不同土壤濕度對棉花苗期生長及生理機制的影響

摘要：不同土壤濕度（15%、35%、55%、75%、95%、115%）對棉花（Gossypium hirsutum L.）苗期生長和若干生理指標的影響。試驗結果表明，棉苗正常生長土壤適宜含水量為55%～75%，過多過少均不利于棉苗健壯生長。棉花苗期受水分脅迫，植株可溶性蛋白質含量、脯氨酸（Pro）含量增加；水分脅迫處理初期，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性增強，隨著脅迫時間的延長，抗氧化酶活性不斷降低；植株真葉數、株高、莖粗以及干重和鮮重明顯減少，根系干重和鮮重也同樣降低。

關鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；土壤濕度；苗期生長；生理機制

中圖分類號：S562；S152.7 文獻標識碼：A 文章編號：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

為了應對棉花（Gossypium hirsutum L.）產業低迷導致棉農植棉積極性大幅下挫的現狀，長江流域棉區正積極探索發展省工節本的全程機械化、輕簡化生產技術，以替代傳統的費工高投、精耕細作的栽培措施。新種植方式的代表棉花麥（油）后直播機采技術正成為本棉區研究熱點[1-4]，該種植模式棉花苗期正值漬澇多發的季節，病害滋生、僵苗遲發，嚴重阻礙棉花的壯苗早發和豐產目標的實現。本試驗通過土壤不同含水量對棉花苗期生長及生理機制影響的研究，以明確棉花苗期正常生長對應的土壤含水量的臨界范圍；研究棉花苗期受水分脅迫后較為敏感的形態、生理指標，為培育壯苗、篩選耐漬材料提供理論指導。

1 試驗設計

為了避免自然降雨對土壤含水量的影響，試驗于2015年在湖北省農業科學院經濟作物研究所遮雨棚進行，供試品種為創雜75，采用套盆法，大盆（外盆）內徑為42.5 cm、高50.0 cm，小盆（內盆）內徑為36.5 cm、高41.0 cm。在大小盆間隙注水，通過小盆側壁打孔的位置調節土壤含水量。每盆留苗6株，分別于處理當天、1、3、5、7、10、15、20 d取樣，3次重復。

分別對棉花進行不同土壤水分處理，設置為： J1.不打孔，土壤含水量控制在15%左右；J2.距內盆底5 mm處打1個孔，土壤含水量為最大持水量的35%左右；J3.距內盆底15 cm，每隔5 cm打1個孔，共計3個孔，土壤含水量為最大持水量的55%左右；J4.距內盆底25 cm處打孔，每隔5 cm打1個孔，共計5個孔，土壤含水量為最大持水量的75%左右；J5.距內盆底35 cm處打孔，每隔5 cm打1個孔，土壤含水量為最大持水量的95%左右。J6.距內盆底35 cm處打孔，每隔5 cm打1個孔，土壤含水量為最大持水量的115%。

2 測定項目及方法

2.1 形態指標

株高、真葉數測定。株高是用直尺測量植株基部至最高處的高度；游標卡尺測定莖根結合部直徑；利用葉面積測定儀測定功能葉面積。

2.2 地上部和地下部干重和鮮重

釆用烘干法測定。將地上部和根系分置于牛皮紙袋中，于105 ℃下殺青1～2 h后，置于80 ℃下烘至恒重，用分析天平稱重。

葉片過氧化物酶（POD）活性、脯氨酸（Pro）、可溶性蛋白質含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性按相關試劑盒要求進行測定。

3 結果與分析

3.1 不同土壤水分處理對棉苗生長的影響

主莖真葉片日增長量以55%的水分處理最高，為0.25片/d；115%處理最少，為0.10片/d，其次為15%處理，每天增加0.19片葉。株高日增長量也是55%水分處理最高，為0.88 cm/d；其次為95%、35%、75%水分處理；115%處理最少，為0.19 cm/d。不同水分處理后20 d，55%水分處理有3層果枝、 3個蕾，15%和35%水分處理均為2層果枝2個蕾，115%水分處理沒有果枝和蕾（表1）。表明55%的土壤含水量適宜棉苗生長發育。

3.2 不同含水量對棉苗地上地下干重和鮮重的影響

不同水分處理20 d后，地上部鮮重以55%處理最高，其次為35%處理、75%處理，115%處理最低，不到55%處理的1/3；地下部鮮重表現為55%處理>35%處理>75%處理>95%處理>15%處理>115%處理，全株鮮重55%處理為23.80 g，分別為115%處理和15%處理的2.8和2.1倍。不同水分處理對棉苗干重影響與鮮重表現一致，55%處理干物質積累最多，為3.16 g；其次為35%處理、75%處理；115%處理干物質積累只有55%處理的1/2左右。鮮重根冠比方面以115%處理最高，其次為15%處理，75%處理居中。以75%處理為臨界，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）。土壤適宜含水量是棉苗健壯生長的必要環境條件，水分過多或過少阻礙棉苗正常生長發育。

3.3 不同水分處理對棉苗生理生化指標的影響

土壤含水量115%、95%在水分處理1 d后其葉片POD活性即達到最大值，此后活性快速下降，在7 d時又有回升，再緩慢降低；15%水分處理POD活性持續5 d以上，然后緩慢下降；其余水分處理在 5 d時最高。水分處理7 d后POD活性由高至低依次為115%、95%、35%、55%、15%和75%（圖1）。

從不同水分處理棉苗葉片SOD活性看，115%處理在1 d后即達到最大值，15%處理前期呈持續增長，5 d達到峰值。水分處理15 d后95%處理SOD活性最高，其次為115%處理，75%處理最低（圖2）。

不同的水分處理棉苗的脯氨酸（Pro）含量第一天小幅增加，其后逐漸降低，7 d時75%和55%兩個處理再次出現小高峰，然后回落；15%水分處理在 5 d時呈第二峰值，10 d后再次大幅上升；115%處理在5 d后持續上升（圖3）。

不同水分處理葉片可溶性蛋白質含量呈先下降后上升趨勢，15%處理和115%處理下降得較快。水分處理5 d后15%處理可溶性蛋白質含量快速增加，15d時葉片可溶性蛋白質含量從高至低依次為55%處理>75%處理>35%處理>15%處理>95%處理>115%處理（圖4）。

4 小結與討論

王娟等[5]和李少昆等[6]研究了不同生育期干旱脅迫對棉花生長發育、葉片生理指標及生物量的影響，本研究主要側重于明確棉花苗期水分脅迫發生的土壤水分含量以及棉花幼苗受水分脅迫的形態以及生理生化的變化。結果表明棉苗正常生長土壤適宜含水量為55%～75%，過多過少均不利于棉苗健壯生長。土壤水分盈缺打破了棉花幼苗原有的生理平衡，水分處理初期，超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性增強，最大可能保證棉花幼苗進行正常的生理生化代謝，隨著時間的延長，抗氧化酶活性不斷降低。棉花苗期受水分脅迫，植株通過增加可溶性蛋白質含量、脯氨酸含量進行滲透調節，以維持細胞內外滲透壓的平衡，但整個碳同化的結構基礎和生理過程遭到破壞。這些生理生化的變化也體現在植株形態指標，地上部的真葉數、株高、莖粗以及干鮮重減少，根系鮮干重同樣也降低。

同時，漬害（95%、115%）脅迫20 d后，棉苗生長雖然受阻，發育遲緩，但還沒有停止生長，原生根系雖變黑壞死，但下胚軸新發出許多不定根，說明棉花具有一定的耐漬澇特性，其相關機理需進一步探討。

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