低溫和水分脅迫條件下萎銹靈對(duì)棉花種子萌發(fā)及幼苗生理特性的影響

摘 要：【目的】研究低溫與水分脅迫條件下萎銹靈對(duì)棉花種子發(fā)芽和幼苗形態(tài)建成的影響。

【方法】以萎銹靈包衣棉種為材料，利用人工氣候箱結(jié)合盆栽沙土持水量控制模擬田間低溫和水分環(huán)境，分析萎銹靈對(duì)棉花種子萌發(fā)指標(biāo)、幼苗形態(tài)指標(biāo)和生理生化特性的影響。

【結(jié)果】與常溫條件相比，低溫脅迫處理降低棉花種子的發(fā)芽率，降低21.95%；與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉花種子的發(fā)芽率，增加14.06%；與正常水分條件相比，干旱脅迫處理降低棉花種子發(fā)芽率，降低29.41%；與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉花種子的發(fā)芽率，增加11.67%。低溫使棉苗的株高、根長(zhǎng)顯著減小，棉苗地上部的生物量積累減少。在低溫水分共同處理下，未包衣處理的丙二醛含量和細(xì)胞膜相對(duì)透性增大，而萎銹靈包衣棉苗最高分別降低14.71%和24.14%。水分脅迫下滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以可溶性糖為主，低溫下以可溶性蛋白為主，萎銹靈包衣棉苗低溫水分共同處理下兩者含量均最高，分別為15.56%和20.14%。低溫水分脅迫條件下，萎銹靈包衣棉苗抗氧化酶活性均最大，抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)也更高。

【結(jié)論】低溫和水分脅迫抑制了棉花萌發(fā)和生長(zhǎng)，導(dǎo)致葉片的氧化傷害。棉苗啟動(dòng)了活性氧清除機(jī)制來抵抗氧化損傷。萎銹靈能夠通過改變滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性，抑制膜質(zhì)過氧化，從而增強(qiáng)棉苗的抗低溫和干旱迫能力。

關(guān)鍵詞：萎銹靈；溫度；持水量；種子萌發(fā)；生理指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S435.62"" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" 文章編號(hào)：1001-4330（2024）12-3051-10

0 引 言

【研究意義】近年來極端天氣頻發(fā)，低溫寒潮等氣象災(zāi)害增多，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響較大^［1］。棉花屬典型的冷敏感性作物，在新疆北疆棉區(qū)棉花播種季節(jié)中也經(jīng)常遭遇“倒春寒”等低溫氣象災(zāi)害，致使土壤溫度墑情不夠，致使棉種發(fā)芽出苗時(shí)間推遲，甚至造成不同程度的爛種、爛芽、死苗現(xiàn)象發(fā)生。因此，低溫與水分脅迫條件下研究萎銹靈對(duì)棉花種子發(fā)芽和幼苗形態(tài)的影響，為棉花科學(xué)防災(zāi)減損提供新途徑。【前人研究進(jìn)展】棉花原產(chǎn)于熱帶，是典型的喜溫作物，表現(xiàn)出對(duì)土壤溫度濕度的敏感性^［2］。然而，與其他棉區(qū)比較，近年新疆北疆棉區(qū)降水呈現(xiàn)增多趨勢(shì)，春季平均溫度9℃，“倒春寒”發(fā)生概率高，棉花更易受到低溫冷害氣象災(zāi)害侵襲^［3］。2021年新疆“倒春寒”等災(zāi)害性天氣導(dǎo)致氣溫驟然降低，致使棉花苗弱遲發(fā)，生長(zhǎng)發(fā)育推遲，對(duì)棉花產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生了不利影響^［4］。抗寒劑種衣劑包衣可明顯促進(jìn)低溫脅迫下棉花種子萌發(fā)，提高其耐冷性^［5］；18.6%拌·福·乙種衣劑具有抗寒功能的種衣劑能促棉種萌發(fā)，提高發(fā)芽率，保護(hù)棉苗細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，維持正常生長(zhǎng)，增強(qiáng)幼苗抵御低溫的能力^［6］。但是，棉花播種期遭遇低溫多雨天氣嚴(yán)重的年份，土壤溫度低濕度高，對(duì)棉花種子的發(fā)芽、根系和地上部生長(zhǎng)不利，仍然難以確保田間較高保苗率。因此，迫切需要研究新技術(shù)和新產(chǎn)品來提高棉花的發(fā)芽率。【本研究切入點(diǎn)】萎銹靈（Carboxin）是美國(guó)Uniroyal公司發(fā)現(xiàn)的琥珀酸脫氫酶抑制劑（succinate dehydrogenase inhibitors，SDHI）類殺菌劑，具有優(yōu)異的內(nèi)吸性。因SDHI方劑自成體系，其作用于病原菌線粒體內(nèi)膜上的琥珀酸脫氫酶被國(guó)際殺菌劑抗性行動(dòng)委員會(huì)將分為獨(dú)立的類別^{［7， 8］}。其主要合成工藝流程是以乙酰乙酰苯胺和磺酰氯為原料經(jīng)過氯代得到氯代物，再與2-巰基乙醇經(jīng)縮合反應(yīng)得到縮合物，最后成環(huán)縮合得到萎銹靈，具有條件溫和、易操作和生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)^{［9， 10］}。萎銹靈具有高效低毒、殺菌廣譜性、生長(zhǎng)刺激作用和增產(chǎn)效果顯著的優(yōu)點(diǎn)，其作用是通過干擾病原菌呼吸電子傳遞鏈上復(fù)合體Ⅱ來抑制線粒體的功能，阻止其產(chǎn)生能量，抑制病原菌生長(zhǎng)，最終導(dǎo)致其死亡^{［11， 12］}。萎銹靈處理不僅對(duì)麥類銹病、散黑穗病以及棉花立枯病等有較好防效，而且能促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，增強(qiáng)棉苗耐冷脅迫的能力^［13-15］。但是，種衣劑包衣種子播種時(shí)對(duì)土壤溫度和墑情有一定要求，而包衣、溫度和水分對(duì)棉花種子萌發(fā)以及棉苗素質(zhì)的影響及其互作效應(yīng)不清楚，迄今鮮有報(bào)道。因此，在前期研究萎銹靈處理對(duì)低溫脅迫下棉種子萌發(fā)特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究包衣、溫度和水分對(duì)棉花種子萌發(fā)和和幼苗形態(tài)建成的影響及其互作效應(yīng)。【擬解決的關(guān)鍵問題】以新疆北部棉區(qū)主栽棉花品種新陸早50號(hào)為研究對(duì)象，在室內(nèi)模擬田間土壤低溫和不同水分條件下，將萎銹靈制成懸浮種衣劑包衣棉種，分析水分、溫度和包衣對(duì)棉種萌發(fā)、幼苗農(nóng)藝性狀和生理生化特性的相關(guān)指標(biāo)的影響及其互作效應(yīng)，為萎銹靈包衣棉種運(yùn)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2022～2023年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所進(jìn)行。供試棉花品種為新疆北部棉區(qū)主栽品種新陸早50號(hào)，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。選擇籽粒飽滿的種子經(jīng)1%次氯酸鈉消毒10 min，滅菌蒸餾水沖洗干凈并晾干，在前期研究基礎(chǔ)上采用7.2%的萎銹靈種衣劑按藥種質(zhì)量比1∶100進(jìn)行包衣后備用。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用3因素（土壤水分、萎銹靈包衣和溫度）完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。水分處理設(shè)置3個(gè)水平即模擬田間土壤的含水量以砂床持水量70%～75%為常規(guī)對(duì)照，55%～60%作為旱脅迫處理，85%～90%作為濕脅迫處理。每種水分處理下設(shè)置包衣和未包衣2種包衣處理：光籽和7.2%萎銹靈包衣分別記作C0和CT；每種包衣處理下設(shè)置常溫和低溫兩種溫度處理：28℃/25℃（晝/夜和16℃/6℃（晝/夜）分別記作T0記作TL，即每種水分處理有未包衣常溫（C0+T0）、未包衣低溫（C0+TL）、包衣常溫（CT+T0）、包衣低溫（CT+TL）4個(gè)處理，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.2.2 種子萌發(fā)

采用砂培法進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。經(jīng)水洗凈的細(xì)砂干熱滅菌后回溫到室溫下，添加相應(yīng)含量的滅菌水混勻，裝入在有機(jī)發(fā)芽盒中構(gòu)建發(fā)芽床。每個(gè)發(fā)芽盒沙床上等距離擺放不同處理的50粒種子，每個(gè)處理重復(fù)4次，共計(jì)200粒種子；參照肖懷娟等^［16］方法置于特定溫度的室內(nèi)人工智能氣候箱進(jìn)行種子萌發(fā)，晝/夜（12 h/12 h），光照強(qiáng)度3 000 lx。在試驗(yàn)過程中，加蓋保濕，棉花種子歷時(shí)約7 d完成了發(fā)芽，后續(xù)快速生長(zhǎng)防止發(fā)芽盒蓋被頂開，采用更高的盒子罩住，以防止土壤水分蒸發(fā)，同時(shí)采用EL-USB-2型Easy Log溫濕度記錄儀監(jiān)測(cè)砂床含水量，結(jié)合稱重法根據(jù)監(jiān)測(cè)砂床含水量情況及時(shí)以滅菌的蒸餾水補(bǔ)充因蒸發(fā)而損失的土壤水分，以保持砂床含水量。

1.2.3 測(cè)定指標(biāo)

萌發(fā)指標(biāo)：試驗(yàn)過程中，從第3 d開始每隔24 h觀察記錄種子萌發(fā)情況，28℃/25℃和16℃/4℃溫度下萌發(fā)試驗(yàn)中，苗高達(dá)4 cm及以上視為正常發(fā)芽，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)^{［17， 18］}。

形態(tài)指標(biāo)：在發(fā)芽期結(jié)束，從各處理中均隨機(jī)選出10株棉苗，測(cè)定胚軸長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、須根數(shù)、胚軸粗（貼近根系處莖稈的最大直徑），洗凈用吸水紙擦干后稱鮮重，洗凈后，經(jīng)105℃殺青30 min，80℃烘干至質(zhì)量恒定后稱干重^［17］。

生理指標(biāo)：在發(fā)芽期結(jié)束，從各處理中均隨機(jī)選出子葉，采用電導(dǎo)率測(cè)定細(xì)胞膜相對(duì)透性，而丙二醛含量、可溶性糖、可溶性蛋白以及抗氧化酶超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物還原酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）的酶活性參照按照蘇州科銘生物技術(shù)有限公司提供的試劑盒說明進(jìn)行測(cè)定生理生化指標(biāo)。

抗氧化物酶基因的表達(dá)：在發(fā)芽期結(jié)束，從各處理中均隨機(jī)選出子葉，按照RNA prePure多糖多酚植物總RNA提取試劑盒（TIANGEN，北京）提取總RNA，利用TaKaRa的Prime Script^TM RT reagent Kitwithg gDNA Eraser試劑盒說明書進(jìn)行（寶生物，大連）反轉(zhuǎn)錄；引物按田又升等^［19］的棉花內(nèi)參基因和抗氧化物酶基因的設(shè)計(jì)熒光定量引物；qRT-PCR反應(yīng)體系采用TaKaRa的SYBRPremixExTaq試劑盒，并按2^-ΔΔCt方法計(jì)算基因的相對(duì)表達(dá)量。表1

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用GraphPad Prism軟件進(jìn)行作圖；采用Duncan多重比較法進(jìn)行各處理間差異顯著性檢驗(yàn)；采用多因素方差分析（Multi-ANOVA）評(píng)估持水量、包衣、溫度及其交互作用對(duì)各指標(biāo)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 萎銹靈對(duì)棉種萌發(fā)特征的影響

研究表明，與常溫條件下相比，低溫脅迫處理降低棉花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，分別降低14.71%、21.95%、34.62%和24.14%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，分別增加12.07%、14.06%、17.65%和7.58%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，干旱脅迫處理降低棉花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，分別降低29.41%、26.83%和15.38%，且差異顯著；高濕脅迫處理降低棉花種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，分別降低15.38%和14.94%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉花種子的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)分別增加11.67%和18.18%，且差異顯著。與高濕脅迫相比，萎銹靈處理增加棉花種子的發(fā)芽指數(shù)，增加6.67%，且差異顯著。圖1

持水量、包衣、溫度3個(gè)單因素對(duì)棉花種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)的影響均達(dá)顯著或極顯著；溫度和包衣對(duì)棉花種子的發(fā)芽率影響有顯著交互作用；溫度、持水量和包衣對(duì)棉花種子萌發(fā)指標(biāo)的影響交互作用不顯著。表2

2.2 萎銹靈對(duì)棉苗農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，在低溫和水分脅迫下，萎銹靈處理對(duì)棉苗農(nóng)藝性狀的影響不同，不同脅迫條件下幼苗農(nóng)藝性狀表現(xiàn)也略有差異。與常溫條件下相比，低溫脅迫處理降低棉苗胚軸長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、須根數(shù)、鮮重和干重，分別降低41.67%、27.27%、43.16%、13.42%和12.83%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗胚軸長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)，分別增加42.86%和10.71%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，干旱脅迫處理降低棉苗胚軸長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)、須根數(shù)、胚根粗、鮮重和干重，分別降低41.67%、18.18%、7.52%、5.56%、21.39%和10.34%，且差異顯著；高濕脅迫處理降低棉苗須根數(shù)、胚根粗、鮮重和干重，分別降低5.26%、22.22%、14.26%和14.16%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗胚軸長(zhǎng)和胚根粗，分別增加14.29%和11.76%，且差異顯著。與高濕脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗胚軸長(zhǎng)、胚根長(zhǎng)和胚根粗，分別增加8.33%、9.09%和18.18%，且差異顯著。圖2

持水量、包衣、溫度3個(gè)單因素對(duì)棉花幼苗胚軸長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)的影響均達(dá)為顯著或極顯著；溫度和包衣對(duì)棉花幼苗的胚軸長(zhǎng)影響有極顯著的交互作用；溫度、持水量和包衣對(duì)棉花幼苗的胚軸長(zhǎng)和胚根長(zhǎng)影響有顯著或極顯著的交互作用。表3

2.3 萎銹靈對(duì)棉苗生理生化特征的影響

2.3.1 萎銹靈對(duì)棉苗幼苗質(zhì)膜透性的影響

研究表明，與常溫條件下相比，低溫脅迫處理增加棉苗的細(xì)胞膜相對(duì)透性和丙二醛含量，分別增加14.71%和24.14%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗的細(xì)胞膜相對(duì)透性和丙二醛含量，分別增加5.71%和6.14%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，干旱脅迫處理增加棉苗的細(xì)胞膜相對(duì)透性和丙二醛含量，分別增加14.71%和24.14%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理降低棉苗的細(xì)胞膜相對(duì)透性，降低14.71%，且差異顯著。圖3

2.3.2 萎銹靈對(duì)棉苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

研究表明，與常溫條件下相比，低溫脅迫處理增加棉苗的可溶性糖含量，分別增加5.68%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量，分別增加11.63%和20.14%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，高濕脅迫處理增加棉苗的可溶性蛋白含量，分別增加5.29%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗的可溶性糖和可溶性蛋白含量，分別增加15.56%和14.14%，且差異顯著。與高濕脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗的可溶性糖含量，增加6.74%，且差異顯著。圖4

2.3.3 萎銹靈對(duì)棉苗抗氧化酶活性的影響

研究表明，與常溫條件下相比，低溫脅迫處理增加棉苗POD和CAT活性，分別增加25.93%和25.00%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗POD活性，增加6.07%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，干旱脅迫處理增加棉苗POD和CAT活性，分別增加24.93%和23.00%，且差異顯著；高濕脅迫處理增加棉苗SOD活性，增加16.64%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗POD和CAT活性，分別增加6.38%和19.22%，且差異顯著。與高濕脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗SOD活性，增加11.14%，且差異顯著。圖5

2.4 萎銹靈對(duì)棉苗抗氧化酶基因表達(dá)量的影響

研究表明，與常溫條件下相比，低溫脅迫處理增加棉苗SOD、POD和CAT基因表達(dá)量，分別增加22.08%、24.08%和23.08%，且差異顯著。與低溫脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗SOD、POD和CAT基因表達(dá)量，分別增加15.94%、16.94%和9.23%，且差異顯著。與正常水分條件下相比，干旱脅迫處理增加棉苗SOD、POD和CAT基因表達(dá)量，分別增加20.08%、22.08%和23.18%，且差異顯著；高濕脅迫處理增加棉苗SOD、POD和CAT基因表達(dá)量，分別增加6.02%、6.72%和6.62%，且差異顯著。與干旱脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗SOD、POD和CAT基因表達(dá)量，分別增加10.58%、11.08%和11.88%，且差異顯著。與高濕脅迫相比，萎銹靈處理增加棉苗POD基因表達(dá)量，增加22.23%，且差異顯著。圖6

2.5 持水量、包衣、溫度及其互作效應(yīng)對(duì)棉花幼苗生理生化指標(biāo)的影響

研究表明，持水量、包衣、溫度3個(gè)單因素對(duì)棉花幼苗的CAT酶活性、GhSOD相對(duì)表達(dá)量、GhPOD相對(duì)表達(dá)量的影響均達(dá)為顯著或極顯著；溫度和包衣對(duì)棉花幼苗的丙二醛含、GhSOD相對(duì)表達(dá)量影響有顯著或極顯著的交互作用；溫度、持水量和包衣對(duì)棉花幼苗的細(xì)胞膜相對(duì)透性、POD酶活性影響有顯著的交互作用。表4

3 討 論

3.1

種子萌發(fā)常常要面臨多種環(huán)境因子共同作用，內(nèi)因是種子本身的遺傳特性等，外因包括溫度、土壤水分條件等，外部生態(tài)環(huán)境起重要的決定作用，其中溫度與土壤水分因子的共同作用會(huì)加劇對(duì)種子發(fā)芽和幼苗形態(tài)建成的影響。種子包衣可以刺激種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)，并增強(qiáng)種苗的抗逆性^［20］。海藻酸鈉包衣可以提高玉米的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)^［21］。調(diào)節(jié)劑包衣可以緩解低溫對(duì)棉花種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的抑制作用，從而提高其耐寒性^［22］。苯醚甲環(huán)唑包衣有助于玉米幼苗補(bǔ)償和修復(fù)低溫脅迫導(dǎo)致的傷害^［23］。在低溫和水分脅迫條件下，萎銹靈包衣后的種子萌發(fā)活性明顯提高，從而提高了種子的發(fā)芽率，這與前人研究結(jié)果一致^{［13， 24］}。萎銹靈可以促進(jìn)種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與合成，參與調(diào)節(jié)植物的代謝水平，激活棉種活力，從而促進(jìn)棉花的萌發(fā)和生長(zhǎng)，增強(qiáng)棉苗對(duì)低溫等逆境環(huán)境的適應(yīng)性和抗逆性。此外，在實(shí)際生產(chǎn)中，除了溫度和濕度，包衣、光照、土壤條件、鹽漬化程度等外部生態(tài)環(huán)境因素也對(duì)種子的萌發(fā)產(chǎn)生重要影響。

3.2

幼苗期是植物生長(zhǎng)周期中非常關(guān)鍵的階段，也是對(duì)逆境脅迫最敏感的時(shí)期。逆境脅迫不僅會(huì)增加細(xì)胞內(nèi)活性氧水平，還會(huì)誘發(fā)植物建立防御體系，以避免或減輕活性氧對(duì)植物的損害。已有研究表明，植物膜系統(tǒng)是植物在低溫脅迫下最敏感的部位，在低溫環(huán)境下，植物細(xì)胞膜會(huì)遭受破壞，導(dǎo)致膜透性增加，細(xì)胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲，從而增加細(xì)胞電導(dǎo)率^［25］。同時(shí)，活性氧的生成和清除平衡被打破，在葉片中會(huì)發(fā)生膜脂過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致丙二醛含量增加^［26］。在低溫和土壤水分脅迫條件下，使用萎銹靈處理棉苗的葉片，能夠顯著降低細(xì)胞內(nèi)的相對(duì)電導(dǎo)率和增加丙二醛含量，同時(shí)增加可溶性蛋白和可溶性糖的含量，以及抗氧化酶超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶的活性，與田又升等^［18］和鄭子漂等^［26］研究的結(jié)果相似。此外，抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)也更高。由此表明，在低溫和水分脅迫條件下，萎銹靈可以誘導(dǎo)棉苗細(xì)胞內(nèi)的抗氧化酶相關(guān)基因表達(dá)，從而調(diào)節(jié)植物的新陳代謝，提高抗氧化酶的活性，以維持細(xì)胞中較低水平的活性氧和丙二醛含量，降低細(xì)胞膜的滲透性和膜脂過氧化程度，增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)的能力。同時(shí)，通過增加可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，改變細(xì)胞滲透勢(shì)，降低膜的滲透性，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，有助于緩解逆境脅迫對(duì)棉苗的損傷，促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)，增強(qiáng)其對(duì)低溫等逆境環(huán)境的適應(yīng)能力和抗逆性。然而，外源物質(zhì)誘導(dǎo)棉苗提高抗逆境脅迫能力是多種性狀的綜合表現(xiàn)，受到多種生理生化過程和基因表達(dá)水平的綜合調(diào)控。因此，關(guān)于保護(hù)棉苗免受逆境傷害的機(jī)制仍需要進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié) 論

在低溫和水分脅迫條件下，萎銹靈處理能夠促進(jìn)種子內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與合成，參與調(diào)控植物的代謝水平，激活棉種活力，從而提高種子的發(fā)芽率。同時(shí)，萎銹靈還能夠誘導(dǎo)棉苗細(xì)胞內(nèi)部抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)，增加抗氧化酶的活性，調(diào)節(jié)植物的新陳代謝，并清除細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過多的自由基，減少丙二醛的積累。此外，萎銹靈還能夠調(diào)節(jié)可溶性蛋白、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，改變細(xì)胞的滲透勢(shì)，降低細(xì)胞質(zhì)膜的透性，保護(hù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能。萎銹靈能夠緩解甚至消除逆境脅迫對(duì)棉苗的傷害，促進(jìn)幼苗的生長(zhǎng)，增強(qiáng)棉花對(duì)低溫和干旱等逆境環(huán)境的適應(yīng)性和抗逆性。

參考文獻(xiàn)（References）

［1］Li W， Zhao S S， Chen Y， et al. State of China’s climate in 2020［J］. Atmospheric and Oceanic Science Letters， 2021， 14（4）： 100048.

［2］ 徐敏， 李憬霖， 葉福民， 等. 溫濕度對(duì)棉花種子萌發(fā)的影響研究［J］. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)， 2022， 12（10）： 10-14， 20.

XU Min， LI Jinglin， YE Fumin， et al. Effects of temperature and humidity on cotton seed germination［J］. Journal of Agriculture， 2022， 12（10）： 10-14， 20.

［3］ 葉爾克江·霍依哈孜， 阿吉古麗·沙依提， 買買提艾力·買買提依明， 等. 新疆氣溫季節(jié)變化時(shí)空分布特征研究［J］. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2022， 61（15）： 25-33， 41.

Yeerkejiang Huoyihazi， Ajiguli Shayiti， Maimaitiaili Maimaitiyiming， et al. Study on temporal and spatial distribution characteristics of seasonal variation of air temperature in Xinjiang［J］. Hubei Agricultural Sciences， 2022， 61（15）： 25-33， 41.

［4］ 李茂春， 練文明， 毛樹春， 等. 2021年春季氣候變化對(duì)新疆棉花生長(zhǎng)影響及中期管理建議——以阿拉爾墾區(qū)為例［J］. 中國(guó)棉花， 2021， 48（6）： 45-46.

LI Maochun， LIAN Wenming， MAO Shuchun， et al. Effect of climate change in spring of 2021 on cotton growth in Xinjiang and medium term management suggestions： based on the Aral reclamation area［J］. China Cotton， 2021， 48（6）： 45-46.

［5］ 韓松， 吉慶勛， 楊曼利， 等. 添加抗寒劑對(duì)包衣棉花種子萌芽及其耐冷性的影響［J］. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2019， 47（4）： 78-81.

HAN Song， JI Qingxun， YANG Manli， et al. Effects of cold-resistant agent on germination and chilling tolerance of coated cotton seeds under low temperature stress［J］. Jiangsu Agricultural Sciences， 2019， 47（4）： 78-81.

［6］ 雷斌， 李進(jìn)， 段留生， 等. 種衣劑對(duì)低溫處理下棉花胚根及幼苗外部形態(tài)和超微結(jié)構(gòu)的影響［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象， 2017， 38（4）： 248-256.

LEI Bin， LI Jin， DUAN Liusheng， et al. Effect of seed coating agents on external morphology and ultrastructure of cotton radicles and seedlings under low temperature treatments［J］. Chinese Journal of Agrometeorology， 2017， 38（4）： 248-256.

［7］ 毛玉帥， 段亞冰， 周明國(guó). 琥珀酸脫氫酶抑制劑類殺菌劑抗性研究進(jìn)展［J］. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)， 2022， 24（5）： 937-948.

MAO Yushuai， DUAN Yabing， ZHOU Mingguo. Research progress of the resistance to succinate dehydrogenase inhibitors［J］. Chinese Journal of Pesticide Science， 2022， 24（5）： 937-948.

［8］ 彭軍. 萎銹靈的合成研究［J］. 山東化工， 2021， 50（8）： 27-28， 31.

PENG Jun. Study on the synthesis of carboxin［J］. Shandong Chemical Industry， 2021， 50（8）： 27-28， 31.

［9］ Lee W S， Hahn H G， Nam K D. Synthesis of dihydro-1， 4-oxathiins by rearrangement of 1， 3-oxathiolane sulfoxides［J］. The Journal of Organic Chemistry， 1986， 51（14）： 2789-2795.

［10］ Cecchini G， Schrder I， Gunsalus R P， et al. Succinate dehydrogenase and fumarate reductase from Escherichia coli［J］. Biochimica et Biophysica Acta， 2002， 1553（1/2）： 140-157.

［11］ 徐永哲， 上官小來， 岑江杰， 等. 萎銹靈原藥的毒性研究［J］. 浙江化工， 2004， 35（12）： 11-12.

XU Yongzhe， SHANGGUAN Xiaolai， CEN Jiangjie， et al. Study on the toxicity of carboxin［J］. Zhejiang Chemical Industry， 2004， 35（12）： 11-12.

［12］ 周小云， 劉夢(mèng)麗， 李進(jìn)， 等. 萎銹靈包衣對(duì)低溫脅迫下棉種萌發(fā)特性的影響［J］. 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象， 2020， 41（8）： 495-505.

ZHOU Xiaoyun， LIU Mengli， LI Jin， et al. Effects of the carboxin from seed coating formulation on the cotton seed germination characteristics under low temperature stress［J］. Chinese Journal of Agrometeorology， 2020， 41（8）： 495-505.

［13］ 周小云， 李進(jìn)， 張軍高， 等. 萎銹靈殺菌劑對(duì)提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響［J］. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2020， 57（4）： 705-712.

ZHOU Xiaoyun， LI Jin， ZHANG Jungao， et al. Effects of the carboxin fungicide on the chilling stress of cotton seedlings［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2020， 57（4）： 705-712.

［14］ Al-Beldawi A S， Jawad A， Sheik-Raddy H M. Rhizoctonia seedling disease of hemp and its control［J］. Crop Protection， 1982， 1（1）： 111-113.

［15］ 肖懷娟， 李娟起， 王吉慶， 等. 亞低溫與干旱脅迫對(duì)番茄植株水分傳輸和形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)的影響［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)， 2020， 31（8）： 2630-2636.

XIAO Huaijuan， LI Juanqi， WANG Jiqing， et al. Effects of sub-low temperature and drought stress on water transport and morphological anatomy of tomato plant［J］. Chinese Journal of Applied Ecology， 2020， 31（8）： 2630-2636.

［16］ 高榮岐， 張春慶. 種子生物學(xué)［M］. 北京： 中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2009.

GAO Rongqi， ZHANG Chunqing. Seed biology［M］. Beijing： China Agriculture Press， 2009.

［17］ Shen Q， Zhang S P， Liu S D， et al. Comparative transcriptome analysis provides insights into the seed germination in cotton in response to chilling stress［J］. International Journal of Molecular Sciences， 2020， 21（6）： 2067.

［18］ 田又升， 王志軍， 于航， 等. 干旱脅迫對(duì)不同抗旱性棉花品種抗氧化酶活性及基因表達(dá)的影響［J］. 西北植物學(xué)報(bào)， 2015， 35（12）： 2483-2490.

TIAN Yousheng， WANG Zhijun， YU Hang， et al. Response of antioxidant enzyme activities and gene expression in different drought resistance cotton varieties under drought stress［J］. Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica， 2015， 35（12）： 2483-2490.

［19］ Rajjou L， Duval M， Gallardo K， et al. Seed germination and vigor［J］. Annual Review of Plant Biology， 2012， 63： 507-533.

［20］ 吉狀狀， 譚韻， 黃眾基， 等. 基于海藻酸的包衣劑對(duì)甜玉米種子活力、抗氧化酶系統(tǒng)和產(chǎn)量的影響［J］. 核農(nóng)學(xué)報(bào)， 2023， 37（11）： 2297-2304.

JI Zhuangzhuang， TAN Yun， HUANG Zhongji， et al. Effects of seed coating agent based on alginic acid on seed vigor， antioxidant enzyme system and yield of sweet corn［J］. Journal of Nuclear Agricultural Sciences， 2023， 37（11）： 2297-2304.

［21］ 李防洲， 冶軍， 侯振安. 外源調(diào)節(jié)劑包衣對(duì)低溫脅迫下棉花種子萌發(fā)及幼苗耐寒性的影響［J］. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2017， 35（1）： 192-197.

LI Fangzhou， YE Jun， HOU Zhenan. Effects of seed film coating with exogenous regulating substances on cotton germination rate and cold tolerance of seedlings［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2017， 35（1）： 192-197.

［22］ 王雅玲， 楊代斌， 袁會(huì)珠， 等. 低溫脅迫下戊唑醇和苯醚甲環(huán)唑種子包衣對(duì)玉米種子出苗和幼苗的影響［J］. 農(nóng)藥學(xué)學(xué)報(bào)， 2009， 11（1）： 59-64.

WANG Yaling， YANG Daibin， YUAN Huizhu， et al. Effects of seed-coating tebuconazole and difenoconazole on emergence of maize seeds and response of seedlings at chilling stress［J］. Chinese Journal of Pesticide Science， 2009， 11（1）： 59-64.

［23］ Chang K F， Conner R L， Hwang S F， et al. Effects of seed treatments and inoculum density of Fusarium avenaceum and Rhizoctonia solani on seedling blight and root rot of faba bean［J］. Canadian Journal of Plant Science， 2014， 94（4）： 693-700.

［24］ 李淑葉， 馬慧娟， 張思平， 等. 外源24-表油菜素內(nèi)酯對(duì)低溫脅迫下棉花幼苗光合生理的影響［J］. 棉花學(xué)報(bào)， 2018， 30（3）： 252-260.

LI Shuye， MA Huijuan， ZHANG Siping， et al. Effects of exogenous 24-epibrassinolide on photosynthetic physiology of cotton-seedlings under low temperature［J］. Cotton Science， 2018， 30（3）： 252-260.

［25］ 孔春艷， 趙靜， 徐照麗， 等. 抗氧化系統(tǒng)參與水楊酸誘導(dǎo)煙草幼苗抗冷性提高的生化機(jī)制［J］. 熱帶作物學(xué)報(bào)， 2023， 44（1）： 154-166.

KONG Chunyan， ZHAO Jing， XU Zhaoli， et al. Involvement of antioxidant system in salicylic acid induced-chilling resistance and biochemical mechanism in tobacco（Nicotiana tabacum L.） seedlings［J］. Chinese Journal of Tropical Crops， 2023， 44（1）： 154-166.

［26］ 鄭子漂， 徐海江， 崔建平， 等. 水分脅迫對(duì)陸地棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響［J］. 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2022， 59（8）： 1821-1830.

ZHENG Zipiao， XU Haijiang， CUI Jianping， et al. Effects of water stress on growth and development in cotton （Gossypium hirsutum L.）［J］. Xinjiang Agricultural Sciences， 2022， 59（8）： 1821-1830.

Effects of the carboxin from seed coating formulation on the cotton seed germination and seedling agronomic characteristics under water and temperature stress

ZHOU Xiaoyun， ZHANG Jungao， LIANG Jing， GONG Jingyun， ZHOU Guangwei， ZHANG Shaomin， LEI Bin

（Research Institute of Nuclear Technology and Biotechnology， Xinjiang Academy of Agricultural Sciences /Xinjiang Research Center of Engineering and Technology for Crop Chemical Regulation， Urumqi 830091， China）

Abstract：【Objective】 The aim of this research is to investigate the effects of carboxin on seed germination and morphogenesis of cotton seedlings under low temperature and water stress.

【Methods】" In this study， the impact of carboxin on seed germination， as well as the morphology， physiological， and biochemical characteristics of cotton seedlings were analyzed.The experiment utilized an artificial climate chamber and controlled the water-holding capacity of potted sandy soil to simulate field conditions of low temperature and water availability.

【Results】"" The findings revealed that under low temperature stress， the germination rate of cotton seeds was reduced by 21.95%.However， when treated with carboxin， the germination rate increased by 14.06% compared with the low temperature stress alone.Similarly， drought stress caused a 29.41% decrease in seed germination compared with normal watering conditions， whereas carboxin treatment reduced this decrease to 11.67%.Furthermore， low temperature stress significantly reduced the plant height and root length of cotton seedlings， as well as biomass accumulation in the shoots.The stress also led to increased malondialdehyde content and relative permeability of the cell membrane.However， applying carboxin treatment resulted in a reduction of 14.71% and 24.14% in malondialdehyde content and relative permeability， respectively， under low temperature and water stress conditions.Regarding biochemical characteristics， soluble sugar was found to be the main substance under water stress， while soluble protein was predominant under low temperature stress.The highest contents of both soluble sugar and soluble protein were observed in the cotton seedlings coated with carboxin under low temperature and water stress， with increases of 15.56% and 20.14%， respectively.Additionally， under low temperature and water stress conditions， cotton seedlings coated with carboxin exhibited the highest antioxidant enzyme activity and higher expression of antioxidant enzyme-related genes.

【Conclusion】" Cotton seed germination and growth are negatively affected by low temperature and water stress， leading to oxidative damage in the leaves.In response to this oxidative stress， cotton seedlings activate mechanisms to scavenge reactive oxygen species and mitigate the damage.The application of carboxin shows promising results in enhancing the resistance of cotton seedlings to low temperature and drought stress.This is achieved by altering the levels of osmotic regulating substances， boosting the activity of antioxidant enzymes， and inhibiting membrane peroxidation.These findings suggest that carboxin has offered a new approach for cotton seedlings to mitigate the impact of environmental disasters and reduce losses.

Key words：carboxin; temperature; water holding capacity; seed germination; physiological indicators

Fund projects： Project of National Natural Science Foundation of China （32060429） ; Open Project of the Key Laboratories of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2020D04017） ; “Three Rural Issues \" Backbone Talents Training Project of Xinjiang \"Tianshan Talents\" Training Program;key Ramp;D projects in Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022B02001-2）;Major Scientific R amp; D Program Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2023A02003-5）

Correspondence author： LEI Bin （1973-）， male， from Bazhong， Sichuan， researcher， doctor， research direction： pesticide redevelopment and crop chemical control technology research，（E-mail）leib668@xaas.ac.cn

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32060429）；新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題項(xiàng)目（2020D04017）；新疆“天山英才”培養(yǎng)計(jì)劃“三農(nóng)”骨干人才項(xiàng)目；新疆維吾爾自治區(qū)重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022B02001-2）；新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項(xiàng)（2023A02003-5）

作者簡(jiǎn)介：周小云（1977-），男，重慶人，研究員，博士，研究方向?yàn)樽魑锘嘏c生物技術(shù)，（E-mail）xiaoyunzhou77@126.com

通訊作者：雷斌（1973-），男，四川巴中人，研究員，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)藥研制及作物化控，（E-mail）leib668@xaas.ac.cn