調虧灌溉對棉花生長及滲透調節物質的影響

黃鑫　楊健　羅新寧

摘要：膜下滴灌技術因顯著的節水效果在新疆棉田大面積應用。但是新疆棉花生育期灌水量依舊大于棉花生長所需灌水量，面對水資源緊缺的環境，以CCRI-60和CCRI-92這2個棉花品種為供試材料，設置CK（4 500 m3/hm2）、W1（3 000 m3/hm2）、W2（1 500 m3/hm2）3個調虧灌溉定額，以期探明調虧灌溉對棉花生長發育及滲透調節物質的影響。結果表明：隨著生育期的推進，調虧程度的增加使2個棉花品種生長受到抑制，主莖較矮。CCRI-60各處理干物質穩步增加，CCRI-92隨著調虧程度的加大，干物質量增長緩慢。2個品種根冠比先下降后上升，其中W1、W2處理在生育末期根冠比明顯增加。各處理生殖器官比例穩步增加，其中CCRI-60在生育末期有所降低。各處理葉片可溶性糖逐漸增加，并隨著調虧程度的增加而增加。CK葉片可溶性蛋白的含量逐漸下降，W1、W2處理呈現先下降后上升的趨勢。CK處理葉片脯氨酸含量變化不大，W1、W2處理總體呈先下降后上升的趨勢，CCRI-92的W2處理在生育后期明顯高于CK、W1。CCRI-60各處理葉片MDA含量逐漸升高，其中W2處理在播種后61～124 d上升緩慢，在生育末期上升加快，CCRI-92處理總體呈先下降后上升的趨勢。

關鍵詞：棉花;節水;調虧灌溉;滲透調節;生長發育

中圖分類號： S562.07文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0096-06

新疆是我國最大的棉區。該區的光熱資源十分適合棉花生長，但水資源短缺也是新疆棉區對棉花生長的主要限制因素之一。為了保證新疆農業可持續發展，必須最大限度地節約農業灌溉用水[1]。理想的農業灌水效果應該是在較大幅度減少灌溉用水的情況下使作物保持產量或者略微增產，調虧灌溉是基于這一思路建立的以追求節水不減產為目標的新型節水灌溉技術[2]。近年來，調虧灌溉在棉花種植上逐漸受到重視[3]。調虧灌溉合理地利用棉花的抗旱適應機制對棉花進行水分管理，而滲透調節被認為是重要的干旱適應機制[4]。在干旱脅迫下滲透調節物質如可溶性蛋白、游離脯氨酸、可溶性糖含量均顯著增加[5-7]。細胞滲透調節時液泡選擇性吸收離子并在細胞質中合成和積累相容性有機物維持液泡和細胞質之間滲透平衡。高滲透調節類型植物在干旱條件下能獲得高產，是因為光合產物能有效地轉運到根[8]。一些耐旱植物通過積累可溶解物質以降低細胞滲透勢，能使根系能從土壤中吸收更多水分，并且在生理成熟期地上部生物量、收獲指數、產量更高[9]。

本試驗從植株滲透調節方面著手，研究調虧灌溉條件下棉花生長和滲透調節物質含量的變化，以期揭示棉花的抗旱機制，為干旱條件下棉花進行合理的水分管理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年在新疆阿拉爾市第一師十團實驗站進行大田試驗（81°18′E，40°36′N），當地屬于暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，光照充足，熱量豐富，年均氣溫10.7 ℃。≥10 ℃積溫4 113 ℃，無霜期220 d，年日照2 900 h，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量1 876.6～2 558.9 mm。

1.2 試驗材料與試驗設計

供試品種為CCRI-60和CCRI-92。試驗設置的灌水組合為灌足底墑水，根據小區面積的不同分別設置3個灌水水平，分別用CK、W1和W2表示，灌水量分別4 500、3 000、1 500 m3/hm2，重復3次，共18個小區，4月16日播種，6月9日首次灌溉，每7 d左右灌水1次，7月6日打頂。其他田間管理措施同高產田。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 株高調查

每小區挑選連續30株棉花，分別在各個生育期內定期觀測調查植株高度生長變化。

1.3.2 總生物量調查

生育期內每隔15 d分別采集每小區極具代表性的3株棉花，按根、莖、葉、花、蕾、鈴等器官分別稱量鮮質量，105 ℃殺青30 min后80 ℃烘干至恒質量。

1.3.3 根冠比

根冠比=地上部干質量/地下部干質量。

1.3.4 葉片采集

生育期每隔15 d采集各處理倒4葉（打頂后采集倒一葉），放入冰盒帶回實驗室，液氮速凍而后放入冰箱保存備用。

1.3.5 滲透調節物質含量的測定

可溶性糖采用蒽酮法[10]測定，丙二醛采用比色法[10]測定，可溶性蛋白采用考馬斯亮藍（G-250）法[11]測定，脯氨酸采用酸性茚三酮法[12]測定。

1.4 數據處理

采用Excel 2003軟件對數據進行處理和繪圖，采用DPS 9.50統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗（LSD法，α=0.05）。

2 結果與分析

2.1 調虧灌溉對株高的影響

由圖1可知，隨著生育期的推進，各個處理的植株高度均生長較快。CCRI-60在播種后60～89 d（灌水后）主莖高度生長最快，在播種后89 d（植株打頂后）主莖高度逐漸增加緩慢，且主莖高度生長變化總體表現為CK>W1>W2。CCRI-92各處理在播種后60～89 d（灌水后）主莖高度增加較快，播種后89 d（植株打頂后）主莖高度生長緩慢，且主莖高度生長變化總體表現為：CK>W1>W2。由此可知，調虧灌溉對棉花植株生長高度有較大影響，且隨著灌水量的遞減，植株生長高度隨之減小。

2.2 調虧灌溉對干物質的影響

由圖2可知，在蕾期進行頭水灌溉后，棉株在播種后77 d開始快速增長。對于CCRI-60，播種后77～105 d，W1干物質量均高于CK和W2處理;在播種后125～140 d，干物質量隨著灌水量的增加而增加。對于CCRI-92，在播種后干物質積累量呈現先增加后下降的趨勢，干物質在播種后77～90 d增長較快，W1、W2處理在播種后105 d受高溫天氣影響造成蕾鈴脫落，導致干物質降低，而后快速增加;在播種后140 d，W2處理的干物質量明顯低于CK和W1處理。隨著調虧程度的增加，與CCRI-60相比，CCRI-92干物質量明顯減少，說明CCRI-60比CCRI-92更具抗旱性。

2.3 調虧灌溉對根冠比的影響

由圖3可知，CCRI-60在播種后77 d根冠比W2﹥W1﹥CK，說明隨著調虧灌溉程度的增加根冠比增加。CK處理隨著播種后天數的延長，根冠比呈逐漸降低的趨勢。而W1和W2處理根冠比呈先降低而后升高的趨勢。W1和W2生育后期根冠比的增加是由于葉片衰老脫落造成地上部生物量的減少。CCRI-92在播種后77 d W2﹥W1﹥CK，說明隨著調虧灌溉程度的增加根冠比增加。在播種后90 d，CK、W1、W2處理隨著播種后天數的延長，根冠比呈先降低而后升高的趨勢。生育后期根冠比增加的原因是葉片衰老脫落造成地上部生物量的減少。

2.4 調虧灌溉對棉花生殖器官所占比例的影響

由圖4可知，CCRI-60在生育期CK處理生殖器官占全株比例隨著生育期的延長逐漸增加，而W1和W2處理生殖器官占全株比例隨著生育期的延長先增加而后降低。CCRI-92各處理隨著生育期的延長生殖器官占全株比例隨著生育期的延長逐漸增加，并且CK處理在生育后期生殖器官占全株比例比W1和W2處理高。

2.5 調虧灌溉對葉片可溶性糖含量的影響

可溶性糖是植物中非常重要的滲透調節物質，能使植物對抗干旱。由圖5可知，CCRI-60在播種后61 d，CK處理可溶性糖含量比W1和W2處理高，但在生育后期W1和W2處理的可溶性糖含量比CK高，表明干旱可能會使葉片中可溶性糖含量增加。所有處理隨著生育期的延長，可溶性糖含量呈現增加趨勢。對于CCRI-92，隨著生育期的延長各處理可溶性糖含量逐漸增加，且W1和W2處理自播種124 d后可溶性糖含量比CK含量高。

2.6 調虧灌溉對葉片可溶性蛋白含量的影響

由圖6可知， 隨著生育期的推進， CCRI-60所有處理可溶性蛋白含量呈現下降趨勢。CCRI-92各處理隨著生育期的推進，可溶性蛋白含量逐漸下降，并且在生育前期W2的可溶性蛋白含量比CK和W1高。隨著調虧程度的加大，在生育進程中CCRI-92葉片可溶性蛋白含量比CCRI-60下降得快，說明CCRI-92較CCRI-60對調虧程度的加大更為敏感。生育后期葉片可溶性蛋白含量較低可能是葉片衰老造成的。

2.7 調虧灌溉對葉片脯氨酸含量的影響

由圖7可知，CCRI-60和CCRI-92各處理生育期脯氨酸含量變化不大，整體表現為先降低后上升的趨勢，在生育末期最高，CCRI-92的W2處理在生育后期高于CK和W1處理，說明調虧灌溉會使葉片脯氨酸含量增加。

2.8 調虧灌溉對葉片丙二醛含量的影響

由圖8可知，CCRI-60各處理隨著生育期的推進MDA含量呈逐漸增加的趨勢，并且W1處理MDA含量比CK高，W2處理雖然在生育前期增加較慢，但在最后一次取樣時MDA含量增加較為明顯， 說明隨著調虧程度的增加，葉片MDA含量隨之增加。CCRI-92CK和W1處理生育期MDA含量變化不大，而W2處理生育期MDA含量呈先增加而后下降又增加的趨勢。

3 討論

干旱脅迫是世界農業主要非生物脅迫之一[13]。在干旱條件下植物主動積累可溶性物質，降低植物體滲透勢，使植物體在干旱逆境下維持正常生長所需水分，以提高抗逆適應性[14]。研究表明，可溶性糖是維持滲透調節最主要的物質，其次是脯氨酸和季胺類化合物[15]。也有研究認為干旱誘導會降低葉片中糖和可溶性蛋白含量[16]。

本試驗表明，隨著調虧程度的增加，棉花生長受到抑制，主莖高度、干物質積累降低，這與劉素華等的研究結果[17]一致。根冠比先下降后升高，可能是由于隨著生育期的延長地上部生長速率超過根系生長速率使根冠比降低，而在生育后棉株衰老造成葉片脫落使根冠比增加。生殖器官所占比例，在播種后77～90 d迅速增加，特別是W2處理由于遭受調虧灌溉程度大，生殖器官所占比例急劇增加，加快生育進程。而后，由于蕾鈴脫落，生殖器官干物質量的增加速度減緩并有下降的趨勢。隨著生育期的延長，葉片可溶性糖含量增加。其中，調虧灌溉程度大的處理可溶性糖含量更高，說明調虧程度的加重會使可溶性糖含量上升，這與Salehi A等的研究結果[18]一致。CK、W1處理隨著生育期的延長可溶性蛋白含量呈下降趨勢，而W2處理變化不大。對于CCRI-60，生育期葉片脯氨酸含量變化不大;對于CCRI-92，生育期葉片脯氨酸含量呈先下降后增加的趨勢，其中W2處理含量較高。CCRI-60的CK、W1處理在生育期葉片MDA含量隨著生育期穩步增加，而W2處理前期增加緩慢而后期急劇增加。CCRI-92的CK、W1處理生育期葉片MDA含量變化不大，而W2處理呈先增加后下降的趨勢。

棉田是開放系統，其生長受環境因素影響大。而西北內陸棉區棉花生長主要受干旱和高溫影響。本試驗從植株滲透調節方面著手，研究調虧灌溉條件下棉花生長和滲透調節物質含量的變化，以期揭示棉花的抗旱機制，為干旱條件下棉花進行合理的水分管理提供理論依據。

4 結論

本研究以CCRI-60及CCRI-92為材料設置不同灌溉定額來探究調虧灌溉對棉花生長發育及內源滲透調節物質的影響，研究結果表明：隨著灌溉定額的下降，各處理的棉株均呈現生長發育遲緩的現象，植株高度矮化，同時干物質積累量也隨之減小。調虧灌溉還會抑制棉花對各種營養物質的吸收，影響干物質量對各器官的分配，不利于產量的形成。調虧灌溉會影響棉花體內滲透調節物質變化，隨著調虧程度的加重，棉花葉片中的可溶性糖等滲透調節物質含量隨著調虧程度的變化而變化;綜上所述，調虧灌溉會影響棉株的正常生長發育，影響各種滲透調節物質的合成與運輸，不利于產量的形成。其中，隨著調虧程度的加重，葉片中的MDA含量上升，葉片可溶性蛋白含量在嚴重調虧條件下會降低，這都可以作為棉花的抗旱性評價指標。且2個品種綜合對比來看，CCRI-60品種抗旱性總體優于CCRI-92品種，較適于在旱區種植。

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