常規棉與雜交棉各器官干物質積累及產量構成差異特征

徐 鵬，陳國棟，萬素梅，劉曉紅，張 勇，黃敏潔，李 玲，郭子軒，胡守林

(1.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆前海種業有限責任公司，新疆圖木舒克 843900；3.喀什農技推廣中心，新疆喀什 844000；4.新疆生產建設兵團種子管理總站，烏魯木齊 830011)

0 引 言

【研究意義】棉花產量和纖維品質的提高，主要依賴于棉鈴發育[1-3]。雜交棉與常規棉相比，產量優勢較為明顯，一般增產在10%以上，最高的達到15%～20%，雜交棉增產優勢較為明顯，種植面積也在不斷擴大[4-6]。有研究表明，作物不同器官干物質積累、合理分配與轉化及庫源關系的協調，是提高產量重要途徑之一[7-9]，對研究雜交棉各個器官的干物質積累對產量的影響有實際意義。【前人研究進展】鄭順林等[10]研究認為，棉花在不同品種干物質營養器官的分配中，優質棉在生長發育后期要超過普通棉品種，生殖器官的分配中，高強力的優質棉在棉花生長發育各個時期的增長速度明顯快于普通棉品種，而對于葉中分配則低于普通棉品種。代英男等[11]研究，認為棉花干物質生產受到各個生長發育時期的影響，各個時期干物質積累量和特性也不同。鄭德明等[11]研究認為在出苗至開花期，干物質積累的分配主要從根、莖、葉；開花期，干物質積累向蕾鈴，在吐絮期，干物質積累分配主要供給棉鈴，其干物質積累量占單株總積累量的55%左右。葉欣等[12]研究表明，各個棉花品種干物質積累過程呈“S”型曲線，隨著生育期時間的推進，棉花干物質積累量逐步在提高。【本研究切入點】大多數研究與棉花灌溉量、施氮量等相關，對于雜交棉與常規棉生長發育及干物質分配的評價比較少。研究常規棉與雜交棉在南疆地區棉花干物質積累量的動態變化。【擬解決的關鍵問題】在相同栽培條件下，研究常規棉與雜交棉在種植過程中棉花干物質積累與其分配規律的影響關系，為生產實踐上高產優質棉花品種的選育提供理論依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用6個棉花品種作為材料，2個大田推廣常規棉花品種，分別為新陸中38號、J206-5作為對照，4個F2代雜交棉，分別為18-1883、18-1887、H602和H628。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于2018年在新疆生產建設兵團第一師12團(40.62°N，81.34°E)進行，該區位于塔里木盆地南緣，屬暖溫帶大陸干旱荒漠氣候類型，年均氣溫10.7℃，年日照時數2 650～3 100 h，年降雨量50～70 mm。試驗地小區行長5 m，寬2.5 m，每個處理面積12.5 m2，4次重復，共24個試驗小區，隨機區組排列，小區總面積300 m2。棉花于2018年4月16日播種，用1膜3壟6行的種植方式，人工點播種植，管理同大田，10月18日收獲。

1.2.2 測定指標1.2.2.1 干物質積累量

分別于5月18日、6月11日、7月13日、8月18日、9月18日取各品種生長一致的棉株5株，按照根莖葉花蕾鈴等不同器官進行分樣，隨后105℃下殺青30 min，80℃下烘干至恒定后分器官稱量，重復3次。

1.2.2.2 產量性狀

各小區分別收取棉鈴正常開裂的棉株30株，每個品種共計120株棉株進行考種，并測定單株果枝數、單株鈴數、單鈴重、籽棉產量、皮棉產量、衣分等產量性狀。

1.3 數據處理

采用Excel2013整理試驗數據，利用 DPS7.05軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 干物質向營養器官中的分配

研究表明，常規棉品種和F2代雜交棉干物質積累前期較為緩慢，常規棉品種中，新陸中38號、J206-5營養生長在5月18日至6月11日時開始發育，干物質積累量分別為2.88和2.31 g/株，F2代雜交棉中18-1883、18-1887、H602、H628棉株營養生長最快的時間在6月11日至7月13日，干物質積累量分別為12.27、13.36、11.81和16.19 g/株；到棉花生長發育后期逐漸增大，干物質積累量變大。在8月17日到9月15日，F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628營養器官干物質積累量還有所增加。

常規棉品種新陸中38號單株營養器官干物質總量和F2代雜交棉H628單株營養器官干物質總量差異較大。常規棉品種單株營養器官干物質總量為新陸中38號(52.12 g)>J206-5(43.87 g)。F2代雜交棉單株營養器官干物質總量為H628(50.52 g)>H602(46.31 g)>18-1887(45.75 g)>18-1883(45.18 g)。棉花在7月13日至9月18日營養器官干物質積累量趨于穩定，并沒有表現出下降趨勢。

在常規棉品種與F2代雜交棉比較中，棉花營養器官的干物質積累量分配系數差別較大，營養器官干物質分配系數隨生育周期的推進而逐漸降低。在棉花生殖生長的主要生育時期(7月13日)，常規棉品種營養器官干物質積累量分配系數表現為新陸中38號(89.47%)>J206-5(86.60%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花營養器官干物質積累量分配系數表現為H628(91.14%)>18-1883(90.26%)>H602(88.66%)>18-1887(88.09%)。在8月18日前，在棉花同一生長時期F2代雜交棉H628、18-1883營養器官的干物質積累量分配系數比常規棉品種新陸中38號、J206-5高。圖1

圖1 常規棉與F2代雜交棉營養器官的干物質積累量變化Fig.1 Changes in dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton

表1 常規棉與F2代雜交棉營養器官干物質積累量分配系數Table 1 Distribution coefficient of dry matter accumulation in vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.2 干物質向生殖器官中的分配

常規棉品種與F2代雜交棉單株生殖器官干物質積累量完全符合棉花生長發育生長曲線。在常規棉品種新陸中38號、J206-5生殖器官干物質積累量最快的時期在8月18日(盛鈴期)，干物質積累量最快的是新陸中38號(61.13 g)，其次是J206-5(56.09 g)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物質積累量最快的時期在8月18日(盛鈴期)，分別為48.05、41.63、58.54和60.63 g。

常規棉品種與F2代雜交棉單株生殖器官干物質積累總量差異較大。常規棉品種新陸中38號、J206-5單株生殖器官干物質積累總量為新陸中38號(155.96 g)>J206-5(133.64 g)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628單株生殖器官干物質積累總量為H602(156.34 g)>H628(145.34 g)>18-1883(139.48 g)>18-1887(113.39 g)。棉株生長后期生殖器官干物質積累量趨勢逐漸上升，并未出現下降趨勢。圖2

圖2 常規棉與F2代雜交棉生殖器官的干物質積累量變化Fig.2 Changes in dry matter accumulation of reproductive organs in conventional cotton and F2 hybrid cotton

在常規棉品種與F2代雜交棉營養器官的干物質積累量分配系數差別較大，生殖器官干物質積累量分配系數隨棉花全生育期的時間延長而逐漸增高。在棉花生殖生長的主要時期(7月13日)，常規棉品種新陸中38號、J206-5生殖器官干物質積累量分配系數表現為J206-5(13.41%)>新陸中38號(10.53%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628棉花生殖器官干物質積累量分配系數表現為18-1887(11.91%)>H602(11.35%)>18-1883(9.74%)>H628(8.86%)。在8月18日前，常規棉品種J206-5生殖器官的干物質積累量分配系數較高，F2代雜交棉18-1887、H602生殖器官的干物質積累量分配系數較高。在棉花生長發育后期(9月18日，吐絮期)，常規棉品種新陸中38號、J206-5生殖器官干物質積累量分配系數表現為新陸中38號(64.93%)>J206-5(62.54%)；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628生殖器官干物質積累量分配系數表現為H602(65.54%)>18-1883(65.05%)>H628(62.18%)>18-1887(57.81%)，常規棉品種新陸中38號生殖器官的干物質積累量分配系數較高，F2代雜交棉H602、18-1883生殖器官的干物質積累量分配系數較高。表2

表2 常規棉與F2代雜交棉生殖器官干物質積累量分配系數Table 2 Distribution coefficient of dry matter accumulation of vegetative organs of conventional cotton and F2 hybrid cotton(%)

2.3 棉株中總干物質的積累

研究表明，常規棉品種與F2代雜交棉單株干物質積累量符合棉花生長的“S”形曲線，增長的速度為先慢后快再慢。常規棉品種在6月11日之前，J206-5單株總干物質積累量的增長趨勢要高于新陸中38號單株總干物質積累量，表明新陸中38號在苗期相對長勢較弱；F2代雜交棉在6月15之前，H602單株總干物質積累量的增長趨勢要高于18-1883、18-1887、H628，最小的是H628，H628在苗期相對長勢較弱。從6月11日到8月17日干物質積累量迅速增加，常規棉品種新陸中38號、J206-5最大值分別為137.13 、113.53 g；F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628最大值分別為103.68、93.29、123.42和123.86 g。在8月18日之后，干物質積累量呈增長趨勢。常規棉品種單株干物質積累總量為新陸中38號(149.09 g)>J206-5(127.44 g)，表明常規棉品種新陸中38號單株棉花干物質積累總量最高。F2代雜交棉單株干物質積累總量為H602(158.71 g)>18-1883(148.26 g)>H628(143.56 g)>18-1887(130.69 g)，F2代雜交棉H602單株棉花干物質積累總量最高，18-1883、18-1887單株棉花干物質積累總量較高。常規棉品種與F2代雜交棉相比較，F2代雜交棉H602單株干物質積累總量高于常規棉品種新陸中38號。棉花生長后期干物質積累量呈上升趨勢，并未表現出下降趨勢。圖3

圖3 常規棉與F2代雜交棉總干物質積累量變化Fig.3 Changes in total dry matter accumulation of conventional cotton and F2 hybrid cotton

2.4 常規棉品種與F2代雜交棉產量及產量構成要素

常規棉與F2代雜交棉品種產量及產量構成要素之間差異明顯。F2代雜交棉品種H628的單株鈴數都高于常規棉品種，常規棉新陸中38號與J206-5單株果枝數有顯著差異，F2代雜交棉H628與18-1883、18-1887之間單株果枝數有顯著差異，18-1887與H602、H628之間單株果枝數有顯著差異。常規棉品種新陸中38號與J206-5之間單株鈴數沒有顯著性差異，F2代雜交棉H628與18-1883、18-1887、H602單株鈴數之間有顯著性差異，F2代雜交棉H628分別比常規棉品種新陸中38號、J206-5高出1.17個、1.72個。從單鈴重來看，常規棉與F2代雜交棉之間無顯著性差異，常規棉品種J206-5分別比F2代雜交棉18-1883、18-1887、H602、H628高出0.03、0.07、0.09和0.16 g；從籽棉產量來看，F2代雜交棉H628與其他品種有顯著性差異，H602與常規棉品種J206-5有顯著性差異，18-1887、J206-5與新陸中38號、18-1883、H602、H628有顯著性差異。從衣分來看，H602與18-1883、18-1887和常規棉品種新路中38號、J206-5之間有顯著性差異，18-1883與H602、H628與其他品種有顯著性差異；從皮棉產量來看，F2代雜交棉H628與其他品種有顯著性差異，新陸中38號和H602與其他品種之間有顯著性差異，F2代雜交棉H602、H628分別比常規棉品種新陸中38號、J206-5高出2.08、4.67、4.97和7.56 kg。

常規棉與F2代雜交棉差異較為明顯，雖然F2代雜交棉H628的單株鈴數都顯著高于常規棉，其品種之間的平均單株籽棉產量和單株皮棉產量有顯著性差異，F2代雜交棉18-1883、H602、H628比常規棉品種J206-5單株籽棉產量分別高出23.97%、14.24%、6.27%，H628比新陸中38號單株籽棉產量高出15.48%；常規棉品種新陸中38號比F2代雜交棉18-1883、18-1887單株籽棉產量分別高出4.02%、15.55%；F2代雜交棉18-1883、H602、H628比常規棉品種J206-5單株皮棉產量分別高出27.16%、18.72%、6.41%，H628、H602比新陸中38號單株皮棉產量分別高出17.86%、8.34%；常規棉品種新陸中38號比F2代雜交棉18-1883、18-1887單株皮棉產量分別高出5.25%、15.44%。衣分在常規棉品種和F2代雜交棉之間有顯著性差異，常規棉品種新陸中38號、J206-5，F2代雜交棉18-1887、H628之間無顯著性差異，F2代雜交棉18-1883、H602有顯著性差異，新陸中38號、J206-5、18-1887、H628品種之間不影響棉花衣分的大小。

總鈴數在常規棉與F2代雜交棉表現最好的分別是H628，單鈴重在常規棉與F2代雜交棉表現最好的是J206-5，平均單株籽棉產量和單株皮棉產量在常規棉與F2代雜交棉中表現最好的都是H628，衣分在常規棉與F2代雜交棉中表現最好的是H602、H628。在棉花產量構成因子中，單株鈴數是影響常規棉與F2代雜交棉產量的主要因素。產量優勢主要是鈴數和鈴重的增加，產量構成因素中以單株結鈴數的優勢最大，隨著單株鈴數的增多，產量也會得到提高，在棉花產量構成因子中，單株鈴數受環境影響最大，衣分受環境影響最小，單株鈴數是影響雜交種產量的主要因素，只有將單株果枝數、單株結鈴數、單鈴重、衣分之間優化組合才能爭取高產優質。表3

表3 常規棉與F2代雜交棉品種的產量及產量構成要素Table 3 Yield and yield components of conventional cotton and F2 hybrid cotton varieties

3 討 論

棉花的干物質積累是棉花在生長發育過程中產量和品質形成的重要條件[13]。代英男等[14]研究認為，棉花干物質積累的主要影響因素分為遺傳特性的影響、栽培措施的影響和地域環境的影響，在生長發育階段，棉花干物質的生產主要依靠光合作用，棉花的葉片、鈴殼和莖稈對光合作用和干物質積累量分配率都有一定的作用。謝陳靈等[15]研究認為，常規棉與雜交棉伴隨著棉花生長發育階段干物質積累向棉花生殖器官分配的比例逐漸提高，而后期棉花莖葉干物質積累分配率逐漸降低，雜交棉后期干物質積累分配比例常規棉高，雜交棉在后期有較強的生長和干物質 積累優勢。

棉花在生長發育過程中，營養生長與生殖生長同時進行，生長發育前期主要以棉花營養生長為主，大部分都分配給根、莖、葉等營養器官。生長發育后期干物質積累大部分都分配到生殖器官，少部分分配到根、莖、葉[16]。這與試驗結果相一致，在棉花生長發育后期，棉花干物質積累分配主要以生殖器官為主，根、莖、葉為輔。

在棉花花鈴期干物質的積累對產量的影響較大，在生產過程中，提高花鈴期的干物質積累量有利于提高棉花的產量[17]。棉花產量構成因素由不同的性狀構成，其對產量的影響因素不僅受品種之間的遺傳特性影響，還與種植環境和種植栽培技術的影響有關。株數、鈴數、鈴重和衣分都是棉花重要產量的構成因素之一，不同類型的品種，對產量的構成因素有一定的差異[18]，羅海華等[19]研究認為，雜交棉影響產量最大的是衣分，子指在常規棉與雜交棉組合之間產量呈極顯著負相關。張凱等[20研究認為，與常規棉相比，不同雜交棉組合的產量競爭優勢、農藝表型性狀、產量、纖維品質性狀都表現出不同的差異。試驗研究認為，常規棉品種與F2代雜交棉在產量性狀方面比較，總鈴數在常規棉品種與F2代雜交棉表現最好的分別是H628，單鈴重在常規棉品種與F2代雜交棉表現最好的是J206-5，單株籽棉產量和單株皮棉產量在常規棉品種與F2代雜交棉中表現最好的都是H628，衣分在常規棉品種與F2代雜交棉中表現最好的都是H602、H628。

4 結論

棉花營養器官的干物質積累量分配系數差別較大，營養器官干物質分配系數隨生育周期的增長而逐漸降低。F2代雜交棉H602單株干物質積累總量高于常規棉品種新陸中38號，棉花生長后期干物質積累量呈上升趨勢，并未表現出下降趨勢。在產量構成因素中，發現F2代雜交棉18-1883、18-1887產量要比常規棉品種高。F2代雜交棉18-1883、H628單株鈴數、單鈴重、衣分性狀未出現向減弱方向的分離，表現出了F2代雜交棉較強的雜種優勢。總鈴數在常規棉與F2代雜交棉表現最好的分別是H628，單鈴重在常規棉品種與F2代雜交棉表現最好的是J206-5，籽棉產量F2代雜交棉中表現最好的都是H628，衣分在常規棉品種與F2代雜交棉中表現最好的都是H602、H628。F2代雜交棉H602、H628單株干物質積累總量、產量構成因素等指標最好，F2代雜交棉H628更適合在南疆阿拉爾墾區種植。