隔年棉種對棉花幼苗生長及產量的影響

陳民志，馬鵬程，王文茂，張旺鋒

(石河子大學農學院/新疆兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】種子是農業生產最基本的生產資料，是決定作物產量與品質的關鍵因素[1]；播種后種子能否快速發芽，達到早苗、全苗、壯苗等，關系到能否高產和穩產[2]。新疆是中國棉花種植規模最大的省區[3]，棉花產業在新疆乃至整個國民經濟發展中具有不可替代的作用[4]。生產實踐證明，使用隔年棉種與當年棉種無明顯差異[5-7]。研究隔年棉種對棉花幼苗生長及產量的影響具有實際意義。【前人研究進展】隔年棉種對產量和品質無顯著影響[8]，且在適宜的貯藏條件下，適當延長棉種貯存時間可提高出苗率[5, 9]。楊義成等[10]研究表明貯藏1 a的百喜草種子發芽率高于貯藏0和2 a的種子。楊蕾等[11]研究表明貯藏2 a后紅三葉種子大部分可破除休眠，活力和生活力最高；貯藏3 a的野火球種子活力最高，貯藏15 a的種子仍具有較高的活力；生產應用中紅三葉、野火球種子貯藏2～3年后再播種效果更好。【本研究切入點】棉種質量在棉花生產中至關重要；由于生產許多不可控因素，常常出現棉種積壓現象；研究隔年棉種對棉花幼苗生長及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】選擇隔二年棉種(2015年)、隔一年棉種(2016年)、當年(2017年)棉種,展開儲藏不同年份棉種對棉花幼苗生長、根系形態、葉片酶活性影響，及對產量和產量構成因子影響的研究。分析儲藏不同年份棉種對棉花幼苗生長和產量的影響，為生產使用儲藏不同年份的棉種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年在石河子大學農學試驗站和新疆兵團綠洲生態重點實驗室人工氣候箱進行。供試材料為2017年(當年)、2016年(隔一年)、2015年(隔二年)收獲的新陸早51號棉種。大田小區面積30 m2，隨機區組排列，重復3次。4月20日膜上人工點播，一穴一粒，澆水出苗；在第三片真葉和第五片真葉展平時測定幼苗生長及鮮重、干重的測定，在收獲期測定產量構成因子和產量。室內在5月2日將種子播于裝有基質的缽中育苗，重復3次，每缽12粒；人工氣候箱維持晝溫22℃，夜溫18℃，光周期為14 h(光照)/10 h(黑暗)，光照強度27 000 lx，出苗后每缽保留4株苗，每2 d澆一次水，三葉期結束，在第一片真葉展平時測定SOD和MDA,在第三片真葉展平時測定SOD和MDA及根系形態；在室內進行發芽勢和發芽率的測定。

1.2 方 法

1.2.1 發芽勢、發芽率及出苗率

選顆粒飽滿、大小均勻且無病蟲害的種子，采用 0.1% HgCl2消毒，吸干種子表面水分，置于鋪有雙層濾紙的無菌培養皿內，加適量水，加蓋放在發芽箱中發芽，發芽溫度為30℃；每處理均設置3次重復，每個重復30粒棉種；4 d后調查并計算發芽勢，7 d后調查計算發芽率。田間在播種后7 d進行出苗率的測定調查。

1.2.2 幼苗生長及鮮重、干重測定

在第三片真葉和第五片真葉展平時，分別選20株長勢一致的棉株測定株高、莖粗，選8株長勢一致的棉株測定葉片和莖稈鮮重，將鮮樣置于105℃烘箱中殺青30 min后調至80℃烘至恒重，稱重。

1.2.3 葉片SOD和MDA測定

超氧化物歧化酶(SOD)活性按李合生等[12]的氮藍四哇法測定；丙二醛(MDA)的測定用硫代巴比妥法[12]測定，MDA含量以每克鮮重組織中MDA的nmol數表示。

1.2.4 根系形態測定

將地下部棉花根系剪下，撿出所有活體根系，將根樣放入有機玻璃托盤內，加入適量水，使得根樣容易分離，用根系掃描儀進行掃描。圖片掃描后使用WinRHIZO軟件分析，獲取根長、根表面積、根體積。

1.2.5 產量及產量構成因子測定

于收獲期調查各小區單株鈴數，選代表性棉花10株取整株棉鈴測定單鈴重，軋花后計算衣分，并實收小區產量計算單位面積籽棉產量。

1.3 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2007進行統計，通過SPSS19.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同儲藏年份棉種的田間出苗率、發芽勢及發芽率

研究表明，不同儲藏年份棉種對發芽勢和發芽率無顯著影響；隔二年(2015)棉種出苗率顯著低于當年(2017)和隔一年(2016)棉種的出苗率，但隔一年和當年棉種的出苗率無顯著差異；在隔二年后棉種的出苗率才會顯著下降，發芽勢和發芽率保持不變。表1

表1 不同年份棉種下發芽勢和發芽率變化
Table 1 Effects of cotton varieties on germination potential and germination rate in different yeas

存放年份Yearofstorage出苗率Rateofseedling(%)發芽勢Germinationpotential(%)發芽率Germinationrate(%)256.6±6.24b86.7±1.65a88.3±3.35a177.8±4.08a88.3±1.65a90.0±1.70a081.5±7.83a85.0±1.70a88.3±1.65a

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.2 不同儲藏年份棉種的棉花幼苗生長

研究表明，在第三片真葉展平時，隔一年比當年棉種株高增加16.2%，莖粗增加9.9%，葉片鮮重增加30.8%，葉片干重增加22.1%，莖鮮重增加32.8%，差異均顯著；隔二年與當年差異不顯著；在第五片真葉展平時，隔一年比當年莖粗增加12.4%，差異顯著；隔二年比當年株高和葉片干重顯著減低；棉種在儲存一年后(2016年)會促進幼苗生長，增加生物量；在隔二年和當年棉種的幼苗生長、生物量差異不明顯。表2，表3

表2 不同年份種子棉花幼苗第三片真葉展平時生長狀況
Table 2 Effects of seed on the growth of cotton seedlings in different years on third pieces of true leaf exhibition

存放年份Yearofstorage株高Plantheight(cm)莖粗Stemdiameter(mm)葉片鮮重Leaffreshweight(g)葉片干重Leafdryweight(g)莖鮮重Stemfreshweight(g)莖干重Stemdryweight(g)27.75±0.82b2.86±0.23b2.39±0.12b0.23±0.04b1.14±0.04b0.12±0.01b19.22±0.32a3.34±0.17a3.21±0.14a0.33±0.02a1.56±0.04a0.16±0.02a07.93±0.80b3.04±0.11b2.53±0.18b0.25±0.03b1.18±0.03b0.14±0.01ab

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

表3 第五片真葉展平時不同年份種子下棉花幼苗生長變化
Table 3 Effects of seed on the growth of cotton seedlings in different years on fifth pieces of true leaf exhibition

存放年份Yearofstorage株高Plantheight(cm)莖粗Stemdiameter(mm)葉片鮮重Leaffreshweight(g)葉片干重Leafdryweight(g)莖鮮重Stemfreshweight(g)莖干重Stemdryweight(g)216.60±1.22b3.13±0.21b4.97±0.51b0.51±0.04b2.76±0.50b0.27±0.06b120.37±0.90a3.61±0.14a6.23±0.26a0.62±0.06a4.20±0.50a0.41±0.07a018.76±0.86a3.21±0.21b6.05±0.40ab0.60±0.04a3.99±0.80ab0.35±0.04ab

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.3 儲藏不同年份棉種棉花幼葉SOD活性和MDA含量

研究表明，不同儲藏年份對第一片和第三片真葉SOD活性影響顯著，且均表現為：隔一年>當年>隔二年的棉種；儲藏一、兩年棉種的第一片真葉MDA含量顯著低于當年棉種；第三片真葉MDA含量隔一年最低，比當年棉種低41.4%，隔二年與當年棉種差異不顯著。棉種在隔一年后(2016年)有利于SOD活性增加、MDA含量減少；隔二年后SOD活性減少、MDA含量減少。表4

表4 不同年份棉種下棉花幼葉SOD活性和MDA含量變化
Table 4 Effects of cotton varieties on SOD activity and MDA content in young leaves of cotton in different years

存放年份Yearofstorage第一片真葉Thefirstmainstemleaf第三片真葉ThethirdmainstemleafSOD(U/g)MDA(nmol/g)SOD(U/g)MDA(nmol/g)2101.81±26.43b32.01±4.20b29.03±5.67b14.51±2.59ab1181.08±20.03a48.26±5.11b52.91±8.47a10.05±2.64b0112.08±13.43b75.87±12.69a49.16±13.53a17.15±3.51a

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.4 儲藏不同年份棉種棉花幼苗根系形態

研究表明，隔一年根長比當年增長13.3%，但差異不顯著；比隔二年增長21.6%，且差異顯著；隔二年根長比當年有所下降，但差異不明顯；根表面積隔一年>隔二年>當年，但差異不明顯；根體積無明顯差異。隔一年有助于根長，對根表面積和根體積影響不明顯；隔二年后根長有下降的趨勢。表5

表5 不同年份棉種下棉花根系形態變化
Table 5 Effects of cotton varieties on root morphology of cotton in different years

存放年份Yearofstorage根長Rootlength(cm)根表面積Rootsurfacearea(cm2)根體積RootVolume(cm3)21144.9±48.4b187.95±20.10a2.47±0.47a11392.8±209.8a205.48±36.41a2.41±0.49a01229.0±76.3ab174.11±6.94a1.96±0.04a

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

2.5 儲藏不同年份棉種產量

研究表明，不同儲藏年份對籽棉產量、單株鈴數、單鈴重、衣分的影響不顯著，儲存一年的棉種較當年棉種籽棉產量、單株結鈴、衣分分別高2.96%、3.70%、1.58%。表6

表6 不同年份棉種下產量及其構成因子變化
Table 6 The difference of cotton seed yield components in different years

存放年份Yearofstorage單鈴重Bollweight(g)衣分Lintpercentage(%)單株鈴數BollNO.perplant籽棉產量Yield(kg/hm2)25.06±0.06a46.0±0.2a5.30±0.50a4211.4±153.7a15.10±0.10a45.0±0.6a5.60±0.30a4485.3±132.5a05.10±0.10a44.3±2.0a5.40±0.60a4356.5±123.4a

注：不同小寫字母表示0.05(P<0.05)水平下的差異分析

Note: Different small letters mean significant differences at the 0.05 level (P<0.05)

3 討 論

3.1 隔年棉種對幼苗生長的影響

種子質量關系到播種后能否及時出苗、出全苗、育壯苗，進而影響最終產量。在生產中，種子的出苗率、發芽率、發芽勢都是衡量種子種用價值的重要指標。種子的發芽率和發芽勢受儲存環境影響較大[13-14]；在新疆南疆自然室溫條件下，陸地棉儲存10 a、海島棉儲存15 a，對出苗、發芽無明顯影響[7]；在河北自然保存下，種子活力在收獲第2 a達到最高，后持續下降，在第7 a已經下降到較低水平[15]，研究表明,隔一年或二年的棉種發芽率和發芽勢與當年棉種差異不顯著；出苗率隔一年與當年的棉種無差異，隔二年的棉種顯著低于當年和隔一年棉種；隔一年的棉種對種子活力和生活力影響不顯著，隔二年的棉種生活力不變，活力顯著降低。

前人研究表明，隔年種子對幼苗的生長無明顯影響，甚至有一定的促進作用[5-9]。試驗表明，隔一年的棉種在三片真葉時幼苗長勢顯著優于當年和隔二年棉種的幼苗，隔二年與當年棉種的幼苗性狀差異不明顯；隔一年后有助于棉株幼苗的生長，隔二年和當年棉種幼苗的生長無顯著差異。

幼苗葉片的SOD活性和MDA含量對幼苗的生長有較大影響[16]。SOD活性與種子發芽率正相關[17]，超干儲存的棉種SOD明顯高于常規儲存[18]。研究表明,隔一年棉種的SOD高于當年和隔二年棉種，棉種在隔一年后保護酶含量有所提高，發芽率有增加的趨勢，但不顯著。植物在逆境脅迫時會導致膜脂過氧化作用加強，膜脂過氧化的最終產物MDA都會嚴重損傷生物膜[19-20]；SOD活性的增加可降低MDA的含量[16]。研究表明，與當年棉種相比，隔一年后棉種幼苗的MDA含量顯著降低，隔一年后棉花幼苗的細胞膜結構完整性增強，增加了幼苗的抗性。

3.2 隔年棉種對棉花產量的影響

新疆是我國棉花主產區，單產在全國乃至世界上均處于領先地位[21-22]；優質種子是提高產量的必要條件，在生產實踐中表明,使用隔年棉種與當年棉種無明顯差異[5-7]。研究表明,隔一年和二年的棉種與當年棉種的產量及構成因子無顯著差異，與生產實踐一致；且儲存一年的棉種較當年棉種籽棉產量、單株結鈴、衣分分別高2.96%、3.70%、1.58%，這可能是隔一年的棉種提高了苗期葉片SOD活性，降低了葉片MDA含量，促進了棉花幼苗生長的原因[16]；隔一年的棉種種子活力較強，有利于苗期生長發育，實現壯苗，進而影響最終產量。在北疆地區選用隔一年和二年的棉種對產量無顯著影響，且使用隔一年的棉種還有增產的潛力。

4 結 論

在北疆地區自然存儲下，與當年棉種相比，隔一年的棉種提高了葉片SOD活性，降低了葉片MDA含量，促進了棉花幼苗的生長；且隔一年或兩年的棉種對發芽勢、發芽率和產量構成因子均無顯著影響，隔一年或兩年的棉種可在生產中應用。