棉花的蕾期耐涝性鉴定及对淹水胁迫的响应

刘小玲，徐道青，郑曙峰，王维，陈敏，阚画春，吴文革

（1安徽省农业科学院棉花研究所/国家棉花改良中心安庆分中心，安徽安庆246003；2安徽省农业科学院水稻研究所，合肥230000）



棉花的蕾期耐涝性鉴定及对淹水胁迫的响应

刘小玲1，徐道青1，郑曙峰1，王维1，陈敏1，阚画春1，吴文革2

（1安徽省农业科学院棉花研究所/国家棉花改良中心安庆分中心，安徽安庆246003；2安徽省农业科学院水稻研究所，合肥230000）

旨在为棉花的抗涝育种和涝害评价指标的筛选提供理论基础。以9个棉花品种（系）为试材，采用裂区试验，在蕾期研究不同淹水历时（10天和20天）对各棉花品种（系）生理及产量和品质构成指标的影响，并从中筛选出耐涝品种（系）和淹水敏感品种（系）。结果表明：（1）丙二醛（MDA）含量、单株干物质质量、单铃重和纤维品质均可作为棉花耐涝性的评价指标；（2）当淹水胁迫持续10天时，不同棉花MDA含量均极显著高于对照（P＜0.01），隶属函数值总和以‘陕6353’最高、‘赣杂108’和‘南通87-1220’次之，分别为2.76、2.23和1.68，而‘中CJ-1’和‘荆杂棉88F1’的隶属值较低；（3）淹水10天的单株干物质累积较对照极显著降低（P＜0.01），隶属函数值总和以‘赣杂108’、‘C111’、‘南通87-1220’和‘陕6353’的较高，分别为2.11、2.13、2.55和2.19，而‘徐棉21号’和‘邯8942’的隶属值较低；（4）淹水10天的单铃重极显著低于对照（P＜0.01），其中，‘赣杂108’、‘南通87-1220’及‘陕6353’较对照单铃重降幅较低，隶属函数值分别为1.00、0.96和0.80，而‘JS11’（0.00）、‘荆杂棉88F1’（0.04）、‘中CJ-1’（0.26）、‘徐棉21号’（0.30）和‘邯8942’（0.33）较低；（5）上半部平均长度、断裂比强度和整齐度指数的隶属值总和以‘赣杂108’、‘陕6353’和‘南通87-1220’较高，分别为2.46、2.17和1.75，而‘JS11’（0.53）和‘邯8942’（1.03）较低。综上，‘赣杂108’和‘陕6353’较为耐涝，‘邯8942’和‘荆杂棉88F1’为淹水敏感品种。

棉花；耐涝性；鉴定；评价指标；蕾期

0　引言

随着中国洪涝灾害的频繁发生，其不可预测性和复杂性给作物生产带来严重的影响，因此作物的耐涝性研究逐渐受到人们的重视［1］。在长江中下游棉区，受降水强度、降水频率及田间排灌不便等因素影响，农田地下水位偏高，表面大量积水，棉花受涝害胁迫严重，近几年尤为明显，这严重抑制了棉花的正常生长发育［2］。淹水胁迫下，植株根系因缺氧而显著降低根系活力，抗氧化酶活性下降，加剧了膜脂过氧化程度，细胞膜结构受到损害，导致根系对水分和养分的吸收及利用受限［3-4］，冬小麦根系在氧浓度低于0.12 mol/m3生长减缓且在3天内停止生长，随着胁迫程度加剧初生根侧根及根毛逐渐发黑死亡，其对水分和矿质营养的吸收能力显著下降［5-6］。

目前，筛选与鉴定耐涝性品种或资源在玉米、小麦、大豆及绿豆等作物上的研究较多，并且通过诸多生理及性状、产量等指标来进行评价与分析。宋晓慧等［7］通过分析电导率与丙二醛含量等指标的增加幅度来比较大豆的耐涝性品种与敏感性品种之间的差异。在棉花上采用逆境生理指示指标评价棉花耐涝渍胁迫及其恢复的研究已有一定的基础，Liu等［8］研究发现棉花苗期淹水胁迫对叶绿素相对含量、叶绿素荧光、渗透调节物质以及抗氧化物酶活性受到不同程度的抑制，丙二醛含量显著增加。杨威等［9］研究发现棉花叶片和根系的超氧物歧化酶和过氧化物酶的活性随受涝天数的延长而下降，丙二醛含量随受涝时间的延长而增加。棉花在涝害胁迫下，叶绿素合成受阻，光合电子传递受限，光合转化效率下降，干物质形成量减少［10］。董合忠等［11］研究发现淹水抑制棉苗株高增长、叶片扩展和干物质积累，降低叶片的净光合速率，叶片膜脂过氧化，MDA含量增加等。长江流域是优质棉的生产基地，近年来时有洪涝出现，蕾期更是棉花受淹的敏感期，筛选出耐涝性的棉花品种或资源对棉花生产具有重要的现实意义。本研究通过蕾期大田模拟淹水试验，研究叶片衰老特性、膜结构稳定性、产量构成及纤维品质等指标差异来筛选棉花的耐涝型与敏感型品种（系），以期为棉花的抗涝育种和涝害评价指标的筛选提供理论基础。

1　材料与方法

1.1试验区概况

本试验于2013年在安徽省农业科学院棉花研究所安庆试验农场进行，土壤基本肥力参数：有机质含量12.31 g/kg，铵态氮含量13.97 mg/kg，硝态氮含量19.78 mg/kg，速效磷含量23.53 mg/kg，速效钾含量129.64 mg/kg。年均降雨量1300～1500 mm。

1.2试验方法

1.2.1试验设计试验采用裂区设计，主区为淹水10天、淹水20天和不淹水（CK），副区为9个品种/系（‘JS11’、‘赣杂108’、‘徐棉21号’、‘中CJ-1’、‘荆杂棉88F1’、‘C111’、‘南通87-1220’、‘邯8942’和‘陕6353’，均从各地农科院及中国农业科学院棉花研究所种质资源库购买）。试验于棉花蕾期（7月18日）开始淹水，淹水时间为10天和20天（分别于7月27日和8月6日结束淹水）。在不同主区中间垒土坝加固，并用加厚塑料膜覆盖土坝两侧密封固定，塑料膜埋深40 cm。淹水处理期间保持水层在3 cm左右（淹没根系），淹水结束后由小型柴油机抽排解除胁迫。试验于2013年5月29日进行营养钵育苗移栽，种植密度3.0万株/hm2，按高产田水平进行田间管理。

1.2.2样品采集和项目测定分别于7月18日、7月28日、8月7日、8月19日及8月29日进行取样，每个处理取具有代表性的棉株2株，另取主茎功能叶倒4叶。测定指标为单株干物质质量、MDA含量、单铃重及棉纤维品质。单株干物质质量测定时先经过105℃杀青，再80℃烘干至恒重。MDA含量测定采用硫代巴比妥酸法，称取0.3 g左右的叶片，液氮冷冻后研磨成匀浆，再加入0.5%硫代巴比妥酸后煮沸10 min，经3000×g离心15 min后，使用紫外分光光度计（Thermo Evolution 201）在532 nm和600 nm处测定吸光度值。单铃重测定是每小区收集50个吐絮铃晒干后称重。纤维品质测定是用HFT9000纤维检测仪进行测定。

1.2.3统计方法利用EXCEL 2010进行数据处理，DPS软件进行方差分析（LSD多重比较）。隶属函数值用于比较某一指标对涝害胁迫的响应程度，其计算公式。

其中X为棉花各品种的某一指标测定值较对照减少百分比，Xmax为测定值的减少百分比的最大值，Xmin则为测定值的减少百分比的最小值。

若某一指标与抗性成负相关，可用反隶属函数计算其抗性。

表1　淹水时间对棉花叶片MDA含量的影响（mmol/g）

表2　不同基因型棉花叶片MDA含量对淹水胁迫的响应（mmol/g）

2　结果与分析

2.1不同基因型棉花叶片MDA含量对涝害胁迫的响应

淹水胁迫对蕾花期的棉花主茎功能叶MDA含量有显著性影响（表1），随淹水历时延长，MDA含量逐渐增加，且差异达极显著水平（P＜0.01），淹水结束初期，淹水10天的MDA含量显著高于对照，淹水20天极显著高于对照及淹水10天的MDA含量，在淹水结束恢复30天后淹水10天和淹水20天的MDA含量仍分别高于对照51.9%、107.2%。不同基因型棉花在淹水10天后MDA含量均发生显著性变化（表2），淹水结束后初、中期均表现出‘邯8942’、‘JS11’、‘徐棉21号’、‘中CJ-1’及‘C111’显著高于‘赣杂108’、‘荆杂棉88F1’、‘南通87-1220’及‘陕6353’，在淹水结束恢复30天后‘邯8942’的MDA含量最高，而‘赣杂108’及‘陕6353’的MDA含量显著低于其他品种。淹水20天处理的不同棉花品种（系）的MDA含量变化规律与淹水10天的较为一致，‘邯8942’、‘JS11’及‘徐棉21号’仍较高，且差异达显著性水平，‘赣杂108’、‘南通87-1220’及‘陕6353’的MDA含量始终保持较低水平。

2.2不同基因型棉花单株干物质质量对涝害胁迫的响应

淹水历时严重抑制棉花单株干物质的积累，且差异达极显著水平（表3）。在淹水10天结束后的30天内单株干物质质量仍极显著低于对照，在恢复30天后开始缓慢增长，且10天内的增长速率为3.16 g/d，低于对照8.68 g/d的增长势。淹水20天处理极显著低于淹水10天及对照，且结束后的22天内无明显增长趋势，在恢复30天后增长量仅为19%，低于对照39.8%的增幅。不同基因型棉花因个体差异单株干物质质量呈显著性差别（表4），其中‘JS11’、‘赣杂108’、‘徐棉21号’、‘中CJ-1’、‘荆杂棉88F1’及‘C111’均显著高于‘南通87-1220’、‘邯8942’及‘陕6353’，在淹水10天结束后，‘C111’的干物质质量显著高于其他品种（系），但较对照降幅较大，‘赣杂108’在淹水结束初期较对照减少的百分比较大，但经一段时间恢复后，较对照减少的百分比明显低于其他处理，‘南通87-1220’及‘陕6353’较对照降幅较小；在淹水20天结束后不同品种（系）棉花单株干物质质量较对照的降幅无明显差别，降幅达70%以上。不同品种（系）棉花在淹水10天结束后单株干物质增长速率在0.2～9.7 g/d之间，‘赣杂108’、‘南通87-1220’及‘JS11’在淹水10天且恢复30天后增长速率明显高于其他处理，分别为9.7、4.6 g/d，且‘赣杂108’较对照的减少百分比最低。而‘徐棉21号’和‘邯8942’增长量较低，分别为0.2、0.8 g/d。在淹水20天结束且恢复20天后不同基因型棉花的单株干物质质量无明显差别，增长速率在0.1～2.7 g/d之间，以‘赣杂108’增长量较多，为2.7 g/d。

表3　淹水时间对棉花单株干物质质量的影响g

表4　不同基因型棉花单株干物质质量对淹水胁迫的响应g

2.3不同基因型棉花单铃重及纤维品质对涝害胁迫的响应

随着淹水时间的延长，棉花产量构成因素之一单铃重和纤维品质中的上半部平均长度、断裂比强度及伸长率均呈极显著降低（表5）。淹水10天的单铃重、上半部平均长度、断裂比强度及伸长率较对照分别降低24.2%、8.3%、6.8%和2.5%。在淹水10天后，‘赣杂108’、‘中CJ-1’的单铃重显著高于其他品种（表6），‘C111’和‘南通87-1220’次之；‘赣杂108’、‘南通87-1220’及‘陕6353’较对照降幅较低，分别为16.4%、17.0%和19.3%，而‘JS11’、‘荆杂棉88F1’、‘中CJ-1’、‘徐棉21号’及‘邯8942’较对照分别降低30.8%、30.2%、27.0%和26.5%。上半部平均长度以‘赣杂108’与‘南通87-1220’显著高于其他品种，以‘邯8942’与‘陕6353’较低。在淹水20天后，不同品种（系）的单铃重及纤维品质，其中以‘中CJ-1’、‘C111’的单铃重较大，而纤维品质无明显优势；‘赣杂108’的单铃重较对照降幅最大，而上半部平均长度及断裂比强度稍高于其他处理；‘南通87-1220’的单铃重、上半部平均长度和断裂比强度较对照降幅均较低，分别为26.8%、8.2%和3.0%。

表5　淹水时间对棉花单铃重及纤维品质的影响

3　讨论

涝害胁迫降低土壤氧的有效性，引起根系呼吸减弱，根系细胞死亡，细胞膜质过氧化加剧，抗氧化物酶活性受损，叶绿素降解，丙二醛含量积累，光合速率的下降以及植株干物质积累与转运减少［12］等，最终导致作物减产20%以上［13-14］。胡江龙等［15］研究发现MDA含量和净光合速率是光合气体交换参数、抗氧化物酶活性等诸多生理指标中关联度变异系数最小，稳定性最高的棉花渍害恢复指示指标。MDA含量随淹水胁迫的加剧而持续增加，较对照显著增加，且不同基因型棉花的MDA含量在不同淹水历时下均呈不同程度的增加趋势，淹水10天的变化幅度小于淹水20天处理，这与李云等［16］通过MDA含量等指标验证油菜苗期耐淹指标的筛选方法，发现不耐淹材料的MDA含量在淹水期间持续上升，且差异显著；耐淹材料在淹水时间较短时变化幅度较小，略有上升后基本保持稳定，膜脂过氧化程度轻于不耐淹材料且生命活性较强的研究结果一致。淹水历时10天和20天均显著降低了棉花单株干物质的累积，这可能与淹水后维管束内部厚壁细胞和皮层厚度变薄有关，田间表现出倒伏率明显上升，与任佰朝等［17］研究淹水后夏玉米基部第3茎节变细，茎秆穿刺强度降低，维管束数目减少，抗倒伏能力降低的结果一致。单铃重是棉花产量的构成因素，淹水胁迫显著降低了棉花的单铃重，这在Hddgson［18］研究棉花受淹后减产主要由铃重降低所致的结果中得以体现，同时与宋学贞等［19］研究棉花在花铃期淹水8天和10天后单铃重分别降低9.5%、9.9%，MDA含量分别升高了9.7%、12.9%的结果相符。李乐农等［20］采用正交组合设计研究结果表明蕾期对淹水最敏感，显著降低棉花平均纤维长度、纤维整齐度指数，淹水显著降低上半部平均长度、断裂比强度、伸长率。

表6　不同基因型棉花单铃重和纤维品质对淹水胁迫的响应

作物的耐涝性是一个复杂的综合性状，前人利用模糊数学中的隶属函数值评价大豆、油菜等多种作物逆境胁迫下的耐涝性，可较为准确地判别不同品种（系）抗逆境胁迫的能力。周广生等［21］用隶属函数求出综合指标的隶属值来评价小麦品种（系）的耐湿性，李贵全等［22］、郭雪松等［23］利用隶属函数求出综合指标的隶属值分别评价不同大豆和油菜品种（系）的耐旱性。

4　结论

不同基因型棉花功能叶的MDA含量、单株干物质质量、单铃重及纤维品质在不同程度上反映棉花受涝害的程度，均可作为棉花耐涝性的评价指标。棉花耐涝性的生理机制是受多因素影响的复杂的数量性状，表中不同基因型棉花耐涝评价指标在淹水10天处理下的差异较为明显，因淹水20天后棉花均受到严重损伤，不能较好的鉴别棉花的耐涝性，因此采用淹水10天下的不同指标的隶属函数值来评价棉花品种（系）的耐涝性较为准确。在淹水10天处理下，MDA含量3个取样时期的隶属值总和以‘陕6353’最高、‘赣杂108’次之、再有‘南通87-1220’，分别为2.76、2.23和1.68；以‘中CJ-1’和‘荆杂棉88F1’隶属值较低，分别为0.36、0.51。‘赣杂108’在淹水10天恢复一段时间后的干物质累积量明显高于其他品种，‘南通87-1220’和‘陕6353’较对照干物质质量降幅较小，而‘徐棉21号’和‘邯8942’增长量较低。不同棉花品种（系）的单株干物质质量的隶属值总和以‘赣杂108’、‘C111’、‘南通87-1220’和‘陕6353’的较高，分别为2.11、2.13、2.55和2.19。在淹水10天后，‘赣杂108’、‘南通87-1220’及‘陕6353’较对照单铃重降幅较低，隶属值分别为1.00、0.96和0.80，明显高于隶属值较低的‘JS11’（0.00）、‘荆杂棉88F1’（0.04）、‘中CJ-1’（0.26）、‘徐棉21号’（0.30）和‘邯8942’（0.33）。纤维品质（上半部平均长度、断裂比强度和整齐度指数）的隶属值总和以‘赣杂108’、‘陕6353’和‘南通87-1220’较高，分别为2.46、2.17和1.75，明显高于‘JS11’（0.53）和‘邯8942’（1.03）。综合以上指标的隶属值可以得出‘赣杂108’和‘陕6353’较为耐涝，‘邯8942’和‘荆杂棉88F1’为淹水敏感品种。

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Waterlogging Stress During Cotton Bud Stage:Tolerance Identification and Responses

Liu Xiaoling1，Xu Daoqing1，Zheng Shufeng1，Wang Wei1，Chen Min1，Kan Huachun1，Wu Wenge2

（1Cotton Research Institute Anhui Academy of Agricultural Sciences/Anqing Branch of National Cotton Improvement Center，Anqing 246003，Anhui，China；2Rice Research Institute Anhui Academy of Agricultural Sciences，Hefei 230000，Anhui，China）

The aim is to provide a theoretical basis for waterlogging-resistance breeding and waterloggingevaluating indicator screening of cotton.9 cotton varieties（lines）were used as materials with split plot experiment.In cotton bud stage，the effects of different waterlogging days（10 days and 20 days）on the physiological indicator，yield and quality indicators were analyzed.And then screen the waterloggingresistance varieties（lines）and waterlogging-sensitive varieties（lines）.The results showed that:（1）MDA contents，dry weight per plant，boll weight，and fiber quality could be used as evaluating indicators of waterlogging resistance；（2）when the waterlogging stress lasted for 10 days，MDA contents of different cotton varieties（lines）were significant higher than that of the control（P＜0.01），‘Shan6353’had the highest sum ofmembership function value，followed by‘Ganza108’and‘Nantong87-1220’，and the value was 2.76，2.23 and 1.68，respectively，while‘ZhongCJ-1’and‘Jinza88F1’had relatively low value；（3）when the waterlogging stress lasted for 10 days，dry weight per plant significantly decreased compared with that of the control（P＜0.01），the sum of membership function values of‘Ganza108’，‘C111’，‘Nantong87-1220’and‘Shan6353’were relatively high，which was 2.11，2.13，2.55 and 2.19，respectively；while‘Xumian21’and‘Han8942’had relatively low sum of membership function values；（4）when waterlogging stress lasted for 10 days，boll weight was significantly lower than that of the control（P＜0.01），‘Ganza108’，‘Nantong87-1220’and‘Shan6353’had little reduction degree，compared with the control；and their sum of membership function values were 1.00，0.96 and 0.80，respectively；while‘JS11’（0.00），‘Jinza88F1’（0.04），‘ZhongCJ-1’（0.26），‘Xumian21’（0.30）and‘Han8942’（0.33）had relatively low valuest；（5）the sum of membership function values of upper half mean length，fiber strength and elongation appeared in‘Ganza108’，‘Shan6353’and‘Nantong87-1220’with higher values of 2.46，2.17 and 1.75，respectively；while‘JS11’（0.53）and‘Han 8942’（1.03）had relatively low values.In conclusion，‘Ganza108’and‘Shan6353’were waterlogging-resistance varieties，while‘Han8942’and‘Jinza88F1’were waterlogging-sensitive varieties.

Cotton；Waterlogging Tolerance；Identification；Evaluation Indicators；Bud Stage

S562

A论文编号：cjas16060020

公益性行业专项“主要农作物涝渍灾害防控关键技术研究与示范”（201203032）；安徽省农业科学院院长青年创新基金“棉花耐涝性鉴定及其生理机理研究”（13B0734）；安徽省油菜棉花产业技术体系专项经费资助；院科技创新团队建设项目“棉花轻简化机械化关键技术创新团队（13C0707）。

刘小玲，女，1984年出生，安徽巢湖人，助理研究员，研究生，硕士，主要从事棉花栽培生理及信息化研究等工作。通信地址：246003安徽省安庆市华圣路21号安徽省农业科学院棉花研究所，Tel：0556-5201096，E-mail：lxlfjj@126.com。

徐道青，男，1976年出生，安徽望江人，副研究员，本科，学士，主要从事棉花栽培生理、新型肥料研究等工作。通信地址：246003安徽省安庆市华圣路21号安徽省农业科学院棉花研究所，Tel：0556-5201096，E-mail：13955600629@139.com。

2016-06-16，

2016-08-23。