花铃期增温对棉花生理指标和产量性状的影响

彭世杰，周仲华，蒋 杰，梅正鼎，张志刚*

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南省棉花科学研究所，常德415101）



花铃期增温对棉花生理指标和产量性状的影响

彭世杰1，周仲华1，蒋 杰2，梅正鼎2，张志刚2*

（1湖南农业大学农学院，长沙410128；2湖南省棉花科学研究所，常德415101）

摘 要：以湘杂棉7号为材料，研究了花铃期增温处理对棉花几个生理生化指标、产量和品质的影响。结果表明：在不同种植密度下增温处理棉花叶片的SOD、POD活性低于常温处理，MDA含量高于常温处理，并达到显著差异水平；增温处理下皮棉产量、铃重、单株成铃数及衣分显著低于常温处理。因此，高温逆境对棉花生长有很大影响，最终表现为棉花产量大幅度降低。

关键词：棉花；花铃期；密度；温度；生理指标；产量

随着工业的迅速发展，温室效应不断加强，全球气温不断升高。在我国的长江流域棉区，每年7、8月份的极端高温天气对棉花的产量和品质都有着很大的影响。高温逆境影响棉花的光合作用和呼吸作用等新陈代谢活动［1］，主要是因为在高温条件下，细胞内产生的活性氧和保护酶系统以及抗氧化剂之间的动态平衡遭到破坏，导致活性氧有所积累，对细胞造成氧化伤害，进而影响棉花植株的正常生长发育［2］。前人研究表明，高温逆境会影响小麦和水稻叶片的保护酶活性，还能使叶片的丙二醛（MDA）含量显著增加［3，4］。本试验旨在探究不同栽培密度情况下，高温逆境处理对棉花生理指标和产量性状的影响，进而为耐高温棉花品种的选育和栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

湘杂棉7号。

1.2 试验设计

试验于2014年在湖南省棉花科学研究所茅湾试验基地进行。营养钵育苗移栽，4月13日播种，5 月10日移栽。试验采用两因素随机区组设计，其中密度设置2个水平，分别为24 000株／hm2（低密度）和45 000株／hm2（高密度）；温度设置常温和增温2个水平；组合为A（高密度增温）、B（高密度常温）、C（低密度增温）和D（低密度常温）4个处理。每个处理重复3次。小区长12.5 m，宽2 m，面积25 m2。

高温胁迫的处理方法参照文献［5］。在棉花植株进入花铃期以前，于7月14日在增温小区上搭建增温棚，增温棚由竹竿和纤维绳制成，棚高1.5 m，棚顶面积略大于小区面积，棚顶以及四周覆盖0.1 mm厚透明无色聚乙烯薄膜［6］，增温棚两端全部敞开，其他两侧保持地面到30 cm高处敞开，用来透气通风。增温处理从7月14日开始，一直持续到9月4日，全天候24 h进行，雨天揭开薄膜，保持棚内外湿度一致。

1.3 测定项目与方法

从7月14日开始，每隔10 d进行1次取样和调查。每小区随机选择10株棉株的主茎倒数第3片叶，用于测定超氧化物歧化酶活性（SOD）、过氧化物酶活性（POD）和MDA含量。SOD采用氮蓝四唑法、POD采用愈创木酚法、MDA采用硫代巴比妥酸法进行测定［7］。同时调查各处理棉株株高，每个小区调查15株，取平均值。

于9月12日每小区选择10株调查各处理的果枝数和单株成铃数。9月22日收集棉絮，每个小区随机取20朵棉絮，晒干，压花，计算衣分与小区产量。每个小区取10 g皮棉送至中国农业科学研究院棉花研究所进行纤维品质检测。

1.4 数据分析

试验所有数据采用Excel软件和SPSS18.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 温度差异及变化

采用温湿度记录仪分别测定当天0：00、3：00、 6：00、9：00、12：00、15：00、18：00和21：00的温度，记录仪悬挂在离地面30 cm处。由表1可知，增温处理A、C的日均温均要高于常温处理B、D的日均温，同时高密度处理A、B的日均温分别略高于低密度处理C、D。8月3日为阴雨天气，4个处理的日均温都维持在24℃上下浮动。通过覆盖薄膜棚，高温天气日均温能增加2℃以上，阴雨天温度差异范围则不到0.5℃，达到了试验设计所需的要求。

表1 各个处理的日均温比较（℃）

2.2 不同处理对棉花叶片生理指标的影响

不同处理对棉花叶片生理指标的影响如表2所示。从7月14日到8月23日，各处理主茎叶SOD活性都呈现上升趋势，从8月23日到9月2日SOD活性下降；同一时期，高密度处理A、B的SOD活性都要低于低密度处理C、D的活性，且差异显著；从8 月24日到9月2日，同一种植密度下，增温处理的SOD活性都要低于常温处理，差异达到显著水平。主茎叶POD活性的变化趋势基本与SOD活性变化趋势一致，从7月14日到8月23日，再到9月2日，呈现先升高后下降的趋势，同样，低密度处理C、D的活性普遍高于高密度处理A、B，除去7月24日，其他5个时期均差异显著；同一密度下，增温处理的POD活性均低于常温处理，除去7月14日，其他5个时期都差异显著。从7月14日到9月2日，棉花叶片MDA含量呈现增加趋势，7月14日，4个处理间叶片MDA含量差异不显著；7月24日，A、C两个处理的叶片MDA含量大于B、D，且差异显著；8月3、13、23日，C处理叶片MDA含量大于A、B、D3个处理，且差异显著，A处理MDA含量大于B、D，且差异显著；9月2日，4个处理叶片MDA含量分别为C＞A＞B＞D，处理间差异显著。所以，高温逆境是导致主茎叶片中MDA含量上升的主要因素，种植密度增大，也在一定程度上会使主茎叶片中MDA含量上升。

表2 各处理棉花叶片生理指标测定结果

2.3 不同处理对棉花株高的影响

各处理对棉花株高的影响如图1所示。棉花植株株高由高到低是D＞C＞A＞B，4个处理间均差异显著。从7月14日到9月2日7个时期中，A、B两个处理的株高一直低于C、D，从7月4日到8月3日，A、C、D3个处理株高增长速度较快，从8月3日到8月23日左右，A、C、D3个处理株高增长速度比较慢，8月23日以后，这3个处理的株高基本停止增长，B处理株高增长速度比较缓慢，到9月2日左右，基本停止增长。由此可见，在棉花苗期和蕾期，密度越低、温度越高，对植株生长的促进作用越明显。低密度处理下棉花株高均高于高密度处理株高，所以密度是棉花株高的主要影响因素。但是在高密度情况下，温度升高对棉花株高有促进作用，但在低密度情况下，温度升高对株高有抑制作用。

图1 不同处理下棉花株高变化趋势

2.4 不同处理对棉花产量和纤维品质的影响

不同处理对棉花产量性状的影响如表3。低密度处理C、D的果枝数要高于高密度处理A、B，且D处理与A、B两个处理的差异显著。单株成铃数B处理最高，且与A、C、D3个处理差异显著，C处理最低，与A、D两个处理差异显著。常温处理B、D的铃重高于增温处理A、C，且低密度处理均高于高密度处理，4个处理差异都显著。常温处理B、D的衣分高于增温处理A、C，D处理与A、C处理差异显著。常温处理B、D的棉花产量高于增温处理A、C，B处理高于D处理，C处理高于A处理，4个处理差异均显著。增温处理下，高密度种植的产量只有常温条件下的40.38%；低密度种植的产量只有常温条件下的54.04%。由此可见，长时间的高温逆境对棉花的产量有很大的影响。

表3 各处理的棉花产量性状

不同处理对棉花纤维品质的影响如表4。两个高密度A、B处理的棉纤维上半部平均长度要高于低密度处理C、D，但是4个处理间差异不显著。B处理的整齐度指数要高于A、C、D3个处理，但差异不显著。马克隆值在4个处理间没有明显规律，但是高密度处理A要高于B，且差异显著，低密度的D处理高于C，但差异不显著。C处理的断裂比强度小于D处理，且差异显著。B处理伸长率最高，与A、C两个处理差异显著。

3 小结与讨论

棉花从苗期到吐絮期，新陈代谢活动越来越旺盛，所以主茎叶片SOD、POD活性在花铃期呈上升趋势，后期出现下降有可能是因为受干旱影响。但是在增温情况下，长时间处于高温逆境，叶片的SOD和POD活性以及MDA含量受到很大影响，最终影响棉花的产量。SOD活性增加能提高植株的抗逆能力，为棉花稳产高产打下基础［8］。

密度和温度都影响着棉花的生理特性与产量性状。在高温胁迫下，日最高温度每升高1℃可能会导致皮棉产量减少110 kg／hm2［9］。本试验通过花铃期全天候增温，两种栽培密度下的单株成铃数分别只有11.2个和5.4个，产量分别只有常温处理下的40.38%和54.04%，表明湘杂棉7号并不是耐高温材料，高温逆境对其产量有着很大的影响。高产以及抗逆仍然是当前棉花育种的首要目标。密度、单株成铃数、铃重是决定棉花产量的重要指标［10］，将产量性状合理组合，能为棉花高产提供有利基础［11，12］。

综上所述，长时间的高温逆境不利于棉花的生长发育，具体表现为高温逆境使棉花叶片SOD、POD活性降低，MDA含量上升，从而破坏细胞内活性氧和保护酶系统以及抗氧化剂之间的动态平衡，导致活性氧积累，对细胞造成氧化伤害，最终降低棉花的产量。可见，棉花的高温耐性研究将是未来的一个重要研究方向。

参考文献：

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［2］ Suzuki N，Mittler R.Reactive oxygen species and temperature stresses：a delicate balance between signaling and destruction［J］.Physiologia Plantarum，2006，26：45-51.

［3］ 刘 萍，郭文善，浦汉春.灌浆期高温对小麦剑叶抗氧化酶及膜脂过氧化的影响［J］.中国农业科学，2005，38（12）：2403-2407.

［4］ 曹云英，段 骅，杨立年.减数分裂期高温胁迫对耐热性不同水稻品种产量的影响及其生理原因［J］.作物学报，2008，34（12）：2134-2142.

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［7］ 李合生.植物生理生化实验原理和技术［M］.北京：高等教育出版社，2000.

［8］ 刘天雄，陈进红，何秋伶，等.腐胺引发对2个转基因抗虫杂交棉耐盐性的影响［J］.棉花学报，2013，32 （3）：8-10.

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［11］娄善伟，郭仁松，高云光，等.高产棉花群体结果特征与产量品质形成关系的研究［J］.新疆农业科学，2009，46（3）：567-573.

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Effects of Cotton Physiology and Yield under Warming during the Flower and Boll Stage

PENG Shijie1，ZHOU Zhonghua2，JIANG Jie2，MEI Zhengdin2，ZHANG Zhigang2*
（1 College of Agronomy，Hunan Agricultural University，Changsha，Hunan 410128，China；2 Institute of Cotton Research of Hunan，Changde，Hunan 415101，China）

Abstract：The influences of increasing temperature on the yield，quality and physiological and biochemical indexes of ‘Xiangzamian 7’cotton was studied during the flower and boll stage.The results showed that the leaf SOD and POD activities of increasing temperature treatment is significantly lower than that of the normal temperature，and its MDA content is significantly higher than the normal temperature.The lint cotton yield，boll weight，boll per plant and fiber yield of increasing temperature treatments were significantly lower than that of normal temperature.Therefore，high temperature showed adversity influence the cotton growth and decreased the cotton yield greatly.

Keywords：cotton；flower and boll stage；density；temperature；physiological indexes；yield

基金项目：湖南省自然科学省市联合基金（13JJ8008）。

作者简介：彭世杰（1990-），男，硕士研究生，Email：494778331＠qq.com。*通信作者：张志刚，博士，研究员，Email：247256044＠qq.com。

收稿日期：2015- 10- 13

文章编号：1001-5280（2016）02-0123-04

DOI：10.16848／j.cnki.issn.1001-5280.2016.02.05

中图分类号：S562.01

文献标识码：A