甲哌与几种植物生长调节剂混配对棉花内源激素含量及生长发育的影响
2023-12-11王丹单永潘马亚杰宋贤鹏张继昌张黎明郭素凡马小艳马艳
王丹，单永潘，马亚杰，宋贤鹏，张继昌，张黎明，郭素凡，马小艳，马艳*
（1.中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物育种与综合利用全国重点实验室，河南 安阳 455000；2.中棉小康生物科技有限公司，河南 安阳 455000）
利用植物生长调节剂（植调剂）调节棉花内源激素含量水平，进而调控棉花生长发育，是实现棉花高产、高效、优质栽培的重要技术手段[1-2]。在我国棉花生产中，植物生长延缓剂甲哌（又称缩节胺）已普遍用于防止棉花徒长、塑造合理株型、优化成铃结构和促进早熟等方面[3-4]。 同时，为进一步改善棉花叶片功能、增加结铃数和提高铃重，一些植物生长促进剂如芸薹素内酯、胺鲜酯和复硝酚钠等被用来与甲哌配合使用[5-9]。
调环酸钙作为近年来新兴的一种植物生长调节剂，相比传统的三唑类延缓剂，具有低毒、低残留的优点和广泛的应用前景[20]。 但目前国内外对调环酸钙的研究主要集中在果蔬、花生、小麦和水稻的生长发育调控、 产量提高和品质改良等方面[21-24]， 其对棉花的增产潜力和调控效果的研究报道仍较少[25-26]。 此外，因不同棉花品种的生育期、植株长势、品种熟性和结铃性等不同，对植调剂的敏感性也存在一定差异，导致相同的植调剂在不同棉花品种上的应用效果大相径庭。故针对不同的棉花品种研究与其配套的化学调控技术，对促进棉花生产持续高质量发展意义重大[16]。
本研究以4 个棉花品种、5 种植调剂为试验材料， 研究甲哌单剂及其与其他4 种植调剂复配后，对不同棉花品种内源激素含量、农艺性状、产量和纤维品质的影响，从激素水平初步探究这几种植调剂复配使用的作用机理，筛选应用于不同棉花品种的最佳植调剂组合，为化学调控中针对不同棉花品种科学合理地选择植调剂提供理论依据和实践参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试棉花品种：转抗虫基因中熟常规品种中棉所119[27]和中棉所117[28]，转抗虫基因中熟杂交种中棉所112[29]和中棉所70[30]，均由中国农业科学院棉花研究所育种室提供。
植物激素细胞分裂素（cytokinin, CTK）、赤霉素（gibberellin,GA）和吲哚-3- 乙酸（indole-3-acetic acid,IAA）酶联免疫分析试剂盒，均购自北京威知生物科技有限公司。
1.2 试验概况
试验于2022 年在中国农业科学院棉花研究所试验农场（河南省安阳市白璧镇）进行。试验地为一熟春播棉田，多年连作棉花，土壤肥力适中。
4 月27 日播种棉花，播种方式为机械开沟、人工撒播，采用80 cm 等行距种植，株距为25 cm，种植密度约为5 万株·hm—2。 试验期间除喷施供试药剂外，未喷施其他任何种类的植调剂，且在棉田进行正常病虫害防治、水肥管理和整枝、打顶等农事操作。
1.3 试验设计
每个供试棉花品种均设6 个处理（表1），其中包含1 个清水空白对照处理（CK）。 每个处理均设3 个重复，共72 个小区，每个小区的面积为32 m2，播种5 行棉花。 按表1 所示的药剂用量，依次于棉花现蕾期（6 月18 日）、初花期（7 月13 日）和盛花期（7 月27 日）喷施植调剂，3 个生育时期的喷雾量分别为225 L·hm—2、450 L·hm—2和600 L·hm—2。
1.4 调查内容及方法
1.4.1棉花内源激素含量测定。于最后1 次施药后15 d 进行取样， 在每个小区选有代表性的3 株棉花，分别采摘倒四叶（顶部最大叶），将3 株叶片混合后立即用锡箔纸包裹放至装有液氮的泡沫箱内，并迅速置于—80 ℃超低温冰箱保存。 采用间接酶联免疫吸附法（enzyme linked immunosorbent assay,ELISA）进行IAA、CTK 和GA 含量测定。通过双抗体夹心法及底物3,3',5,5'-四甲基联苯胺（3,3',5,5'-tetramethylbenzidine,TMB）的显色反应，使用美国伯腾Biotek Synergy2 酶标仪在450 nm 波长下测定产物的吸光度（OD值），并根据标准曲线计算样品中激素的含量。 每个样品均重复测定3 次。 具体操作步骤参照试剂盒说明书。
1.4.2农艺性状及产量性状调查。于棉花吐絮期（9月20 日），在每小区中间3 行选择长势均匀一致的10 株棉花，调查株高、单株果枝数、茎粗和单株结铃数；并从棉株上部（第12～17 果枝）、中部（第6～11 果枝）和下部（第1～5 果枝）随机收取共50个棉铃，晾干后进行称量，计算铃重。根据单位面积株数（每666.7 m2按3 300 株）、单株结铃数（Nsp）和铃重（mb，g）计算理论籽棉单产（Psc，kg·hm—2）。计算公式如下：Psc＝Nsp×mb×3 300×15×0.85×10—3。其中，0.85 为测产系数。
1.4.3纤维品质检测。 将每小区收取的50 个棉铃晾干后轧花，并从中抽取皮棉15 g，送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心进行纤维品质检测（HVI 校准棉花标准校准），检测指标包括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。
1.5 数据统计与分析
试验数据用Microsoft Excel 2019 进行整理计算，并用SPSS 20.0 统计分析软件进行单因素方差分析（其中长度整齐度指数、断裂伸长率和籽棉单产变化幅度均通过了正态性检验）， 采用邓肯多重范围检验（邓肯氏新复极差法）进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 植调剂处理对不同棉花品种内源激素含量的影响
田间试验发现，不同的植调剂处理对不同棉花品种倒四叶激素（IAA、CTK、GA）含量具有不同程度的调节作用。由表2 可以看出，与CK 相比，T1～T5 处理下4 个棉花品种倒四叶的IAA 含量均表现为显著降低。 其中， 中棉所112 在T4 处理下的叶片IAA 含量显著低于T1 处理，而另外3 个品种在T2～T5 处理下的叶片IAA 含量与T1 处理无显著差异。
表2 不同处理间棉花内源激素含量的比较
与CK 相比，T1～T4 处理均可显著提高常规棉品种中棉所119 和中棉所117 倒四叶的CTK 含量，但T1～T5 处理对杂交种中棉所112 和中棉所70 倒四叶的CTK 含量影响不显著。
与CK 相比，T1～T5 处理下4 个棉花品种倒四叶的GA 含量均表现为不同程度降低。 且与T1处理相比，T2～T5 处理下GA 含量的变化在不同棉花品种间存在明显差异。 与T1 处理相比，T3 处理下中棉所117 和中棉所112 叶片的GA 含量显著降低，T4、T5 处理下中棉所70 叶片中的GA 含量显著降低， 而中棉所117 在T4、T5 处理下的叶片GA 含量显著高于T1 处理。
2.2 植调剂处理对不同棉花品种农艺性状的影响
田间调查不同植调剂处理对4 个棉花品种主要农艺性状指标的影响，结果见表3。 与CK 相比，T1～T5 处理下4 个棉花品种的株高均显著降低，但单株果枝数无显著变化。 T1～T5 处理下4 个棉花品种的茎粗均有所增加，尤其是在T2～T5 处理下，4 个棉花品种的茎粗均显著高于CK。 与T1 处理相比，T2、T4 和T5 处理下2 个常规棉品种（中棉所119 和中棉所117） 的茎粗显著增加；T3 处理下常规棉中棉所117 和杂交种中棉所70 的茎粗也显著高于T1 处理。 以上结果表明， 针对不同的棉花品种，在生产中可采用甲哌常规化学调控（化控）来抑制棉花旺长，同时还可混配一定剂量的调环酸钙、芸薹素、胺鲜酯和复硝酚钠等，以使棉花茎秆粗壮，增强抗逆性。
表3 不同处理间棉花农艺性状的比较
2.3 植调剂处理对不同棉花品种产量性状的影响
棉花成熟期调查发现，不同植调剂处理对4 个棉花品种产量及其构成因素的影响存在明显差异。如表4 所示，T1 和T5 处理下常规棉中棉所119 和中棉所117 的单株结铃数和铃重均高于CK，其理论籽棉单产也有所提高，分别较CK 增加8.26%～11.48%和7.23%～10.72%， 其中T5 处理的增产率高于T1 处理，表明甲哌复配复硝酚钠更有助于棉花增产。 T2～T4 处理下， 中棉所119 和中棉所117 的单株结铃数均低于CK， 但铃重均高于CK，致使其理论籽棉单产无明显提高。
表4 不同处理间棉花产量性状的比较
与CK 相比，不同植调剂处理均可增加杂交种中棉所112 和中棉所70 的理论籽棉单产， 其中T2～T5 处理的理论籽棉单产均显著高于CK。 与CK 相比，T1～T5 处理下， 中棉所112 的铃重无显著变化，但单株结铃数均不同程度增加，致使其理论籽棉单产也不同程度升高， 尤其是T3 和T5 处理下的理论籽棉单产分别较CK 增加22.20%和26.14%， 其增产幅度显著高于T1、T2 和T4 处理。T1～T5 处理下中棉所70 的单株结铃数和铃重均表现为不同程度地增加，其理论籽棉单产也有所升高， 特别是T2 和T5 处理的理论籽棉单产分别较CK 增加20.61%和17.95%， 其增产幅度显著高于T1 和T4 处理。
2.4 植调剂处理对不同棉花品种纤维品质的影响
棉纤维品质测定结果表明，与CK 相比，不同植调剂处理对4 个棉花品种的马克隆值和断裂伸长率均无显著影响，部分处理可显著提高纤维上半部平均长度、长度整齐度指数和断裂比强度，但在不同品种间表现不一致。 如表5 所示，常规棉中棉所119 在T4 处理下的纤维上半部平均长度显著高于CK，T3 处理下的长度整齐度指数显著高于CK。与CK 相比，中棉所117 在T3 和T5 处理下的断裂比强度显著增加。 杂交种中棉所112 在T2～T5 处理下的断裂比强度以及中棉所70 在T5 处理下的断裂比强度均显著高于CK。 因此，甲哌及其与调环酸钙、芸薹素、胺鲜酯和复硝酚钠的混配处理对4 个棉花品种的纤维品质均无不良影响，并且部分处理还可显著提高纤维品质的特定指标。
表5 不同处理间棉花纤维品质的比较
