生物冷诱导处理棉种对抗逆性和产量的影响

赵丽红，冯鸿杰，冯自力，魏锋，张亚林，朱荷琴

（棉花生物学国家重点实验室/ 中国农业科学院棉花研究所，河南安阳 455000）

新疆凭借特有的地域和气候优势，成为我国最大的棉花种植区和重要生产基地，但低温冷害一直是该地区棉花生产的主要限制因素之一[1]。 据不完全统计，每年因低温冷害等因素造成的直接经济损失达数千亿元[2-3]。生物冷诱导可以提高植物的耐寒性，对提高植物抗低温逆境能力具有十分重要的作用[4-6]，能显著提高小麦的抗逆性和产量[7]。 为验证生物冷诱导技术能否提高棉花的抗逆性和产量，为其推广应用提供依据，2020 年在中国农业科学院棉花研究所石河子试验站 （新疆石河子市北泉镇）和中国农业科学院棉花研究所病圃（河南省安阳市安阳县白璧镇）进行了该技术处理棉花种子的效果试验。

1 材料与方法

1.1 供试棉花品种

供试棉花品种为中棉所92 和新陆早63，均为非转基因常规棉，耐黄萎病。

1.2 田间试验方法

1.2.1试验设计。 中棉所92 和新陆早63 的种子（光籽）分别经生物冷诱导处理[8]（由华晶农业科学研究院进行），以常规储存种子（光籽）为空白对照（CK）。 安阳试验点于2020 年5 月11 日播种，行距80 cm，株距25 cm。 各处理设3 次重复，共12 个小区；每个小区6 行，行长8 m，面积38.4 m2。 新疆石河子试点于2020 年4 月23 日播种。 种植模式：地膜覆盖，1 膜6 行，宽行、窄行行距分别为66 cm、10 cm，株距8 cm。 3 次重复，每个重复6行，每穴播种2 粒，留苗1 株。除小区试验外，2 个品种的示范面积均为666.7 m2， 对照示范面积均为133.3 m2。

1.2.2田间调查项目及方法。（1）出苗率。新疆试验点：每小区固定2 个点，每个重复固定2 行（约50粒），播种后第7 天开始调查出苗数，直到不再出苗为止。安阳试验点：每小区固定2 个点，每个重复固定4 行（约100 粒），播种后第7 天调查出苗数。 根据2 个试验点的出苗数据计算出苗率。 （2）株高和单株鲜物质质量。 定苗前取样，安阳试验点于6 月4 日、新疆石河子试点于6 月5 日每个小区随机取苗10 株，测量株高和单株鲜物质质量。 （3）棉花根系生长及其他农艺性状。各小区于6 月5 日取样观察棉苗根系生长情况。 于棉花现蕾初期，田间观察冷诱导处理和对照材料的农艺性状，如株型、叶色、茎色以及茎毛数量、腺体数量、果枝数等。 （4）抗黄萎病鉴定。于花铃期按全国统一病情分级标准5 级分级法[9]调查发病情况并计算病情指数，每小区固定2 行，3 次重复， 调查2 个品种在处理和对照条件下的黄萎病发生情况，每7 d 左右调查1 次，调查2～3 次[10-11]。 （5）蕾铃脱落率和产量。 新疆石河子试点于8 月30日，每小区连续调查100 株，计算蕾铃脱落率。 9 月底棉花完全吐絮后，每小区选中间4 行，测定各小区铃重、产量和衣分，实收测产。 （6）纤维品质。新疆石河子试点于收花期在每小区收取成熟的中部铃50 个， 轧花后取纤维样品送农业农村部棉花品质监督检验测试中心测定纤维品质5 项指标（纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和断裂伸长率）。

1.3 室内试验方法

1.3.1发芽率测定试验。将生物冷诱导处理的中棉所92 和新陆早63 种子及其对照种子各50 粒播种于发芽盒沙培[12]，于播种后3 d、5 d、7 d 按照国家标准GB 4407.1－2008[13]测定处理和空白对照的发芽率。

1.3.2株高和单株鲜物质质量。将生物冷诱导处理的中棉所92、新陆早63 及对照棉种播种于发芽盒沙培，7 d 后，各取30 株，测量株高和单株鲜物质质量。

1.4 数据统计与分析

用Microsoft Excel 2007 进行数据计算， 采用SPSS 19.0 软件进行方差分析， 采用Tukey’s 法分析处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 生物冷诱导处理对棉花种子发芽率和出苗率的影响

在播种后的第3 天、第5 天和第7 天，经生物冷诱导处理的2 个棉花品种的发芽率均高于对照（表1）。 其中，生物冷诱导处理的中棉所92 在3 个时间点的发芽率均显著或极显著高于对照；生物冷诱导处理的新陆早63 在3 个时间点的发芽率均高于对照，但差异不显著（表1）。 该结果表明生物冷诱导处理有利于提高室内棉花种子的发芽率，但其效果在不同品种之间有差异。

生物冷诱导处理后2 个棉花品种在安阳和石河子试点的出苗率均低于对照（表1），但差异均不显著，表明生物冷诱导处理对棉花种子田间出苗无显著影响。

表1 处理间棉花种子发芽率和出苗率的比较 %

2.2 生物冷诱导处理对棉花株高、 单株鲜物质质量的影响

播种7 d 后室内沙培结果（表2）显示：经生物冷诱导处理后，中棉所92 的株高显著高于对照，单株鲜物质质量极显著高于对照；而生物冷诱导处理后的新陆早63 的株高和单株鲜物质质量虽均高于对照，但差异均不显著。 表明生物冷诱导处理能促进中棉所92 棉苗生物量的积累，但对新陆早63 的作用不显著。

安阳试验点定苗前的调查结果（表2）表明：生物冷诱导处理的中棉所92 和新陆早63 的株高和单株鲜物质质量与对照差异均不显著。

新疆石河子试点定苗前的调查结果 （表2）显示：生物冷诱导处理的中棉所92 的株高高于对照，但差异不显著，而其单株鲜物质质量极显著高于对照。生物冷诱导处理的新陆早63 的株高低于对照，单株鲜物质质量高于对照，但差异均不显著。 表明在新疆石河子生物冷诱导处理对2 个品种的株高和新陆早63 的单株鲜物质质量影响不显著， 但能显著提高中棉所92 的单株鲜物质质量。

表2 处理间棉苗株高和单株的鲜物质质量比较

2.3 生物冷诱导处理对棉花苗期根系生长及其他农艺性状的影响

2.3.1苗期根系生长。 根系生长情况观察结果表明，生物冷诱导处理种子后，中棉所92 棉苗的侧根数量多于对照（图1），而新陆早63 棉苗的根系生长情况和对照差别不明显（图2）。 表明生物冷诱导处理可能对棉花根系生长有促进作用，且对中棉所92 的效果优于新陆早63。

图1 不同处理下中棉所92 的根系生长情况

图2 不同处理下新陆早63 的根系生长情况

2.3.2其他农艺性状。 田间观察结果显示，生物冷诱导处理种子对这2 个品种的株型、叶色、茎色以及茎毛数量、腺体数量、果枝数等无显著影响。

2.4 生物冷诱导处理对棉花黄萎病的影响

在安阳病圃和石河子试验站，生物冷诱导处理的中棉所92 的黄萎病发病率和病情指数均低于对照，其中在石河子试验站差异显著（表3）。 生物冷诱导处理后，新陆早63 在安阳病圃、石河子试验站的黄萎病发病率和病情指数均高于对照，但均未达到显著水平。表明生物冷诱导处理对不同品种黄萎病抗性的影响不同，可在石河子试点显著提高中棉所92 的抗病性，但对新陆早63 作用不显著。

表3 不同处理下棉花黄萎病发生情况

2.5 生物冷诱导处理对棉花产量的影响

生物冷诱导处理下2 个品种的蕾铃脱落率都低于对照，但差异不显著。 经生物冷诱导处理的中棉所92 和新陆早63 的铃重与对照相当，衣分均高于对照，但差异不显著；小区试验中，生物冷诱导处理的中棉所92 和新陆早63 的籽棉产量分别比对照增产3.6%和6.4%，但差异不显著。 小面积示范试验中测产结果表明， 生物冷诱导处理的中棉所92 和新陆早63 的籽棉产量分别比对照增加9.6%和8.2%（表4）。

表4 石河子试点处理间棉花产量的比较

2.6 生物冷诱导处理对棉花纤维品质的影响

经测定， 生物冷诱导处理对中棉所92 和新陆早63 的纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和断裂伸长率均无显著影响（表5）。

表5 石河子试点处理间棉花纤维品质的比较

3 讨论与结论

生物和非生物逆境是限制我国棉花生产的重要因素。低温造成的灾害主要发生于棉花的生长前期[14-17]，严重时导致棉苗冻死。 高温也会造成伤害，夏季白天37～39 ℃持续12 h 以上的天气超过7 d时，会造成花粉败育、蕾铃脱落[3]。 低温伤害造成农作物及果树等大幅度减产，是世界范围内普遍存在的严重问题[18-19]。 生物冷诱导处理技术对棉花种子处理后，能够提高棉花的抗逆性和产量，但品种间存在差异，具体结论如下：（1）在室内沙培条件下，生物冷诱导技术可以提高棉花种子的发芽率和生物量，但在不同品种之间有差异。中棉所92 和新陆早63 的发芽率和出苗率较低的原因可能是种子在实验室保存的时间较长。室内试验发芽率高的棉花种子在大田条件下出苗率不一定高，其原因有待进一步研究。（2）在大田条件下，生物冷诱导处理对棉花种子田间出苗率、株型、叶色、茎色、茎毛数量、腺体数量、果枝数等均无显著影响，能显著提高石河子试点中棉所92 的棉苗生物量，但对新陆早63 作用不显著。 （3）生物冷诱导处理对黄萎病的影响在不同品种之间有差异，在石河子试点显著提高中棉所92 的抗病性，但对新陆早63 作用不显著。（4）生物冷诱导处理后中棉所92 和新陆早63 的籽棉产量分别提高9.6%和8.2%，提高了衣分，但对铃重影响不大。 （5）生物冷诱导处理棉花种子对2 个棉花品种的纤维品质均无显著影响。 总之，采用生物冷诱导技术处理棉花种子对棉花生长无不良影响，能提高棉花的籽棉产量、发芽率、田间出苗率、抗病性等，但其效果在不同品种不同地区之间有差异。