棉花的蕾期耐澇性鑒定及對淹水脅迫的響應

劉小玲，徐道青，鄭曙峰，王維，陳敏，闞畫春，吳文革

（1安徽省農業科學院棉花研究所/國家棉花改良中心安慶分中心，安徽安慶246003；2安徽省農業科學院水稻研究所，合肥230000）

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棉花的蕾期耐澇性鑒定及對淹水脅迫的響應

劉小玲1，徐道青1，鄭曙峰1，王維1，陳敏1，闞畫春1，吳文革2

（1安徽省農業科學院棉花研究所/國家棉花改良中心安慶分中心，安徽安慶246003；2安徽省農業科學院水稻研究所，合肥230000）

旨在為棉花的抗澇育種和澇害評價指標的篩選提供理論基礎。以9個棉花品種（系）為試材，采用裂區試驗，在蕾期研究不同淹水歷時（10天和20天）對各棉花品種（系）生理及產量和品質構成指標的影響，并從中篩選出耐澇品種（系）和淹水敏感品種（系）。結果表明：（1）丙二醛（MDA）含量、單株干物質質量、單鈴重和纖維品質均可作為棉花耐澇性的評價指標；（2）當淹水脅迫持續10天時，不同棉花MDA含量均極顯著高于對照（P＜0.01），隸屬函數值總和以‘陜6353’最高、‘贛雜108’和‘南通87-1220’次之，分別為2.76、2.23和1.68，而‘中CJ-1’和‘荊雜棉88F1’的隸屬值較低；（3）淹水10天的單株干物質累積較對照極顯著降低（P＜0.01），隸屬函數值總和以‘贛雜108’、‘C111’、‘南通87-1220’和‘陜6353’的較高，分別為2.11、2.13、2.55和2.19，而‘徐棉21號’和‘邯8942’的隸屬值較低；（4）淹水10天的單鈴重極顯著低于對照（P＜0.01），其中，‘贛雜108’、‘南通87-1220’及‘陜6353’較對照單鈴重降幅較低，隸屬函數值分別為1.00、0.96和0.80，而‘JS11’（0.00）、‘荊雜棉88F1’（0.04）、‘中CJ-1’（0.26）、‘徐棉21號’（0.30）和‘邯8942’（0.33）較低；（5）上半部平均長度、斷裂比強度和整齊度指數的隸屬值總和以‘贛雜108’、‘陜6353’和‘南通87-1220’較高，分別為2.46、2.17和1.75，而‘JS11’（0.53）和‘邯8942’（1.03）較低。綜上，‘贛雜108’和‘陜6353’較為耐澇，‘邯8942’和‘荊雜棉88F1’為淹水敏感品種。

棉花；耐澇性；鑒定；評價指標；蕾期

0　引言

隨著中國洪澇災害的頻繁發生，其不可預測性和復雜性給作物生產帶來嚴重的影響，因此作物的耐澇性研究逐漸受到人們的重視［1］。在長江中下游棉區，受降水強度、降水頻率及田間排灌不便等因素影響，農田地下水位偏高，表面大量積水，棉花受澇害脅迫嚴重，近幾年尤為明顯，這嚴重抑制了棉花的正常生長發育［2］。淹水脅迫下，植株根系因缺氧而顯著降低根系活力，抗氧化酶活性下降，加劇了膜脂過氧化程度，細胞膜結構受到損害，導致根系對水分和養分的吸收及利用受限［3-4］，冬小麥根系在氧濃度低于0.12 mol/m3生長減緩且在3天內停止生長，隨著脅迫程度加劇初生根側根及根毛逐漸發黑死亡，其對水分和礦質營養的吸收能力顯著下降［5-6］。

目前，篩選與鑒定耐澇性品種或資源在玉米、小麥、大豆及綠豆等作物上的研究較多，并且通過諸多生理及性狀、產量等指標來進行評價與分析。宋曉慧等［7］通過分析電導率與丙二醛含量等指標的增加幅度來比較大豆的耐澇性品種與敏感性品種之間的差異。在棉花上采用逆境生理指示指標評價棉花耐澇漬脅迫及其恢復的研究已有一定的基礎，Liu等［8］研究發現棉花苗期淹水脅迫對葉綠素相對含量、葉綠素熒光、滲透調節物質以及抗氧化物酶活性受到不同程度的抑制，丙二醛含量顯著增加。楊威等［9］研究發現棉花葉片和根系的超氧物歧化酶和過氧化物酶的活性隨受澇天數的延長而下降，丙二醛含量隨受澇時間的延長而增加。棉花在澇害脅迫下，葉綠素合成受阻，光合電子傳遞受限，光合轉化效率下降，干物質形成量減少［10］。董合忠等［11］研究發現淹水抑制棉苗株高增長、葉片擴展和干物質積累，降低葉片的凈光合速率，葉片膜脂過氧化，MDA含量增加等。長江流域是優質棉的生產基地，近年來時有洪澇出現，蕾期更是棉花受淹的敏感期，篩選出耐澇性的棉花品種或資源對棉花生產具有重要的現實意義。本研究通過蕾期大田模擬淹水試驗，研究葉片衰老特性、膜結構穩定性、產量構成及纖維品質等指標差異來篩選棉花的耐澇型與敏感型品種（系），以期為棉花的抗澇育種和澇害評價指標的篩選提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1試驗區概況

本試驗于2013年在安徽省農業科學院棉花研究所安慶試驗農場進行，土壤基本肥力參數：有機質含量12.31 g/kg，銨態氮含量13.97 mg/kg，硝態氮含量19.78 mg/kg，速效磷含量23.53 mg/kg，速效鉀含量129.64 mg/kg。年均降雨量1300～1500 mm。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設計試驗采用裂區設計，主區為淹水10天、淹水20天和不淹水（CK），副區為9個品種/系（‘JS11’、‘贛雜108’、‘徐棉21號’、‘中CJ-1’、‘荊雜棉88F1’、‘C111’、‘南通87-1220’、‘邯8942’和‘陜6353’，均從各地農科院及中國農業科學院棉花研究所種質資源庫購買）。試驗于棉花蕾期（7月18日）開始淹水，淹水時間為10天和20天（分別于7月27日和8月6日結束淹水）。在不同主區中間壘土壩加固，并用加厚塑料膜覆蓋土壩兩側密封固定，塑料膜埋深40 cm。淹水處理期間保持水層在3 cm左右（淹沒根系），淹水結束后由小型柴油機抽排解除脅迫。試驗于2013年5月29日進行營養缽育苗移栽，種植密度3.0萬株/hm2，按高產田水平進行田間管理。

1.2.2樣品采集和項目測定分別于7月18日、7月28日、8月7日、8月19日及8月29日進行取樣，每個處理取具有代表性的棉株2株，另取主莖功能葉倒4葉。測定指標為單株干物質質量、MDA含量、單鈴重及棉纖維品質。單株干物質質量測定時先經過105℃殺青，再80℃烘干至恒重。MDA含量測定采用硫代巴比妥酸法，稱取0.3 g左右的葉片，液氮冷凍后研磨成勻漿，再加入0.5%硫代巴比妥酸后煮沸10 min，經3000×g離心15 min后，使用紫外分光光度計（Thermo Evolution 201）在532 nm和600 nm處測定吸光度值。單鈴重測定是每小區收集50個吐絮鈴曬干后稱重。纖維品質測定是用HFT9000纖維檢測儀進行測定。

1.2.3統計方法利用EXCEL 2010進行數據處理，DPS軟件進行方差分析（LSD多重比較）。隸屬函數值用于比較某一指標對澇害脅迫的響應程度，其計算公式。

其中X為棉花各品種的某一指標測定值較對照減少百分比，Xmax為測定值的減少百分比的最大值，Xmin則為測定值的減少百分比的最小值。

若某一指標與抗性成負相關，可用反隸屬函數計算其抗性。

表1　淹水時間對棉花葉片MDA含量的影響（mmol/g）

表2　不同基因型棉花葉片MDA含量對淹水脅迫的響應（mmol/g）

2　結果與分析

2.1不同基因型棉花葉片MDA含量對澇害脅迫的響應

淹水脅迫對蕾花期的棉花主莖功能葉MDA含量有顯著性影響（表1），隨淹水歷時延長，MDA含量逐漸增加，且差異達極顯著水平（P＜0.01），淹水結束初期，淹水10天的MDA含量顯著高于對照，淹水20天極顯著高于對照及淹水10天的MDA含量，在淹水結束恢復30天后淹水10天和淹水20天的MDA含量仍分別高于對照51.9%、107.2%。不同基因型棉花在淹水10天后MDA含量均發生顯著性變化（表2），淹水結束后初、中期均表現出‘邯8942’、‘JS11’、‘徐棉21號’、‘中CJ-1’及‘C111’顯著高于‘贛雜108’、‘荊雜棉88F1’、‘南通87-1220’及‘陜6353’，在淹水結束恢復30天后‘邯8942’的MDA含量最高，而‘贛雜108’及‘陜6353’的MDA含量顯著低于其他品種。淹水20天處理的不同棉花品種（系）的MDA含量變化規律與淹水10天的較為一致，‘邯8942’、‘JS11’及‘徐棉21號’仍較高，且差異達顯著性水平，‘贛雜108’、‘南通87-1220’及‘陜6353’的MDA含量始終保持較低水平。

2.2不同基因型棉花單株干物質質量對澇害脅迫的響應

淹水歷時嚴重抑制棉花單株干物質的積累，且差異達極顯著水平（表3）。在淹水10天結束后的30天內單株干物質質量仍極顯著低于對照，在恢復30天后開始緩慢增長，且10天內的增長速率為3.16 g/d，低于對照8.68 g/d的增長勢。淹水20天處理極顯著低于淹水10天及對照，且結束后的22天內無明顯增長趨勢，在恢復30天后增長量僅為19%，低于對照39.8%的增幅。不同基因型棉花因個體差異單株干物質質量呈顯著性差別（表4），其中‘JS11’、‘贛雜108’、‘徐棉21號’、‘中CJ-1’、‘荊雜棉88F1’及‘C111’均顯著高于‘南通87-1220’、‘邯8942’及‘陜6353’，在淹水10天結束后，‘C111’的干物質質量顯著高于其他品種（系），但較對照降幅較大，‘贛雜108’在淹水結束初期較對照減少的百分比較大，但經一段時間恢復后，較對照減少的百分比明顯低于其他處理，‘南通87-1220’及‘陜6353’較對照降幅較小；在淹水20天結束后不同品種（系）棉花單株干物質質量較對照的降幅無明顯差別，降幅達70%以上。不同品種（系）棉花在淹水10天結束后單株干物質增長速率在0.2～9.7 g/d之間，‘贛雜108’、‘南通87-1220’及‘JS11’在淹水10天且恢復30天后增長速率明顯高于其他處理，分別為9.7、4.6 g/d，且‘贛雜108’較對照的減少百分比最低。而‘徐棉21號’和‘邯8942’增長量較低，分別為0.2、0.8 g/d。在淹水20天結束且恢復20天后不同基因型棉花的單株干物質質量無明顯差別，增長速率在0.1～2.7 g/d之間，以‘贛雜108’增長量較多，為2.7 g/d。

表3　淹水時間對棉花單株干物質質量的影響g

表4　不同基因型棉花單株干物質質量對淹水脅迫的響應g

2.3不同基因型棉花單鈴重及纖維品質對澇害脅迫的響應

隨著淹水時間的延長，棉花產量構成因素之一單鈴重和纖維品質中的上半部平均長度、斷裂比強度及伸長率均呈極顯著降低（表5）。淹水10天的單鈴重、上半部平均長度、斷裂比強度及伸長率較對照分別降低24.2%、8.3%、6.8%和2.5%。在淹水10天后，‘贛雜108’、‘中CJ-1’的單鈴重顯著高于其他品種（表6），‘C111’和‘南通87-1220’次之；‘贛雜108’、‘南通87-1220’及‘陜6353’較對照降幅較低，分別為16.4%、17.0%和19.3%，而‘JS11’、‘荊雜棉88F1’、‘中CJ-1’、‘徐棉21號’及‘邯8942’較對照分別降低30.8%、30.2%、27.0%和26.5%。上半部平均長度以‘贛雜108’與‘南通87-1220’顯著高于其他品種，以‘邯8942’與‘陜6353’較低。在淹水20天后，不同品種（系）的單鈴重及纖維品質，其中以‘中CJ-1’、‘C111’的單鈴重較大，而纖維品質無明顯優勢；‘贛雜108’的單鈴重較對照降幅最大，而上半部平均長度及斷裂比強度稍高于其他處理；‘南通87-1220’的單鈴重、上半部平均長度和斷裂比強度較對照降幅均較低，分別為26.8%、8.2%和3.0%。

表5　淹水時間對棉花單鈴重及纖維品質的影響

3　討論

澇害脅迫降低土壤氧的有效性，引起根系呼吸減弱，根系細胞死亡，細胞膜質過氧化加劇，抗氧化物酶活性受損，葉綠素降解，丙二醛含量積累，光合速率的下降以及植株干物質積累與轉運減少［12］等，最終導致作物減產20%以上［13-14］。胡江龍等［15］研究發現MDA含量和凈光合速率是光合氣體交換參數、抗氧化物酶活性等諸多生理指標中關聯度變異系數最小，穩定性最高的棉花漬害恢復指示指標。MDA含量隨淹水脅迫的加劇而持續增加，較對照顯著增加，且不同基因型棉花的MDA含量在不同淹水歷時下均呈不同程度的增加趨勢，淹水10天的變化幅度小于淹水20天處理，這與李云等［16］通過MDA含量等指標驗證油菜苗期耐淹指標的篩選方法，發現不耐淹材料的MDA含量在淹水期間持續上升，且差異顯著；耐淹材料在淹水時間較短時變化幅度較小，略有上升后基本保持穩定，膜脂過氧化程度輕于不耐淹材料且生命活性較強的研究結果一致。淹水歷時10天和20天均顯著降低了棉花單株干物質的累積，這可能與淹水后維管束內部厚壁細胞和皮層厚度變薄有關，田間表現出倒伏率明顯上升，與任佰朝等［17］研究淹水后夏玉米基部第3莖節變細，莖稈穿刺強度降低，維管束數目減少，抗倒伏能力降低的結果一致。單鈴重是棉花產量的構成因素，淹水脅迫顯著降低了棉花的單鈴重，這在Hddgson［18］研究棉花受淹后減產主要由鈴重降低所致的結果中得以體現，同時與宋學貞等［19］研究棉花在花鈴期淹水8天和10天后單鈴重分別降低9.5%、9.9%，MDA含量分別升高了9.7%、12.9%的結果相符。李樂農等［20］采用正交組合設計研究結果表明蕾期對淹水最敏感，顯著降低棉花平均纖維長度、纖維整齊度指數，淹水顯著降低上半部平均長度、斷裂比強度、伸長率。

表6　不同基因型棉花單鈴重和纖維品質對淹水脅迫的響應

作物的耐澇性是一個復雜的綜合性狀，前人利用模糊數學中的隸屬函數值評價大豆、油菜等多種作物逆境脅迫下的耐澇性，可較為準確地判別不同品種（系）抗逆境脅迫的能力。周廣生等［21］用隸屬函數求出綜合指標的隸屬值來評價小麥品種（系）的耐濕性，李貴全等［22］、郭雪松等［23］利用隸屬函數求出綜合指標的隸屬值分別評價不同大豆和油菜品種（系）的耐旱性。

4　結論

不同基因型棉花功能葉的MDA含量、單株干物質質量、單鈴重及纖維品質在不同程度上反映棉花受澇害的程度，均可作為棉花耐澇性的評價指標。棉花耐澇性的生理機制是受多因素影響的復雜的數量性狀，表中不同基因型棉花耐澇評價指標在淹水10天處理下的差異較為明顯，因淹水20天后棉花均受到嚴重損傷，不能較好的鑒別棉花的耐澇性，因此采用淹水10天下的不同指標的隸屬函數值來評價棉花品種（系）的耐澇性較為準確。在淹水10天處理下，MDA含量3個取樣時期的隸屬值總和以‘陜6353’最高、‘贛雜108’次之、再有‘南通87-1220’，分別為2.76、2.23和1.68；以‘中CJ-1’和‘荊雜棉88F1’隸屬值較低，分別為0.36、0.51。‘贛雜108’在淹水10天恢復一段時間后的干物質累積量明顯高于其他品種，‘南通87-1220’和‘陜6353’較對照干物質質量降幅較小，而‘徐棉21號’和‘邯8942’增長量較低。不同棉花品種（系）的單株干物質質量的隸屬值總和以‘贛雜108’、‘C111’、‘南通87-1220’和‘陜6353’的較高，分別為2.11、2.13、2.55和2.19。在淹水10天后，‘贛雜108’、‘南通87-1220’及‘陜6353’較對照單鈴重降幅較低，隸屬值分別為1.00、0.96和0.80，明顯高于隸屬值較低的‘JS11’（0.00）、‘荊雜棉88F1’（0.04）、‘中CJ-1’（0.26）、‘徐棉21號’（0.30）和‘邯8942’（0.33）。纖維品質（上半部平均長度、斷裂比強度和整齊度指數）的隸屬值總和以‘贛雜108’、‘陜6353’和‘南通87-1220’較高，分別為2.46、2.17和1.75，明顯高于‘JS11’（0.53）和‘邯8942’（1.03）。綜合以上指標的隸屬值可以得出‘贛雜108’和‘陜6353’較為耐澇，‘邯8942’和‘荊雜棉88F1’為淹水敏感品種。

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Waterlogging Stress During Cotton Bud Stage:Tolerance Identification and Responses

Liu Xiaoling1，Xu Daoqing1，Zheng Shufeng1，Wang Wei1，Chen Min1，Kan Huachun1，Wu Wenge2

（1Cotton Research Institute Anhui Academy of Agricultural Sciences/Anqing Branch of National Cotton Improvement Center，Anqing 246003，Anhui，China；2Rice Research Institute Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230000，Anhui，China）

The aim is to provide a theoretical basis for waterlogging-resistance breeding and waterloggingevaluating indicator screening of cotton.9 cotton varieties（lines）were used as materials with split plot experiment.In cotton bud stage，the effects of different waterlogging days（10 days and 20 days）on the physiological indicator，yield and quality indicators were analyzed.And then screen the waterloggingresistance varieties（lines）and waterlogging-sensitive varieties（lines）.The results showed that:（1）MDA contents，dry weight per plant，boll weight，and fiber quality could be used as evaluating indicators of waterlogging resistance；（2）when the waterlogging stress lasted for 10 days，MDA contents of different cotton varieties（lines）were significant higher than that of the control（P＜0.01），‘Shan6353’had the highest sum ofmembership function value，followed by‘Ganza108’and‘Nantong87-1220’，and the value was 2.76，2.23 and 1.68，respectively，while‘ZhongCJ-1’and‘Jinza88F1’had relatively low value；（3）when the waterlogging stress lasted for 10 days，dry weight per plant significantly decreased compared with that of the control（P＜0.01），the sum of membership function values of‘Ganza108’，‘C111’，‘Nantong87-1220’and‘Shan6353’were relatively high，which was 2.11，2.13，2.55 and 2.19，respectively；while‘Xumian21’and‘Han8942’had relatively low sum of membership function values；（4）when waterlogging stress lasted for 10 days，boll weight was significantly lower than that of the control（P＜0.01），‘Ganza108’，‘Nantong87-1220’and‘Shan6353’had little reduction degree，compared with the control；and their sum of membership function values were 1.00，0.96 and 0.80，respectively；while‘JS11’（0.00），‘Jinza88F1’（0.04），‘ZhongCJ-1’（0.26），‘Xumian21’（0.30）and‘Han8942’（0.33）had relatively low valuest；（5）the sum of membership function values of upper half mean length，fiber strength and elongation appeared in‘Ganza108’，‘Shan6353’and‘Nantong87-1220’with higher values of 2.46，2.17 and 1.75，respectively；while‘JS11’（0.53）and‘Han 8942’（1.03）had relatively low values.In conclusion，‘Ganza108’and‘Shan6353’were waterlogging-resistance varieties，while‘Han8942’and‘Jinza88F1’were waterlogging-sensitive varieties.

Cotton；Waterlogging Tolerance；Identification；Evaluation Indicators；Bud Stage

S562

A論文編號：cjas16060020

公益性行業專項“主要農作物澇漬災害防控關鍵技術研究與示范”（201203032）；安徽省農業科學院院長青年創新基金“棉花耐澇性鑒定及其生理機理研究”（13B0734）；安徽省油菜棉花產業技術體系專項經費資助；院科技創新團隊建設項目“棉花輕簡化機械化關鍵技術創新團隊（13C0707）。

劉小玲，女，1984年出生，安徽巢湖人，助理研究員，研究生，碩士，主要從事棉花栽培生理及信息化研究等工作。通信地址：246003安徽省安慶市華圣路21號安徽省農業科學院棉花研究所，Tel：0556-5201096，E-mail：lxlfjj@126.com。

徐道青，男，1976年出生，安徽望江人，副研究員，本科，學士，主要從事棉花栽培生理、新型肥料研究等工作。通信地址：246003安徽省安慶市華圣路21號安徽省農業科學院棉花研究所，Tel：0556-5201096，E-mail：13955600629@139.com。

2016-06-16，

2016-08-23。