萎銹靈殺菌劑對提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響

周小云，李 進，張軍高，劉夢麗，甘恩祥，翟夢華，

王 莉2，杜鵬程2，梁 晶1，雷 斌1

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學院核技術生物技術研究所/農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆的支柱產(chǎn)業(yè)，但由于每年播種后頻遭不同程度的“倒春寒”影響，導致不同程度的爛種、爛芽、死苗[1]。在生產(chǎn)中通常采用殺菌劑包衣棉種促進出苗、培育壯苗，從而提高田間保苗效果，減少災害損失。在溫度下降較低且持續(xù)時間較長的“倒春寒”環(huán)境下，生物學效應單一的殺菌劑提高棉花保苗效果仍然不理想。殺菌劑具有高效、低毒、環(huán)保等優(yōu)點，研制具有防病、抗逆、促生等多種生物學效應的棉花殺菌劑，對防災減災、農(nóng)藥減施增效具有實際意義。【前人研究進展】有學者對殺菌劑的研究取得重要進展，例如，17.2%吡蟲啉·萎銹靈·福美雙復合殺菌劑不僅對棉花苗期主要病蟲害具有防控作用，而且較常規(guī)藥劑噴施顯著降低化學農(nóng)藥使用量[2]；18.6%拌·福·乙、13%噻蟲嗪·咯菌睛·苯醚甲環(huán)唑等殺菌劑能夠調(diào)節(jié)冷害脅迫下棉花幼苗生理作用，減輕低溫脅迫帶來的傷害[3]；25%噻蟲·咯菌腈·精甲霜靈等殺菌劑對棉花苗期立枯病、蚜蟲等病蟲害具有較好防效，安全性好[4]。【本研究切入點】前人針對殺菌劑防病研究較多，但是對殺菌劑提高棉花抗逆促生的生物學效應報道較少。萎銹靈是一種具有內(nèi)吸作用的殺菌劑，不但可用于防治麥類銹病、棉花立枯病等有較好防效，持效性長，而且可使小麥增產(chǎn)[5-9]。但是，有關萎銹靈殺菌劑對提高棉花耐低溫冷害脅迫能力、促進生長效果的研究尚未見報道。研究萎銹靈殺菌劑對棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響。【擬解決的關鍵問題】通過分析不同萎銹靈殺菌劑濃度處理在冷脅迫條件下棉種發(fā)芽及幼苗生長的影響，研究萎銹靈殺菌劑提高棉花幼苗的抗逆、促生的生理生態(tài)機制，篩選提高棉田保苗率的萎銹靈最佳劑量，為萎銹靈殺菌劑應用于棉花生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試棉花品種為新疆北部棉區(qū)主栽品種新陸早50號，由新疆農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供。萎銹靈購于廣東廣康生化科技有限公司。基礎殺菌劑由新疆農(nóng)業(yè)科學院核技術生物技術研究所自行研制，只包含成膜劑、表面活性劑等殺菌劑非活性助劑成分，不包含殺菌劑、植物生長調(diào)節(jié)劑等農(nóng)藥活性成分。以裸種子不包衣處理作為空白對照，以基礎殺菌劑包衣處理作為參比對照，設置5個萎銹靈濃度梯度分別為4.2%、5.7%、7.2%、8.7%和10.2%，將這些不同處理依次記為CK1、CK2、S1、S2、S3、S4、S5。據(jù)以上濃度，將萎銹靈添加到基礎種衣劑，配置成不同濃度的萎銹靈殺菌劑，采用人工包衣方法，按藥種比1∶100進行種子包衣處理，將包好的棉花種子放在通風干燥處陰干備用。開展室內(nèi)冷脅迫下種子萌發(fā)和田間冷脅迫試驗。

1.2 方 法

1.2.1 種子耐低溫萌發(fā)試驗

參照高榮岐等[10]的方法計算發(fā)芽率。將經(jīng)滅菌的沙子(含水量為20%)裝入發(fā)芽盒內(nèi)，至厚度5 cm，均勻種入50粒種子后在室內(nèi)恒溫培養(yǎng)箱中進行種子耐低溫冷害脅迫試驗，分別設置25、18、15和12℃ 4個處理溫度，于第12 d統(tǒng)計發(fā)芽率，每處理3次重復。其中，25和18℃處理按苗高達4 cm及以上視為正常發(fā)芽，而15和12℃處理按芽長超過0.5 cm，顏色為白色、無腐爛的芽為正常發(fā)芽。

1.2.2 田間出苗率和保苗效果調(diào)查

田間試驗采用隨機區(qū)組設計，設3次重復，共18個小區(qū)，小區(qū)面積12 m2。在當?shù)卣２シN前提下，提前10 d播種，采用機采棉播種配置模式[(10+66+10+66+10)+76 ] cm×13 cm，機力鋪膜，手推式播種機播種，每穴播1粒種子，農(nóng)事管理按當?shù)貦C采棉大田生產(chǎn)常規(guī)管理措施進行。

分別在播種后20 d調(diào)查田間出苗情況，于3葉期調(diào)查棉花成苗情況，調(diào)查時按對角線取樣法，每小區(qū)隨機選3個點，每點選取50穴，分別調(diào)查田間出苗數(shù)和保苗數(shù)。

1.2.3 棉花苗期農(nóng)藝性狀和光合氣體交換參數(shù)的測定

2019年5月11日，氣溫11～25℃，5月12日的“倒春寒”，溫度降至3～10℃，持續(xù)至5月20日，寒流過后第3 d調(diào)查棉苗農(nóng)藝性狀，并測定光合氣體交換參數(shù)指標。

按對角線取樣法，在3葉期，每小區(qū)隨機選3個點，每點選定連續(xù)10株，調(diào)查其株高、莖粗、鮮重和干重，分析萎銹靈對棉花苗期農(nóng)藝性狀的影響。

采用Li-6400XT型便攜式光合儀(美國LI-COR公司)，在3葉期，于晴朗天氣上午11:00～12:00測定棉花主莖倒1葉的光合特性，每處理重復3次，取其平均值。光合參數(shù)測定：使用LED 2×3型紅藍光源葉室，閉合式氣路，葉室溫度設為25℃，CO2濃度設為400 μmol/mol，光照度設為1 800 μmol/(m2·s)。光合氣體交換參數(shù)主要包括胞間凈光合速率(Net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導度(Stomatal conductance，Gs)、胞間二氧化碳濃度(Intercellular CO2concentration，Ci)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr)和氣孔限制值(Stomatal limitation，Ls)。其中，氣孔限制值(Ls)=1-Ci/Ca，其中：Ci為胞間CO2濃度，Ca為空氣CO2濃度，閉合氣路下取Ca=400 μmol/mol。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以棉花的發(fā)芽率、出苗率、保苗率、農(nóng)藝性狀指標和光合參數(shù)等因素作為評價因子。利用SPSS 20.0軟件進行主成分分析，并得到相關矩陣的特征根及特征向量累積貢獻率，系統(tǒng)默認方差大于1的為主成分，得到第一主成分、第二主成分和第三主成分，其綜合評值為F=3.5F1+1.5F2+1.1F3。根據(jù)第一主成分、第二主成分和第三主成分與客觀權(quán)重之積，得到不同濃度萎銹靈對低溫脅迫下棉花生長的綜合影響評判結(jié)果。

數(shù)據(jù)處理分析采用Microsoft Excel 2010和GraphPad Prism v5.0數(shù)據(jù)分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用平均值和標準差分析結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 萎銹靈處理對冷脅迫下棉種發(fā)芽率的影響

研究表明，在不同低溫脅迫條件下，隨著溫度下降，棉種的發(fā)芽率呈下降趨勢，不同濃度萎銹靈的下降幅度存在顯著差異，其中，8.7%萎銹靈處理的發(fā)芽率受影響最大，分別為96.0%(25℃)、90.0%(18℃)、86.0%(15℃)和13.5%(12℃)，分別較空白對照增加7.0%(25℃)、12.0%(18℃)、18.0%(15℃)和20.5%(12℃)，較參比對照，分別增加5.0%(25℃)、9.0%(18℃)、12.0%(15℃)和16.4%(12℃)，差異達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異。圖1

2.2 萎銹靈處理對棉田出苗率和保苗率的影響

研究表明，萎銹靈處理后的出苗率和保苗率均高于空白對照和參比對照，不同濃度萎銹靈處理間棉花出苗率和保苗率差異顯著，其中，8.7%萎銹靈處理的出苗率和保苗率最高，萎銹靈處理的出苗率較空白對照增加10.1%，較參比對照增加13.0%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異(圖2A)；萎銹靈處理的保苗率較空白對照增加9.1%，較參比對照增加13.2%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異(圖2B)。圖2

圖1 不同處理和冷脅迫下棉花種子發(fā)芽率的變化
Fig.1 Effect of different treatment on germination rate of seed under chilling stress

圖2 不同處理下棉花出苗率和保苗率變化
Fig.2 Effect of different treatments on cotton emergence rate and survival rate

2.3 萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，萎銹靈處理對棉花幼苗均有不同程度促進生長、壯苗的生理作用，萎銹靈處理后的棉花幼苗株高、莖粗、鮮重和干重均高于空白對照和參比對照，其中，7.2%萎銹靈處理的效果最好，處理幼苗株高、莖粗、鮮重和干重均增加，較空白對照分別增加8.9%、9.7%、7.4%和25.4%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異；較參比對照分別增加10.8%、10.7%、8.3%和27.5%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異。圖3

圖3 不同處理和冷脅迫下棉苗農(nóng)藝性狀變化
Fig.3 Effect of different treatments on cotton seedling traits under chilling stress

2.4 萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

研究表明，萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗葉片均有一定的影響。萎銹靈處理的棉苗葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)均呈現(xiàn)上升的變化趨勢，而蒸騰速率(Tr)和氣孔限制值(Ls)差異不顯著。其中，7.2%萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響最大，萎銹靈處理的棉苗葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)分別為4.5、23.4和318.4，較空白對照分別增加11.0%、17.0%和9.0%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異；較參比對照分別增加6.0%、6.0%和5.0%，達顯著水平，而CK1與CK2間均無顯著差異。表1

表1 不同處理和冷脅迫下棉花幼苗葉片光合參數(shù)變化Table 1 Effect of different treatments on photosynthetic parameters of cotton seedling leaves under chilling stress

注: 表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標準差，小寫字母表示處理與空白對照在P<0.05水平差異顯著
Note: Data in the table are mean ± SD. Lower case letters indicate there was significant difference between treated and the control (P≤0.05)

2.5 萎銹靈對冷脅迫下棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響

研究表明，7.2%和8.7%萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗影響的綜合評價分別為3.0和2.5，且得分均大于1，萎銹靈處理對冷脅迫下棉花幼苗影響的綜合評價分別排在1和2位。而在5.7%和10.2%萎銹靈綜合評價分別排在4和3位，且評分均小于1，評分僅為0.8和0.6，4.2%萎銹靈、參比對照和空白對照對冷脅迫下棉花的綜合評價分別排在5、6和7位，且評分均負數(shù)，評分僅為-0.6、-1.7和-4.6。7.2%萎銹靈處理提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的綜合影響最佳，8.7%萎銹靈處理提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的綜合影響次之。表2

表2 不同處理下棉花耐低溫冷害能力綜合評價Table 2 Comprehensive effect of different treatments on cotton under chilling stress

3 討 論

春季低溫冷害是新疆棉花生產(chǎn)中常見的逆境環(huán)境災害，種子萌發(fā)期遇到低溫冷害，常導致棉花種子爛種、爛芽、甚至死苗。研究結(jié)果表明，萎銹靈殺菌劑處理后對冷脅迫下棉種發(fā)芽率、出苗影響較大，與空白對照和參比對照相比，萎銹靈各包衣處理的棉種發(fā)芽率、出苗率、株高、莖粗、棉苗鮮重及干重均有不同程度的增加，萎銹靈對冷脅迫條件下棉種出苗具有促進作用，這與李星星等[3]研究結(jié)果一致。但是，不同的種衣劑藥劑成分和含量對不同作物的生長發(fā)育影響也不盡相同。許海濤等[11]研究表明，20%福·克懸浮種衣劑促進玉米地上部生長和植株的抗倒能力增強。李紀白等[12]的研究也表明，經(jīng)20%克百威·福美雙種衣劑和27%克百威·吡蟲啉·福美雙種衣劑處理后，玉米苗期的株高、根長、鮮重、葉面積均有不同程度的增加，但干重變化不大。研究發(fā)現(xiàn)，萎銹靈配制的種衣劑包衣棉花，適量能增加棉花的株高、莖粗和干鮮重，但當萎銹靈劑量過高時會抑制棉花的生長發(fā)育，隨著萎銹靈劑量的增加，棉苗株高、莖粗、干鮮重有降低趨勢，這與王漢芳等[13]報道的高濃度戊唑醇包衣春小麥后對根的影響比較大，根的長度、數(shù)量、干重和鮮重都會降低的結(jié)論基本一致。

光合作用是棉花體內(nèi)十分復雜的生理生化過程，棉花耐低溫冷害脅迫也依賴于葉片光合速率的提高。試驗結(jié)果表明，萎銹靈殺菌劑處理可以增強棉花葉片的光合能力，維持高凈光合速率時間較長，有利于光合產(chǎn)物的積累，萎銹靈可以誘導內(nèi)部調(diào)節(jié)產(chǎn)生有利于耐低溫冷害脅迫能力提高的應激性反應。這與李星星等[14]研究結(jié)果一致。這是因為萎銹靈在保護和維持了冷脅迫下棉花葉片的功能結(jié)構(gòu)發(fā)揮了重要作用，調(diào)節(jié)氣孔開度以及光合作用的功能，誘導所吸收光合能量合理分配，維持冷脅迫下光合器官對光能的正常吸收、捕獲、轉(zhuǎn)化狀況，為周圍其他細胞提供了物質(zhì)和能量基礎，在一定程度上減輕細胞膜在冷脅迫下遭受的傷害，增強了細胞的保水和持水能力，增強對冷脅迫下棉花幼苗的保護作用，這可能是光合速率提高后，棉苗長勢良好，改變了棉苗體內(nèi)一些生理變化所致。其提高棉苗耐低溫冷害脅迫能力生理機制、分子機制尚待進一步深入研究。

植物受到冷脅迫后，將通過復雜的生理生態(tài)的調(diào)控機制來保護機體，減少損傷，其耐受性受本身遺傳特性、生理構(gòu)造及形態(tài)學指標的綜合影響，不同物種對冷脅迫的反應也不同[15]。因而，難以用單一指標來評價其對棉花耐低溫冷害脅迫的影響，只有通過對多項指標的綜合評價，才能客觀地反映出棉花的抗性。

4 結(jié) 論

4.1 萎銹靈殺菌劑處理棉種，與空白對照和參比對照比較，不僅提高室內(nèi)棉花種子發(fā)芽率和田間出苗率，增強田間保苗效果，而且提高棉花幼苗葉片凈光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度，調(diào)節(jié)光合作用，促進棉花生長、壯苗，尤其對株高、莖粗和干物質(zhì)積累有顯著效果，提高了棉花幼苗耐低溫冷害脅迫的能力。

4.2 以低溫脅迫下棉花的各指標作為評價因子，進行棉花生長的綜合影響評價。在7.2%和8.7%萎銹靈對棉花的綜合評價分別排在1和2位，且評分均大于1；而在4.2%、5.7%和10.2%萎銹靈對棉花的綜合評價分別排在5、4和3位，且評分均小于1。

4.3 不同的萎銹靈濃度處理的結(jié)果也存在差異，其中7.2%萎銹靈處理提高棉花幼苗耐低溫脅迫能力的綜合效果最好，其次為8.7%萎銹靈。