生物冷誘導處理棉種對抗逆性和產(chǎn)量的影響

趙麗紅，馮鴻杰，馮自力，魏鋒，張亞林，朱荷琴

（棉花生物學國家重點實驗室/ 中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所，河南安陽 455000）

新疆憑借特有的地域和氣候優(yōu)勢，成為我國最大的棉花種植區(qū)和重要生產(chǎn)基地，但低溫冷害一直是該地區(qū)棉花生產(chǎn)的主要限制因素之一[1]。 據(jù)不完全統(tǒng)計，每年因低溫冷害等因素造成的直接經(jīng)濟損失達數(shù)千億元[2-3]。生物冷誘導可以提高植物的耐寒性，對提高植物抗低溫逆境能力具有十分重要的作用[4-6]，能顯著提高小麥的抗逆性和產(chǎn)量[7]。 為驗證生物冷誘導技術能否提高棉花的抗逆性和產(chǎn)量，為其推廣應用提供依據(jù)，2020 年在中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所石河子試驗站 （新疆石河子市北泉鎮(zhèn)）和中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所病圃（河南省安陽市安陽縣白璧鎮(zhèn)）進行了該技術處理棉花種子的效果試驗。

1 材料與方法

1.1 供試棉花品種

供試棉花品種為中棉所92 和新陸早63，均為非轉基因常規(guī)棉，耐黃萎病。

1.2 田間試驗方法

1.2.1試驗設計。 中棉所92 和新陸早63 的種子（光籽）分別經(jīng)生物冷誘導處理[8]（由華晶農(nóng)業(yè)科學研究院進行），以常規(guī)儲存種子（光籽）為空白對照（CK）。 安陽試驗點于2020 年5 月11 日播種，行距80 cm，株距25 cm。 各處理設3 次重復，共12 個小區(qū)；每個小區(qū)6 行，行長8 m，面積38.4 m2。 新疆石河子試點于2020 年4 月23 日播種。 種植模式：地膜覆蓋，1 膜6 行，寬行、窄行行距分別為66 cm、10 cm，株距8 cm。 3 次重復，每個重復6行，每穴播種2 粒，留苗1 株。除小區(qū)試驗外，2 個品種的示范面積均為666.7 m2， 對照示范面積均為133.3 m2。

1.2.2田間調查項目及方法。（1）出苗率。新疆試驗點：每小區(qū)固定2 個點，每個重復固定2 行（約50粒），播種后第7 天開始調查出苗數(shù)，直到不再出苗為止。安陽試驗點：每小區(qū)固定2 個點，每個重復固定4 行（約100 粒），播種后第7 天調查出苗數(shù)。 根據(jù)2 個試驗點的出苗數(shù)據(jù)計算出苗率。 （2）株高和單株鮮物質質量。 定苗前取樣，安陽試驗點于6 月4 日、新疆石河子試點于6 月5 日每個小區(qū)隨機取苗10 株，測量株高和單株鮮物質質量。 （3）棉花根系生長及其他農(nóng)藝性狀。各小區(qū)于6 月5 日取樣觀察棉苗根系生長情況。 于棉花現(xiàn)蕾初期，田間觀察冷誘導處理和對照材料的農(nóng)藝性狀，如株型、葉色、莖色以及莖毛數(shù)量、腺體數(shù)量、果枝數(shù)等。 （4）抗黃萎病鑒定。于花鈴期按全國統(tǒng)一病情分級標準5 級分級法[9]調查發(fā)病情況并計算病情指數(shù)，每小區(qū)固定2 行，3 次重復， 調查2 個品種在處理和對照條件下的黃萎病發(fā)生情況，每7 d 左右調查1 次，調查2～3 次[10-11]。 （5）蕾鈴脫落率和產(chǎn)量。 新疆石河子試點于8 月30日，每小區(qū)連續(xù)調查100 株，計算蕾鈴脫落率。 9 月底棉花完全吐絮后，每小區(qū)選中間4 行，測定各小區(qū)鈴重、產(chǎn)量和衣分，實收測產(chǎn)。 （6）纖維品質。新疆石河子試點于收花期在每小區(qū)收取成熟的中部鈴50 個， 軋花后取纖維樣品送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質監(jiān)督檢驗測試中心測定纖維品質5 項指標（纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度、馬克隆值和斷裂伸長率）。

1.3 室內(nèi)試驗方法

1.3.1發(fā)芽率測定試驗。將生物冷誘導處理的中棉所92 和新陸早63 種子及其對照種子各50 粒播種于發(fā)芽盒沙培[12]，于播種后3 d、5 d、7 d 按照國家標準GB 4407.1－2008[13]測定處理和空白對照的發(fā)芽率。

1.3.2株高和單株鮮物質質量。將生物冷誘導處理的中棉所92、新陸早63 及對照棉種播種于發(fā)芽盒沙培，7 d 后，各取30 株，測量株高和單株鮮物質質量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

用Microsoft Excel 2007 進行數(shù)據(jù)計算， 采用SPSS 19.0 軟件進行方差分析， 采用Tukey’s 法分析處理間差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 生物冷誘導處理對棉花種子發(fā)芽率和出苗率的影響

在播種后的第3 天、第5 天和第7 天，經(jīng)生物冷誘導處理的2 個棉花品種的發(fā)芽率均高于對照（表1）。 其中，生物冷誘導處理的中棉所92 在3 個時間點的發(fā)芽率均顯著或極顯著高于對照；生物冷誘導處理的新陸早63 在3 個時間點的發(fā)芽率均高于對照，但差異不顯著（表1）。 該結果表明生物冷誘導處理有利于提高室內(nèi)棉花種子的發(fā)芽率，但其效果在不同品種之間有差異。

生物冷誘導處理后2 個棉花品種在安陽和石河子試點的出苗率均低于對照（表1），但差異均不顯著，表明生物冷誘導處理對棉花種子田間出苗無顯著影響。

表1 處理間棉花種子發(fā)芽率和出苗率的比較 %

2.2 生物冷誘導處理對棉花株高、 單株鮮物質質量的影響

播種7 d 后室內(nèi)沙培結果（表2）顯示：經(jīng)生物冷誘導處理后，中棉所92 的株高顯著高于對照，單株鮮物質質量極顯著高于對照；而生物冷誘導處理后的新陸早63 的株高和單株鮮物質質量雖均高于對照，但差異均不顯著。 表明生物冷誘導處理能促進中棉所92 棉苗生物量的積累，但對新陸早63 的作用不顯著。

安陽試驗點定苗前的調查結果（表2）表明：生物冷誘導處理的中棉所92 和新陸早63 的株高和單株鮮物質質量與對照差異均不顯著。

新疆石河子試點定苗前的調查結果 （表2）顯示：生物冷誘導處理的中棉所92 的株高高于對照，但差異不顯著，而其單株鮮物質質量極顯著高于對照。生物冷誘導處理的新陸早63 的株高低于對照，單株鮮物質質量高于對照，但差異均不顯著。 表明在新疆石河子生物冷誘導處理對2 個品種的株高和新陸早63 的單株鮮物質質量影響不顯著， 但能顯著提高中棉所92 的單株鮮物質質量。

表2 處理間棉苗株高和單株的鮮物質質量比較

2.3 生物冷誘導處理對棉花苗期根系生長及其他農(nóng)藝性狀的影響

2.3.1苗期根系生長。 根系生長情況觀察結果表明，生物冷誘導處理種子后，中棉所92 棉苗的側根數(shù)量多于對照（圖1），而新陸早63 棉苗的根系生長情況和對照差別不明顯（圖2）。 表明生物冷誘導處理可能對棉花根系生長有促進作用，且對中棉所92 的效果優(yōu)于新陸早63。

圖1 不同處理下中棉所92 的根系生長情況

圖2 不同處理下新陸早63 的根系生長情況

2.3.2其他農(nóng)藝性狀。 田間觀察結果顯示，生物冷誘導處理種子對這2 個品種的株型、葉色、莖色以及莖毛數(shù)量、腺體數(shù)量、果枝數(shù)等無顯著影響。

2.4 生物冷誘導處理對棉花黃萎病的影響

在安陽病圃和石河子試驗站，生物冷誘導處理的中棉所92 的黃萎病發(fā)病率和病情指數(shù)均低于對照，其中在石河子試驗站差異顯著（表3）。 生物冷誘導處理后，新陸早63 在安陽病圃、石河子試驗站的黃萎病發(fā)病率和病情指數(shù)均高于對照，但均未達到顯著水平。表明生物冷誘導處理對不同品種黃萎病抗性的影響不同，可在石河子試點顯著提高中棉所92 的抗病性，但對新陸早63 作用不顯著。

表3 不同處理下棉花黃萎病發(fā)生情況

2.5 生物冷誘導處理對棉花產(chǎn)量的影響

生物冷誘導處理下2 個品種的蕾鈴脫落率都低于對照，但差異不顯著。 經(jīng)生物冷誘導處理的中棉所92 和新陸早63 的鈴重與對照相當，衣分均高于對照，但差異不顯著；小區(qū)試驗中，生物冷誘導處理的中棉所92 和新陸早63 的籽棉產(chǎn)量分別比對照增產(chǎn)3.6%和6.4%，但差異不顯著。 小面積示范試驗中測產(chǎn)結果表明， 生物冷誘導處理的中棉所92 和新陸早63 的籽棉產(chǎn)量分別比對照增加9.6%和8.2%（表4）。

表4 石河子試點處理間棉花產(chǎn)量的比較

2.6 生物冷誘導處理對棉花纖維品質的影響

經(jīng)測定， 生物冷誘導處理對中棉所92 和新陸早63 的纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂比強度、馬克隆值和斷裂伸長率均無顯著影響（表5）。

表5 石河子試點處理間棉花纖維品質的比較

3 討論與結論

生物和非生物逆境是限制我國棉花生產(chǎn)的重要因素。低溫造成的災害主要發(fā)生于棉花的生長前期[14-17]，嚴重時導致棉苗凍死。 高溫也會造成傷害，夏季白天37～39 ℃持續(xù)12 h 以上的天氣超過7 d時，會造成花粉敗育、蕾鈴脫落[3]。 低溫傷害造成農(nóng)作物及果樹等大幅度減產(chǎn)，是世界范圍內(nèi)普遍存在的嚴重問題[18-19]。 生物冷誘導處理技術對棉花種子處理后，能夠提高棉花的抗逆性和產(chǎn)量，但品種間存在差異，具體結論如下：（1）在室內(nèi)沙培條件下，生物冷誘導技術可以提高棉花種子的發(fā)芽率和生物量，但在不同品種之間有差異。中棉所92 和新陸早63 的發(fā)芽率和出苗率較低的原因可能是種子在實驗室保存的時間較長。室內(nèi)試驗發(fā)芽率高的棉花種子在大田條件下出苗率不一定高，其原因有待進一步研究。（2）在大田條件下，生物冷誘導處理對棉花種子田間出苗率、株型、葉色、莖色、莖毛數(shù)量、腺體數(shù)量、果枝數(shù)等均無顯著影響，能顯著提高石河子試點中棉所92 的棉苗生物量，但對新陸早63 作用不顯著。 （3）生物冷誘導處理對黃萎病的影響在不同品種之間有差異，在石河子試點顯著提高中棉所92 的抗病性，但對新陸早63 作用不顯著。（4）生物冷誘導處理后中棉所92 和新陸早63 的籽棉產(chǎn)量分別提高9.6%和8.2%，提高了衣分，但對鈴重影響不大。 （5）生物冷誘導處理棉花種子對2 個棉花品種的纖維品質均無顯著影響。 總之，采用生物冷誘導技術處理棉花種子對棉花生長無不良影響，能提高棉花的籽棉產(chǎn)量、發(fā)芽率、田間出苗率、抗病性等，但其效果在不同品種不同地區(qū)之間有差異。