南疆机采棉品种光合特性与产量性状相关性分析

郑巨云,王俊铎,龚照龙,梁亚军,窦先运,艾先涛,郭江平,莫 明,李雪源

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国最主要的棉花产区。2018年新疆全年种植面积为223.67×104hm2(3 355万亩)，占全国66.7%；总产为511.1×104t，占全国83.8%左右。新疆棉花生产在我国和世界产业发展中具有举足轻重的作用[1]。目前，兵团机采棉种植面积采收机械化率已达到70%以上[2]，机械采收虽然棉花生产成本下降，但棉花产量质量都有所下降，光合作用依旧是制约植物生长发育的最重要的生理过程,研究机采棉品种光合特性对提高机采棉产量及品质具有重要意义。【前人研究进展】不同叶型棉花其光合生理特性不同，其中鸡脚棉对群体贡献率最大的部分是中间部分，其次是下层，与其他常规叶品种不同[3]；棉花阴叶与阳叶因为具有不同的光截取，从而导致叶片光合作用差异较大[4]；张旺锋等[5]则从种植密度方面研究表明：群体光合速率在盛铃期以前随密度增加明显增强,盛铃期以后,低密度6×104株/hm2的群体光合速率仍为最低,高密度30×104株/hm2群体光合速率迅速下降,中密度18×104株/hm2则保持较高水平；也有研究者[6]从棉花冠层或呼吸效率入手了解其光合特性。【本研究切入点】目前对于新疆机采棉光合性状与产量性状的相关性的研究相对较少，而两者的相关性正是实现棉花高产优质的重中之重[7]，还需深入研究。研究不同机采棉品种单叶、群体光合性状与产量性状的关系。【拟解决的关键问题】利用Li6400便携式光合仪和先驰st-303二氧化碳分析仪 ，分别测定5份南疆机采棉品种(系)在花铃期的群体光合速率、单叶光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度以及气孔导度，研究其变化及其与单株铃数、籽棉产量、皮棉产量、单铃重、衣分等产量性状的相关性，为新疆机采棉群体及单叶光合特性与产量性状的关系作理论参考，筛选光合能力强的机采棉品种资源，为高光效育种提供种质基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试品种:18N1号、中49CK(中棉所49号)、17N6号(源棉6号)、17N7号(源棉7号)、17N11号(源棉11号)。

试验采用随机区组设计，机采棉模式种植，重复三次，宽窄行种植(10+66)cm，株距10 cm，小区面积8×2.3=18.4(m2)，种植于新疆农业科学院经济作物研究所农一师16团试验田，采用膜下滴灌，常规栽培管理。

1.2 方 法

1.2.1 群体光合速率

于8月1日晴朗天气下采用先驰st-303二氧化碳分析仪进行测定，同化箱体积为0.504 m3(长 0.7 m，宽 0.8 m，高0.9 m)，同化膜:为透明聚脂薄膜,透光率为85%～ 90% ,同化箱罩住植物冠层并被密封后2 min内不形成雾滴。每小区取点进行测量，共测三重复，当二氧化碳稳定下降后开始计时，测定时间为60s。

作物群体表观净光合速率(CAP)计算可采用下式[8-10]计算CAP:

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

式中,CAP为群体表观净光合速率;△C为作物群体净光合时实际同化CO2浓度差(10-6);V为同化箱体积(m3);△M为测定时间(s);T为同化箱温度(℃);L为测定群体所占的土地面积(m2)。

1.2.2 单叶光合速率

于8月3日12：00～14:00，采用Li-6400便携式光合仪，分别测量各品种上叶(打顶后倒二叶)、中叶(整株中部叶片)、下叶(正二叶)各项指标：净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)等；每个品种测量五株，共测三重复。可计算出参数水分利用效率(WUE)，由Pn/Tr计算得到。

1.2.3 产量性状调查

在棉花吐絮期(9月26日)对单株铃数、籽棉产量、皮棉产量、单铃重、衣分等棉花产量性状进行测量，测量三重复，每个重复5株，测量并记录数据。

1.3 数据处理

对试验所得的数据进行方差分析，相关性分析等；数据处理应用 SPSS19.0分析软件和Excel 2010制图结合完成。

2 结果与分析

2.1 不同品种群体光合速率

研究表明,不同品种群体光合速率的日变化总体趋势是，先上升再下降，然后会再稍作上升之后下降。12:00～14:00期间会达到1 d之中的最高，在14:00～16:00各品种的群体光合速率均会有所下降，这可能是因为棉花受光照强度等的影响而进入午休状态导致[11]，在16:00～18:00解除午休状态后光合速率较14:00～16:00又会有所升高，之后随着太阳光照强度的下降，光合速率也会随之下降。5个品种中群体光合最高的时间集中在12:00～14:00点，其中17N11最高达到3.64 gCO2/(m2·h)，18N1次之，中棉所49号最低；在14:00～16:00时间段内，各品种光合速率相差不超过±0.2；在16:00～18:00时间段内各品种光合速率较14:00～16:00时间段均有所回升；在18:00～20:00时间段内，随着光照强度的下降，各品种光合速率均有所下降。图1

图1 不同品种群体光合速率变化
Fig. 1 Diurnal change of the canopy photosynthetic rate of 5 cotton varieties

2.2 单叶净光合速率

2.2.1 净光合速率Pn

研究表明,5个品种的净光合速率Pn各不相同，17N11号整体光合速率最高，17N6号次之，18N号最低；5个品种的上叶、中叶、下叶光合速率均呈下降趋势，上叶最高，下叶最低。就上叶而言，17N11号上叶光合速率最高，达到36.84 μmol/(m2·s)，17N6号次之，18N1号最低只有25.8 μmol/(m2·s)，中叶情况与上叶相同，各品种下叶光合速率间相差不超过±2.5。图2

图2 净光合速率Pn
Fig. 2 Net photosyntheticrate of 5 cotton varieties

2.2.2 气孔导度Gs

研究表明,5个品种的气孔导度Gs各不相同，17N11号气孔导度最大，17N6号次之，18N1号最低。上叶与中叶气孔导度大于下叶的品种有17N11号和18N1号，17N6号、17N7号和中49CK三个品种上中下叶差距不大。上叶气孔导度中，17N11号最高，17N7号次之；18N1号最低。中叶气孔导度中最大的是17N11号，最低的是18N1号，其他3个品种相差不大；下叶情况与中叶情况大似一致。图3

图3 气孔导度Gs
Fig. 3 Stomatal conductance of 5 cotton varieties

2.2.3 胞间二氧化碳浓度Ci

研究表明,不同品种的胞间二氧化碳浓度Ci存在一定差异，上、中、下叶胞间二氧化碳浓度Ci平均值最高的是17N1，其次为17N6，18N1号最低；各品种上、中、下叶二氧化碳浓度Ci大小基本一致即上叶>中叶>下叶；上叶胞间二氧化碳浓度Ci最高的是17N11号最高，17N6号次之，17N7号最低；中叶胞间二氧化碳浓度Ci最高的是17N11号最高，17N7号次之，中49最低；下叶胞间二氧化碳浓度Ci最高的是17N11号最高，17N6号次之，18N1最低。图4

图4 胞间二氧化碳浓度Ci
Fig. 4 IntercellularCO2concentration of 5 cotton varieties

2.2.4 蒸腾速率Tr

研究表明，整体蒸腾速率Tr最高的是17N11号，17N6号次之，18N1号最低；各品种上叶中叶蒸腾速率均略大于下叶，除17N11号差距略大外，其余差距都不大。中叶蒸腾速率大于上叶的有17N11号，上叶与中叶相同的是18N1号，上叶大于中叶的有17N6号、17N7号和中49CK。上叶蒸腾速率中17N11号最高，18N1号最低，中叶下叶情况与上叶情况相同。图5

2.2.5 水分利用率WUE

研究表明，各品种水分利用率WUE情况相似，上中下叶呈下降趋势，上叶水分利用率中18N1号最高，17N6号次之，中49CK最低；中叶水分利用率中17N6号最高，17N11号最低；下叶水分利用率最高的是18N1号，17N6号最低。图6

图5 蒸腾速率Tr
Fig. 5 Transpiration rate of 5 cotton varieties

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

2.2.6 上中下叶单叶光合性状指标差异性分析

研究表明，5份材料上叶、中叶、下叶的光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、水利用速率(WUE)各项指标的值都不同。总体看来除了水分利用率各品种间差异不明显外，其他各项指标都存在一些差异。各品种不同叶位的各项指标，大都是上叶各项指标和中叶各项指标之间差距较小，且均大于下叶各项指标之值。

各品种中叶与下叶净光合速率Pn无显著差异，仅上叶存在显著性差异:17N11号与17N6号上叶净光合速率显著高于其他3个品种；

气孔导度Gs方面：17N11号中叶上叶气孔导度显著高于18N1号，与其他3个品种无明显差异，下叶中18N1号气孔导度显著低于其17N11号；

蒸腾速率Tr各品种上叶：17N11号显著高于17N7号和18N1号，中叶则是17N11号显著高于其他品种；

各品种在胞间二氧化碳浓度Ci和水分利用率WUE方面均无显著性差异。表1

2.3 产量性状指标

研究表明，单株铃数最多的17N6号达到7.23个，17N11号次之，18N1号最少6.4个；籽棉产量最大的是17N7号达到9 653.33 g，17N11号次之：9 270.00 g，相差不多，18N1号最低；皮棉产量与籽棉产量一致；单铃重17N11号最大，17N6号次之，18N1号最低；衣分最高的是17N6号达到47.77%，17N11号次之，18N1号最低。表2

表2 5个品种产量性状指标
Table 2 Yield traits of 5cotton varieties

品种Variety单株铃数Bollnumber(个)籽棉Seedcotton(g)皮棉Lintcotton(g)单铃重Bollweight(g)衣分Lintpercentage(%)18N1号6.406300.002215.085.2135.1617N6号7.238630.004122.556.8147.7717N7号6.859653.334604.646.7642.84中49CK6.868053.333404.955.7942.2817N11号7.059270.003971.277.0847.70

2.4 相关性

研究表明,群体光合速率CAP与产量性状均呈正相关，但都不显著；单叶的光合特性中净光合速率Pn、胞间二氧化碳浓度Ci、气孔导度Gs、蒸腾速率Tr和产量性状单株铃数、籽棉、皮棉、铃重、衣分等均呈正相关。单叶光合特性中水分利用率与产量性状均呈负相关，其中下叶与产量性状呈显著负相关；中叶净光合速率Pn与铃重和籽棉产量呈显著性相关；与单株铃数呈显著相关的性状有：中叶气孔导度Gs、中叶胞间CO2浓度Ci；与籽棉产量呈显著相关的性状有：中叶气孔导度Gs、中叶胞间二氧化碳浓度Ci、下叶蒸腾速率Tr；皮棉产量的相关性与籽棉产量相关性一致；下叶胞间二氧化碳浓度Ci与铃重呈极显著相关，下叶蒸腾速率Tr与铃重呈显著相关；中叶气孔导度Gs和中叶蒸腾速率Tr与衣分呈显著性相关，总体看来，净光合速率与气孔导度与产量相关性紧密，中下部叶片与产量相关性更大。群体光合与单叶光合呈正相关，产量性状中籽棉产量与皮棉产量呈极显著正相关，衣分和铃重都与皮棉产量呈显著正相关。表3

3 讨 论

群体光合日变化研究表明，CAP在一天中呈升高-降低-升高-降低的变化趋势，在12:00～14:00、16:00～18:0升高，在会稍作下降，可能是由于中午光照强度大棉花进入休眠导致，但张旺锋、郑有飞等[12-13]研究表明棉花群体光合没有午休状态，研究与其结果不尽相同，虽然研究中表示群体光合会出现双高峰，但第二峰并不明显，可能是由于当时天气发生变化导致，也可能是由于仪器误差或者操作误差导致。

不同品种Pn、Gs、Ci、Tr、WUE等性状各有差异，除水分利用率WUE与产量呈负相关外，都与产量性状均呈正相关，中下部叶片与产量的相关性更大，唐钱虎等[3]的研究结果也表示中下部叶片与产量相关性更大，研究与之结果相同；唐钱虎等[3]的研究结果表明群体光合与单叶光合呈正相关，单叶光合影响着群体光合，研究与此结果基本相同。

不同部位叶片与产量性状的相关性不同，中叶气孔导度Gs和中叶蒸腾速率Tr与衣分呈显著性相关，不同品种中叶、下叶单叶光合特性中的光合速率、气孔导度、胞间二氧化碳浓度等与产量具有显著性相关，总体看来，虽然各项光合指标值均是上叶大于中下叶，但中下部叶片与产量相关性更大。这与唐钱虎等[3]的研究结果相似。

4 结 论

群体光合与单叶光合呈正相关，群体光合较单叶光合与产量相关性更大；单叶光合性状指标中，不同叶位情况不同，但中下叶与产量相关性更大；各项指标中净光合速率与气孔导度与产量相关性更紧密；17N11号群体光合速率最高达到3.64 gCO2/(m2·h)，单叶光合速率中17N11号最高达到36.8 μmol/(m2·s)，17N6号次之，达到34.5 μmol/(m2·s)；17N11号与17N6号虽然产量不是最高，但其光合性能指标更加合理，产量也相对较高，可作为高光效高产机采棉品种。