国审棉花品种冀丰103 高产生理特性研究

朱继杰，赵红霞，王士杰，贾晓昀，李妙，2*，王国印

（1.河北省农林科学院粮油作物研究所/ 河北省作物遗传育种实验室，河北 石家庄，050035；2.河北冀丰棉花科技有限公司，河北 石家庄 050035）

光合作用是作物生长发育和产量形成的基础[1～5]。高产作物产量的90%以上来自光合产物的积累[6]。叶片是进行光合作用的主要器官，叶片光合速率、面积和生理特性是影响产量形成的关键指标，也是高产品种研究的重要内容[7]。前人研究表明，棉花光合速率与产量性状具有较强的相关性[8]；群体光合速率与皮棉产量呈显著正相关[9]；棉花杂交种光合速率有明显的超亲优势[10]。此外，棉花净光合速率随着生育时期的不同而变化，表现为盛蕾期至初花期较高，初花期后略有降低，盛铃期迅速下降[11]。光合优势的表现是一个复杂的过程，只有综合比较和分析叶片光合生理活性的各项指标，才能得出较为确切的结论[12]。

冀丰103 是先后通过天津市（津审棉2012002）、河北省（冀审棉20190008）和国家（国审棉20190014）审定的棉花品种，其产量高、适应性广，在各级区域试验中皮棉产量均高于对照。但截至目前，有关冀丰103 高产的生理特性研究尚未见报道。从光合速率、光合面积、光合产物和产量等方面对冀丰103 的生理特性进行全面研究，分析冀丰103 高产的光合生理基础，旨为棉花高产育种提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试棉花品种为冀丰103、鲁棉研21 号、冀棉958 和中植棉2 号，其中，鲁棉研21 号是天津市区域试验对照品种，冀棉958 是河北省区域试验对照品种，中植棉2 号是国家区域试验对照品种。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2019～2000 年连续2 a 在河北省农林科学院粮油作物研究所堤上试验站进行。前茬作物为棉花，土壤类型为壤土，肥力中等。

试验棉花品种设冀丰103、鲁棉研21 号、冀棉958 和中植棉2 号4 个处理，其中鲁棉研21 号、冀棉958 和中植棉2 号为对照。小区面积20.1 m2，随机区组设计，3 次重复。

1.2.2 测定项目与方法 分别在苗期（2019 年6 月10 日、2000 年6 月13 日）、初花期（2019 年7 月9日、2000 年7 月10 日）、盛花期（2019 年8 月10 日、2000 年8 月12 日）、盛铃期（2019 年8 月28 日、2000 年8 月30 日） 和吐絮期（2019 年9 月12 日、2000 年9 月15 日），将每小区的中间行作为取样行，选择长势正常且一致的棉株主茎功能叶5 片，测定光合速率（采用LI-6400 便携式光合仪）、叶面积指数（采用LAI-2200 型冠层仪）、叶绿素含量（采用95%乙醇浸泡法）和可溶性糖含量（采用硫酸-蒽酮比色法）。

吐絮后，各小区取吐絮正常的棉铃50 朵，称重，计算单铃重；轧花后，称量皮棉重，计算衣分；随机选取棉子100 粒，称重，计算子指。除取样行外，各小区实收计产。

1.2.3 数据统计分析 各指标的2 a 数据基本一致，指标值取2 a 平均数。利用Excel 2010 软件进行数据整理和做图；利用SPSS 17.0 软件进行数据的差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同生育期棉花光合速率的变化以及盛花期光合速率的日变化

整个生育期，参试棉花品种的光合速率变化趋势基本一致，均呈先升高后降低的变化，且均在初花期达到最高（图1）。在苗期，冀棉958 的光合速率最高，冀丰103 居中；初花期和盛花期，冀丰103 的光合速率高于3 个对照品种；盛铃期和吐絮期，冀丰103 的光合速率居中。说明在生长旺盛的初花期和盛花期，冀丰103 具有较高的光合速率。

图1 不同生育期参试棉花品种光合速率的变化趋势Fig.1 Variation trend of photosynthetic rate of cotton varieties tested at different growth stages

盛花期，参试棉花品种的光合速率日变化趋势基本一致，均呈单峰曲线，且均在11：00 达到最高、17：00 降至最低，其中11：00～17：00 冀丰103 的光合速率高于3 个对照品种（图2）。说明在一天之中，冀丰103 能保持较长时间的高光合速率。

图2 盛花期参试棉花品种光合速率的日变化趋势Fig.2 Daily variation trend of photosynthetic rate of cotton varieties tested at full flowering stage

2.2 不同生育期棉花叶面积指数的变化

整个生育期，参试棉花品种的叶面积指数变化趋势基本一致，均呈先升高后降低的变化，且均在苗期最低，随后快速升高，至盛花期达到最高峰，之后开始缓慢下降（图3）。在生育前期，参试棉花品种的叶面积指数基本相同；盛花期，中植棉2 号的叶面积指数最大，冀丰103 居中；盛铃期和吐絮期，冀丰103的叶面积指数高于3 个对照品种。说明在生长发育后期，冀丰103 叶面积下降缓慢，仍可具有较大的叶面积进行光合作用。

2.3 不同生育期棉花叶绿素含量的变化

整个生育期，参试棉花品种的叶绿素含量变化趋势略有不同，其中，冀丰103 和鲁棉研21 号呈先升高后降低的变化，冀棉958 和中植棉2 号呈降低—升高—降低的变化，但均在盛铃期达到最高（图4）。在苗期至盛花期，冀丰103的叶绿素含量居中；盛铃期和吐絮期，冀丰103 的叶绿素含量高于3 个对照品种。说明在生育中后期，冀丰103 叶片活力较高。

图4 不同生育期参试棉花品种叶绿素含量的变化趋势Fig.4 Variation trend of chlorophyll of cotton varieties tested at different growth stages

2.4 不同生育期棉花可溶性糖含量的变化

整个生育期，参试棉花品种的可溶性糖含量变化趋势略有不同，其中，冀丰103 和鲁研棉21 号呈先增加后降低的变化，冀棉958 和中植棉2 号呈升高—降低—升高—降低的变化，但均在盛铃期达到最大（图5）。在苗期，冀丰103 的可溶性糖含量最低；初花期，冀丰103 的可溶性糖含量居中；盛花期至吐絮期，冀丰103 的可溶性糖含量高于3 个对照品种。说明在生殖生长旺盛时期，冀丰103 合成的光合产物较多，为高产提供了物质基础。

图5 不同生育期参试棉花品种可溶性糖含量的变化趋势Fig.5 Variation trend of soluble sugar of cotton varieties tested at different growth stages

2.5 棉花产量及其构成因子

冀丰103 的子棉产量和皮棉产量均为最高，其中子棉产量显著高于3 个对照品种，皮棉产量显著高于冀棉958 和中植棉2 号（表1）。表明冀丰103 的子棉产量和皮棉产量均较高。

表1 参试棉花品种的产量及其构成因子Table 1 Yield and its components of cotton varieties tested

进一步对冀丰103 的产量构成因子进行分析发现，该品种霜前花率较高，为94.0%，与鲁棉研21 号和种植棉2号差异不显著，但显著高于冀棉958；衣分较高，为40.91%，与鲁棉研21 号差异不显著，但显著高于冀棉958 和中植棉2 号；子指最低，为10.6 g，与3 个对照品种相比差异均达到了显著水平；单铃重最高，达到6.8 g，与冀棉958 差异不显著，但显著高于鲁棉研21 号和中植棉2 号。表明衣分高和铃大是冀丰103 实现高产的关键因子。

3 结论与讨论

棉花叶片光合速率的日变化类型有2 种：单峰曲线型和存在“午休”的双峰型[13]。本研究中，4 个参试棉花品种盛花期光合速率的日变化趋势均为单峰曲线，不存在“午休”现象。叶片光合生理活性高，其高光合持续期长，产量显著增加。张旺锋等[9]认为高产棉田群体光合速率的变化特征为盛花期以前稳定上升，盛铃期达到最大，吐絮盛期尚保持较高水平。冀丰103 在初花期和盛花期光合速率较高，且盛花期一天当中能保持较长时间的高光合速率。

高光效棉花品种不仅要求光合速率较高，还要求最大程度地利用光能，在不同生长时期维持光合作用的稳定性[4]。研究表明，叶面积指数增大有利于产量和有效铃数的增加[14]；生育后期叶绿素含量较高的品种，其叶片功能期较长，不易早衰[15]。冀丰103 在生育前期叶面积指数居中，在生育后期叶面积指数下降缓慢、叶绿素含量较高。

本研究结果表明，冀丰103 高产的主要生理特性是初花期至盛花期光合速率高，盛花期至吐絮期可溶性糖含量高，在生长旺盛时期能制造更多的光合产物；在生育后期叶面积指数大、叶绿素含量高，能有效延长叶片光合活力，从而形成较高产量。