水杨酸对棉花种子萌发期和幼苗期根系生长的影响

2023-08-11赵栗

安徽农学通报 2023年12期

赵栗

（1烟台科技学院智能工程学院，山东烟台 265600；2塔里木大学，现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300）

中国是全球第二大原棉生产国，棉花是仅次于粮食的大宗农产品。随着纺织业的飞速发展，对高品质原棉的需求也随之增加[1-2]。棉种萌发和幼苗生长是棉花生长的2个关键生长阶段。在棉种萌发期，胚根是第一个与土壤接触的器官，对外界环境的刺激比较敏感，其生长发育状况决定着棉种的发芽状况。在棉花幼苗期，真叶未完全伸展，光合作用微弱，幼苗主要依靠根系吸收并输送土壤中的水分和营养维持生长[3]。因此，胚根及幼苗根系的发育状况不仅影响茎叶的生长，还决定着水分利用和养分供应效率[4]，进而影响中后期棉花植株的生长发育及棉花的产量和品质[5]。

当前，化学调控在农业生产中已得到了广泛应用。通过外施植物生长调节剂，可改变植物的内源激素，从而调节植物的生长发育[6]。研究表明，施加适宜浓度水杨酸（Salicylic Acid，SA）处理棉花种子，可缩短发芽天数，提高发芽势、发芽率和根系活力，增加生物量在根系的分配，并促进幼苗的生长[7-8]。目前，有关根施SA对棉花根系生长发育的研究还较少，同时施加SA 的效果会因浓度、发育阶段和植物种类等因素的差异而不同[9]。为此，本研究以“新陆早27号”棉种为试材，研究不同浓度SA对棉花种子萌发和幼苗根系生长的影响，以期确定棉花萌发期和幼苗期适宜的施用浓度范围，为新疆地区棉花生产提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年5—11月在塔里木大学人工气候室开展。气候室光照强度5 000 µmol（/m2·s），白天室内温度25 ℃，光照时长14 h，夜晚温度20 ℃，黑夜时长10 h。供试棉花品种为“新陆早27号”，植物生长调节剂为水杨酸（SA，天津福晨化学试剂有限公司）。每次配制水杨酸溶液时，称取适量水杨酸晶体，加入少量乙醇溶解完全后，用去离子水配制成1 mmol/L 的溶液，再按试验需要稀释成相应浓度的溶液备用。在棉花萌发期和幼苗期分别开展萌发袋试验和土柱试验，萌发袋（CYG-98LB，长30 cm、宽25 cm）由袋子和纸芯2 个部分组成，纸芯置于袋子中。土柱由直径5.5 cm、高24 cm的PVC管制成，每个土柱封底留有直径1 cm 的小孔。每个生育期设置0.01、0.05、0.10 mmol/L 3个SA浓度水平和1个无SA 对照处理（CK），共计8 个处理，每个处理重复3 次，详细试验处理设置见表1。

表1 试验处理设置

1.2 试验设计

萌发袋试验开始前，精选饱满一致的棉花种子，经消毒处理后，用镊子均匀置于萌发袋纸芯顶部的凹槽中，每袋放置6 粒种子，袋子垂直放置。用量筒分别量取不同浓度的SA 溶液50 mL 加入相应处理的萌发袋中，对照处理加入等量的水，溶液或水会通过纸芯向上移动至纸芯顶部把种子浸湿。所有萌发袋用夹子固定在亚克力支撑板上，并放在置物架上。培养至第5 天，所有处理均加入20 mL 1/4 Hoagland营养液，整个培养期持续12 d。在第12 天，将幼苗完整取出，用于萌发期指标的测定。

在土柱试验中，将提前配制好的不同浓度SA溶液分别加入基质中，使基质含水量大致为35%。播种前，需对种子进行消毒处理，播种时每个土柱3 粒，并用基质覆盖3 cm，以保证基质紧实度适宜种子发芽。播种后第10 天剔去弱苗，每个土柱保留1 株幼苗。在播种后第15 天进行浇水，第25 天施加不同浓度的SA 溶液，第34 天施加1/2 Hoa⁃gland 营养液，每次均采用少量多次浇灌方法，保证每个土柱灌透。在第36 天进行取样，取样时先将茎叶和根系分开，再将根系轻轻从土壤中分离，避免损伤，用清水洗净，用于测定植株生物量及根系各项指标。

1.3 测定项目与方法

用根系扫描仪（Epson V800）对棉花根系进行扫描，根系总根长、根表面积、根体积和根直径采用根系分析软件（Win Rhizo）进行定量分析。将扫描后的根系和茎叶2个部分，分别置于105 ℃烘箱中杀青20 min，80 ℃烘干至恒重，分别称量根系和茎叶生物量。地上干重和根冠比分别采用公式（1）和（2）进行计算：

1.4 数据处理

采用SPSS 25.0 对测定数据进行单因素方差分析和差异显著性检验，并用Microsoft Excel 2016 进行数据处理和绘图。

2 结果与分析

2.1 不同浓度SA对棉花根系生长的影响

2.1.1 对棉花总根长的影响主根的伸长、侧根的发生和伸长，形成庞大的根系，会增加根系对周围环境的探测，进而扩大植物可利用水源和养分的范围[5，10]。不同浓度SA 对棉花萌发期和苗期总根长的影响如图1 所示。由图1 可知，在萌发期不同浓度SA 处理的总根长均明显高于对照处理，其中S1和S2处理与CK 处理差异达显著水平，各处理总根长表现为S1>S2>S3>CK。S1、S2和S3处理的总根长较CK 处理分别增加62.8%、29.8%和19.1%。以上说明，在棉花萌发期SA 可促进种子根伸长生长和侧根的发生及伸长，随着SA 浓度的增加其促进作用逐渐减弱。在苗期不同浓度SA 对总根长未见明显促进作用，各处理总根长从高到低为S2>S1>CK>S3。S1和S2处理总根长虽高于CK，但未达到显著水平。S2与S3处理差异显著，S3与CK处理差异不显著，表明高浓度（0.10 mmol/L）SA可能存在抑制棉花根系生长的风险。

图1 不同浓度SA对棉花萌发期和苗期总根长的影响

2.1.2 对棉花根系总表面积的影响根系表面积的扩大，可提高根系接触土壤的面积，从而增加根系对水分和养分的吸收[10]。不同浓度SA 对棉花萌发期和苗期根系总表面积的影响如图2所示。与总根长相似，萌发期低浓度（0.01 mmol/L）SA 可明显增加根系总表面积，高浓度SA 对根系总表面积无显著影响。S1处理根系总表面积明显高于CK 处理，差异达显著水平，较CK 处理可提高萌发期根系总表面积69.6%。S2和S3处理根系总表面积与CK 处理无显著差异。与总根长相似，在苗期施加不同浓度SA 对棉花根系总表面积未见明显影响，不同浓度SA 处理与CK 处理的差异均未达显著水平。S3处理根系总表面积明显低于S2处理，且差异达显著水平，说明苗期施加高浓度SA 可能会抑制棉花幼根的生长。

图2 不同浓度SA对棉花萌发期和苗期根系总表面积的影响

2.1.3 对棉花根系体积的影响不同浓度SA 对棉花萌发期和苗期根系体积的影响如图3 所示。萌发期，不同浓度SA 对棉花根系体积的影响差异明显。由图3a 可知，种子萌发期低浓度SA 可明显增加棉花根系体积，中高浓度（0.05、0.10 mmol/L）SA对棉花根系体积无明显影响。表现为S1处理根系体积明显高于CK处理，差异达显著水平，较CK处理增加70.8%；S2、S3处理根系体积略高于CK 处理，但差异均未达到显著水平。苗期，SA对幼苗根系体积增加无促进作用，SA浓度过高或过低均会抑制根系体积的增大。如图3b 所示，S2处理与CK 处理根系体积差异较小，S1、S3处理根系体积均明显小于CK 处理，差异显著；较CK 处理，S1、S3处理根系体积分别减少20.8%和16.7%。

图3 不同浓度SA对棉花萌发期和苗期根系体积的影响

2.1.4 对棉花根平均直径的影响不同浓度SA对棉花萌发期和苗期根平均直径的影响如图4 所示。由图4a 可知，培养至第12 天结束时，各处理之间根平均直径无明显差异，说明在萌发期低浓度SA在促进根系生长发育的同时对根平均直径变化无影响。与萌发期不同，S1、S2处理浓度会减小棉花苗期根平均直径，高浓度SA 对根平均直径无明显影响。图4b表现为S1、S2处理的根平均直径明显小于CK处理，差异达显著水平，根平均直径较CK 处理分别减小21.6%和20.5%。其原因一方面,可能低中浓度（0.01、0.05 mmol/L）SA 降低了棉花苗期主根和侧根的直径；另一方面,可能是细根的增加导致了根平均直径的降低。S3处理与CK 处理根平均直径无明显差异。

图4 不同浓度SA对棉花萌发期和苗期根平均直径的影响

2.2 不同浓度SA对棉花生物量的影响

地上部和地下部生物量分配是否均匀、根冠比是否协调，能够反映植株对资源环境利用的能力[11]。不同浓度SA对地上、地下部干物质量及根冠比的影响如表2所示。萌发期，不同浓度SA均可明显增加地下部生物量，并随SA浓度的增加逐渐减弱，表现为S1、S2、S3处理的地下部干物质量明显高于CK处理，差异均达到显著水平，由高到低依次为S1>S2>S3>CK，其中S1、S2和S3处理地下部干物质量较CK分别增加49.5%、39.4%和26.7%。萌发期施加SA同样可促进地上部生物量的积累，其中低浓度SA可明显增加地上部生物量，中低浓度SA 的效果则不明显，表现为S1处理的地上部干物质量明显高于CK处理，差异显著，较CK处理增加24.7%，而S2、S3处理与CK处理差异较小。说明萌发期SA 对根系生长的促进作用大于地上部分。在根冠比方面，不同浓度SA均可明显增加棉花萌发期根冠比，其中S2处理与CK处理的根冠比差异达显著水平。以上分析表明，在萌发期施加SA可促进地下根系的生长，并增加根冠比。

与萌发期不同，SA对苗期地上部生物量积累无明显影响，对地下部生物量积累无促进作用。表现为各处理地上部干物质量差异较小，干物质含量由高到低依次为CK>S3>S2>S1；S1、S2处理地下部干物质量明显低于CK 处理分别降低17.3%、17.1%。在根冠比方面，仅有高浓度SA处理可显著提高苗期棉花根冠比，原因可能是高浓度SA会减少地上部生物量的积累。