密度与棉太金化控对小麦后直播棉成铃及相关生理活性的影响

刘媛媛，林远，刘晓飞，蔡泽洲，陈媛，张祥，陈德华

（扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点，江苏 扬州225009）

棉花是我国重要的经济作物，是除粮食作物之外重要的农产品和战略物资来源[1-4]，对保障以棉花为主要原料的纺织工业健康持续发展意义重大[5-6]。 国家提出了1.2 亿hm2耕地的红线不动摇、确保粮食供应的要求，因此现阶段增加棉花总产只能通过增加单产而非增加面积来实现。 尤其在实行一年两熟制的长江流域，只能在满足粮食生产的前提下种植棉花，采用麦后或者油后移栽棉及小麦后早熟直播棉可以缓解粮棉争地矛盾，但由于移栽棉很难实现机播及机械化采收[7-8]；而应用小麦后直播棉种植方式更容易进行机播机收，实现植棉的轻简化[9-12]，但其配套栽培技术还很不成熟。

密度、化学生长调节剂是调节棉花生长发育的2 个关键因素。 适宜密度和化控措施有利于增加小麦后直播棉的产量[13-14]。 已有研究表明，长江中下游地区密度在6 万株·hm－2以上可提高小麦后直播棉产量，密度和缩节胺配套应用能促进光合产物向棉铃输送，有利于集中成铃[15-16]。 棉太金（质量分数27.5%胺鲜·甲哌钅翁） 是由中国农业大学等单位共同研发的1 种新型棉花化学调节剂，不仅能解决棉花中期旺长、 后期早衰的问题，还能促进前期弱苗的生长，且它对株型的调控效果比缩节胺更好[17-21]。 适宜的密度结合棉太金化控可显著提高小麦后直播棉的籽棉产量[22]，但对其成铃特征与生理活性的影响还未见详细报道。 本试验设置不同密度及棉太金用量，研究其对棉花生长发育的影响， 从而明确适宜长江流域的密度、棉太金用量及其生理机制，为本区域棉花轻简化栽培提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验设计

于2011―2012 年在扬州大学农学院试验田进行，采用小麦后直播方式播种，供试品种为国欣农研会选育的短季棉品种国欣早11-1， 试验设置密度和棉太金用量2 个因素， 密度设7.5 万、9.0万、10.5 万株·hm－23 个水平， 分别以D1、D2、D3表示； 棉太金处理设0、1 170、2 340 mL·hm－23 个水平，分别以CK、T1、T2 表示，苗期（06-08）、盛蕾期（07-24）、盛花期（08-15）、盛铃期（08-30）施用比例为1∶2∶4∶6。 具体试验设计见参考文献[22]。

1.2 调查与测定项目和方法

1.2.1 成铃特性。 于7 月30 日、8 月15 日、8 月30 日、9 月20 日、10 月5 日进行田间调查， 记录成铃数。

1.2.2 SPAD 值。 于7 月15 日、7 月30 日、8 月15 日、9 月20 日 用SPAD-502 叶 绿 素 含 量 测 定仪测定。

1.2.3 棉株功能叶生理指标。 于7 月7 日、7 月15 日、7 月30 日、8 月15 日、9 月20 日分别取棉株功能叶（打顶之前为倒4 叶，打顶之后为倒3叶）3～5 片，用液氮速冻，备用。

可溶性总糖含量：用蒽酮比色法测定，方法参见文献[23]。

可溶性蛋白含量：用考马斯亮蓝G-250 法测定，方法参见文献[23]。

游离氨基酸总量：测定方法参见文献[24]。

1.3 数据处理与统计方法分析

数据用SPSS 17.0 进行处理， 用MS Excel 2003 作图。

2 结果与分析

2.1 密度、棉太金化控对成铃特性的影响

2 年密度与棉太金化控试验结果相似， 随着小麦后直播棉生育进程的推进，群体成铃数均呈逐步增加趋势 （表1）。 不同处理间相比，D3T1、D3T2 8 月31 日成铃数高， 如2011 年D3T1、D3T2 的8 月31 日成铃数分别达72.1 万、75.4 万个·hm－2，显著高于其他处理。7 月20 日―8 月31日是长江流域优质桃（伏桃和早秋桃）形成期。 因此，高密度配合适量棉太金化控有利于小麦后直播棉铃数的增加，特别是优质铃的增加。

表1 密度和棉太金化控对群体（公顷）成铃的影响（2011-2012 年）Table 1 Effect of density and Miantaijin chemical control on boll-setting number per hectare (2011-2012) 104

2.2 密度和棉太金化控对功能叶生理特征的影响

2.2.1 对SPAD 值的影响及SPAD 值对成铃数的影响。表2 表明，7 月15 日以后，随着生育进程的推进，各处理的叶片SPAD 值均表现为逐渐上升的趋势。 进一步分析表明，不同棉太金处理间表现为T2＞T1＞CK， 说明棉太金有利于提高SPAD 值。 但方差分析表明， 不同密度之间叶片SPAD 值无显著差异。

表2 密度和棉太金化控对小麦后直播棉SPAD 值的影响（2012 年）Table 2 Effect of density and Miantaijin chemical control on SPAD value of direct-seeded cotton after wheat harvest (2012)

由图1 可见，7 月15 日、7 月30 日、8 月15日的SPAD 值与8 月31 日的成铃数均表现为开口向下的抛物线关系，且达到极显著水平。说明8月15 日前保持适宜的叶绿素含量有利于优质桃（伏桃、早秋桃）的形成。 这可能与适宜的叶绿素含量有利于棉株保持碳氮平衡有关[25]。

图1 不同时期测定的棉株功能叶SPAD 值与8 月31 日成铃数关系Fig.1 The relationship between SPAD value of cotton plant functional leaves detemined at different times and boll number on August 31

2.2.2 对可溶性糖含量的影响及可溶性糖含量对成铃数的影响。 表3 表明，随着生育进程的推进，各处理叶片可溶性糖含量均表现为先上升后下降再上升的趋势，均在7 月15 日达到最大值。不同处理间相比，D3T2、D2T2、D1T2 较高。 多重比较进一步表明， 不同棉太金处理间表现为T2＞T1＞CK， 说明棉太金化控有利于增加叶片中可溶性糖含量。 不同密度间叶片可溶性糖含量无显著差异。

表3 密度和棉太金化控对棉叶可溶性糖含量的影响（2012 年）Table 3 Effect of density and Miantaijin chemical control on soluble sugar content in cotton leaves (2012) mg·g－1

图2 表明，7 月15 日、7 月30 日功能叶可溶性糖含量与8 月31 日的成铃数呈显著或极显著开口向下的抛物线关系。 可见，8 月15 日前棉株叶片保持适宜的可溶性糖含量有利于优质桃的形成。

图2 不同时期测定的棉株功能叶可溶性糖含量与8 月31 日成铃数关系Fig.2 The relationship between soluble sugar content of cotton plant functional leaves determined at different times and boll number on August 31

2.2.3 对可溶性蛋白含量的影响及可溶性蛋白含量对成铃数的影响。 表4 表明，随生育进程的推进，各处理叶片可溶性蛋白含量的变化趋势与可溶性糖含量变化类似， 均在7 月30 日达到最大值。 不同棉太金处理间表现为T2＞T1＞CK，说明棉太金处理有助于提高其可溶性蛋白含量。方差分析表明，不同密度间叶片中可溶性蛋白含量无显著差异。

表4 密度和棉太金化控对棉叶可溶性蛋白含量的影响（2012 年）Table 4 Effect of density and Miantaijin chemical control on soluble protein content in cotton leaves (2012) mg·g－1

图3 结果进一步表明，8 月15 日前功能叶中可溶性蛋白含量与8 月31 日的成铃数呈开口向下的抛物线关系， 且达到显著或极显著水平。说明棉株功能叶中保持适宜的可溶性蛋白含量同样有利于棉株优质铃的形成。

图3 不同时期测定的棉株功能叶可溶性蛋白含量与8 月31 日成铃数关系Fig.3 The relationship between soluble protein content of cotton plant functional leaves determined at different times and boll number on August 31

2.2.4 对游离氨基酸含量的影响及游离氨基酸含量对成铃数的影响。 表5 表明，随生育进程的推进，其主茎功能叶片中游离氨基酸呈先增加后下降再上升趋势， 且7 月7 日至7 月30 日表现出快速增加的特征， 并于7 月30 日达到最大值。

表5 密度和棉太金化控对棉叶游离氨基酸含量的影响（2012 年）Table 5 Effect of density and Miantaijin chemical control on free amino acid content in cotton leaves (2012) μg·g－1

图4 进一步表明，8 月15 日前游离氨基酸含量与8 月31 日前的成铃数呈显著开口向下的抛物线关系，且达到显著或极显著水平，说明保持棉株叶片适宜的游离氨基酸含量，有利于优质桃的形成。

图4 不同时间测定的棉株功能叶游离氨基酸含量与8 月31 日成铃数关系Fig.4 The relationship between free amino acid content of cotton plant functional leaves determined at different times and boll number on August 31

综上所述，密度和棉太金化控可显著调节小麦后直播棉群体碳氮代谢水平， 保持叶片适宜的碳氮代谢强度有利于群体成铃， 特别是优质桃的形成， 进而为实现集中成铃和高产优质奠定基础。

3 讨论

密度和化控是棉花种植中重要的调节手段。对于传统的育苗移栽棉，一般常规品种种植密度为3.0 万～3.75 万株·hm－2，生育过程中进行4～5 次缩节胺化控， 即通过低密度和缩节胺的协调应用实现棉花高产。 但由于其成铃期长，吐絮期相应持续较长时间，达75 d 左右，需要多次采收[9]， 这已不适应现代农业发展对管理技术轻简化的要求。 对适于轻简化要求的小麦后直播棉通过高密度和棉太金化控的协同应用研究表明，虽播期大幅度推迟，但通过高密度配合棉太金应用同样能实现高产[13,17-18]。 进一步研究表明，密度为10.5 万株·hm－2、 棉太金用量为1 170 mL·hm－2时，群体成铃主要集中在8 月31 日前。 而该时段温度、光照最有利于棉铃发育和纤维品质形成[26]。因此，通过高密度配合棉太金化控不但能实现长江流域小麦直播棉高产[17]，而且可为集中吐絮、一次性人工采收或机械化采收，以及实现优质高产奠定基础。

碳、氮生理代谢决定着棉花产量和品质的形成。 已有研究表明，棉花碳、氮代谢的强度及协调程度都可明显调节棉花产量及其构成[27]。 而密度和化控作为重要的调控技术，对棉花的碳、氮代谢生理均有明显的调节作用[28]。本研究显示，小麦后直播棉关键生育过程中，棉株功能叶碳代谢生理指标（SPAD 值、可溶性糖含量）、氮代谢生理指标（可溶性蛋白含量、游离氨基酸含量）与8 月31日的成铃数都呈显著或极显著的开口向下抛物线关系，表明将小麦后直播棉植株关键生育期叶片碳、氮代谢生理活性保持在适宜的范围有利于优质桃（伏桃、早秋桃）的形成。 且密度为10.5 万株·hm－2条件下， 结合1 170 mL·hm－2棉太金化控可实现该目标。 这与已有研究结果表明的碳、氮代谢强度是品种自身特性、生态条件和栽培技术措施等多种因素共同作用的结果相似[28-30]。 生长后期棉叶中糖及含氮化合物含量的上升，显然与成铃减少，对叶片碳氮养分需求减少有关。 因此，小麦后直播棉种植方式下，高密度和化控技术的协同应用，有利于棉株碳氮代谢生理水平保持在适宜范围内，实现碳氮代谢平衡，促进棉铃特别是优质桃的形成。

4 结论

在植棉密度10.5 万株·hm－2、1 170 mL·hm－2棉太金化控条件下，小麦后直播棉碳、氮代谢水平适宜，成铃数多，特别是优质桃多，可为集中吐絮和机械化采收奠定基础。