新疆零式果枝海岛棉掉絮原因分析

王为然，杨 静，朱家辉，张延辉，宁新民，刘志清，孔 杰，阿里甫·艾尔西

(1.新疆农业科学院经济作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学草业与环境科学学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】新疆是我国唯一的海岛棉(G.barbadenseL.)产区[1]，目前主要分布在塔里木盆地西北缘的巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏、喀什等地，零式果枝、株型紧凑是该区品种的主要特点。新疆海岛棉棉铃以3室为主，和多数4～5室陆地棉品种具有较好的含絮力不同，其吐絮后掉絮现象普遍存在。通常情况下，含絮力差的品种在完全吐絮后5 d左右开始掉絮，主要表现为单或多瓣子棉吐絮后下垂、挂枝直至脱离铃壳掉落地面，导致采收困难。随着海岛棉机采技术的逐步推进[2,3]，完全吐絮后一次性机械采摘对于棉花含絮力提出了更高要求。研究海岛棉品种掉絮成因对海岛棉育种和机械采摘有生产实际意义。【前人研究进展】棉花掉絮现象国内外尚少有研究，但在棉铃吐絮期方面开展了一定研究。有研究将棉铃开裂分成线裂、微裂、绽裂、现瓤前期、现瓢后期和大裂吐絮6个阶段，每个阶段持续0.5～2 d[4]，认为棉铃的脱水首先是从纤维和种子开始的，在线裂期后，铃壳也开始脱水，从裂缝边缘到中央，从铃尖到铃基进行。当棉铃绽裂后,铃壳的脱水显著加快，铃壳细胞膜透性增加是造成棉铃被动脱水的先决条件[5]，薄壳品种吐絮后铃壳夹角大[6]。围绕棉纤维的加厚发育与脱水成熟[7]、温度与采摘期对棉纤维的影响[8,9]等研究认为，不同时期棉纤维差异较大，5～7 d吐絮铃纤维形成转曲较好，纤维抱合力较大[10]，吐絮后期抱合力不断降低。【本研究切入点】在以往国内外零式果枝海岛棉资源鉴定的基础上，研究新疆零式果枝海岛棉掉絮原因。【拟解决的关键问题】以两个含絮力差异性大的零式果枝海岛棉品种为研究对象，针对棉铃吐絮初期-掉絮现象出现这一时段，研究棉铃脱水过程中铃壳空间结构及棉瓣变化，分析铃壳夹角、纤维脱水后转曲等对掉絮的影响，为培育含絮力好的海岛棉品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

在历年田间鉴定的基础上，选择新335(K-335)为掉絮品种，新海35号(K-128)为含絮力好的品种。

1.2 方 法

1.2.1 材料种植

2015～2017年将两个材料种植在新疆库尔勒市(86.08°E，41.68°N)，每份材料4行区种植，株距10.0 cm，行距(70+15+50+15)cm，行长8 m，3次重复，随机排列。吐絮期两个材料田间进行防雨处理。

1.2.2 指标测定1.2.2.1 铃壳、棉瓣的脱水测定

田间试验：将完全吐絮当日铃每隔2 d测一次棉铃水分、棉瓣的变化。吐絮后10 d用数显拉力计测棉瓣中部单瓣子棉竖直拉力(含絮力)(N)，用角度尺测铃壳背部夹角(%)。每期将铃壳和棉瓣然后放入烘箱中烘干(105℃，8 h)。测量含水量(rate of water content，RWC, %)= [W鲜重-W干重]/W鲜重×100%。

室内离体自然风干实验：于挂牌日分别取当日完全吐絮铃150个进行室内离体培养。温度设置参照当地同期平均温度设置(昼夜温度22.5℃/14.5℃，时间12/12 h)，每1 d测一次水分变化，计算脱水速率(%)，直至不发生变化。

性状调查：棉瓣测棉瓣长(cm)、瓣宽(cm)、瓣厚(cm)；铃壳测中部宽度( mm)变化，计算铃壳卷曲率(%)。

1.2.2.2 纤维检测

将测完拉力后的籽棉晾晒后进行考种，每重复取50铃，测单铃重(g)、衣分(%)，子指(g)、衣指(g)。棉样送中国农科院棉花研究所测纤维五指标：纤维长度(mm)、整齐度(%)、比强度(N/tex)、马克隆值。

1.2.3 扫描电镜观测

采用日立扫描电镜进行棉壳组织、棉纤维结构的观察。

2 结果与分析

2.1 海岛棉棉铃开裂与掉絮

根据掉絮品种新335棉铃的开裂过程，可将海岛棉棉铃从开裂-掉絮分成7个阶段，分别为线裂期、微裂期、绽裂期、现瓤前期、现瓢后期、大裂吐絮期和掉絮期。各阶段持续时间为线裂-微裂、微裂-绽裂和绽裂-现瓤前期为0.5～2 d、现瓤前-现瓢后期2～3 d、现瓤后-大裂吐絮2～3 d、大裂吐絮-掉絮3～10 d。图1

新335棉铃在大裂吐絮后第3 d就开始掉絮，其表现为3室铃其中的1～2个棉瓣从铃壳中脱离。完全吐絮后第5 d是掉絮的高发期(76.9%)，吐絮10 d仍有掉絮发生。表1，图2

注：0开裂前、1线裂、2微裂、3绽裂、4现瓤前期、5现瓢后期、6大裂吐絮、7掉絮

Note:0 Before crack, 1 line crack, 2 micro crack, 3 Splitting crack, 4 early boll opening 5 middle boll opening, 6 boll opening, 7 fiber-fallen stage

图1 海岛棉开裂-掉絮进程(新335)
Fig.1 Dehiscence and drop flocculation process of island cotton(Xin 335)

图2 新335(K-335)絮期掉絮(吐絮10 d)
Fig.2 The boll clove at boll opening 10 d of Xin 335

图3 新海35号(CK)絮期(吐絮10 d)
Fig.3 The boll clove at boll opening 10 d of Xinhai 35(CK)

表1 新335棉铃开裂-掉絮进程
Table 1 The process from cracking to fiber-fallen of cotton boll of Xin 335 (%)

开裂进程Process of boll cracking时间Time(h)12243648607284961201682401-230.534.934.62-367.429.13.53-474.519.46.14-554.635.58.61.35-622.143.124.310.56-74.313.321.238.117.45.7

2.2 品种含絮力

研究表明,掉絮品种新335的拉力集中分布在≤0.3N范围，占96.5%，其中≤0.1N占22.8%，总平均值为0.2N；含絮品种新海35号单瓣子棉拉力集中分布在≥0.3N，占总数的91.5%，平均拉力为0.6N，高于掉絮品种新335，差异极显著。图4、图5

图4 新335和新海35号单瓣子棉拉力分布比例(10 d)
Fig.4 Means distribution ratio of vertical pull for Xin 335 and Xinhai 35 (boll opening 10 d)

图5 新335和新海35号各区间单瓣子棉拉力分布(10 d)
Fig.5 Means interval distribution of vertical pull for Xin 335 and Xinhai 35 (boll opening 10 d)

2.3 棉铃铃部性状比较

2.3.1 铃壳结构

研究表明,田间吐絮10 d，掉絮品种新335的铃壳夹角>130°范围内占45.5%，其中≥160°的夹角占14.4%；而不掉絮品种新海35号其夹角>130°的占18.9%，其中≥160°仅占1.1%，极显著低于新335。掉絮品种总体平均夹角为118.8°，新海35号为102.3°。新335掉絮现象集中出现在>141°的夹角范围内。图6、图7

图6 吐絮后铃壳差异比较(吐絮3 d、10 d)
Fig. 6 Comparison of boll shell differences after flocculation (boll opening 3 d and 10 d)

研究表明,铃壳夹角与脱水过程中的铃壳卷曲有关，掉絮品种新335铃壳中部向背部卷曲变化迅速。新335吐絮3 d、5 d，其铃壳卷曲率分别为42.3%和57.1%，高出对照新海35号29.6和29.3个百分点，差异均达到了极显著；吐絮10 d，二者铃壳中部宽度分别为0.6和0.8 cm，新335铃壳支撑位缩小严重。表2，图6

图7 铃壳背部夹角分布(吐絮10 d)
Fig. 7 Distribution of back angle of boll shell (boll opening 10 d)

表2 吐絮后铃壳卷曲率变化(自然状态下)
Table 2 The change of boll shell crimp rate(natural)

品种Variety铃壳中部宽度WCBS (cm)铃壳卷曲率BSCR(%)1 d3 d5 d7 d10 d3 d5 d10 d新335 Xin 3352.01.10.80.70.642.3∗∗57.4∗∗70.4∗新海35号 Xinhai 352.01.71.51.20.813.6 27.962.2

注：*表示P<0.05,**表示P<0.01,下同

Note:*meansP<0.05,**meansP<0.01,the same as below

研究表明,新335吐絮10 d铃壳较新海35号组织间隆起高，排列紧实，这与其脱水快有关。而新海35号铃壳内侧组织间排列相对较平缓。图8、图9

图8 新335吐絮后10 d铃壳超微结构
Fig.8 Means boll shell ultrastructure of Xin 335 ,respectively.(boll opening 10 d)

图9 新海35号吐絮后铃壳超微结构(10 d)
Fig.9 Means boll shell ultrastructure of Xinhai 35,respectively.(boll opening 10 d)

2.3.2 棉瓣结构

研究表明,掉絮品种新335在不同时期棉瓣长、宽、厚均低于新海35号，完全吐絮6 d，前者瓣长、瓣宽、瓣厚较后者分别低24.9%、15.8%和14.6%，差异达到极显著。在日增长速率方面，随着棉瓣脱水，其长、宽、厚均呈缓慢增加的趋势。吐絮后3 d，新335瓣长、瓣宽及瓣厚的日增长速率均高于新海35号，分别较后者高3.2、3.6和4.2个百分点，差异极显著。吐絮后4～6 d，新335棉瓣日增长速率和后者差异不显著。图10，图11

注：(A、B、C)和(a、b、c)分别表示新335号新海35号棉瓣长、宽、厚

Note: (A、B、C) and (a、b、c) mean LBC,WBC and TBC, respectively

图10 两个品种棉铃差异(3 d)
Fig.10 Difference of cotton bolls in two varieties(3 d)

图11 棉花瓣长、瓣宽、瓣厚的变化
Fig.11 The changes of LBC,WBC and TBC

图12 吐絮后新海35号棉絮缠绕(10 d)
Fig.12 Intertwining of cotton fiber for Xinhai 35, respectively. (boll opening 10 d)

新海35号吐絮10 d的棉瓣在自然状态下纤维间的缠绕较掉絮品种新335更为复杂，索结较多。这可能有助于保持水分、形成纤维间稳定抱合，而新335纤维间排列较为松散。图12，图13

图13 吐絮后新335棉絮缠绕(10 d)
Fig.13 Intertwining of cotton fiber for and Xin335,respectively. (boll opening 10 d)

新海35号单根纤维的转曲数量较掉絮品种新335多，且褶皱的表观深度较后者深，纤维次生壁较厚。这有助于棉纤维间相互缠绕和堆叠，从而形成稳定的空间结构，在一定时间内能保持棉瓣纤维间的稳定抱合。图14，图15

图14 吐絮后新海35号单纤维卷曲(10 d)
Fig.14 Crimp of cotton fiber for Xinhai 35 respectively. (boll opening 10 d)

图15 吐絮后新335单纤维卷曲(10 d)
Fig.15 Crimp of cotton fiber for

Xin335,respectively. (bollopening10d)

2.4 棉铃脱水速率变化

2.4.1 铃壳脱水速率

在绽裂期棉铃室内离体条件下，水分流失率的变化呈现出前期增加较快，后期逐渐放缓的趋势。从铃壳脱水速率看，掉絮品种新335前3 d脱水速率较新海35号高3.0、5.0、8.0个百分点，差异极显著，7 d后高出后者2.8个百分点。

铃壳脱水速率呈现出前5 d脱水快，后期变化平缓的趋势。在棉铃绽裂期后1 d，掉絮品种铃壳含水率为78.3%，到3 d后完全吐絮，含水量降为35.2%，5 d后变为18.5%，而新海35号变化相对较为较为平缓，5 d后的含水率达到31.2%。随着棉铃开裂时间延长，在吐絮10 d，铃壳和棉瓣含水量二者基本一致。图16，图17

注：(A、B)和(a、b)分别表示新335和新海35号铃壳、子棉含水率

Note: (A、B) and (a、b) means RWC of boll shell, boll clove in Xin 335 and Xinhai 35,respectively

图16 室内条件棉铃水分流失速率变化(离体)
Fig. 16 The rate of water loss under the room condition(In vitro)

2.4.2 棉纤维脱水

在室内离体条件下，单瓣子棉脱水速率二者差异并不显著，这可能与完全吐絮后子棉本身含水量接近有一定关系，但新335其水分流失值均高于后者。图16

在田间条件下，棉纤维脱水和铃壳脱水较为相似，呈现出前期脱水快，后期逐渐变缓的趋势。在吐絮绽裂期，两个品种差别不大，分别是46.8%和45.3%，但完全吐絮3 d时，掉絮品种新335脱水速率极显著快于新海35号，3 d后含水量降为21.5%，5 d后降为15.7 %，而新海35号分别为31.3%和22.6%。完全吐絮9 d二者含水量分别为9.8%和13.7%。图17

图17 田间棉铃含水量变化
Fig.17 The rate of water content under the condition of field

3 讨 论

3.1 和掉絮相关的重要性状

在相同的气候条件下，陆地棉掉絮性状以遗传为主，含絮性状的遗传相对偏弱[11]。含絮力好的品种纤维长度、比强度、整齐度、衣分、单铃重等表型性状均优于掉絮品种[11]，其中长度、衣分、单铃重、比强度差异达到极显著，马克隆值基本没有差异[12]。研究的两个材料在铃重、衣分上差异极显著，这两个性状也是反映棉瓣肥大程度的重要指标，这两个性状是掉絮与否关键因素，二者均具有较高的遗传力[13]。表3

表3 子棉产量与纤维品质性状
Table 3 Performance of yield and fiber quality traits

品种Variety单铃重BL (g)子指SI(g)衣指LD(g)衣分LP(%)长度FL(mm)比强度FS(cN/tex)马值隆值MIC整齐度FU(%)新335 Xin 3353.213.4∗4.726.337.2∗43.9∗∗3.987.0新海35号Xinhai 353.9∗∗11.87.4∗∗39.0∗∗34.737.14.3∗84.9

3.2 棉铃空间结构对掉絮的影响

新疆零式果枝海岛棉棉铃多以3室为主，与陆地棉的4～5室相比差异明显。随着吐絮时间的延长，海岛棉棉铃空间结构对于保持棉瓣的稳定着生明显过小，吐絮后10 d，掉絮海岛棉铃壳夹角在>111°范围占到约78%，而陆地棉则集中在45～75°较多，这直接导致在含絮力方面二者差异明显。有报道显示，陆地棉含絮力为1.3～3.4 N[14]，均高于研究材料。棉铃的空间结构不足是导致这一现象出现的主要因素

3.3 吐絮期脱水对棉铃发育的影响

零式果枝海岛棉的脱水开裂过程与陆地棉基本相当，但略快于陆地棉[5]，在棉花开裂前-吐絮完成这个阶段是棉花纤维发育的关键时期，铃期昼夜温差大、积温不足对纤维结构力形成具有很大影响[9]。新疆海岛棉脱水快这可能与其株型紧凑和叶量少有关，随着叶片功能丧失与逐步脱落，棉铃受光、温度影响比松散型品种更直接，水分散失更快[15,16]。从棉铃结构上，有研究认为脱水快慢可能与铃壳细胞膜透性的差异有关[5]，透性越好，水分散失速率越快，但快速脱水不利于纤维抱团形成，并导致铃壳夹角变大。脱水快慢对棉铃在脱水期铃壳卷曲和纤维抱团结构有何影响，这有待于进一步研究。

4 结 论

4.1 解决吐絮期掉絮应从适度松散果枝类型、提高铃重及衣手进行品种培育。

4.2 铃壳脱水速率方面，掉絮品种新335前3 d脱水速率较新海35号高3.0、5.0、8.0个百分点，差异极显著，7 d后高出后者2.8个百分点。

4.3 纤维脱水方面，完全吐絮3 d时，掉絮品种新335脱水速率极显著快于新海35号，3 d后含水量降为21.5%，5 d后降为15.7%，而新海35号分别为31.3%和22.6%。

4.4 铃壳背部夹角方面，田间吐絮10d，掉絮品种新335的铃壳夹角>130°范围内占45.5%，其中≥160°的夹角占14.4%；而不掉絮品种新海35号其夹角>130°的占18.9%，其中≥160°仅占1.1%，极显著低于新335。

4.5 铃壳卷曲率方面，新335吐絮3、5 d，其铃壳卷曲率分别为42.3%和57.1%，高出新海35号29.6和29.3个百分点，差异均达到了极显著。

4.6 棉瓣大小方面，掉絮品种新335在不同时期棉瓣长、宽、厚均低于新海35号，完全吐絮6 d，前者瓣长、瓣宽、瓣厚较后者分别低24.9%、15.8%和14.6%，差异达到极显著。

4.7 单瓣子棉含絮力方面，掉絮品种新335的拉力集中分布在≤0.3N范围，占96.5%，其中≤0.1N占22.8%，总平均值为0.2N；含絮品种新海35号单瓣子棉拉力集中分布在≥0.3N，占总数的91.5%，平均拉力为0.6N，高于掉絮品种新335，差异极显著。

4.8 吐絮后棉铃的快速脱水导致铃壳卷曲率高、铃壳背部夹角过大从而导致棉瓣支撑位不足，以及棉瓣过小、纤维间的抱合力差的共同作用，是致使新疆零式果枝海岛棉掉絮的主要原因。应从适度松散果枝类型、提高铃重及衣分入手进行品种培育。