化学打顶剂矮壮素水杨酸离子液体对棉花抗氧化性及品质的影响

郝 斌，张 博，张楠楠，陈春利，纪宇曦，董红强,2

（1 塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2 南疆农业有害生物综合治理兵团重点试验室，新疆阿拉尔 843300）

棉花打顶是棉花栽培管理中的一个关键环节，在我国，这项工作同时也是各棉花种植区中后期田间管理的主要任务[1]。棉花种植农业生产机械化、轻简化是现代农业的发展趋势，但“棉花人工打顶”这项农事技术制约着新疆生产建设兵团种植棉花全程机械化的进程。如果解决这项难题，将是新疆种植棉花历史上继地膜覆盖、节水灌溉、机械采棉后的又一重大技术革新[2]。

传统棉花打顶具有工作量大、时效性差的缺陷，主要的农事操作是依靠人工来摘除棉花主茎生长点。据测算，按照每人每天8h 的工作时间来算，打顶工作人均可完成0.15hm2[3]。若全部采用人工来完成这项农事工作，则南疆50.67 万hm2棉田完成打顶累计需要337.8 万人次。雇用费按市场价100 元每人每天算，那么只棉花打顶这一项农事，则会耗费3.378 亿元的巨大成本[4]。人工打顶需要大量劳动力，劳动强度并不小，虽然效果好，但也存在打顶速度缓慢、效率低下等问题，在适宜的时间内，这些暴露出来的缺陷会使得棉花打顶这项关键环节的工作不能及时完成，进而影响到产量。因此，为了快速推进新疆生产建设兵团植棉技术全程机械化的进程，在化学打顶、机械作业替代人工打顶技术和棉花打顶的效应等方面的研究已备受关注很多年[5]。

刘勇等[6]、杜玉倍等[7]研究发现：化学打顶剂较人工打顶不仅可以节约时间和降低成本，而且在塑型、降低株高方面也显示出更好的优势，还能减少对棉花植株顶端造成的破坏。赵强等[8-10]研究表明，化学打顶剂起到了控制顶尖生长的效果，不仅能有效控制棉花株高，而且在果枝生长、塑造株型、提高冠层透光率这些方面的控制效果也表现良好，最终还能增产，但对棉花纤维品质没有明显的影响[11]。化学打顶作为一项新型简约化植棉的技术，在棉花种植生产中推广很有必要，但要以不减产和不降低棉花纤维品质为前提，在当地机采棉栽培体系下，制定出一套适用的化学打顶药剂综合配套农事技术，这样不仅能够显著提高南疆棉花种植全程机械化水平，还能节省植棉成本，对扩大规模化种植棉田及可持续发展都具有重要意义[12]。

通过研究本试验化学打顶剂矮壮素水杨酸离子液体对棉花超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）、过氧化氢（H2O2）等酶活性及抗氧化小分子物质含量和棉花品质的影响，筛选出矮壮素水杨酸离子液体药剂浓度，以期为棉花化学打顶以及环境胁迫高温下诱导抗性提供理论与技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验棉花品种名称：塔河二号。

1.2 试验设计

于2021 年在新疆生产建设兵团第一师十二团二十六连进行试验，选择塔河二号为试验材料，设置4 个打顶处理：A1施用化学打顶剂矮壮素水杨酸离子液体60g/hm2；A2施用量为90g/hm2；A3为120g/hm2；CK，人工打顶。采用随机区组设计试验，设3 次重复，每个小区长21m，宽2.3m，小区面积为48.3m2。试验播种时间为4 月17 日，采用当地常规1 膜6 行种植，打顶时间为7月7 日，试验地块管理与大田一致。

1.3 指标的测定及方法

1.3.1 抗氧化的测定。选取棉花主茎倒3 叶片用来测定不同酶活性以及抗氧化小分子不同物质的含量，在施用化学打顶剂矮壮素水杨酸离子液体后，每隔7d 在试验地进行采样。采用江苏晶美生物科技有限公司酶活ELISA 检测试剂盒测定POD 活性、SOD 活性、CAT活性。采用江苏晶美生物科技有限公司含量ELISA 检测试剂盒测定MDA 含量、H2O2含量。

1.3.2 棉花品质。将轧花后的皮棉用大容量纤维测试仪测定品质，重复3 次，检测棉花纤维的品质包含上半部平均长度、整齐度、马克隆值、断裂比强度、伸长率等指标。

1.4 数据整理统计与分析处理

试验数据整理统计用Microsoft Excel 2019 软件，方差分析和显著性检验（Duncan）用IBM SPSS Statistics 22 软件。

2 结果与分析

2.1 化学打顶剂对棉花植株不同酶活性的影响

由图1 可知，喷药后，随着天数的增加，不同矮壮素水杨酸离子液体制剂浓度处理下SOD 活性呈现先降低再增加后又降低的趋势，在药后14d，A3和人工打顶处理下活性急剧下降，药后21d 人工打顶活性持续下降，而化学打顶活性在升高。药后28d 药剂处理活性都比人工打顶处理要高，且随着浓度增加，活性越高。

图1 不同浓度药剂下棉花不同酶活性的变化

不同浓度药剂处理下，棉花POD 活性随着施药后天数的增加均呈现先降低再增加后又降低的趋势，药后14d，各处理POD 活性都急剧下降，A2比A1变化明显；药后21d，各处理又都呈现一个快速上升的趋势，A2变化仍然要比A1幅度大，随后增长和下降的趋势都相对平缓，但药剂处理都比人工打顶要活性高。

CAT 活性在不同矮壮素水杨酸离子液体制剂浓度处理下，随着天数的增加，人工打顶处理较药剂处理活性都要低，药剂浓度增加，活性也相应提高。在药后14d，不同浓度药剂处理活性缓慢下降，而人工打顶呈现相反的趋势，在药后21d，各处理都快速上升，随后都呈现缓慢下降的趋势，药后42d 再次出现急剧上升的趋势。

2.2 化学打顶剂对棉花植株抗氧化小分子不同物质含量的影响

由图2 可知，喷施药剂后，随着天数的增加，其MDA 含量在喷施不同浓度药剂后显现出先增加再减少的周期性变化。在药后7～35d 各处理都变化较为明显，尤其药后35d 呈现急剧下降的趋势，随后42d 都缓慢升高，整个周期内药剂处理与人工打顶都存在显著差异，且人工打顶在每个周期MDA 含量最高，不同浓度药剂处理之间随着浓度增加，MDA 含量都在减少。

图2 不同浓度药剂下棉花不同抗氧化小分子物质含量的变化

不同浓度药剂处理下棉花H2O2含量随着施药后天数的增加，其变化趋势为先增加再降低后增加再次降低。药后14d，各处理都急剧上升，在药后35d，A3处理呈现缓慢下降趋势，而其他3 个处理缓慢升高，在药后42d 各处理急剧下降。整个周期内药剂处理与人工打顶都存在显著差异，药后21d 和28d，A2与A3处理之间没有差异，其余每个周期不同药剂处理之间都存在显著差异，且人工打顶在每个周期MDA 含量最高；不同浓度药剂处理之间随着浓度增加，含量都在减少。

2.3 化学打顶剂对棉花品质的影响

由表1 可知，化学打顶和人工打顶的棉花纤维品质总体差异不大，在不同处理下，与人工打顶相比，化学打顶剂处理后棉花的上半部平均长度、整齐度、马克隆值和伸长率均未表现出显著性差异，只有在断裂比强度上，A2和A3处理与CK 和A1处理差异显著。可见，人工打顶和化学打顶处理前后对棉花纤维品质没有影响，这与前人研究的结果一致。棉花的纤维品质主要由其品种决定，通过喷施矮壮素水杨酸离子液体化学打顶剂和人工打顶对棉花纤维品质的影响较小[13]。

表1 不同药剂浓度对棉花品质的影响

3 结论与讨论

SOD、POD、CAT、MDA、H2O2在植物各组织细胞的抗氧化酶系统中扮演的角色不同，其抗氧化功能也各不相同，先清除超氧阴离子和氧自由基，然后去通过分解、催化过氧化氢，从而消除过氧化氢和酚类、胺类毒性的双重作用等来影响植物的生长发育，但这些指标都能反映一定的细胞活性以及衰老死亡等植物生理生化过程状况[14]。本试验表现为人工打顶的SOD、POD、CAT 活性在整个试验周期内都低于化学打顶，而MDA、H2O2含量则相反，两类指标呈现一个负相关性，且随着药剂浓度的增加，酶活性也越高，抗氧化小分子物质含量越低，表明矮壮素水杨酸离子液体打顶后，诱导植株产生更好的抗氧化性能力来面对环境胁迫（高温胁迫），棉花H2O2含量、MDA 含量、CAT 活性、POD活性、SOD 活性因矮壮素水杨酸离子液体化学打顶剂不同浓度影响也不同。试验数据表明，120g/hm2为适宜的浓度。化学打顶剂的施用对棉花纤维品质没有影响，棉花纤维品质主要还是与其自身遗传特性有关。