外施生长素对短季棉幼苗生长发育的影响

穆昆杰，陈艺博，刘拓，张婧，马宗斌，刘伟，贾琳，朱伟

（河南农业大学农学院，郑州450046）

棉花是重要的油料和经济作物[1]。由于近年来种植结构的调整，春棉种植面积大幅度下降，麦套或直播短季棉种植面积逐年上升。短季棉因其生育期短、苗期生长发育快[2]，对提高棉区复种指数、增加单位面积经济效益，具有重要的意义和作用。但短季棉苗期常受低温、干旱等自然灾害影响，生长发育缓慢。而外施植物生长调节剂可调控植物生长发育[10]，加快棉花生长进程，有效躲避自然灾害，有利于茬口的合理选择。生长素是最早被发现的1种植物激素，具有促进植物细胞分化与伸长、侧根形成、生长发育等生理作用，还参与控制顶端优势、衰老及应对各种非生物胁迫的反应[3]。生长素可以通过自身合成积累，也可通过叶喷、根施和浸种等方式调节植物的生长发育。外施生长素可促进刺果瓜幼苗株高增加和根的伸长[4]；促进上部烟叶开片，提高烟叶的叶面积（油菜素内酯和生长素2种外源物质同时喷施时效果会更好）[5]；促进作物地上和地下部鲜物质质量的增加，提高根系活力，促进地上部生长，提高叶绿素含量[6-7]，显著提高烟草上部叶净光合速率[8]。在一定的范围内，随着外施生长素浓度的升高，可促进棉花等作物幼苗的生长，提高幼苗体内抗氧化酶活性[9-10]。但关于生长素对短季棉生长发育的影响，鲜有报道。

本研究采用盆栽方法，通过叶面喷施生长素分析其对短季棉幼苗生长发育和生理特性的影响，为进一步探明生长素调控棉花幼苗生长发育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试棉花品种为短季棉中棉所94A2941（记为V1，生育期90～101 d）和春棉豫农棉31（记为V2，生育期110～116 d）。生长素3-吲哚乙酸（IAA）购自索莱宝公司。

1.2 试验设计

试验于2020年在河南农业大学龙子湖校区进行。采用盆栽方法，桶高43 cm、直径43 cm，每盆装35 kg过筛后的沙壤潮土。选取饱满、大小一致的种子，播种前用5%（体积分数）次氯酸钠消毒。每盆播5～6粒种子，按时进行间苗，每盆保留1株幼苗，各盆所留棉苗长势均匀一致。

试验设置2个处理：①叶面喷施50 mg·L－1生长素（喷施至雾状水汽在叶片表面形成水滴自然落下为止）；②叶面喷施清水为对照（CK）。

在出苗后第20天开始进行生长素外施处理，每隔2周喷施1次，共5次。外施生长素后每隔2周对叶片取样1次，共5次。取完全长出的倒3叶，测定相关指标。取样叶片分别用自封袋包好，并置于－80℃条件下保存。2个棉花品种分别设置2个处理，3次重复，每个重复12盆，采用完全随机排列。

1.3 测定项目与方法

1.3.1株高。测量基质表面到主茎最高点的距离。

1.3.2植株鲜物质质量和干物质质量。将棉株和根系清洗干净并分成根、茎和叶3部分，用滤纸吸干表面水分称重即为鲜物质质量；将棉株分成的根、茎和叶3部分置于105℃干燥箱（天津泰斯特WGL-230B）中杀青20 min，然后75℃烘干至恒重，称重即为干物质质量。

1.3.3叶面积。每个处理随机选取3株，测量叶长和叶宽，采用长宽系数法测量叶面积，系数取0.78。

1.3.4SPAD值。用SPAD-502叶绿素仪测棉花叶片SPAD值。每个处理随机选取3株棉花，每株选取主茎倒3叶，用叶绿素仪在每张叶片的上、中、下取3个点测定，取数据的平均值。

1.3.5叶片光合指标的测定。釆用Li-Cor 6400光合仪测定最大叶的光合特性，测定时间为9:30－11:00，测定光照强度设定为1 000μmol·m－2·s－1，CO2流量设定为500μL·L－1。各处理设置3次重复。

1.3.6生理指标的测定。每个处理随机选取3株棉花，每株选取主茎倒3叶用于生理指标测定。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮蓝四唑（Nitro-blue tetrazolium，NBT）光化还原法[11]测定，过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈创木酚法[12-13]测定，丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[14]测定，游离脯氨酸（Proline，Pro）含量采用茚三酮法[15]测定。

1.3.7细胞学观察。初花期在茎尖生长点处取样，置于福尔马林-醋酸-酒精（FAA）固定液中保存固定，采用“番红-固绿”法[16]制作石蜡切片，使用OLYMPUS BX43显微镜进行观察拍照，采用CellSens Standard软件统计分析。

1.4 数据分析

试验数据采用Microsoft Excel 2019进行整理，用SPSS 25软件t检验进行统计分析，采用Graph Pad Prism 8作图。

2 结果与分析

2.1 外施生长素对棉花幼苗农艺性状的影响

由表1可知，与对照相比，外施生长素后棉花幼苗鲜物质质量显著提高，外施生长素后2个品种的鲜物质质量与对照相比分别增加了34.6%和21.8%，V1鲜物质质量提升幅度较V2大；但棉花幼苗干物质质量没有显著差异。V1和V2的鲜物质质量呈现出差异，是因为品种V2为春棉，基础生物量较大，幼苗生长快，农艺性状均比V1好。与对照相比，外施生长素后V1和V2幼苗的叶面积和株高均显著增加。V1和V2的叶面积较对照分别增加了26.0%和23.4%，株高较对照分别增加了11.9%和7.5%。说明外施生长素可促进短季棉幼苗营养生长，加速生长发育进程，叶面积增长迅速，株高增长较快，植株形态建成迅速[17]。

表1 棉花幼苗农艺性状的比较

2.2 外源生长素对棉花幼苗光合特性的影响

由表2可以看出，与对照相比，外施生长素后，V1和V2棉花幼苗净光合效率增加，都表现出显著性差异，V1和V2净光合效率较对照分别提高了19.3%和17.0%。这表明外施生长素通过提高棉花幼苗净光合效率，增加光合产物积累，提高了棉花幼苗鲜物质质量和干物质质量（表1）。与对照相比，外施生长素后，V1和V2棉花幼苗细胞间CO2浓度增加，但V1棉花幼苗细胞间CO2浓度增加幅度低于V2，表明V2光合底物CO2供应充分，光合效率较高。V1和V2的气孔导度、蒸腾速率与对照间没有显著差异，这说明外施生长素对水分和气体交换影响较小。由此可以看出，外施生长素可促进棉花幼苗的光合作用，有利于积累更多的营养物质。

表2 棉花幼苗光合参数的比较

2.3 外施生长素对棉花幼苗生理指标的影响

2.3.1SPAD值。棉花幼苗叶绿素含量与SPAD值呈显著正相关[18]。如图1-A（见封三彩页）所示，与对照相比，外施生长素后，V1和V2棉花幼苗的SPAD值增加，均达到显著性差异。V1和V2的SPAD值分别较对照提高了8.9%和10.9%。短季棉V1和春棉V2相比，V1幼苗叶色较深，叶绿素含量（SPAD值）较高，这可能是因为短季棉生育期较春棉短，须进行大量的光合作用以满足植株形态迅速建成对营养的需求。

2.3.2超氧化物歧化酶活性。SOD活性高有利于清除植物体内活性氧自由基，保护细胞免于氧化损伤。与对照相比，外施生长素后V1和V2的SOD活性均有所增强，V1外施生长素后SOD活性较对照差异显著（图1-B，见封三彩页）。V1和V2的SOD活性较对照分别提高了3.7%和1.2%。外施生长素后，V1的SOD活性增幅较V2大，说明短季棉幼苗在外施生长素后SOD活性增强，清除自由基更有效，细胞损伤较轻。

2.3.3过氧化物酶活性。POD具有催化过氧化氢，消除酚类、醛类物质毒性的作用[19]。由图1-C（见封三彩页）可知，与对照相比，外施生长素后V1和V2的POD活性均有所增强，分别提高了7.9%和13.9%，但差异不显著。短季棉V1和春棉V2相比，外施生长素后，春棉V2的过氧化物酶活性较V1高，但品种间无显著差异。

2.3.4丙二醛含量。MDA含量是反映植物细胞膜脂过氧化程度的重要指标之一。由图1-D（见封三彩页）可知，与对照相比，外施生长素后V1和V2棉花幼苗的MDA含量分别较对照降低了18.2%和13.4%，V1外施生长素后MDA含量较对照差异显著。外施生长素后，短季棉V1的MDA含量较春棉V2低，表明短季棉幼苗膜脂过氧化程度较春棉轻，更有利于生长发育。

2.3.5脯氨酸含量。由图1-E（见封三彩页）可知，与对照相比，外施生长素后V1和V2的棉花幼苗的脯氨酸含量增加，分别较对照增加13.3%和8.4%。外施生长素后，短季棉V1脯氨酸含量增幅较春棉V2大，表明外施生长素后短季棉幼苗渗透调节能力更强，因而对不良环境的抵抗能力更强。

2.4 外施生长素对棉花茎尖显微结构影响

如图2（见封三彩页）所示，与对照相比，外施生长素后，V1和V2的棉花幼苗茎尖明显增大，生长锥呈饱满的半圆球状，分生区变长，外侧有更多的叶原基和幼叶。因此推断外施生长素可加快棉花茎尖组织分化，促进植株营养生长，加快生长发育进程。和春棉V2相比，外施生长素后短季棉V1幼苗茎尖生长较快，叶原基和幼叶发育较早，初生分生组织和原形成层束发达，更有利于水分和养分的运输，促进棉花幼苗的生长发育，加速植株形态建成。

3 讨论与结论

本研究结果表明，与清水对照相比，外施生长素可显著促进棉花幼苗的地上部分生长，使植株鲜物质质量、干物质质量、叶面积、株高增加，净光合效率显著提高，SOD活性、POD活性和脯氨酸含量增加，MDA含量降低。另外，茎尖细胞显微结构观察结果表明，外施生长素后棉花幼苗茎尖生长点变大，细胞密度增大。说明外施生长素可以促进短季棉幼苗的生长发育。

外施一定浓度的生长素可以促进植株的生长[20]。本研究结果也表明，外施生长素可促进短季棉V1和春棉V2植株的营养生长，增加株高和叶面积，提高植株的鲜质量和干质量。叶绿素是植物光合作用的主要色素，其含量直接影响作物的光合能力[21-22]。本研究中，外施生长素后短季棉V1和春棉V2幼苗的SPAD值和净光合效率增加显著，表明外施生长素有利于提高棉花幼苗的叶绿素含量和地上部的光合能力，可促进幼苗叶片光合产物的快速积累。

SOD和POD可以清除植物代谢过程中产生的活性氧，是植物体内重要的保护酶。抗氧化酶SOD和POD活性的变化反映了植物对逆境胁迫的耐受能力，广泛应用于逆境研究中[23]。罗嘉亮等[24]研究外源生长素对杜梨不定芽生根的影响时发现，外源生长素可以提高不定芽的抗氧化酶活性。本研究与其结论一致，外施生长素后短季棉V1和春棉V2的SOD和POD活性增强，表明外施生长素有利于提高棉花幼苗对逆境胁迫的适应能力，保证幼苗正常生长。MDA是细胞膜脂过氧化最终产物，对细胞产生毒性作用，其含量的变化能反映非生物胁迫对于植物细胞膜损害程度的大小[25]。本研究中，外施生长素后短季棉V1和春棉V2的MDA含量降低，对细胞产生毒性减弱，这与前人研究得出的外源生长素使盐胁迫下玉米叶片中的MDA含量降低，延缓衰老的结论[26]一致。脯氨酸作为1种渗透调节物质，其含量的增加可以提高细胞的抗逆能力[27]。李亚萍等[28]研究发现，外源IAA可显著提高白三叶叶片游离脯氨酸含量，有效降低渗透势。本研究结果表明，外施生长素后短季棉V1和春棉V2的脯氨酸含量增加，渗透势降低，可提高细胞对不良环境的适应性，有利于细胞的生长。外源添加低浓度生长素和6-苄氨基嘌呤（6-BA）有利于枣茎尖培养，促进茎尖膨大，提高成活率[29]。本研究也发现外施生长素可促进棉花茎尖分生组织伸长，促进幼苗营养生长。

综上所述，外施生长素可促进棉花幼苗营养生长，有助于提高棉花幼苗对逆境胁迫的适应能力，积累更多的营养物质，加速植株形态建成，缩短营养生长生育期；促进棉花幼苗早开花，有利于短季棉提早成熟，在生产上应用于麦套棉和直播短季棉有重要的意义。由于不同品种棉花幼苗对生长素浓度的响应存在一定的差异性，如何在短季棉生长发育中选择最适生长素浓度，以及在大田实际生产中如何使用生长素促进短季棉生长发育尚需要进一步研究。