隔年棉种对棉花幼苗生长及产量的影响

2019-11-04陈民志马鹏程王文茂张旺锋

新疆农业科学 2019年7期

陈民志，马鹏程，王文茂，张旺锋

(石河子大学农学院/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

0 引言

【研究意义】种子是农业生产最基本的生产资料，是决定作物产量与品质的关键因素[1]；播种后种子能否快速发芽，达到早苗、全苗、壮苗等，关系到能否高产和稳产[2]。新疆是中国棉花种植规模最大的省区[3]，棉花产业在新疆乃至整个国民经济发展中具有不可替代的作用[4]。生产实践证明，使用隔年棉种与当年棉种无明显差异[5-7]。研究隔年棉种对棉花幼苗生长及产量的影响具有实际意义。【前人研究进展】隔年棉种对产量和品质无显著影响[8]，且在适宜的贮藏条件下，适当延长棉种贮存时间可提高出苗率[5, 9]。杨义成等[10]研究表明贮藏1 a的百喜草种子发芽率高于贮藏0和2 a的种子。杨蕾等[11]研究表明贮藏2 a后红三叶种子大部分可破除休眠，活力和生活力最高；贮藏3 a的野火球种子活力最高，贮藏15 a的种子仍具有较高的活力；生产应用中红三叶、野火球种子贮藏2～3年后再播种效果更好。【本研究切入点】棉种质量在棉花生产中至关重要；由于生产许多不可控因素，常常出现棉种积压现象；研究隔年棉种对棉花幼苗生长及产量的影响。【拟解决的关键问题】选择隔二年棉种(2015年)、隔一年棉种(2016年)、当年(2017年)棉种,展开储藏不同年份棉种对棉花幼苗生长、根系形态、叶片酶活性影响，及对产量和产量构成因子影响的研究。分析储藏不同年份棉种对棉花幼苗生长和产量的影响，为生产使用储藏不同年份的棉种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2018年在石河子大学农学试验站和新疆兵团绿洲生态重点实验室人工气候箱进行。供试材料为2017年(当年)、2016年(隔一年)、2015年(隔二年)收获的新陆早51号棉种。大田小区面积30 m2，随机区组排列，重复3次。4月20日膜上人工点播，一穴一粒，浇水出苗；在第三片真叶和第五片真叶展平时测定幼苗生长及鲜重、干重的测定，在收获期测定产量构成因子和产量。室内在5月2日将种子播于装有基质的钵中育苗，重复3次，每钵12粒；人工气候箱维持昼温22℃，夜温18℃，光周期为14 h(光照)/10 h(黑暗)，光照强度27 000 lx，出苗后每钵保留4株苗，每2 d浇一次水，三叶期结束，在第一片真叶展平时测定SOD和MDA,在第三片真叶展平时测定SOD和MDA及根系形态；在室内进行发芽势和发芽率的测定。

1.2 方法

1.2.1 发芽势、发芽率及出苗率

选颗粒饱满、大小均匀且无病虫害的种子，采用 0.1% HgCl2消毒，吸干种子表面水分，置于铺有双层滤纸的无菌培养皿内，加适量水，加盖放在发芽箱中发芽，发芽温度为30℃；每处理均设置3次重复，每个重复30粒棉种；4 d后调查并计算发芽势，7 d后调查计算发芽率。田间在播种后7 d进行出苗率的测定调查。

1.2.2 幼苗生长及鲜重、干重测定

在第三片真叶和第五片真叶展平时，分别选20株长势一致的棉株测定株高、茎粗，选8株长势一致的棉株测定叶片和茎秆鲜重，将鲜样置于105℃烘箱中杀青30 min后调至80℃烘至恒重，称重。

1.2.3 叶片SOD和MDA测定

超氧化物歧化酶(SOD)活性按李合生等[12]的氮蓝四哇法测定；丙二醛(MDA)的测定用硫代巴比妥法[12]测定，MDA含量以每克鲜重组织中MDA的nmol数表示。

1.2.4 根系形态测定

将地下部棉花根系剪下，捡出所有活体根系，将根样放入有机玻璃托盘内，加入适量水，使得根样容易分离，用根系扫描仪进行扫描。图片扫描后使用WinRHIZO软件分析，获取根长、根表面积、根体积。

1.2.5 产量及产量构成因子测定

于收获期调查各小区单株铃数，选代表性棉花10株取整株棉铃测定单铃重，轧花后计算衣分，并实收小区产量计算单位面积籽棉产量。

1.3 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2007进行统计，通过SPSS19.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同储藏年份棉种的田间出苗率、发芽势及发芽率

研究表明，不同储藏年份棉种对发芽势和发芽率无显著影响；隔二年(2015)棉种出苗率显著低于当年(2017)和隔一年(2016)棉种的出苗率，但隔一年和当年棉种的出苗率无显著差异；在隔二年后棉种的出苗率才会显著下降，发芽势和发芽率保持不变。表1

表1 不同年份棉种下发芽势和发芽率变化
Table 1 Effects of cotton varieties on germination potential and germination rate in different yeas

存放年份Yearofstorage出苗率Rateofseedling(%)发芽势Germinationpotential(%)发芽率Germinationrate(%)256.6±6.24b86.7±1.65a88.3±3.35a177.8±4.08a88.3±1.65a90.0±1.70a081.5±7.83a85.0±1.70a88.3±1.65a

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.2 不同储藏年份棉种的棉花幼苗生长

研究表明，在第三片真叶展平时，隔一年比当年棉种株高增加16.2%，茎粗增加9.9%，叶片鲜重增加30.8%，叶片干重增加22.1%，茎鲜重增加32.8%，差异均显著；隔二年与当年差异不显著；在第五片真叶展平时，隔一年比当年茎粗增加12.4%，差异显著；隔二年比当年株高和叶片干重显著减低；棉种在储存一年后(2016年)会促进幼苗生长，增加生物量；在隔二年和当年棉种的幼苗生长、生物量差异不明显。表2，表3

表2 不同年份种子棉花幼苗第三片真叶展平时生长状况
Table 2 Effects of seed on the growth of cotton seedlings in different years on third pieces of true leaf exhibition

存放年份Yearofstorage株高Plantheight(cm)茎粗Stemdiameter(mm)叶片鲜重Leaffreshweight(g)叶片干重Leafdryweight(g)茎鲜重Stemfreshweight(g)茎干重Stemdryweight(g)27.75±0.82b2.86±0.23b2.39±0.12b0.23±0.04b1.14±0.04b0.12±0.01b19.22±0.32a3.34±0.17a3.21±0.14a0.33±0.02a1.56±0.04a0.16±0.02a07.93±0.80b3.04±0.11b2.53±0.18b0.25±0.03b1.18±0.03b0.14±0.01ab

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

表3 第五片真叶展平时不同年份种子下棉花幼苗生长变化
Table 3 Effects of seed on the growth of cotton seedlings in different years on fifth pieces of true leaf exhibition

存放年份Yearofstorage株高Plantheight(cm)茎粗Stemdiameter(mm)叶片鲜重Leaffreshweight(g)叶片干重Leafdryweight(g)茎鲜重Stemfreshweight(g)茎干重Stemdryweight(g)216.60±1.22b3.13±0.21b4.97±0.51b0.51±0.04b2.76±0.50b0.27±0.06b120.37±0.90a3.61±0.14a6.23±0.26a0.62±0.06a4.20±0.50a0.41±0.07a018.76±0.86a3.21±0.21b6.05±0.40ab0.60±0.04a3.99±0.80ab0.35±0.04ab

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.3 储藏不同年份棉种棉花幼叶SOD活性和MDA含量

研究表明，不同储藏年份对第一片和第三片真叶SOD活性影响显著，且均表现为：隔一年>当年>隔二年的棉种；储藏一、两年棉种的第一片真叶MDA含量显著低于当年棉种；第三片真叶MDA含量隔一年最低，比当年棉种低41.4%，隔二年与当年棉种差异不显著。棉种在隔一年后(2016年)有利于SOD活性增加、MDA含量减少；隔二年后SOD活性减少、MDA含量减少。表4

表4 不同年份棉种下棉花幼叶SOD活性和MDA含量变化
Table 4 Effects of cotton varieties on SOD activity and MDA content in young leaves of cotton in different years

存放年份Yearofstorage第一片真叶Thefirstmainstemleaf第三片真叶ThethirdmainstemleafSOD(U/g)MDA(nmol/g)SOD(U/g)MDA(nmol/g)2101.81±26.43b32.01±4.20b29.03±5.67b14.51±2.59ab1181.08±20.03a48.26±5.11b52.91±8.47a10.05±2.64b0112.08±13.43b75.87±12.69a49.16±13.53a17.15±3.51a

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.4 储藏不同年份棉种棉花幼苗根系形态

研究表明，隔一年根长比当年增长13.3%，但差异不显著；比隔二年增长21.6%，且差异显著；隔二年根长比当年有所下降，但差异不明显；根表面积隔一年>隔二年>当年，但差异不明显；根体积无明显差异。隔一年有助于根长，对根表面积和根体积影响不明显；隔二年后根长有下降的趋势。表5

表5 不同年份棉种下棉花根系形态变化
Table 5 Effects of cotton varieties on root morphology of cotton in different years

存放年份Yearofstorage根长Rootlength(cm)根表面积Rootsurfacearea(cm2)根体积RootVolume(cm3)21144.9±48.4b187.95±20.10a2.47±0.47a11392.8±209.8a205.48±36.41a2.41±0.49a01229.0±76.3ab174.11±6.94a1.96±0.04a

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.5 储藏不同年份棉种产量

研究表明，不同储藏年份对籽棉产量、单株铃数、单铃重、衣分的影响不显著，储存一年的棉种较当年棉种籽棉产量、单株结铃、衣分分别高2.96%、3.70%、1.58%。表6

表6 不同年份棉种下产量及其构成因子变化
Table 6 The difference of cotton seed yield components in different years

存放年份Yearofstorage单铃重Bollweight(g)衣分Lintpercentage(%)单株铃数BollNO.perplant籽棉产量Yield(kg/hm2)25.06±0.06a46.0±0.2a5.30±0.50a4211.4±153.7a15.10±0.10a45.0±0.6a5.60±0.30a4485.3±132.5a05.10±0.10a44.3±2.0a5.40±0.60a4356.5±123.4a

注：不同小写字母表示0.05(P<0.05)水平下的差异分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

3 讨论

3.1 隔年棉种对幼苗生长的影响

种子质量关系到播种后能否及时出苗、出全苗、育壮苗，进而影响最终产量。在生产中，种子的出苗率、发芽率、发芽势都是衡量种子种用价值的重要指标。种子的发芽率和发芽势受储存环境影响较大[13-14]；在新疆南疆自然室温条件下，陆地棉储存10 a、海岛棉储存15 a，对出苗、发芽无明显影响[7]；在河北自然保存下，种子活力在收获第2 a达到最高，后持续下降，在第7 a已经下降到较低水平[15]，研究表明,隔一年或二年的棉种发芽率和发芽势与当年棉种差异不显著；出苗率隔一年与当年的棉种无差异，隔二年的棉种显著低于当年和隔一年棉种；隔一年的棉种对种子活力和生活力影响不显著，隔二年的棉种生活力不变，活力显著降低。

前人研究表明，隔年种子对幼苗的生长无明显影响，甚至有一定的促进作用[5-9]。试验表明，隔一年的棉种在三片真叶时幼苗长势显著优于当年和隔二年棉种的幼苗，隔二年与当年棉种的幼苗性状差异不明显；隔一年后有助于棉株幼苗的生长，隔二年和当年棉种幼苗的生长无显著差异。

幼苗叶片的SOD活性和MDA含量对幼苗的生长有较大影响[16]。SOD活性与种子发芽率正相关[17]，超干储存的棉种SOD明显高于常规储存[18]。研究表明,隔一年棉种的SOD高于当年和隔二年棉种，棉种在隔一年后保护酶含量有所提高，发芽率有增加的趋势，但不显著。植物在逆境胁迫时会导致膜脂过氧化作用加强，膜脂过氧化的最终产物MDA都会严重损伤生物膜[19-20]；SOD活性的增加可降低MDA的含量[16]。研究表明，与当年棉种相比，隔一年后棉种幼苗的MDA含量显著降低，隔一年后棉花幼苗的细胞膜结构完整性增强，增加了幼苗的抗性。

3.2 隔年棉种对棉花产量的影响

新疆是我国棉花主产区，单产在全国乃至世界上均处于领先地位[21-22]；优质种子是提高产量的必要条件，在生产实践中表明,使用隔年棉种与当年棉种无明显差异[5-7]。研究表明,隔一年和二年的棉种与当年棉种的产量及构成因子无显著差异，与生产实践一致；且储存一年的棉种较当年棉种籽棉产量、单株结铃、衣分分别高2.96%、3.70%、1.58%，这可能是隔一年的棉种提高了苗期叶片SOD活性，降低了叶片MDA含量，促进了棉花幼苗生长的原因[16]；隔一年的棉种种子活力较强，有利于苗期生长发育，实现壮苗，进而影响最终产量。在北疆地区选用隔一年和二年的棉种对产量无显著影响，且使用隔一年的棉种还有增产的潜力。