不同棉花品种棉铃壳含Fe、Zn 量及其空间分布分析

薛惠云,王素芳,武志斌

（1.河南科技学院生命科技学院,河南 新乡 453003;2.新乡市土壤肥料工作站,河南 新乡 453004）

棉花是世界上主要的经济作物,具有无限开花结铃习性,其开花结铃顺序是由下部果枝向上部果枝、由内部果节向外部果节按圆锥体形式依次进行.成铃率、棉铃大小及其纤维品质与棉铃时空分布密切相关.如棉花植株内围果节、下部果枝的成铃率分别比外围果节、上部果枝高;第1、2 果节位棉铃的纤维品质优于第3、4 果节.超高产常规品种棉花中下部内围铃所占比例高达90%以上[1-3].不仅浇水、施肥量和种植密度等栽培措施会影响棉铃的时空分布, 而且不同棉花品种在相同栽培措施下时空分布也存在差异[4-8].棉铃是由铃壳、棉纤维和种子构成.棉铃壳是棉铃的果皮,它为棉纤维及种子发育提供了场所与载体.在棉铃发育的充实期,纤维不断伸长,种子和纤维的干物质质量急剧增加,铃壳内贮藏物质也转移到纤维和种子中.因此,棉铃时空分布不同,其充实期所处的环境条件不同,对应棉铃壳中矿质元素和有机成分含量也可能不同.

棉铃壳中的物质含量及其向籽棉的转化率对棉花产量、早熟性、纤维品质具有重要影响.微量元素Fe 和Zn 是许多蛋白质的辅因子,在棉花生长发育及纤维产量品质方面发挥着重要的作用.土壤中适当增施乙二胺二邻苯基乙酸铁钠和硫酸锌,可以增加棉铃质量、籽棉产量和纤维产量[9].前人对棉花根、茎、叶、种子和纤维等器官中微量元素含量的研究较多[10-13],但对棉铃的棉铃壳中微量元素尤其是含Fe、Zn量研究鲜有报道.

此外,棉铃壳质地粗糙、纤维含量较高.籽棉收获后棉铃壳可作为重要的饲料和食用菌生长介质,进而产生较高的经济价值.Fe 和Zn 也是动物和食用菌生长的必需微量元素.本试验对收获期不同品种棉花的不同层果枝和不同节位的棉铃进行微量元素Fe、Zn 分析,并探讨不同空间部位棉铃壳含Fe、Zn 量,该研究结果不仅为揭示棉纤维品质差异提供了理论基础,而且还丰富了植物养分理论,为棉铃壳作为饲料和食用菌生长介质提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 棉花品种和棉铃壳空间分布分类

棉花品种DP 99B,美国孟山都公司选育;中棉41,中国农业科学院棉花研究所选育;鲁棉研21,原山东棉花中心选育.棉花植株从下向上数,1- 4 台果枝定义为第1 层果枝（b1）,5- 8 台果枝定义为第2 层果枝（b2）,9- 12 台果枝定义为第3 层果枝（b3）,13 台及以上果枝定义为第4 层果枝（b4）;从靠近主茎向外数,依次为1- 4 果节节位,即n1、n2、n3 和n4.

1.2 棉花种植

种植密度为3 000 株/667 m2,三种棉花品种播种、施肥和浇水等田间管理方式一致.

1.3 棉铃壳Fe、Zn 提取和检测

收获期,取不同品种棉花不同果枝层及不同果节上的棉铃壳,烘干称质量后,精确称取粉碎后样品0.20 g 放入消煮管中,注入5 mL 硝酸过夜溶解.溶解充分后用LNK- 801A 型远红外消煮炉消煮,至消煮管中液体为清亮状态后在通风橱中冷却.之后将消煮完全的样品溶液转入50 mL 容量瓶中,用2%硝酸溶液定容至50 mL,摇匀,用Optima 2100 DV 电感耦合等离子体发射光谱仪检测提取液中含Fe、Zn 量.

1.4 数据处理

数据采用Excel 和SAS 进行处理分析,并用Excel 作图.

2 结果与分析

2.1 不同棉花品种棉铃壳中含Fe、Zn 量

不同棉花品种棉铃壳中含Fe、Zn 量如图1 所示.

图1 不同棉花品种棉铃壳中含Fe、Zn 量Fig. 1 Fe and Zn contents in boll hulls of different cotton varieties

由图1 所示,DP99B、中棉41 和鲁棉研21 的棉铃壳含Fe 量明显高于含Zn 量.三个品种的含Fe 量依次为159.3、178.2 和202.8 μg/g;含Zn 量依次为55.4、43.3 和41.3 μg/g.鲁棉研21 棉铃壳含Fe 量显著高于DP 99B,中棉41 棉铃壳含Fe 量居中,但中棉41 棉铃壳含Fe 量和鲁棉研21 及DP 99B 之间差异不显著;DP 99B 棉铃壳含Zn 量显著高于中棉41 和鲁棉研21,但后两者之间差异不显著.

2.2 不同棉花品种不同果枝棉铃壳中含Fe 量分布

不同棉花品种不同层果枝棉铃壳中含Fe 量分布如图2 所示.

图2 不同品种棉花不同层果枝棉铃壳中含Fe 量Fig. 2 Fe content in boll shells of different layers of fruit branches of different varieties of cotton

由图2- A 可知,棉花DP 99B 第1- 3 层果枝棉铃壳中含Fe 量显著低于第4 层果枝的棉铃壳,依次为159.6、130.5、155.2 和235.2 μg/g.由图2- B 可知,和DP 99B 相反的是中棉所41 第一层果枝棉铃壳中含Fe 量显著高于2- 4 层果枝棉铃壳含Fe 量,依次为267.4、138.7、133.9 和165.0μg/g.由图2- C可知,和中棉41 相似的是鲁棉研21 第一层果枝棉铃壳中含Fe 量显著高于2- 4 层果枝棉铃壳含Fe 量,依次为233.1,193.5,155.2和190.6 μg/g.

2.3 不同棉花品种不同果节棉铃壳中含Fe 量分布

不同棉花品种不同果节节位棉铃壳中含Fe 量如图3 所示.

图3 不同棉花品种不同果节节位棉铃壳中含Fe 量Fig. 3 Fe content in boll shells of different varieties of cotton at different fruit nodes

由图3- A 可知,棉花DP 99B 果枝第1- 3 节棉铃壳中含Fe 量显著低于第4 节位棉铃壳含Fe 量,并且第1 节位棉铃壳的含Fe 量显著低于第2、3 节棉铃壳含Fe 量,1- 4 节棉铃壳中含Fe 量依次为122.7、143.6、150.5 和177.0 μg/g.由图3- B 可知,和DP 99B 不同的是中棉41 中第3 节位棉铃壳中含Fe 量最高,并且显著高于其他3 个节位中棉铃壳含Fe 量,1- 4 节棉铃壳中含Fe 量依次为150.3、149.1、254.7 和166.1 μg/g.由图3- C 可知,和中棉41 相似的是鲁棉研21 中第3 节位棉铃壳含Fe 量也是最高,但仅仅显著高于第1 和2 节位,1- 4 节棉铃壳中含Fe 量依次为196.2、184.6、240.9 和228.2 μg/g.

2.4 不同棉花品种不同果枝棉铃壳中含Zn 量分布

不同棉花品种不同层果枝棉铃壳中含Zn 量如图4 所示.

图4 不同棉花品种不同层果枝棉铃壳中含Zn 量Fig. 4 Zn content in boll shell of different layers of fruit branches of different cotton varieties

由图4- A 可知,棉花DP 99B 第3- 4 层果枝棉铃壳中含Zn 量高于第1- 2 层果枝中Zn 的含量,但差异不显著;1- 4 层果枝中含Zn 量依次为56.0、51.6、62.4 和57.9 μg/g.由图4- B 可知,中棉41 第3 层果枝棉铃壳中含Zn 量显著低于1- 2 层果枝棉铃壳含Zn 量,而第4 层果枝棉铃壳中含Zn 量显著高于1- 2层果枝棉铃壳含Zn 量;1- 4 层果枝中含Zn 量依次为47.9、45.3、32.0 和54.7μg/g.由图4- C 可知,鲁棉研21 第1- 2 层果枝棉铃壳中含Zn 量显著高于第3- 4 层果枝棉铃壳中含Zn 量,1- 4 层果枝中含Zn 量依次为46.2、43.9、30.1 和34.8 μg/g.

2.5 不同棉花品种不同果节棉铃壳中含Zn 量分布

不同棉花品种不同果节节位棉铃壳中含Zn 量如图5 所示.

图5 棉花不同果节节位棉铃壳中含Zn 量Fig. 5 Zn content in boll shell of cotton at different fruit nodes

由图5- A 可知,DP 99B 第1- 2 果节棉铃壳中含Zn 量显著低于第3- 4 果节棉铃壳中含Zn 量,1- 4果节棉铃壳中含Zn 量依次为50.6、36.1、61.6 和66.7 μg/g.由图5- B 可知,与DP 99B 相似的是中棉41第1- 2 果节棉铃壳中含Zn 量显著低于第3- 4 果节棉铃壳中含Zn 量,1- 4 果节棉铃壳中含Zn 量依次为32.6、33.5、53.7 和47.1 μg/g.由图5- C 可知,虽然鲁棉研21 第1- 2 果节棉铃壳中含Zn 量也低于第3- 4果节棉铃壳中含Zn 量,但与第3 果节棉铃壳中含Zn 量差异未达到显著水平.其1- 4 果节棉铃壳中含Zn量依次为38.8、39.1、47.4 和50.6 μg/g.

3 结论与讨论

在生产上,棉花田施用Fe 肥、Zn 肥可以增加铃质量、籽棉和纤维产量[10,15].对棉花根、茎、叶、种子、纤维、蕾和花中的含Fe、Zn 量研究较多[11-14,16-17].本研究探索了不同棉花品种棉铃壳中含Fe、Zn 量及其空间分布.

不同棉花品种的长势、株型、成铃数及其空间分布通常存在差异[4-8],其棉铃壳中的含Fe、Zn 量也存在差异.中棉41 和鲁棉研21 株高相近,DP 99B 株高最矮,比其他两个品种低10 cm.但是,DP 99B 的果枝数、果节数最多,其中果节数比中棉41 多18 节,比鲁棉研21 多22 节.DP 99B 的成铃数比中棉所41 多3.5个,比鲁棉研21 多10.9 个[17].三个品种的含Fe 量依次为中棉41＞鲁棉研21＞DP 99B;含Zn 量依次为DP 99B ＞鲁棉研21＞中棉41,棉铃壳含Fe 量和含Zn 量成相反的趋势,这表明在株型矮果节多成铃多的品种中棉铃壳容易富集Zn,而在株型高果节数少成铃少的品种中棉铃壳容易富集Fe.

内围铃的铃质量、铃数大于外围铃,下层果枝的铃质量、铃数,通常大于上部果枝的铃质量、铃数[8,18].本研究中用到的DP 99B、中棉41 和鲁棉研21 三个棉花品种,在相同的种植密度和管理条件下,也呈现为内围、下层果枝的铃数大于外围、上层果枝的铃数.但是,差异幅度不一样.DP 99B 的第一节位铃数分别是第二、三节位的1.45 和2.34 倍,中棉41 的第一节位铃数分别是第二、三节位的1.62 和3.42 倍,鲁棉研21 的第一节位铃数分别是第二、三节位的1.42 和3.81 倍[18].在该研究中,棉铃壳含Fe、Zn 量基本呈现内围铃的低于外围铃,DP 99B 的1- 2 果节棉铃的铃壳含Fe、Zn 量是3- 4 节铃壳含量的0.81 和0.68倍;中棉41 的1- 2 节铃的铃壳含Fe、Zn 量是3- 4 节铃壳含量的0.71 和0.66 倍;鲁棉研21 的1- 2 节铃的铃壳含Fe、Zn 量是3- 4 节铃壳含量的0.81 和0.79 倍.这可能是因为内围铃成熟早,矿质元素向种子和纤维转移充分的原因,也间接表明了为什么通常情况下内围铃铃质量大于外围铃铃质量.不同层果枝的棉铃壳含Fe、Zn 量在不同品种之间呈现不同的模式.如棉铃壳含Fe 量在DP 99B 表现为第一层果枝显著高于2- 4 层果枝,但在中棉41 和鲁棉研21 则表现为第四层果枝显著高于1- 3 层果枝.这可能是因为不同台果枝结铃和铃发育受品种熟性、密度和降雨等因素影响,棉铃壳矿质元素含量也受影响,进而呈现不同的模式.