不同外源物质对化学封顶棉花生物量及产量品质的影响

阿力木江·克来木，赵 强，占东霞，努尔曼古丽·巴图尔，崔延楠，娄善伟

(1.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052；2.国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】棉花封顶整枝是一项促进棉花早熟，获取优质、高产的重要技术。随着人工费用成本越来越高制约了棉花生产过程中全程机械化的发展。化学封顶技术是利用植物生长调节物质强力延缓或抑制棉花顶尖部分的生长，并逐渐开始替代人工打顶。棉花上应用外源物质，强化棉株生理功能，调节棉株株型，提高产量，改善品质[1]，且与化学打顶剂一样能影响植物激素调节和控制。研究外源物质对棉花化学打顶效果的影响，对塑造合理株型，减少蕾铃脱落, 提高棉花产量，优化化学打顶技术具有重要的意义。【前人研究进展】我国开始了有关棉花化学封顶剂的研究[2]，赵强等[3-4]研究了含有缩节胺、缓释剂和助剂的化学打顶剂，使化学打顶剂的应用更加成熟。而国外外源物质的应用研究很早就已开始，在棉花开花期叶面喷施适宜浓度的赤霉素或生长素能促进皮棉产量的增加[5]。李雪等[6]对辛酸甲酯、癸酸甲酯和 6-BA对棉花的农艺性状的影响进行了探索；在初花期和花铃期进行叶面喷施浓度是100 mg/L 的6-BA和30 mg/L的GA时，在棉花花铃期能够显著提高主茎功能叶的生理特性[7]。王乃宁等[8]研究表明，在盛花期0.6%萘乙酸水剂进行叶面喷施，可有效的控制株高，增加单株成铃数，明显的提高衣分和产量。郑娜等[9]研究结果表明，缩节胺可以改变棉花的生长发育，有效的控制主茎和果枝生长，提高抗逆性，增加单株成铃数与成铃率。此外，外源物质对作物开花控制、果实的发育、器官脱落等也有影响[10-11]。随着化学打顶技术的不断的完善和推广应用，其与外源物质相互交叉应用的越来越多。【本研究切入点】对外源物质进行苗期叶面喷施、浸种、随水滴施等方法对不同作物的增产效应及技术体系报道较多[12-14]，但是，这些研究主要集中在采用单一某种外源物质对棉花品质的影响方面，而在盛花期同时利用多种外源物质对化学封顶棉花叶绿素含量、生物量、产量以及纤维品质的影响研究还少有报道。研究盛花期喷施不同外源物质对化学封顶棉花叶绿素含量、生物量积累、产量形成及纤维品质的影响。【拟解决的关键问题】在盛花期喷施 8 种外源物质对化学封顶棉花生物量及产量品质的影响，研究最优外源物质提高棉花叶绿素含量、生物量积累与分配，为建立化学封顶棉花高产优质调控技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2017年在新疆呼图壁县大丰镇中国农业大学教授工作站试验田进行,平均海拔 460 m，属中温带大陆性气候，处于中纬度西风带控制之下，平均气温 6.7℃，年降水量 167 mm，无霜期平均 180 d，全年日照总时数3 090 h，稳定在 10℃以上的年有效积温为 3 553℃。试验地土壤为沙壤土，pH值 8.1左右，有机质含量 11.5 g/kg，全氮 0.84 g/kg，碱解氮 59 mg/kg，速效磷 29 mg/kg，速效钾 315 mg/kg。绘出2017年4至10月，棉花的生育期的气象数据。图1

注：气象数据来源于呼图壁县大丰镇中国农业大学工作站气象站

Note: The meteorological data is from the Weather Station of China Agricultural University, Dafeng Town, Hutubi County

图1 试验区棉花生育期气象数据

Fig.1 Meteorological data of cotton growth period in the test area

供试棉花品种为新陆早72号，由呼图壁县农业推广站提供。外源物质分别为6-苄氨基腺嘌呤、萘乙酸钠(NAA)、三十烷醇(广州市林国化肥有限公司)、辛酸甲酯、癸酸甲酯(上海迈瑞尔化学技术有限公司)、5% 调酸环钙(安阳全丰生物科技有限公司)、复硝酚钠和胺鲜酯(山东冠县阜丰化肥有限公司)。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验采用完全随机区组设计，共有 9 个处理，分别为：T1：0.4 mmol/L (6-苄氨基腺嘌呤)、T2：35 mmol/L (辛酸甲酯)、T3：30 g/hm2(调环酸钙)、T4：35 mmol/L(癸酸甲酯)、T5：0.24 mmol/L(复硝酚钠)、T6：0.056 mmol/L(胺鲜酯)、T7：0.096 mmol/L(萘乙酸钠)、T8：0.01 mmol/L(三十烷醇)，CK：清水(对照)。2017年4月20日播种，试验田采用膜下滴灌、机采种植模式，一膜六行，棉花行距配置为：10 cm+66 cm+10 cm+66 cm+10 cm，株距10 cm，2 根滴灌带间距 66 cm，小区面积70 m2，重复3次，占地面积2 100 m2。各处理于7月5日化学封顶，盛花期期(7月17日)叶面喷施8种外源物质，用背负式喷雾器进行喷施，以叶面湿润为好。喷施浓度和剂量参照使用说明书和前人有关外源物质试验研究中的最佳喷施浓度。配制溶液时化学试剂需先用95%乙醇溶解，然后对水稀释到所需浓度。其余栽培管理措施与当地棉花生产栽培管理措施一致。

1.2.2 测定项目

1.2.2.1 叶绿素(Chl)含量

采用赵世杰改进方法[15]。分别在喷施药0、7、14和21 d，在每个处理中选取 9 株代表性棉花倒四叶片，称量 0.1 g 棉花倒四叶片鲜样放入试管中，加入 10 mL 95%乙醇，遮光放置 48 h，期间每隔 4～6 h 振荡一次，使叶片完全失绿，在 665 、649 和470 nm 波长下比色测定，根据公式计算叶片中叶绿素含量。

1.2.2.2 生物量

在喷施不同外源物质后0 、14 、28和42 d，每个处理中选取 9株代表性棉株，按不同器官(茎、叶、蕾+花、铃壳、籽棉)分样，分器官放入 105℃ 烘箱杀青 30 min，再在 80℃ 下烘干至恒重后称干重。

1.2.2.3 地上部生物量积累速率

生长速率(CGR)(g/d)=(第二次取样生物量重-第一次取样生物量重)/两次取样间隔天数。

1.2.2.4 产量

在吐絮期，每个小区选择长势一致面积为6.67 m2的三个点进行产量测定，调查株数、有效铃数；分上、中、下3个部位各取30个吐絮铃，共计90个吐絮铃，结合收获密度，测定平均单铃重及子棉和皮棉产量。

1.2.2.5 纤维品质

每个小区选取(上、中、下果枝)90个吐絮铃，混合轧花。将轧花后各处理的棉样称取15 g以上，送农业部农产品质量检测中心(乌鲁木齐)进行检测纤维品质。

1.3 数据处理

采用SPSS21.0进行分析显著性差异并在Microsoft Excel 2010作图。(方差分析均为0.05水平，采用LSD法)。

2 结果与分析

2.1 不同外源物质对化学封顶棉花叶绿素含量的影响

研究表明，在盛花期喷施不同调控措施棉花叶绿素含量的变化存在不同差异。随着时间的延长，对照和喷施外源物质处理的棉花倒四叶叶绿素含量均呈现先升高后降低的变化趋势，在喷施外源物质7 d时喷施外源物质的处理叶绿素增加量要比对照增加多，各处理叶绿素含量由原来T5>T3>CK>T4>T7>T2>T6>T8 >T1变为T2>T7>T5>T1>T3>CK>T6>T4>T8并保持到21 d后，且叶绿素含量最高和最低处理之间差异显著，并与对照也差异显著，7、14和21 d 时处理T8的叶绿素含量变化最小，处理T2的最大。图2

图2 不同处理下棉花倒四叶片叶绿素含量变化

Fig.2 Changes of chlorophyll content in inverted four-leaf cotton under different treatments

2.2 不同外源物质对化学封顶棉花生物量积累与分配的影响

研究表明，各器官的生物量重在处理之间表现出显著性差异，外源物质处理0至42 d这段时间，化学封顶棉花各部位的生物量重和比例均呈现出增加趋势，这可能是因为封顶及喷施外源物质改变了棉株体内原有的养分供给规律并把养分重新分配到各个器官，从而促使棉株各个部位生长所致；对于每个器官而言，在喷施外源物质当天各处理之间没有显著性差异(P>0.05)，而在喷施外源物质14、28和42 d 时却表现出显著性差异(P<0.05)，各处理在这三个时期均表现为T4处理的茎生物量重最小，T2 处理最大，茎的生物量重均为:T2>T7>T5>T1>T3>CK>T8>T6>T4，这说明封顶后喷施外源物质在一定程度上能促进茎的增大，具体的作用机理还需进一步探究。对于叶片而言，在喷施当天处理间没有显著性差异(P<0.05)，但喷施外源物质14、28和42 d时表现出极显著差异，在这三个时期，T4处理的叶片干物质重最小，处理 T2 最大，叶片的干物质重表现为：T2>T7>T5>T1>T3>CK>T8>T6>T4，这说明封顶后喷施外源物质均能提高棉花叶的生物量，效果更明显。对于花、蕾、铃而言，在喷施0、14、28 和42 d 各个处理之间有极显著性差异(P<0.05)，在这三个时期，均表现为对照T4处理的花、蕾、铃干物质重最小，T2 最大，花、蕾、铃的干物质重均为:T2>T7>T5>T1>T3>CK>T8>T6>T4，花、蕾、铃生物量积累的特征值可以看出，各外源调节物质对花、蕾、铃的生物量积累起到了一定的调节作用。表1

2.3 不同外源物质对化学封顶棉花地上部分生物量生长速率的影响

研究表明，T2 处理的地上部生长速率显著高于其他处理，表现出促进生长作用，T4 处理的地上部生长速率显著低于其他处理，表现出抑制作用，其他处理均高于 CK，在喷药后14 d时，T2 处理地上部分生物量生长速率最高，为3.36 CGR/14d；T7和T5 次之，分别为3.00 CGR/14d和3.02 CGR/14d，不同外源物质表现为促进作用，T1、T5和 T3 处理和 CK 类似，T4 处理均显著低于对照，具有一定的抑制作用。图3

表1 不同处理对化学打顶棉花地上部分生物量积累与分配

Table 1 Effect of Different Treatments on Accumulation and Distribution of Dry Matter in Aerial Top Cotton

处理Treatment药剂喷施后天数After spraying(d)生物量积累量 ( g/株)Total dry matter accumulation ( g/plant)生物量分配比例Dry matter distribution proportion(%)总量Total茎Stems叶Leves蕾、花、铃Buds,flower,boll茎Stems叶Leves蕾、花、铃Buds,flower,bollT1036.22a15.18a11.84a9.20a41.91 32.69 25.40 1474.01bcd22.80b21.40bc29.80bcd30.81 28.92 40.27 2895.92abc28.78b24.81a42.32ab30.00 25.88 44.12 42102.56bc31.83ab25.94ab44.78bc31.05 25.29 43.66 T2034.77ab15.73a10.82a8.22bc45.24 31.12 23.64 1481.81a26.37a23.61a31.83a32.23 28.86 38.91 28102.00a31.74a25.37a44.90a31.11 24.87 44.02 42109.01a33.47a26.96a48.58a30.70 24.73 44.57 T3035.71ab14.95a12.32a8.44abc41.87 34.50 23.63 1473.42cd22.60b21.19bc29.63bcd30.78 28.86 40.36 2894.18bc27.81bc24.60ab41.77ab29.53 26.12 44.35 42109.01a33.47a26.96a48.58a30.70 24.73 44.57 T40 34.83ab15.57a11.16a8.10bc44.70 32.04 23.26 1467.03e21.84b18.55e26.64e32.58 27.68 39.74 2880.85f25.40d21.31c34.14d31.42 26.36 42.22 4286.51f29.08b21.81d35.62e33.62 25.21 41.17 T5033.39b14.78a10.80a7.81c44.26 32.35 23.39 1475.66bc23.07b21.99abc30.60abc30.50 29.06 40.44 2899.82ab31.25a24.84a43.73ab31.31 24.88 43.81 42102.73bc31.92ab26.02ab44.79bc31.07 25.33 43.60 T6036.71a15.93a11.69a9.09a43.40 31.84 24.76 1469.01de21.91b19.01de28.09de31.75 27.55 40.70 2883.40ef25.74d22.52bc35.14d30.86 27.00 42.14 4291.47ef29.62b22.56cd39.29d32.38 24.67 42.95 T7036.77a15.64a12.34a8.79ab42.53 33.56 23.91 1478.71ab24.56ab22.68ab31.47ab31.20 28.82 39.98 28100.94a31.57a24.97a44.40a31.28 24.74 43.98 42107.18ab33.27a26.54a47.37ab31.04 24.76 44.20 T8036.11a16.26a11.48a8.37abc45.03 31.79 23.18 1471.02de22.32b20.47cd28.23de31.43 28.82 39.75 2887.21de26.56cd23.86ab36.79cd30.46 27.36 42.18 4294.25de31.00ab23.00cd40.25d32.89 24.40 42.71 CK034.95ab15.22a11.96a7.77c43.55 34.22 22.23 1472.28cd22.59b20.66cd29.03cd31.26 28.58 40.16 2890.34cd26.99cd23.69ab39.66bc29.88 26.22 43.90 4297.40cd31.18ab23.24bcd42.98c32.01 23.86 44.13

注: 同列不同小写字母表示差异达 5% 显著水平,下同

Note: Different lower letters in the same column indicate significant difference atP< 0.05, The same as below

图3 不同外源物质处理下棉株地上部生物量生长速率变化

Fig.3 Effects of different exogenous substances on the growth rate of aboveground biomass of cotton plants

2.4 不同外源物质对化学封顶棉花产量的影响

研究表明，在盛花期喷施不同外源物质处理对化学封顶棉花产量及产量构成因素产生了不同的调节效应。T1、T2、T3、T5、T7和T8处理的籽棉产量均高于CK，分别比CK高12.74%、25.55%、10.08%、17.30% 19.32%和4.32%。分析其产量构成因素，在收获株数上，各处理及对照之间没有差异，而单铃重和单株成铃数上则表现出一定的差异，单株成铃数T2、T3、T5、T7均高于对照，其中T2处理最高6.56个，与对照相比提高了10.21%，且差异显著，T1稍少；而在单铃重上T1、T2、T5、T7处理均高于对照且与对照差异显著，其中T1处理最高为5.84 g，增加了籽棉产量，而T3处理单铃重虽然比对照高但差异不显著。综合分析认为，T2处理对成铃数和单铃重整体表现出增强效应，产量优势明显，T1、T3、T5、T7在单铃重和单株成铃数上各有优势，促进了籽棉产量增加，而 T4、T6和T8处理降低了单铃重和单株成铃数，以致籽棉产量不高。表2

表2 不同处理产量及产量构成因素

Table 2 Yield components and trait in different treatment

处理Treatment收获株数Plant numbers(104/hm2)总铃数Total boll numbers(105boll/hm2)单铃重Boll weight(g)单株成铃数Boll per plant(个)籽棉产量Seed yield(kg/hm2)T1 20.22a11.49c5.84a5.68d6 716.83cdT220.22a13.25a5.64b6.56a7 480.24aT320.22a12.36b 5.31cd 6.11bc6 558.80dT420.37a10.83d 5.27cd5.32e5 709.56fT519.87a12.11b 5.77ab 6.10bc 6 988.65bcT620.29a10.33e4.99e5.10e5 150.62fT720.58a13.16a5.40c 6.40ab7 109.27bT820.01a12.06b5.16d6.03c 6 215.36eCK20.01a12.02b4.96e6.01c 5 957.99ef

2.5 不同外源物质对化学封顶棉花纤维品质的影响

研究表明，在盛花期喷施不同外源物质对化学封顶棉花纤维品质具有一定的影响。T5、T7、T1、T2处理纤维长度较对照增长且差异显著，其中最长的T5处理纤维长度比对照长0.8 mm；T1、T4、T5、T7、T3处理纤维整齐度指数较对照高且差异显著，其中T1处理最高为86.20%；T5、T4、T6、T8、T3、T2处理的马克隆值均在A级范围内小于对照且差异显著，明显优于对照；除T3处理外其他处理的纤维伸长率均高于对照且差异显著，其中T5处理最高为7.6%，其次为T2处理7.5%；除T8、T6处理外其他处理的纺织均匀指数均高于对照，其中T5处理最高为151；除T8、T1处理外其他处理的断裂比强度均高于对照其差异显著，其中T3、T4、T2、T5、T6处理的断裂比强度均在30 cN/tex以上。总体上T5、T2处理能够优化纤维品质，具有很好的效果。表3

表3 不同外源物质下棉纤维品质变化

Table 3 Effects of Different Exogenous Substances on the Quality of Cotton Fibers

处理Treatment纤维长度Fiber length(mm)整齐度指数Uniformityindex(%)马克隆值Micron value伸长率Elongation rate(%)纺纱均匀指数Spinninguniform index断裂比强度Specific breakingstrength(cN/tex)T130.20b86.20a4.20c7.30b147c29.40efT230.57a85.80ab 4.16cd7.50a144d 30.40abT3 29.73c84.90cd 4.13de6.70e147c30.80aT4 30.10b 85.60abc4.05f7.10c149b29.27fT530.80a85.60abc4.08ef6.90d151a 30.30bcT6 30.00bc84.37d4.07ef7.3b140e30.20cT730.20b 85.13bcd4.45a7.10c146c 30.50bcT830.10b 85.10bcd4.09ef7.10c132f 29.80dCK 30.00bc84.60d4.36b6.30f139e29.50e

2.6 产量与品质性状间相关性

研究表明，在化学封顶条件下，各个处理与单铃重、整齐度指数和纺纱均匀指数之间的差异达到极显著水平且呈负相关关系，相关系数分别为r=-0.700**、-0.599**和-0.602**。处理与收获株数、总铃数、籽棉产量、纤维长度和马克隆值之间没有相关性。处理与单株成铃数、伸长率和断裂比强度之间中等相关性。各处理单株成铃数、籽棉产量与马克隆值之间的差异达到极显著水平且呈正相关，相关系数是(r=0.831**、0.951**、0.490**)，说明各个处理的总铃数和单株成铃数越多，各个处理的产量就越高；即外源物质有利于提高产量。单铃重与单株成铃数、纤维长度、整齐度指数和纺纱均匀指数之间的差异达到极显著水平且呈正相关，相关系数是(r=0.760**、0.565**、0.703**、0.598**)。籽棉产量与籽棉产量、纤维长度差异达到极显著水平且呈正相关，相关系数是(r=0.871**、0.525**)。籽棉产量与整齐度指数和马克隆值之间差异显著，相关系数(r=0.481*、0.415*)。总铃数与单株成铃数之间到极显著水平且呈正相关，相关系数(r=0.507**、0.543**)，说明外源物质，总铃数与单株成铃数呈正相关，单株成铃数越多，总铃数就越多；纤维长度与整齐度指数之间的差异达到显著水平且呈正相关，相关系数最大(r=0.439*)；整齐度指数和纺纱均匀指数之间的差异达到显著水平且呈负相关，相关系数最大(r=0.427*)。不同外源物质处理间与对照比都有不同增产效果。表4

表4 产量构成因素与纤维品质的相关性

Table 4 Correlation Analysis of Yield Components and Fiber Quality

项目Project 收获株数Plant numbers单株成铃数Boll perplant单铃重Boll weight籽棉产量Seed yield总铃数Total boll numbers纤维长度Fiber length整齐度指数Uniformity马克隆值Micron value伸长率Elon-gation rate纺纱均匀指数Spinninguniform index断裂比强度Specific breakingstrength收获株数Plant numbers1单株成铃数Boll per plant-0.2901单铃重Boll weight-0.0250.3361总铃数Total boll numbers0.007 0.831∗∗0.760∗∗1籽棉产量Seed yield0.019 0.951∗∗0.3440.871∗∗1纤维长度Fiber length-0.1590.3600.565∗∗0.525∗∗0.3181整齐度指数Uniformity0.0460.1530.703∗∗0.481∗0.1710.439∗1马克隆值Micron value-0.004 0.490∗∗0.0970.415∗0.507∗∗0.050-0.2161伸长率Elongation rate0.2410.0600.3580.2970.1400.3100.3450.1961纺纱均匀指数Spinninguniform index0.0430.0340.598∗∗0.3470.050 0.326 0.427∗ 0.1580.1061断裂比强度Specific breaking strength0.186 0.457∗-0.0530.3420.543∗∗-0.077-0.1260.069-0.003-0.0541

注**.在 0.01 水平(双侧)上显著相关。*.在 0.05 水平(双侧)上显著相关

Note**Significantly correlated at 0.01 level (both sides).*.Significantly correlated at the 0.05 level (both sides)

3 讨 论

在盛花期叶面喷施外源物质对化学封顶棉花的叶绿素含量、生物量积累、地上部分生长速率、产量形成及品质等性状都会产生一定的影响。邓忠等[16]通过在棉花不同生育时期叶面喷施缩节胺、随水滴施多效唑、随水滴施促根剂和随水滴施多效唑+促根剂研究结果表明，不同的外源物质处理棉株生物量积累均随生育期延长而持续增加，有效地改善了棉花单株铃数和单铃重显著增加，提高了马克隆值和衣分，增强了纤维的断裂比强度。外源物质是一种调节植物生长发育和衰老的物质，可以有效的调节作物产量的形成。盛花期喷施不同外源物质有利于棉花的发育及生物量的积累，促进了棉花单株成铃数和单铃质量的增加，从而提升棉花产量，这与前人研究结果一致[17- 19]。但是，不同的外源物质及施用方法对生物量积累具有不同的影响效应。化学封顶能显著的影响棉花的生长发育，为外观表现株高增长受到抑制，在棉株体内表现为激素的改变，这些改变对棉花产量和品质的影响应该被充分的表达出来。而在生产当中，因为种植密度、品种、后期水肥管理、氮施用量及打顶时间等因素的影响[20-21]，都会制约打顶后棉铃生长和棉株生长的最大效益的发挥。光合作用是作物稳产高产的基础和前提条件之一[22]，外源物质对叶绿素的影响[23-25]是衡量外源物质作用的重要标准之一。化学封顶后，在盛花期叶面喷施外源物质对叶绿素有一定的促进和补偿作用，这也为后期施用外源物质来缓解棉花后期管理提供了一定的借鉴。

试验研究仍有一些局限性，在生产实际中，对于每一个药剂在根据不同地区气候环境和棉花品种调整具体的喷施时间和喷施剂量，因为主要考虑化学封顶以后喷施这些不同外源物质有没有效果，所以所有外源物质设置单一浓度，在今后的研究可以把效果很好的几个外源物质设置多个浓度梯度，筛选出打顶以后最佳外源物质浓度，还需要做进一步的研究和探讨。

4 结 论

化学封顶条件下，不同外源物质对花叶绿素含量、生物量积累和产量构成因素影响效果不同，外源物质可以在棉花的不同生长发育时期，增加叶绿素含量，促进生物量的运输。在盛花期叶面喷施辛酸甲酯对于棉花生长发育具有显著的促进作用，叶绿素含量较高，单株成铃数和单铃质量较高，比对照增产 25.55%。其次萘乙酸钠、复硝酚钠、调环酸钙、6-BA处理。盛花期喷施叶面喷施适当浓度的外源物质对化学封顶棉花可以有效的提高叶绿素含量，成铃数、单铃重及纤维长度增加，增长效果明显。辛酸甲酯能显著提高叶绿素含量、生物量积累与分配，并提高单铃重和籽棉产量，整体效果最优，a-萘乙酸钠、复硝酚钠、6-BA、调环酸钙次之。