前海种业有限责任公司，新疆图木舒克 843900；3.喀什农技推广中心，新疆喀什 844000；4.新疆生产建设兵团种子管理总站，乌鲁木齐 830011)

0 引 言

【研究意义】棉花产量和纤维品质的提高，主要依赖于棉铃发育[1-3]。杂交棉与常规棉相比，产量优势较为明显，一般增产在10%以上，最高的达到15%～20%，杂交棉增产优势较为明显，种植面积也在不断扩大[4-6]。有研究表明，作物不同器官干物质积累、合理分配与转化及库源关系的协调，是提高产量重要途径之一[7-9]，对研究杂交棉各个器官的干物质积累对产量的影响有实际意义。【前人研究进展】郑顺林等[10]研究认为，棉花在不同品种干物质营养器官的分配中，优质棉在生长发育后期要超过普通棉品种，生殖器官的分配中，高强力的优质棉在棉花生长发育各个时期的增长速度明显快于普通棉品种，而对于叶中分配则低于普通棉品种。代英男等[11]研究，认为棉花干物质生产受到各个生长发育时期的影响，各个时期干物质积累量和特性也不同。郑德明等[11]研究认为在出苗至开花期，干物质积累的分配主要从根、茎、叶；开花期，干物质积累向蕾铃，在吐絮期，干物质积累分配主要供给棉铃，其干物质积累量占单株总积累量的55%左右。叶欣等[12]研究表明，各个棉花品种干物质积累过程呈“S”型曲线，随着生育期时间的推进，棉花干物质积累量逐步在提高。【本研究切入点】大多数研究与棉花灌溉量、施氮量等相关，对于杂交棉与常规棉生长发育及干物质分配的评价比较少。研究常规棉与杂交棉在南疆地区棉花干物质积累量的动态变化。【拟解决的关键问题】在相同栽培条件下，研究常规棉与杂交棉在种植过程中棉花干物质积累与其分配规律的影响关系，为生产实践上高产优质棉花品种的选育提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用6个棉花品种作为材料，2个大田推广常规棉花品种，分别为新陆中38号、J206-5作为对照，4个F2代杂交棉，分别为18-1883、18-1887、H602和H628。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于2018年在新疆生产建设兵团第一师12团(40.62°N，81.34°E)进行，该区位于塔里木盆地南缘，属暖温带大陆干旱荒漠气候类型，年均气温10.7℃，年日照时数2 650～3 100 h，年降雨量50～70 mm。试验地小区行长5 m，宽2.5 m，每个处理面积12.5 m2，4次重复，共24个试验小区，随机区组排列，小区总面积300 m2。棉花于2018年4月16日播种，用1膜3垄6行的种植方式，人工点播种植，管理同大田，10月18日收获。

1.2.2 测定指标1.2.2.1 干物质积累量

分别于5月18日、6月11日、7月13日、8月18日、9月18日取各品种生长一致的棉株5株，按照根茎叶花蕾铃等不同器官进行分样，随后105℃下杀青30 min，80℃下烘干至恒定后分器官称量，重复3次。

1.2.2.2 产量性状

各小区分别收取棉铃正常开裂的棉株30株，每个品种共计120株棉株进行考种，并测定单株果枝数、单株铃数、单铃重、籽棉产量、皮棉产量、衣分等产量性状。

1.3 数据处理

采用Excel2013整理试验数据，利用 DPS7.05软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 干物质向营养器官中的分配

研究表明，常规棉品种和F2代杂交棉干物质积累前期较为缓慢，常规棉品种中，新陆中38号、J206-5营养生长在5月18日至6月11日时开始发育，干物质积累量分别为2.88和2.31 g/株，F2代杂交棉中18-1883、18-1887、H602、H628棉株营养生长最快的时间在6月11日至7月13日，干物质积累量分别为12.27、13.36、11.81和16.19 g/株；到棉花生长发育后期逐渐增大，干物质积累量变大。在8月17日到9月15日，F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628营养器官干物质积累量还有所增加。

常规棉品种新陆中38号单株营养器官干物质总量和F2代杂交棉H628单株营养器官干物质总量差异较大。常规棉品种单株营养器官干物质总量为新陆中38号(52.12 g)>J206-5(43.87 g)。F2代杂交棉单株营养器官干物质总量为H628(50.52 g)>H602(46.31 g)>18-1887(45.75 g)>18-1883(45.18 g)。棉花在7月13日至9月18日营养器官干物质积累量趋于稳定，并没有表现出下降趋势。

在常规棉品种与F2代杂交棉比较中，棉花营养器官的干物质积累量分配系数差别较大，营养器官干物质分配系数随生育周期的推进而逐渐降低。在棉花生殖生长的主要生育时期(7月13日)，常规棉品种营养器官干物质积累量分配系数表现为新陆中38号(89.47%)>J206-5(86.60%)；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花营养器官干物质积累量分配系数表现为H628(91.14%)>18-1883(90.26%)>H602(88.66%)>18-1887(88.09%)。在8月18日前，在棉花同一生长时期F2代杂交棉H628、18-1883营养器官的干物质积累量分配系数比常规棉品种新陆中38号、J206-5高。图1

图1 常规棉与F2代杂交棉营养器官的干物质积累量变化Fig.1 Changes in dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton

表1 常规棉与F2代杂交棉营养器官干物质积累量分配系数Table 1 Distribution coefficient of dry matter accumulation in vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.2 干物质向生殖器官中的分配

常规棉品种与F2代杂交棉单株生殖器官干物质积累量完全符合棉花生长发育生长曲线。在常规棉品种新陆中38号、J206-5生殖器官干物质积累量最快的时期在8月18日(盛铃期)，干物质积累量最快的是新陆中38号(61.13 g)，其次是J206-5(56.09 g)；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物质积累量最快的时期在8月18日(盛铃期)，分别为48.05、41.63、58.54和60.63 g。

常规棉品种与F2代杂交棉单株生殖器官干物质积累总量差异较大。常规棉品种新陆中38号、J206-5单株生殖器官干物质积累总量为新陆中38号(155.96 g)>J206-5(133.64 g)；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628单株生殖器官干物质积累总量为H602(156.34 g)>H628(145.34 g)>18-1883(139.48 g)>18-1887(113.39 g)。棉株生长后期生殖器官干物质积累量趋势逐渐上升，并未出现下降趋势。图2

图2 常规棉与F2代杂交棉生殖器官的干物质积累量变化Fig.2 Changes in dry matter accumulation of reproductive organs in conventional cotton and F2 hybrid cotton

在常规棉品种与F2代杂交棉营养器官的干物质积累量分配系数差别较大，生殖器官干物质积累量分配系数随棉花全生育期的时间延长而逐渐增高。在棉花生殖生长的主要时期(7月13日)，常规棉品种新陆中38号、J206-5生殖器官干物质积累量分配系数表现为J206-5(13.41%)>新陆中38号(10.53%)；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花生殖器官干物质积累量分配系数表现为18-1887(11.91%)>H602(11.35%)>18-1883(9.74%)>H628(8.86%)。在8月18日前，常规棉品种J206-5生殖器官的干物质积累量分配系数较高，F2代杂交棉18-1887、H602生殖器官的干物质积累量分配系数较高。在棉花生长发育后期(9月18日，吐絮期)，常规棉品种新陆中38号、J206-5生殖器官干物质积累量分配系数表现为新陆中38号(64.93%)>J206-5(62.54%)；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物质积累量分配系数表现为H602(65.54%)>18-1883(65.05%)>H628(62.18%)>18-1887(57.81%)，常规棉品种新陆中38号生殖器官的干物质积累量分配系数较高，F2代杂交棉H602、18-1883生殖器官的干物质积累量分配系数较高。表2

表2 常规棉与F2代杂交棉生殖器官干物质积累量分配系数Table 2 Distribution coefficient of dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.3 棉株中总干物质的积累

研究表明，常规棉品种与F2代杂交棉单株干物质积累量符合棉花生长的“S”形曲线，增长的速度为先慢后快再慢。常规棉品种在6月11日之前，J206-5单株总干物质积累量的增长趋势要高于新陆中38号单株总干物质积累量，表明新陆中38号在苗期相对长势较弱；F2代杂交棉在6月15之前，H602单株总干物质积累量的增长趋势要高于18-1883、18-1887、H628，最小的是H628，H628在苗期相对长势较弱。从6月11日到8月17日干物质积累量迅速增加，常规棉品种新陆中38号、J206-5最大值分别为137.13 、113.53 g；F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628最大值分别为103.68、93.29、123.42和123.86 g。在8月18日之后，干物质积累量呈增长趋势。常规棉品种单株干物质积累总量为新陆中38号(149.09 g)>J206-5(127.44 g)，表明常规棉品种新陆中38号单株棉花干物质积累总量最高。F2代杂交棉单株干物质积累总量为H602(158.71 g)>18-1883(148.26 g)>H628(143.56 g)>18-1887(130.69 g)，F2代杂交棉H602单株棉花干物质积累总量最高，18-1883、18-1887单株棉花干物质积累总量较高。常规棉品种与F2代杂交棉相比较，F2代杂交棉H602单株干物质积累总量高于常规棉品种新陆中38号。棉花生长后期干物质积累量呈上升趋势，并未表现出下降趋势。图3

图3 常规棉与F2代杂交棉总干物质积累量变化Fig.3 Changes in total dry matter accumulation of conventional cotton and F2 hybrid cotton

2.4 常规棉品种与F2代杂交棉产量及产量构成要素

常规棉与F2代杂交棉品种产量及产量构成要素之间差异明显。F2代杂交棉品种H628的单株铃数都高于常规棉品种，常规棉新陆中38号与J206-5单株果枝数有显著差异，F2代杂交棉H628与18-1883、18-1887之间单株果枝数有显著差异，18-1887与H602、H628之间单株果枝数有显著差异。常规棉品种新陆中38号与J206-5之间单株铃数没有显著性差异，F2代杂交棉H628与18-1883、18-1887、H602单株铃数之间有显著性差异，F2代杂交棉H628分别比常规棉品种新陆中38号、J206-5高出1.17个、1.72个。从单铃重来看，常规棉与F2代杂交棉之间无显著性差异，常规棉品种J206-5分别比F2代杂交棉18-1883、18-1887、H602、H628高出0.03、0.07、0.09和0.16 g；从籽棉产量来看，F2代杂交棉H628与其他品种有显著性差异，H602与常规棉品种J206-5有显著性差异，18-1887、J206-5与新陆中38号、18-1883、H602、H628有显著性差异。从衣分来看，H602与18-1883、18-1887和常规棉品种新路中38号、J206-5之间有显著性差异，18-1883与H602、H628与其他品种有显著性差异；从皮棉产量来看，F2代杂交棉H628与其他品种有显著性差异，新陆中38号和H602与其他品种之间有显著性差异，F2代杂交棉H602、H628分别比常规棉品种新陆中38号、J206-5高出2.08、4.67、4.97和7.56 kg。

常规棉与F2代杂交棉差异较为明显，虽然F2代杂交棉H628的单株铃数都显著高于常规棉，其品种之间的平均单株籽棉产量和单株皮棉产量有显著性差异，F2代杂交棉18-1883、H602、H628比常规棉品种J206-5单株籽棉产量分别高出23.97%、14.24%、6.27%，H628比新陆中38号单株籽棉产量高出15.48%；常规棉品种新陆中38号比F2代杂交棉18-1883、18-1887单株籽棉产量分别高出4.02%、15.55%；F2代杂交棉18-1883、H602、H628比常规棉品种J206-5单株皮棉产量分别高出27.16%、18.72%、6.41%，H628、H602比新陆中38号单株皮棉产量分别高出17.86%、8.34%；常规棉品种新陆中38号比F2代杂交棉18-1883、18-1887单株皮棉产量分别高出5.25%、15.44%。衣分在常规棉品种和F2代杂交棉之间有显著性差异，常规棉品种新陆中38号、J206-5，F2代杂交棉18-1887、H628之间无显著性差异，F2代杂交棉18-1883、H602有显著性差异，新陆中38号、J206-5、18-1887、H628品种之间不影响棉花衣分的大小。

总铃数在常规棉与F2代杂交棉表现最好的分别是H628，单铃重在常规棉与F2代杂交棉表现最好的是J206-5，平均单株籽棉产量和单株皮棉产量在常规棉与F2代杂交棉中表现最好的都是H628，衣分在常规棉与F2代杂交棉中表现最好的是H602、H628。在棉花产量构成因子中，单株铃数是影响常规棉与F2代杂交棉产量的主要因素。产量优势主要是铃数和铃重的增加，产量构成因素中以单株结铃数的优势最大，随着单株铃数的增多，产量也会得到提高，在棉花产量构成因子中，单株铃数受环境影响最大，衣分受环境影响最小，单株铃数是影响杂交种产量的主要因素，只有将单株果枝数、单株结铃数、单铃重、衣分之间优化组合才能争取高产优质。表3

表3 常规棉与F2代杂交棉品种的产量及产量构成要素Table 3 Yield and yield components of conventional cotton and F2 hybrid cotton varieties

3 讨 论

棉花的干物质积累是棉花在生长发育过程中产量和品质形成的重要条件[13]。代英男等[14]研究认为，棉花干物质积累的主要影响因素分为遗传特性的影响、栽培措施的影响和地域环境的影响，在生长发育阶段，棉花干物质的生产主要依靠光合作用，棉花的叶片、铃壳和茎秆对光合作用和干物质积累量分配率都有一定的作用。谢陈灵等[15]研究认为，常规棉与杂交棉伴随着棉花生长发育阶段干物质积累向棉花生殖器官分配的比例逐渐提高，而后期棉花茎叶干物质积累分配率逐渐降低，杂交棉后期干物质积累分配比例常规棉高，杂交棉在后期有较强的生长和干物质 积累优势。

棉花在生长发育过程中，营养生长与生殖生长同时进行，生长发育前期主要以棉花营养生长为主，大部分都分配给根、茎、叶等营养器官。生长发育后期干物质积累大部分都分配到生殖器官，少部分分配到根、茎、叶[16]。这与试验结果相一致，在棉花生长发育后期，棉花干物质积累分配主要以生殖器官为主，根、茎、叶为辅。

在棉花花铃期干物质的积累对产量的影响较大，在生产过程中，提高花铃期的干物质积累量有利于提高棉花的产量[17]。棉花产量构成因素由不同的性状构成，其对产量的影响因素不仅受品种之间的遗传特性影响，还与种植环境和种植栽培技术的影响有关。株数、铃数、铃重和衣分都是棉花重要产量的构成因素之一，不同类型的品种，对产量的构成因素有一定的差异[18]，罗海华等[19]研究认为，杂交棉影响产量最大的是衣分，子指在常规棉与杂交棉组合之间产量呈极显著负相关。张凯等[20研究认为，与常规棉相比，不同杂交棉组合的产量竞争优势、农艺表型性状、产量、纤维品质性状都表现出不同的差异。试验研究认为，常规棉品种与F2代杂交棉在产量性状方面比较，总铃数在常规棉品种与F2代杂交棉表现最好的分别是H628，单铃重在常规棉品种与F2代杂交棉表现最好的是J206-5，单株籽棉产量和单株皮棉产量在常规棉品种与F2代杂交棉中表现最好的都是H628，衣分在常规棉品种与F2代杂交棉中表现最好的都是H602、H628。

4 结论

棉花营养器官的干物质积累量分配系数差别较大，营养器官干物质分配系数随生育周期的增长而逐渐降低。F2代杂交棉H602单株干物质积累总量高于常规棉品种新陆中38号，棉花生长后期干物质积累量呈上升趋势，并未表现出下降趋势。在产量构成因素中，发现F2代杂交棉18-1883、18-1887产量要比常规棉品种高。F2代杂交棉18-1883、H628单株铃数、单铃重、衣分性状未出现向减弱方向的分离，表现出了F2代杂交棉较强的杂种优势。总铃数在常规棉与F2代杂交棉表现最好的分别是H628，单铃重在常规棉品种与F2代杂交棉表现最好的是J206-5，籽棉产量F2代杂交棉中表现最好的都是H628，衣分在常规棉品种与F2代杂交棉中表现最好的都是H602、H628。F2代杂交棉H602、H628单株干物质积累总量、产量构成因素等指标最好，F2代杂交棉H628更适合在南疆阿拉尔垦区种植。