不同土壤湿度对棉花苗期生长及生理机制的影响

张教海++别墅++王孝刚++夏松波

摘要：不同土壤湿度（15%、35%、55%、75%、95%、115%）对棉花（Gossypium hirsutum L.）苗期生长和若干生理指标的影响。试验结果表明，棉苗正常生长土壤适宜含水量为55%～75%，过多过少均不利于棉苗健壮生长。棉花苗期受水分胁迫，植株可溶性蛋白质含量、脯氨酸（Pro）含量增加；水分胁迫处理初期，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性增强，随着胁迫时间的延长，抗氧化酶活性不断降低；植株真叶数、株高、茎粗以及干重和鲜重明显减少，根系干重和鲜重也同样降低。

关键词：棉花（Gossypium hirsutum L.）；土壤湿度；苗期生长；生理机制

中图分类号：S562；S152.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）22-5761-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.009

Influence of Different Soil Moisture on Growth and Physiology of Cotton Seedling

ZHANG Jiao-hai， BIE Shu， WANG Xiao-gang， XIA Song-bo

（Economic Crop Institute， Hubei Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Cotton Biology and Breeding in the Middle Reaches of the Changjiang River， Wuhan 430064， China）

Abstract：In this experiment six soil water contents of 15%， 35%， 55%， 75%， 95% and 115% were used to study the effect of soil moisture on the growth and physiology of cotton seedling. The result showed that the optimal soil moisture content is 55%～75%； Either too much or too little soil moisture would retard the growth of the seedling. During water stress， the height， stem diameter， dry and fresh weight of plant remarkably decreased； the soluble proteins and Pro of leaf increased. At the early stage of water stress， the activity of SOD and POD was enhanced， but decreased as the time extension of water stress.

Key words： cotton（Gossypium hirsutum L.）； soil moisture； seedling growth； physiological mechanism

为了应对棉花（Gossypium hirsutum L.）产业低迷导致棉农植棉积极性大幅下挫的现状，长江流域棉区正积极探索发展省工节本的全程机械化、轻简化生产技术，以替代传统的费工高投、精耕细作的栽培措施。新种植方式的代表棉花麦（油）后直播机采技术正成为本棉区研究热点[1-4]，该种植模式棉花苗期正值渍涝多发的季节，病害滋生、僵苗迟发，严重阻碍棉花的壮苗早发和丰产目标的实现。本试验通过土壤不同含水量对棉花苗期生长及生理机制影响的研究，以明确棉花苗期正常生长对应的土壤含水量的临界范围；研究棉花苗期受水分胁迫后较为敏感的形态、生理指标，为培育壮苗、筛选耐渍材料提供理论指导。

1 试验设计

為了避免自然降雨对土壤含水量的影响，试验于2015年在湖北省农业科学院经济作物研究所遮雨棚进行，供试品种为创杂75，采用套盆法，大盆（外盆）内径为42.5 cm、高50.0 cm，小盆（内盆）内径为36.5 cm、高41.0 cm。在大小盆间隙注水，通过小盆侧壁打孔的位置调节土壤含水量。每盆留苗6株，分别于处理当天、1、3、5、7、10、15、20 d取样，3次重复。

分别对棉花进行不同土壤水分处理，设置为： J1.不打孔，土壤含水量控制在15%左右；J2.距内盆底5 mm处打1个孔，土壤含水量为最大持水量的35%左右；J3.距内盆底15 cm，每隔5 cm打1个孔，共计3个孔，土壤含水量为最大持水量的55%左右；J4.距内盆底25 cm处打孔，每隔5 cm打1个孔，共计5个孔，土壤含水量为最大持水量的75%左右；J5.距内盆底35 cm处打孔，每隔5 cm打1个孔，土壤含水量为最大持水量的95%左右。J6.距内盆底35 cm处打孔，每隔5 cm打1个孔，土壤含水量为最大持水量的115%。

2 测定项目及方法

2.1 形态指标

株高、真叶数测定。株高是用直尺测量植株基部至最高处的高度；游标卡尺测定茎根结合部直径；利用叶面积测定仪测定功能叶面积。

2.2 地上部和地下部干重和鲜重

釆用烘干法测定。将地上部和根系分置于牛皮纸袋中，于105 ℃下杀青1～2 h后，置于80 ℃下烘至恒重，用分析天平称重。

叶片过氧化物酶（POD）活性、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白质含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性按相关试剂盒要求进行测定。

3 结果与分析

3.1 不同土壤水分处理对棉苗生长的影响

主茎真叶片日增长量以55%的水分处理最高，为0.25片/d；115%处理最少，为0.10片/d，其次为15%处理，每天增加0.19片叶。株高日增长量也是55%水分处理最高，为0.88 cm/d；其次为95%、35%、75%水分处理；115%处理最少，为0.19 cm/d。不同水分处理后20 d，55%水分处理有3层果枝、 3个蕾，15%和35%水分处理均为2层果枝2个蕾，115%水分处理没有果枝和蕾（表1）。表明55%的土壤含水量适宜棉苗生长发育。

3.2 不同含水量对棉苗地上地下干重和鲜重的影响

不同水分处理20 d后，地上部鲜重以55%处理最高，其次为35%处理、75%处理，115%处理最低，不到55%处理的1/3；地下部鲜重表现为55%处理>35%处理>75%处理>95%处理>15%处理>115%处理，全株鲜重55%处理为23.80 g，分别为115%处理和15%处理的2.8和2.1倍。不同水分处理对棉苗干重影响与鲜重表现一致，55%处理干物质积累最多，为3.16 g；其次为35%处理、75%处理；115%处理干物质积累只有55%处理的1/2左右。鲜重根冠比方面以115%处理最高，其次为15%处理，75%处理居中。以75%处理为临界，水分越少根冠越大，水分稍高根冠比降低，再高根冠比反而上升（表2）。土壤适宜含水量是棉苗健壮生长的必要环境条件，水分过多或过少阻碍棉苗正常生长发育。

3.3 不同水分处理对棉苗生理生化指标的影响

土壤含水量115%、95%在水分处理1 d后其叶片POD活性即达到最大值，此后活性快速下降，在7 d时又有回升，再缓慢降低；15%水分处理POD活性持续5 d以上，然后缓慢下降；其余水分处理在 5 d时最高。水分处理7 d后POD活性由高至低依次为115%、95%、35%、55%、15%和75%（图1）。

从不同水分处理棉苗叶片SOD活性看，115%处理在1 d后即达到最大值，15%处理前期呈持续增长，5 d达到峰值。水分处理15 d后95%处理SOD活性最高，其次为115%处理，75%处理最低（图2）。

不同的水分处理棉苗的脯氨酸（Pro）含量第一天小幅增加，其后逐渐降低，7 d时75%和55%两个处理再次出现小高峰，然后回落；15%水分处理在 5 d时呈第二峰值，10 d后再次大幅上升；115%处理在5 d后持续上升（图3）。

不同水分处理叶片可溶性蛋白质含量呈先下降后上升趋势，15%处理和115%处理下降得较快。水分处理5 d后15%处理可溶性蛋白质含量快速增加，15d时叶片可溶性蛋白质含量从高至低依次为55%处理>75%处理>35%处理>15%处理>95%处理>115%处理（图4）。

4 小结与讨论

王娟等[5]和李少昆等[6]研究了不同生育期干旱胁迫对棉花生长发育、叶片生理指标及生物量的影响，本研究主要侧重于明确棉花苗期水分胁迫发生的土壤水分含量以及棉花幼苗受水分胁迫的形态以及生理生化的变化。结果表明棉苗正常生长土壤适宜含水量为55%～75%，过多过少均不利于棉苗健壮生长。土壤水分盈缺打破了棉花幼苗原有的生理平衡，水分处理初期，超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性增强，最大可能保证棉花幼苗进行正常的生理生化代谢，随着时间的延长，抗氧化酶活性不断降低。棉花苗期受水分胁迫，植株通过增加可溶性蛋白质含量、脯氨酸含量进行渗透调节，以维持细胞内外渗透压的平衡，但整个碳同化的结构基础和生理过程遭到破坏。这些生理生化的变化也體现在植株形态指标，地上部的真叶数、株高、茎粗以及干鲜重减少，根系鲜干重同样也降低。

同时，渍害（95%、115%）胁迫20 d后，棉苗生长虽然受阻，发育迟缓，但还没有停止生长，原生根系虽变黑坏死，但下胚轴新发出许多不定根，说明棉花具有一定的耐渍涝特性，其相关机理需进一步探讨。

参考文献：

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[5] 王 娟，危常州，朱金龙，等.不同生育期干旱胁迫对棉花叶片生理指标及生物量的影响[J].新疆农业科学，2014，51（4）：596-604.

[6] 李少昆，肖 璐，黄文华，等.不同时期干旱胁迫对棉花生长和产量的影响Ⅱ棉花生长发育及生理特性的变化[J].石河子大学学报（自然科学版），1999，3（4）：259-264.