棉花噴施脫葉劑對棉鈴蔗糖代謝影響及與纖維比強度的關系

王文敏，田景山，張煦怡，劉 晶，勾 玲，張旺鋒

（1.石河子大學生命科學學院，新疆石河子 832003；2.石河子大學農學院／新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003）

棉花噴施脫葉劑對棉鈴蔗糖代謝影響及與纖維比強度的關系

王文敏1，2，田景山2，張煦怡2，劉 晶2，勾 玲2，張旺鋒2

（1.石河子大學生命科學學院，新疆石河子 832003；2.石河子大學農學院／新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003）

【目的】新疆棉區大面積推廣機械采收，在棉花生長后期普遍施用脫葉劑，促使葉片快速脫落，研究葉源限制下棉鈴蔗糖代謝及與纖維比強度形成關系的研究，改善機采棉纖維品質的栽培技術。【方法】對不同日齡的棉鈴噴施脫葉劑，研究葉片脫落光合源減少對棉纖維中蔗糖代謝和纖維比強度形成的影響。【結果】與不施藥相比，噴施脫葉劑使鈴殼蔗糖進入快速轉化期的時間推遲3.8 d，快速轉化期的持續時間減少了8.7d，鈴殼蔗糖含量明顯降低；棉花纖維中蔗糖含量達到最大值的時間較不施藥處理提前14.9 d，峰值降低，纖維素快速累積期的持續時間縮短，碳水化合物未能完全轉化成纖維素，致使纖維素最終含量降低 13.2%，影響纖維比強度的形成。【結論】鈴殼中的蔗糖含量是影響纖維中蔗糖含量的主要因子，噴施脫葉劑后降低了鈴殼中的蔗糖含量，使得纖維蔗糖含量峰值下降，纖維素最終含量減少，比強度下降。

棉花；脫葉劑；蔗糖；淀粉；比強度；纖維素

0 引 言

【研究意義】脫葉催熟技術措施是實現棉花機械采收的重要前提［1］，不僅能夠解決棉鈴晚熟問題，而且加快植株葉片脫落，提高采棉機采摘率及作業效率，降低機采籽棉含雜率，改善機采棉原棉品級［2］。近年來，新疆棉花纖維長度、整齊度、短纖維率和比強度比手采棉低一檔［3］，是否與新疆棉區大面積使用脫葉催熟劑促進葉片脫落，減少了葉片光合源，影響棉鈴發育有關。研究脫葉催熟劑對棉花纖維品質形成的影響，探討改善棉機采棉纖維品質的栽培途徑，對棉花優質、高產栽培具有重要意義。【前人研究進展】脫葉劑合理的施藥時間不僅脫葉效果良好，而且對棉花產量和品質的影響不大［5］。通常確定噴施脫葉劑的時間有吐絮率［6，7］、裂鈴以上主莖節數［8］、生理生長終止后積累的熱量單位［9］和刀切法［10，11］四種方法，在吐絮率60%使用脫葉劑對棉花產量和品質沒有影響（Snipes CE，1994），新疆北疆棉區機采棉的脫葉劑施藥期一般在8月底 9月初［12］。較晚施用脫葉劑對纖維長度、比強度等品質指標的影響不明顯［12］，但棉花生長后期氣溫急劇下降脫葉劑發揮不了作用，脫葉效果差，導致機采棉的含雜率高、加之軋花加工清理工序的增加，對棉花加工品質損傷很大［13，14］。而過早施藥使棉花嫩葉和較老葉片在脫葉劑直接或間接作用下產生大量的乙烯和脫落酸［15］，使未成熟的棉鈴因棉葉衰老而提前終止發育，影響棉鈴的成熟度，導致棉花產量和品質下降［16－17］。纖維比強度是衡量棉纖維品質的重要指標，其形成過程與纖維素累積特性密切相關［18－19］，纖維素的累積和合成是一個糖代謝循環的過程［20］，這個過程需要充足的蔗糖和葡萄糖等基質［21］，其中蔗糖是纖維素合成的初始底物，蔗糖代謝的進程與其含量變化有直接的影響；在棉纖維細胞中，蔗糖降解為果糖和 UDPG（尿苷二磷酸葡萄糖），另外一部分蔗糖則經過水解后形成果糖和葡萄糖［22］。分解后的果糖釋放到細胞質中，再次被磷酸化作用生成蔗糖充實蔗糖庫［22］，促進纖維素合成。鈴殼是向纖維和棉籽發育提供光合產物的中轉站［23］。當光合產物超出自身所需時，棉花葉片轉運的蔗糖和鈴殼自身進行光合作用產生的蔗糖會以淀粉的形式暫存［24］，在夜間時，貯存在葉片中的淀粉使植株繼續進行碳代謝［25］，為纖維和棉籽的生長發育提供養分。【本研究切入點】隨著新疆棉區大面積推廣機械采收，棉花生育期間實施機采棉配套栽培技術，棉花生長發育后期普遍施用脫葉劑；加之新疆北疆棉區9月起溫度下降快，脫葉催熟劑使用是否得當直接影響著棉花脫葉效果，將對采摘、加工質量等環節會產生的影響。針對機采棉對棉花脫葉催熟技術的要求，采用分期噴施脫葉催熟劑的方式，研究化學催熟劑對棉鈴蔗糖代謝的影響及與纖維比強度形成的關系。【擬解決的關鍵問題】研究棉花在葉片光合能力受阻條件下，鈴殼的蔗糖代謝機理及調控作用，為提高機采棉脫葉率、降低含雜率、提高機采棉原棉品級的脫葉催熟技術標準及關鍵配套措施提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2015年在石河子大學農學試驗站（45° 19′N，86°03′E）進行，試驗地前茬為小黑麥，土壤類型為灰漠土，土質中壤。供試材料選擇新陸早24號，待棉株開花后，于7月21日對上部果枝（第7～9果枝）第1果節的當日所開白花掛牌標記，每個處理掛花均在 140朵左右；供試藥劑為噻苯隆（80%可濕性粉劑），并復配乙烯利（40%水劑），用量分別為375g／hm2、1 200mL／hm2；采用分期噴施脫葉劑的方式，分別于鈴齡30d（D30，8月20日）、鈴齡40d（D40，8月30日）2個處理；以大田生產的施藥時間為對照（常規施藥時間，CK）。采用完全隨機設計，小區面積為10.0 m ×2.0 m，留苗密度15×104株／hm2，田間管理措施按當地一般田間管理模式進行。

鈴齡10d開始，每隔4～6d取大小相同的棉鈴5個左右（每天08：00～09：00取樣），至鈴齡55d，所取棉鈴帶回室內分離出纖維，混勻，部分在40℃下烘干至恒重供測定各糖含量，部分在自然條件下風干供測定纖維比強度。

1.2 方 法

蔗糖含量用間苯二酚顯色法測定；淀粉含量用硫酸－蒽酮比色法測定；纖維素含量用蒽酮比色法測定；纖維樣品混勻后，用棉花纖維拉伸儀制成棉條，用 Y－162A型束纖維強力機測定3.2 mm隔距比強度，測6次重復，取平均值作為試樣代表值，并用中國纖維檢驗局的標準棉樣修正。

2 結果與分析

2.1 脫葉劑對鈴殼蔗糖代謝的影響

2.1.1 鈴殼中蔗糖的變化

研究表明，鈴殼中蔗糖含量在鈴齡15 d達最大值，之后呈下降趨勢。鈴齡 36 d以后，CK中鈴殼蔗糖含量明顯高于施藥處理的蔗糖含量，鈴齡30d使用脫葉劑后鈴殼中蔗糖含量在花后 40d降至為零；較鈴齡30d處理推遲10d施藥，鈴殼中蔗糖含量在花后45～50d有緩慢上升的趨勢，而后迅速下降為零。圖1

圖1 不同處理下鈴殼蔗糖含量變化Fig．1 Dynamic changes of shell sucrose content in different levels

用Logistic模型對蔗糖含量進行擬合，研究表明，噴施脫葉劑使鈴殼蔗糖進入快速轉化期的起始時間延遲，提前了快速轉化期的終止時間，縮短了快速轉化期的持續時間，鈴殼蔗糖最大理論含量降低。D30處理下蔗糖快速轉化的起始時間較CK推遲3.89 d，CK蔗糖快速累積的持續時間為16.46 d，而 D30的持續時間僅為 7.79 d，累積時間不到CK的1／2，最大理論含量也降低1.18%。施藥時間推遲10d后，D40處理下蔗糖快速轉化起始時間較CK遲1.34 d，持續時間較CK短3.28 d，最大理論含量下降僅為0.47%。表1

表1 不同處理下棉花鈴殼中蔗糖含量擬合特征值Table 1 Simulation characteristic values of shell sucrose content at different levels

2.1.2 鈴殼中淀粉的變化

研究表明，鈴殼中淀粉含量隨鈴齡的增加呈單峰曲線變化，鈴齡29 d達最大值。鈴齡30d噴施脫葉劑后淀粉含量明顯低于CK，藥后6 d淀粉含量迅速增加，直至鈴齡40d達最大值后開始下降，其下降速率和同時段CK中淀粉的下降速率基本相同。隨著脫葉劑施用時間的推遲，D40處理下淀粉含量在花后45 d后緩慢增加，鈴齡50d時達最大值且其含量高于CK的，然后逐漸下降。

淀粉含量隨鈴齡的變化進行擬合，噴施脫葉劑及施藥時間的早晚對鈴殼淀粉峰值均有影響，施藥時間越遲對鈴殼淀粉的影響越小，但施藥對淀粉達到峰值的時間影響不明顯。如CK的淀粉含量在鈴齡36.53 d達到峰值，最大含量為2.76%；D30處理淀粉含量達峰值的時間比CK遲一天半，但最大淀粉含量僅為1.4%，是CK的1／2。圖2

2.2 脫葉對棉纖維蔗糖代謝的影響

2.2.1 纖維中蔗糖的變化

研究表明，棉纖維中蔗糖含量呈先上升后下降的趨勢，峰值出現在鈴齡36 d。36 d后，脫葉劑處理的纖維蔗糖含量均低于CK的蔗糖含量。D30處理下蔗糖含量在花后 36～40d迅速下降，至鈴齡40d已降為零；D40處理下纖維蔗糖含量緩慢下降，在花后50～55 d，其下降速率和CK蔗糖含量的下降基本相同。

圖2 不同處理下鈴殼淀粉含量變化Fig．2 Dynamic changes of shell starch content in different levels

對棉纖維中蔗糖含量隨鈴齡的變化進行曲線擬合，可知，施用脫葉劑后纖維蔗糖含量達到峰值的時間提前，峰值下降，施藥越早影響越大。不施藥CK的纖維蔗糖含量在鈴齡28.94 d達最大值，最大蔗糖含量為2.68%；鈴齡30d噴施脫葉劑后，蔗糖含量達最大值的時間僅為14.03 d，即不到CK時間的一半，蔗糖最終含量較CK降低1.04%；鈴齡40d施藥對達到蔗糖峰值時間的影響不明顯，D40的峰值為2.04%，較CK低0.64%。圖3

圖3 不同處理下纖維蔗糖含量變化Fig．3 Dynamic changes of fiber sucrose content in different levels

2.2.2 棉纖維中纖維素的變化

研究表明，棉花纖維中纖維素含量隨鈴齡變化呈增加的趨勢，花后 10～36 d纖維素快速累積，此后緩慢增加達最大含量。鈴齡36d后，脫葉劑處理的纖維素含量均低于對照處理。D30處理下纖維素含量顯著低于CK，隨施藥時間的推遲，D40處理對纖維素含量的影響小于D30。圖4

纖維素含量變化可用Logistic方程進行擬合，研究表明，噴施脫葉劑后纖維素進入快速累積期的終止時間推遲，累積持續時間縮短，最大理論纖維素含量顯著降低，對纖維素快速累積的起始時間和最大累積速率無明顯差異。如CK纖維素累積的持續時間為12.80d，纖維最終含量為67.44%；D30處理下纖維素快速累積持續時間僅為9.46 d，較CK縮短3.34d，最大理論含量比CK低13.23%；鈴齡40d使用脫葉劑后快速累積持續時間較CK縮短2.64 d，最大理論含量為60.37%。表2

圖4 不同處理下纖維素含量變化Fig．4 Dynamic changes of fiber sucrose content in different levels

表2 不同處理下棉花纖維素含量擬合特征值Table 2 Simulation characteristic values of cellulose content at different levels

2.3 棉纖維比強度的變化

研究表明，脫葉劑施用降低了纖維比強度，且噴施時間越早對其影響越明顯。D30處理在鈴齡45d時比強度值較CK低1.3 cN／tex，而D40處理在45d比強度降低較小，僅下降0.2 cN／tex。D30和D40在 50d比強度分別降低1.0和0.6 cN／tex。棉花吐絮前，D30比強度降低最大，下降1.4cN／tex，隨著施藥時間的推遲，D40比強度在花后55 d比CK低0.8 cN／tex。圖5

圖5 不同處理下棉纖維比強度變化Fig．5 Dynamic changes of fiber strength in different levels

3 討 論

3.1 脫葉劑對鈴殼蔗糖代謝的影響

對位葉中85%的光合產物轉運和貯存到鈴殼供纖維和棉籽發育［26］，轉運到鈴殼的光合產物超出自身所需時，會以淀粉的形式暫存，在夜間降解為蔗糖供纖維和棉籽發育［23］，其合成原料是由棉花葉片轉運的蔗糖和鈴殼自身進行光合作用產生的蔗糖或經淀粉降解而來的蔗糖［27］。研究結果表明，噴施脫葉劑后鈴殼蔗糖進入快速轉化期的時間推遲，快速轉化期的持續時間縮短，致使鈴殼蔗糖含量降低。噴施脫葉劑后鈴殼蔗糖在花后36～40d迅速下降至零，此時期纖維蔗糖含量也迅速下降為零，也就是說施藥后鈴殼蔗糖轉化與纖維蔗糖含量的動態變化時期相吻合。因此，鈴殼中的蔗糖含量是影響纖維中蔗糖含量的關鍵指標。施藥后鈴殼蔗糖含量迅速下降的同時，鈴殼淀粉含量呈緩慢增長而后迅速下降的趨勢，研究推測在花后36～40d，一部分鈴殼蔗糖用于籽棉的生長發育，多余的部分以淀粉的形式貯存在鈴殼。花后40d鈴殼蔗糖降至為零，鈴齡40d后貯存在葉片和光合作用組織中的淀粉（如鈴殼和苞葉）隨后使植株能夠繼續進行碳代謝。

3.2 脫葉劑對纖維比強度形成的影響

棉纖維中的蔗糖含量是纖維素合成的物質和能量基礎，蔗糖含量可作為評價纖維素沉積的主要因子［28，29］。噴施脫葉劑后纖維蔗糖含量下降，達到峰值的時間提前。纖維素沉積特性的改變會影響纖維比強度［18］，比強度形成的差異主要是由纖維素最大累積速率和快速累積持續期決定，快速累積持續期長則有利于高強纖維形成［19］。

4 結 論

鈴齡40d噴施脫葉劑比強度值較不施藥低0.8 cN／tex，而鈴齡30d施藥比強度下降最大，較不施藥低1.4 cN／tex。過早噴施脫葉劑影響了葉片的光合作用，縮短了纖維素快速累積的持續時間，導致纖維素累積量減少，進而影響纖維比強度的形成。

鈴殼蔗糖含量是影響棉纖維中蔗糖含量的重要因子；脫葉劑施用后棉纖維蔗糖含量達到峰值的時間提前，峰值降低；過早施藥均使纖維素快速累積的持續時間縮短，含量降低，不利于高強纖維的形成。

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Effects of Spraying Defoliant on Sucrose Metabolism of Cotton Boll and Its Relationship with Fiber Strength

WANG Wen－min1，2，TIAN Jing－shan2，ZHANG Xu－yi2，LIU Jing2，GOU Ling2，ZHANG Wang－feng2
（1．College of Life Science，Shihezi University，Shihezi Xinjiang 832003，China；2．College of Agronomy，Shihezi University，Shihezi Xinjiang Key Laboratory of Oasis Eco－agriculture of Xinjiang Production and Construction Corps，832003，China）

【Objective】Under the condition of spraying defoliant，limited cotton leaves affected leaf photosynthesis in Xinjiang.It is of great significance to explore the technical approach to reveal underlying mechanisms contributing to cotton fiber strength changes through analyzing the impact of boll bur sucrose metabolism under insufficient leaves source.【Method】Effects of leaf falling on sucrose metabolism and fiber specific strength of cotton fiber were studied by spraying the leaf of the cotton boll of different days.【Result】Compared with the control，the application of defoliant lead to the transformation delay 3.8 days of bur sucrose and the duration of the fast accumulation cut by half，thus boll bur sucrose content was low.It was 14.9 days in advance of reaching peak value of fiber sucrose content by using defoliant，the rapid accumulation time of cellulose was shorten and carbohydrate did not fully change in cellulose，which was by 13.2%and affected the formation of fiber strength.【Conclusion】Sucrose content in the boll bur is the main factor affecting the fiber sucrose content.The application of defoliant reduced the sucrose content in the boll bur which led to the reduction peak value of fiber sucrose content，and fiber strength was eventually decreased.

defoliant；sucrose；starch；cellulose

S562

A

1001－4330（2016）09－1580－07

10.6048／j.issn.1001－4330.2016.09.002

2016－04－13

國家科技支撐計劃課題（2014BAD09B03）；國家自然科學基金項目（31560366）

王文敏（1987－），女，甘肅白銀人，碩士研究生，研究方向為作物生理生態，（E－mail）945124241＠qq.com

（Cotresponding author）：張旺鋒（1965－），男，甘肅靜寧人，教授，博士生導師，研究方向為作物產量與品質形成的生理生態，（E－mail）zhwf_agr＠shzu.edu.cn

Fund project：Supported by the National Science and Technology Support Program（2014BAD09B03）；NFSC（31560366）；