调亏灌溉对棉花生长及渗透调节物质的影响

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　　 摘要：膜下滴灌技术因显著的节水效果在新疆棉田大面积应用。但是新疆棉花生育期灌水量依旧大于棉花生长所需灌水量，面对水资源紧缺的环境，以CCRI-60和CCRI-92这2个棉花品种为供试材料，设置CK（4 500 m3/hm2）、W1（3 000 m3/hm2）、W2（1 500 m3/hm2）3个调亏灌溉定额，以期探明调亏灌溉对棉花生长发育及渗透调节物质的影响。结果表明：随着生育期的推进，调亏程度的增加使2个棉花品种生长受到抑制，主茎较矮。CCRI-60各处理干物质稳步增加，CCRI-92随着调亏程度的加大，干物质量增长缓慢。2个品种根冠比先下降后上升，其中W1、W2处理在生育末期根冠比明显增加。各处理生殖器官比例稳步增加，其中CCRI-60在生育末期有所降低。各处理叶片可溶性糖逐渐增加，并随着调亏程度的增加而增加。CK叶片可溶性蛋白的含量逐渐下降，W1、W2处理呈现先下降后上升的趋势。CK处理叶片脯氨酸含量变化不大，W1、W2处理总体呈先下降后上升的趋势，CCRI-92的W2处理在生育后期明显高于CK、W1。CCRI-60各处理叶片MDA含量逐渐升高，其中W2处理在播种后61～124 d上升缓慢，在生育末期上升加快，CCRI-92处理总体呈先下降后上升的趋势。
　　 关键词：棉花;节水;调亏灌溉;渗透调节;生长发育
　　 中图分类号： S562.07 文献标志码： A
　　 文章编号：1002-1302（2020）07-0096-06
　　 新疆是我国最大的棉区。该区的光热资源十分适合棉花生长，但水资源短缺也是新疆棉区对棉花生长的主要限制因素之一。为了保证新疆农业可持续发展，必须最大限度地节约农业灌溉用水[1]。理想的农业灌水效果应该是在较大幅度减少灌溉用水的情况下使作物保持产量或者略微增产，调亏灌溉是基于这一思路建立的以追求节水不减产为目标的新型节水灌溉技术[2]。近年来，调亏灌溉在棉花种植上逐渐受到重视[3]。调亏灌溉合理地利用棉花的抗旱适应机制对棉花进行水分管理，而渗透调节被认为是重要的干旱适应机制[4]。在干旱胁迫下渗透调节物质如可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性糖含量均显著增加[5-7]。细胞渗透调节时液泡选择性吸收离子并在细胞质中合成和积累相容性有机物维持液泡和细胞质之间渗透平衡。高渗透调节类型植物在干旱条件下能获得高产，是因为光合产物能有效地转运到根[8]。一些耐旱植物通过积累可溶解物质以降低细胞渗透势，能使根系能从土壤中吸收更多水分，并且在生理成熟期地上部生物量、收获指数、产量更高[9]。
　　本试验从植株渗透调节方面着手，研究调亏灌溉条件下棉花生长和渗透调节物质含量的变化，以期揭示棉花的抗旱机制，为干旱条件下棉花进行合理的水分管理提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地概况
　　试验于2018年在新疆阿拉尔市第一师十团实验站进行大田试验（81°18′E，40°36′N），当地属于暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，光照充足，热量丰富，年均气温10.7 ℃。≥10 ℃积温4 113 ℃，无霜期220 d，年日照2 900 h，年均降水量为40.1～82.5 mm，年均蒸发量1 876.6～2 558.9 mm。
　　1.2 试验材料与试验设计
　　供试品种为CCRI-60和CCRI-92。试验设置的灌水组合为灌足底墒水，根据小区面积的不同分别设置3个灌水水平，分别用CK、W1和W2表示，灌水量分别4 500、3 000、1 500 m3/hm2，重复3次，共18个小区，4月16日播种，6月9日首次灌溉，每7 d左右灌水1次，7月6日打顶。其他田间管理措施同高产田。
　　1.3 测定指标及方法
　　1.3.1 株高调查
　　每小区挑选连续30株棉花，分别在各个生育期内定期观测调查植株高度生长变化。
　　1.3.2 总生物量调查
　　生育期内每隔15 d分别采集每小区极具代表性的3株棉花，按根、茎、叶、花、蕾、铃等器官分别称量鲜质量，105 ℃杀青30 min后80 ℃烘干至恒质量。
　　1.3.3 根冠比
　　根冠比=地上部干质量/地下部干质量。
　　1.3.4 叶片采集
　　生育期每隔15 d采集各处理倒4叶（打顶后采集倒一叶），放入冰盒带回实验室，液氮速冻而后放入冰箱保存备用。
　　1.3.5 渗透调节物质含量的测定
　　可溶性糖采用蒽酮法[10]測定，丙二醛采用比色法[10]测定，可溶性蛋白采用考马斯亮蓝（G-250）法[11]测定，脯氨酸采用酸性茚三酮法[12]测定。
　　1.4 数据处理
　　采用Excel 2003软件对数据进行处理和绘图，采用DPS 9.50统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法，α=0.05）。
　　2 结果与分析
　　2.1 调亏灌溉对株高的影响
　　由图1可知，随着生育期的推进，各个处理的植株高度均生长较快。CCRI-60在播种后60～89 d（灌水后）主茎高度生长最快，在播种后89 d（植株打顶后）主茎高度逐渐增加缓慢，且主茎高度生长变化总体表现为CK>W1>W2。CCRI-92各处理在播种后60～89 d（灌水后）主茎高度增加较快，播种后89 d（植株打顶后）主茎高度生长缓慢，且主茎高度生长变化总体表现为：CK>W1>W2。由此可知，调亏灌溉对棉花植株生长高度有较大影响，且随着灌水量的递减，植株生长高度随之减小。
　　2.2 调亏灌溉对干物质的影响
　　由图2可知，在蕾期进行头水灌溉后，棉株在播种后77 d开始快速增长。对于CCRI-60，播种后77～105 d，W1干物质量均高于CK和W2处理;在播种后125～140 d，干物质量随着灌水量的增加而增加。对于CCRI-92，在播种后干物质积累量呈现先增加后下降的趋势，干物质在播种后77～90 d增长较快，W1、W2处理在播种后105 d受高温天气影响造成蕾铃脱落，导致干物质降低，而后快速增加;在播种后140 d，W2处理的干物质量明显低于CK和W1处理。随着调亏程度的增加，与CCRI-60相比，CCRI-92干物质量明显减少，说明CCRI-60比CCRI-92更具抗旱性。 　　2.3 调亏灌溉对根冠比的影响
　　 由图3可知，CCRI-60在播种后77 d根冠比W2﹥W1﹥CK，说明随着调亏灌溉程度的增加根冠比增加。CK处理随着播种后天数的延长，根冠比呈逐渐降低的趋势。而W1和W2处理根冠比呈先降低而后升高的趋势。W1和W2生育后期根冠比的增加是由于叶片衰老脱落造成地上部生物量的减少。CCRI-92在播种后77 d W2﹥W1﹥CK，说明随着调亏灌溉程度的增加根冠比增加。在播种后90 d，CK、W1、W2处理随着播种后天数的延长，根冠比呈先降低而后升高的趋势。生育后期根冠比增加的原因是叶片衰老脱落造成地上部生物量的减少。
　　2.4 调亏灌溉对棉花生殖器官所占比例的影响
　　 由图4可知，CCRI-60在生育期CK处理生殖器官占全株比例随着生育期的延长逐渐增加，而W1和W2处理生殖器官占全株比例随着生育期的延长先增加而后降低。CCRI-92各处理随着生育期的延长生殖器官占全株比例随着生育期的延长逐渐增加，并且CK处理在生育后期生殖器官占全株比例比W1和W2处理高。
　　2.5 调亏灌溉对叶片可溶性糖含量的影响
　　 可溶性糖是植物中非常重要的渗透调节物质，能使植物对抗干旱。由图5可知，CCRI-60在播种后61 d，CK处理可溶性糖含量比W1和W2处理高，但在生育后期W1和W2处理的可溶性糖含量比CK高，表明干旱可能会使叶片中可溶性糖含量增加。所有处理随着生育期的延长，可溶性糖含量呈现增加趋势。对于CCRI-92，随着生育期的延长各处理可溶性糖含量逐渐增加，且W1和W2处理自播种124 d后可溶性糖含量比CK含量高。
　　2.6 调亏灌溉对叶片可溶性蛋白含量的影响
　　由图6可知， 随着生育期的推进， CCRI-60所有处理可溶性蛋白含量呈现下降趋势。CCRI-92各处理随着生育期的推进，可溶性蛋白含量逐渐下降，并且在生育前期W2的可溶性蛋白含量比CK和W1高。随着调亏程度的加大，在生育进程中CCRI-92叶片可溶性蛋白含量比CCRI-60下降得快，说明CCRI-92较CCRI-60对调亏程度的加大更为敏感。生育后期叶片可溶性蛋白含量较低可能是叶片衰老造成的。
　　2.7 调亏灌溉对叶片脯氨酸含量的影响
　　 由图7可知，CCRI-60和CCRI-92各处理生育期脯氨酸含量变化不大，整体表现为先降低后上升的趋势，在生育末期最高，CCRI-92的W2处理在生育后期高于CK和W1处理，说明调亏灌溉会使叶片脯氨酸含量增加。
　　2.8 调亏灌溉对叶片丙二醛含量的影响
　　由图8可知，CCRI-60各处理随着生育期的推进MDA含量呈逐渐增加的趋势，并且W1处理MDA含量比CK高，W2处理虽然在生育前期增加较慢，但在最后一次取样时MDA含量增加较为明显， 说明随着调亏程度的增加，叶片MDA含量随之增加。CCRI-92CK和W1处理生育期MDA含量变化不大，而W2处理生育期MDA含量呈先增加而后下降又增加的趋势。
　　3 讨论
　　干旱胁迫是世界农业主要非生物胁迫之一[13]。在干旱条件下植物主动积累可溶性物质，降低植物体渗透势，使植物体在干旱逆境下维持正常生长所需水分，以提高抗逆适应性[14]。研究表明，可溶性糖是维持渗透调节最主要的物质，其次是脯氨酸和季胺类化合物[15]。也有研究认为干旱诱导会降低叶片中糖和可溶性蛋白含量[16]。
　　本试验表明，随着调亏程度的增加，棉花生长受到抑制，主茎高度、干物质积累降低，这与刘素华等的研究结果[17]一致。根冠比先下降后升高，可能是由于随着生育期的延长地上部生长速率超过根系生长速率使根冠比降低，而在生育后棉株衰老造成叶片脱落使根冠比增加。生殖器官所占比例，在播种后77～90 d迅速增加，特别是W2处理由于遭受调亏灌溉程度大，生殖器官所占比例急剧增加，加快生育进程。而后，由于蕾铃脱落，生殖器官干物质量的增加速度减缓并有下降的趋势。随着生育期的延长，叶片可溶性糖含量增加。其中，调亏灌溉程度大的处理可溶性糖含量更高，说明调亏程度的加重会使可溶性糖含量上升，这与Salehi A等的研究结果[18]一致。CK、W1处理随着生育期的延长可溶性蛋白含量呈下降趋势，而W2处理变化不大。对于CCRI-60，生育期叶片脯氨酸含量变化不大;对于CCRI-92，生育期叶片脯氨酸含量呈先下降后增加的趋势，其中W2处理含量较高。CCRI-60的CK、W1处理在生育期叶片MDA含量随着生育期稳步增加，而W2处理前期增加缓慢而后期急剧增加。CCRI-92的CK、W1处理生育期叶片MDA含量变化不大，而W2处理呈先增加后下降的趋势。
　　棉田是开放系统，其生长受环境因素影响大。而西北内陆棉区棉花生长主要受干旱和高温影响。本试验从植株渗透调节方面着手，研究调亏灌溉条件下棉花生长和渗透调节物质含量的变化，以期揭示棉花的抗旱机制，为干旱条件下棉花进行合理的水分管理提供理论依据。
　　4 结论
　　本研究以CCRI-60及CCRI-92为材料设置不同灌溉定额来探究调亏灌溉对棉花生长发育及内源渗透调节物质的影响，研究结果表明：随着灌溉定额的下降，各處理的棉株均呈现生长发育迟缓的现象，植株高度矮化，同时干物质积累量也随之减小。调亏灌溉还会抑制棉花对各种营养物质的吸收，影响干物质量对各器官的分配，不利于产量的形成。调亏灌溉会影响棉花体内渗透调节物质变化，随着调亏程度的加重，棉花叶片中的可溶性糖等渗透调节物质含量随着调亏程度的变化而变化;综上所述，调亏灌溉会影响棉株的正常生长发育，影响各种渗透调节物质的合成与运输，不利于产量的形成。其中，随着调亏程度的加重，叶片中的MDA含量上升，叶片可溶性蛋白含量在严重调亏条件下会降低，这都可以作为棉花的抗旱性评价指标。且2个品种综合对比来看，CCRI-60品种抗旱性总体优于CCRI-92品种，较适于在旱区种植。 　　参考文献：
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