不同浓度乙烯利复配剂对棉花的打顶效应

路 茜,李鹏兵,李明华,文 明,董志强,芦 阳,刘 扬,,马富裕,

(1.石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态重点实验室, 新疆石河子 832003;2.新疆维吾尔自治区科技人才开发中心, 乌鲁木齐 830026;3.现代农业生产信息化管理与应用技术国家地方联合工程研究中心(新疆兵团), 新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意义】打顶整枝是解决棉花无限生长、调节光合产物向棉铃运输、提高产量的一项重要技术[1]。当前生产上普遍采用的人工打顶方式,耗时耗力、效率较低下,与棉花轻简化栽培有一定的距离,化学打顶是利用植物生长延缓或抑制剂减缓棉花顶端生长,较人工打顶更加节省时间劳力、方便快捷,而适宜的化学打顶剂配方及其作用机理深入研究是实现棉花全程机械化栽培至关重要的一步。【前人研究进展】化学打顶可通过调控株高、节间长度和果枝长度,塑造合理的株型,形成有利于提高光能利用率的冠层结构,减弱棉花横向生长,塑造棉花紧凑株型,改善棉田通风透光能力,利于机械化操作,并可以提高棉花产量[2-4]。合理使用植物生长调节剂能够塑造作物理想株型,增强光能利用率,促进光合产物向生殖器官的转运,提高作物增产潜力。烯效唑(Uniconazole,S3307)是一种新型植物生长延缓剂,可抑制细胞伸长,影响作物生长发育形态[5]。倪皖莉等[6]研究结果表明,叶面喷施烯效唑可增加主茎直径,烯效唑浓度越大,花生植株表现越矮壮;闫艳红等[7]研究表明,烯效唑前期控制大豆叶片徒长,后期促籽粒生殖生长,对构建稳定的株型有调控作用。乙烯利(Ethephon,ETH)是一种生长延缓剂,对植物体内的吲哚乙酸氧化酶具有一定的作用,可以降低植物体内的吲哚乙酸水平,并且延缓吲哚乙酸的形成速度,对赤霉素和细胞分裂素的形成具有抑制作用。乙烯利对于荔枝和龙眼冬梢的生长具有显著的抑制作用[8-9]。【本研究切入点】有些市售化学打顶产品存在效果不稳定、作用机理不明确等问题,且关于植物生长调节剂复配试剂对棉花打顶效应研究较少。需研究不同浓度乙烯利复配剂对棉花的打顶效应。【拟解决的关键问题】采用叶面喷施不同浓度乙烯利与烯效唑复配试剂,研究外源复配剂处理对棉花生长发育及产量形成的作用规律,筛选出具有打顶效应的复配剂,为新疆滴灌棉花化学打顶技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2020年在新疆生产建设兵团第八师石河子大学试验场(44°29'N,86°1'E)进行,供试品种鲁棉研24,2020年4月18日播种,7月5日打顶,9月30日收获,种植模式为1膜3行3带的等行距种植方式,行距为76 cm,株距为9.5 cm。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

试验于蕾期棉花现蕾2～3个(6月10日左右)开始进行第一阶段喷施,试剂采用低浓度烯效唑进行喷施;盛花期(7月10日左右)开始第2阶段喷施,试剂采用较高浓度烯效唑与不同浓度乙烯利(C1: 0 mg/L、C2: 100 mg/L、C3: 200 mg/L、C4: 400 mg/L、C5: 800 mg/L)复配喷施,两阶段各喷施3次,间隔10 d,以人工打顶(CK)作为对照。试剂使用单肩式喷壶进行叶面喷施,喷至叶片湿而不滴状态,喷量为225 L/hm2,清水处理喷施同等剂量。随机区组试验,3次重复,小区面积为28.5 m2(2.28 m×12.5 m),其它栽培措施均按高产田栽培要求进行。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 农艺性状

每小区标记10株长势一致的棉花,在棉花主要生育时期进行棉株主茎日增长量的测定,棉花吐絮期测定其株高、果枝台数、节间长、叶龄等农艺性状。

1.2.2.2SPAD

在棉花主要生育时期每小区选取5株长势一致的棉花,用SPAD-502测量棉花主茎倒四叶叶片相对叶绿素含量,打顶后依次测倒3叶、倒2叶、倒1叶。

1.2.2.3 干物质

在棉花盛蕾期(FS)、盛花期(FF)、盛铃前期(EFB)、盛铃后期(LFB)、吐絮期(BO),每个小区选取具有代表性的3株棉花自子叶节以上将其分解为叶片、茎秆和生殖器官3部分,于烘箱中105℃下杀青30 min后,85℃烘干至恒重,测定干物质。

1.2.2.4 成铃特性

在棉花吐絮期,各小区选取10株长势一致的棉株调查其成铃个数,计算成铃率与双铃率:

成铃率=相同果枝结铃株数/10×100%;

双铃率=相同果枝双铃株数/10×100%。

1.2.2.5 产量

于吐絮期在各小区选取6.75 m2面积,统计其株数、铃数,连续取50朵完全吐絮棉铃,称量,测定平均铃重,计算籽棉产量,轧花后计算衣分。

1.3 数据处理

试验数据分析采用Excel 2019,方差分析采用SPSS 25.0,作图采用Origin 2019 b。

2 结果与分析

2.1 不同处理对棉花农艺性状的影响

研究表明,与人工打顶相比,复配试剂喷施后棉花主茎依旧继续生长,而随着复配试剂中乙烯利浓度的升高,新生主茎生长呈现出逐渐减缓的趋势。各处理自喷施以后相较于人工打顶,新生主茎长度分别高出其0.93～1.96 cm、3.42～5.67 cm、3.95～8 cm、4.52～9.8 cm;相较于乙烯利浓度为0处理,其它浓度乙烯利处理最终新生主茎长度较其降低10.9%～34.67%。图1

各处理下棉花株高均相对较高,其中C1、C2、C3、C4处理下株高均显著高于CK处理10.55%～21.26%。随之增加的是棉花果枝台数及叶龄,同CK相比,各处理均显著增加棉花果枝1.9～2.7台;并显著提高棉花叶龄2～3.2。随着乙烯利浓度的升高逐渐缩短,其中C4、C5处理同CK相比分别显著缩短7.21%、7.75%。表1

图1 不同处理下棉花新生主茎长度变化

表1 各处理下棉花农艺性状变化Table 1 Effects of different treatments on agronomic traits of cotton

2.2 不同处理对棉花SPAD值的影响

研究表明,SPAD值随着棉花生育进程的推移呈现出先增高后降低的趋势,各处理在播后101 d达到峰值。播种后76 d内各处理间没有差异,自播种后101 d起,经过不同复配调节剂喷施处理后,棉花SPAD值均高于人工打顶,其中,C3处理较CK显著高出8.22%,在播种后125 d,C3处理较C5、CK分别显著提高5.28%、8.46%。图2

2.3 不同处理对棉花干物质重量的影响

研究表明,棉花各部分干物质重量均呈现“S型曲线”增长趋势。其中叶片和茎秆干物质重量表现出先增加后降低的规律,在盛花期、盛铃前期、盛铃期没有差异,盛铃后期C3处理叶片干物质重量较CK显著提高16.97%,茎秆干物质重量较处理C5、CK分别显著提高11.62%、14.57%,在吐絮期,C3处理叶片干物质重量较CK显著提高22.56%,茎秆干物质重量较处理C5、CK分别显著提高12.35%、13.92%;生殖器官干物质重量表现出前期增长迅速后期增长减缓的规律,于盛铃期开始表现出差异,其中处理C2、C3、C4均显著高于CK,在盛铃后期,处理C3干物质重量达最大,与处理C1、C5、CK存在显著性差异,在吐絮期,处理C3仍保持最大,较处理C1、C4、C5、CK均存在显著性差异,处理C3两时期分别较CK提高38.68%、36.6%。图3

注:不同小写字母表示于 0.05 水平差异显著,下同

2.4 不同处理对棉花成铃率和双铃率的影响

研究表明,不同处理对棉花成铃空间分布影响显著,各处理棉花成铃主要呈现出由主茎下端至上端、近主茎端至远主茎端逐渐递减的规律。棉花成铃主要集中在中下部,与CK相比,各处理提高棉花果枝中下部成铃率0.42%～6.25%,其中处理C2、C3较CK分别提高双铃率0.42%、5.83%。不同处理对棉花上部成铃率影响较大,同CK打顶处理相比,不同处理均增加了棉株上部结铃数,其中处理C3上部成铃率高达47.5%,较CK提高36.67%,而随着乙烯利浓度的升高,棉株上部结铃数有所减少,处理C5上部成铃率达24.17%,仅高出CK 13.33%。图4

注:FF、EFB、FB、LFB、BO分别表示盛花期、盛铃前期、盛铃期、盛铃后期、吐絮期

2.5 不同处理对棉花产量的影响

研究表明,不同处理主要表现在对棉花单株铃数的影响较大,对棉花单铃重和衣分则没有显著影响。与CK相比,不同处理均能提高棉花单株铃数与籽棉产量;相较于其它处理,C3处理下单株铃数最大,高出其它处理0.3～1.6个,较CK显著提高18.18%;籽棉产量在C3处理下达到最大,与CK相比,增加籽棉880.5 kg/hm2,显著提高17.64%。表2

3 讨 论

棉花在化学打顶后株高虽高于人工打顶,但株宽、果枝长等显著低于人工打顶,因而株型更紧凑、冠层透光性好[10-11]。化学打顶棉花上部果枝结铃数和内围铃数略高于人工打顶,铃重与人工打顶的相当,衣分略有降低,籽棉和皮棉产量与人工打顶相当且有增产潜力,对综合纤维品质无显著影响[12]。研究发现,不同浓度乙烯利与烯效唑复配喷施处理均可在一定程度上控制棉花顶端生长,而随着乙烯利浓度的升高,主茎日增长量降低愈发明显,相比人工打顶,不同处理均缩短了节间长,增加了棉花果枝台数及叶龄,进而增加了棉株上部结铃,将棉花顶端优势转化为产量优势。可能是因为乙烯利与烯效唑均降低了促进棉花顶端生长的赤霉素与吲哚乙酸的含量[13-14],顶端与侧枝的生长平衡被重新规划,弱化纵向生长,强化横向发育,有利于塑造合理株型,进而提高增产潜力。

棉花化学打顶后叶片叶绿素含量高,持续时间长,光合作用时间延长,保证了群体光合能力在提高的同时延长其持续时间[15]。乙烯利与烯效唑均能通过增强作物体内的过氧化酶活性,减弱顶端优势,抑制节间生长[16-17],其中烯效唑能提高叶片中叶绿素含量,延长叶绿素含量的缓降期,提高光合参数[18],但因为乙烯利水解所产生的乙烯和酸物质会通过诱导或起始乙烯信号途径,造成叶绿素的降解,最终会加速叶片衰老[19-21]。研究发现随着乙烯利浓度的升高,棉花叶片SPAD值出现先升高后降低的趋势,复配试剂中烯效唑的存在可以抑制乙烯利对叶绿素的降解,但当乙烯利浓度超过200 mg/L以后,棉叶SPAD值逐渐降低,烯效唑对乙烯利降解叶绿素的缓解作用就越小。

乙烯利可以促进作物叶片光合作用,提高净光合速率,增强同化物合成与输出能力,从而提高产量[16、22]。烯效唑能够有效提高作物各生育时期光合作用能力,促进碳代谢产物及光合产物的积累,有利于提高产量[23-24]。研究发现C3处理在棉花盛铃后期可显著提高叶片及茎秆干物质积累量,同时期的生殖器官干物质积累量也达到最大。与人工打顶相比,不同处理均增加了棉花上部结铃数,烯效唑与乙烯利同时减缓了棉株顶端生长优势,使营养物质向侧枝转运减少生长冗余,促进棉铃的形成,且对棉花单铃重影响不大,最终转化为产量优势。

4 结 论

在棉花蕾期喷施烯效唑、盛铃期喷施烯效唑+不同浓度乙烯利复配试剂可以在一定程度上控制棉花株高,增加果枝台数、叶龄,缩短主茎节间长,减弱棉花纵向生长优势使之形成紧凑株型,有利于棉花顶部产生的营养物质更偏重向旁枝的运输;提高棉叶SPAD值,保证棉株光合作用的可持续且高效进行,扩大光合产物向生殖器官的转运量,促进棉株上部成铃,增加单株铃数。随着盛铃期喷施复配试剂中乙烯利浓度的升高,棉株纵向生长抑制效果表现越好,但随之乙烯利对棉叶中叶绿素的降解作用越明显,不利于光合产物的形成,棉花产量得不到保障。盛铃期喷施烯效唑与200 mg/L乙烯利复配试剂效果最佳,可用于棉花化学打顶。