水分脅迫對棉花葉綠素含量的影響

趙靜+張世民+張雷+劉紹東+羅新寧

摘 要：以中棉所92（CCRI-92）和中棉所60（CCRI-60）為材料，開展南疆膜下滴灌棉花不同灌水量對棉花葉綠素影響的田間試驗，分析不同灌水量處理棉花葉片葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a/b、葉綠素總量的變化。結果表明：在棉花整個生育期，采用不同的灌水量灌溉，各處理葉片中葉綠素含量及其葉綠素組成比例不同。水分脅迫初期，由于棉花自身抗逆系統的保護，葉綠素含量出現小幅度增加。生育后期，嚴重的干旱會造成葉綠素分解，植物光合作用受到抑制。水分脅迫程度越嚴重，葉綠素含量下降趨勢越明顯，但不同品種棉花在水分脅迫后與對照組相比，葉綠素含量產生顯著差異的時期不同。

關鍵詞：棉花；水分脅迫；葉綠素；產量

中圖分類號：S562 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2017.06.002

Abstract： Field experiments were conducted in 2015 to study the effects of different irrigation amount on cotton leave chlorophyll change in Southern Xinjiang. Taking CCRI-92 and CCRI-60（Gossypium hirsutum L.） as material with technology of drip irrigation under film， the change of chlorophyll a， chlorophyll b， chlorophyll a / b and total chlorophyll under different irrigation was analyzed. The results showed that the whole growth stage with different irrigation treatment the content of chlorophyll and chlorophyll compositions were different. At the early stage of water stress， the content of chlorophyll slightly increased due to the protection of self-stress resistance system of cotton， then at the end of the cotton growth stage severe drought resulted in the decomposition of chlorophyll， photosynthesis was inhibited. With the water stress increased， the content of chlorophyll obviously decreased. Compared with contrast， under water stress the chlorophyll content of different cotton variety had significant difference at different period.

Key words： cotton； water stress； chlorophyll； yield

中國是一個水資源緊缺的國家[1]。新疆位于我國西北內陸，氣候干旱，降雨量少，水資源匱乏，面臨嚴峻的水資源問題[2]。

水分脅迫會使光合作用減弱，葉綠素是作物進行光合作用積累干物質不可缺少的組分，其含量變化是反映作物生理生化狀況的重要指標。水分脅迫會減弱棉花的光合作用，減少干物質積累，嚴重時會損傷葉綠體結構，造成減產[3]。水分脅迫對棉花產量的影響以及如何提高棉花水分利用效率已成為當前研究熱點，但大多局限在盆栽試驗[4]。南疆是重要的棉花種植區[5-6]。本試驗針對南疆棉花生產面臨水資源緊缺的現實，在中國農業科學院棉花研究所十團試驗站開展大田試驗，研究不同品種棉花葉綠素對水分脅迫的響應，以期為制定合理的灌溉制度提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗在新疆第一師十團中棉所試驗站進行。試驗區屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，光照充足，熱量豐富。年均氣溫10.7 ℃，≥10 ℃積溫4 113 ℃，無霜期220 d，年日照2 900余h，年均降水量為40.1～82.5 mm，年均蒸發量1 876.6～2 558.9 mm。試驗區土壤為沙壤土，肥力中等。

1.2 試驗材料

供試棉花品種為中棉所92（CCRI-92）和中棉所60 （CCRI-60）。播種前施基肥40%，花鈴肥60%，其他管理措施按高產栽培進行。

1.3 試驗設計

試驗設計灌水量和棉花品種2個因素。灌水量設計為5個水平，即在灌足底墑水的情況下，各處理灌水量不同，每次灌水量分別為CK（2.00 m3·hm-2）、W1（1.67 m3·hm-2）、W2（1.33 m3·hm-2）、W3（1.00 m3·hm-2）、W4（0.67 m3·hm-2），采用滴灌，用流量計精確控制每次灌量，整個生育期共灌水10次。

1.4 葉綠素含量的測定

分別于蕾期、初花期、盛花期、鈴期、吐絮期取各試驗小區新鮮棉花功能葉，用蒸餾水洗凈，吸水紙吸干表面水分。剪除葉脈，將葉片剪碎成0.2 cm×1.0 cm的細絲混勻備用。精確稱量0.2 g左右的葉片，用95%乙醇避光浸提24 h，用721-100型分光光度計分別測定在470，649和665 nm下的吸光度。計算葉綠素濃度的公式為

Ca=13.95A665-6.88A649Cb=24.96A649-7.32A665

葉綠體色素的含量為（C×V×N）/（W×1 000）。其中，C為色素濃度，V為提取液體積，N為稀釋倍數，W為葉片鮮質量[7]。

數據用Microsoft Excel 2010進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 葉綠素a含量的變化

葉綠素a是作物進行光合作用的主要組分，它可以反映作物對長波光的吸收程度[8]。圖1顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60棉花功能葉葉綠素a含量的變化。總體上看，中棉所92和中棉所60棉花葉片葉綠素a含量在整個生育期的變化趨勢表現基本一致，隨著生育期的延長，不同處理棉花葉片葉綠素a含量均呈現出單峰變化特征，峰值均出現在蕾期。初花期葉綠素a含量開始急劇下降，盛花期葉綠素a含量下降趨勢變緩。水分脅迫對蕾期棉花葉綠素含量影響不大，各處理間無顯著差異，花期是棉花的需水關鍵期，此時期中棉所92和中棉所60葉綠素a含量均為CK>W1>W2>W3>W4，表現為灌水量越少，葉綠素a含量越低[9]。但不同品種遇水分脅迫后與對照組葉綠素a含量產生顯著差異的時期不同，中棉所92出現在初花期，中棉所60出現在盛花期。

2.2 葉綠素b含量的變化

葉綠素b有利于吸收短波光，可以參與傳遞光能，是作物補光色素蛋白體的重要組成部分[10]。圖2顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素b含量的變化。葉綠素b總體變化趨勢與葉綠素a大體相同，在棉花蕾期達到峰值。不同棉花品種葉綠素b的含量在水分脅迫前期，W1、W2、W3、W4處理較CK處理均有不同幅度的增加，這可能是由于作物自身對逆境的保護機制造成的。從圖2（a）可以看出，中棉所92葉片葉綠素b含量在花期持續下降，但不同水分處理下降速率不同，CK和W1處理無明顯差別，但水分脅迫更嚴重的W2、W3、W4處理在初花期葉綠素b下降速率均高于其他處理，盛花期后下降趨勢變緩。W1、W2、W3處理在鈴期至吐絮期葉綠素b含量略有增加，但仍未超過CK處理在鈴期時的葉綠素b含量。從圖2（b）可以看出，隨著生育期的延長，中棉所60葉片葉綠素b含量呈先增加后減少的趨勢，盛花期至鈴期有小幅度增加，達第二高峰。這可能是由于中棉所60長勢良好，葉面積指數大，較高的葉綠素b含量更容易吸收短波光，而田間觀察也顯示此時期中棉所60長勢優于中棉所92。在棉花需水的關鍵期兩個品種均呈現CK>W1>W2>W3>W4，這表明灌水越充足，葉綠素b含量越高，葉片衰老越慢。

2.3 葉綠素a/b的變化規律

大量研究表明，葉綠素a/b與作物抗旱性呈顯著的負相關關系，葉綠素a/b比值可以反映作物對不飽和散射弱光的吸收情況，在一定范圍內比值越低，吸收率越高[10-13]。圖3顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素a/b含量的變化趨勢。從總體上看，由于水分脅迫前期葉綠素a含量增長量小于葉綠素b增長量，各處理a/b比值前期均有不同程度下降。在棉花的整個生育期，兩個品種CK處理較其它處理葉綠素a/b均處于較低水平。從圖3（a）可以看出，水分脅迫前期中棉所92的CK和W1處理葉綠素a/b差異不顯著，W2、W3、W4處理葉綠素a/b比值下降幅度較大，而在盛花期后CK處理才開始顯著低于其余各處理。從圖3（b）可以看出，中棉所60葉片葉綠素含量a/b呈現出減少—增加—再減少的波動趨勢，除蕾期W2、W4處理葉綠素a/b略低于CK，其余時間W1、W2、W3、W4處理葉綠素a/b均大于CK處理。這也驗證了水分脅迫下葉綠素a較葉綠素b更為敏感，容易被分解破壞。

2.4 水分脅迫對葉綠素總含量的影響

葉綠素總量在一定程度上可以代表作物光合作用的強度[14]，較高的葉綠素總量利于作物吸收光能，積累干物質產量。圖4顯示了不同灌水量條件下中棉所92和中棉所60葉綠素總量的變化趨勢。從總體來看，葉綠素總量的變化趨勢與葉綠素a基本相同，呈現出先升后降的趨勢，盛花期后葉綠素總量下降速度小于初花期，且中棉所60與中棉所92相比，在盛花期后的葉綠素總量下降速率更小，葉綠素總量明顯更高。這可能是由于中棉所60耐旱、不早衰的特性所致[15]。

3 結論與討論

在棉花的整個生育期采用不同的灌水量灌溉，各個處理葉片中葉綠素含量及其葉綠素組成比例不同。中棉所92和中棉所60的各水分處理前期葉綠素a、b含量的增幅均比CK葉綠素a、b大，水分脅迫后期兩品種的各水分處理葉綠素含量均有不同程度下降。俞世雄等[16]在對小麥的研究中發現，花鈴期前干旱處理會導致小麥葉綠素含量的增加，隨著生育期的推進則顯著下降。李東曉等[17]在研究干旱對棉花葉片的衰老機理中也發現干旱脅迫前期葉綠素含量有所升高。由此可知，水分脅迫在前期對棉花葉綠素含量的影響不顯著，后期嚴重的干旱造成了色素的分解。水分脅迫越嚴重，葉綠素含量下降趨勢越大，但不同品種棉花在水分脅迫后與對照組葉綠素含量產生顯著差異的時期不同，中棉所92出現在初花期，中棉所60出現在盛花期。同時發現，在盛花期中棉所60的葉綠素總量明顯高于中棉所92的葉綠素總量。前人的研究表明，棉花在遭受脅迫后與對照組出現顯著差異的時期越早，對籽棉的產量影響越大[18-20]。棉花采收后發現，中棉所60各水分脅迫處理籽棉產量均高于中棉所92，這與前人的研究結果一致。試驗表明，水分脅迫會破壞葉綠素結構，光合作用下降并造成作物減產，中棉所92和中棉所60均具備一定程度的抗旱能力，其中中棉所60抵御干旱能力更強。

參考文獻：

[1]呂銀斐， 任艷芳， 劉冬，等. 不同水分管理方式對水稻生長、產量及品質的影響[J]. 天津農業科學， 2016， 22（1）： 106-110.

[2]李瑞， 張飛， 周梅，等. 干旱區水資源承載力研究現狀與進展[J]. 天津農業科學， 2016， 22（1）： 18-22.

[3]KHANNA S M， TAXAK P C， JAIN P K， et al. Glycolytic enzyme activities and gene expression in Cicer arietinum exposed to water-deficit stress[J]. Applied biochemistry and biotechnology，2014， 173（8）： 1-13.

[4]楊傳杰， 羅毅， 孫林，等. 水分脅迫對覆膜滴灌棉花根系活力和葉片生理的影響[J]. 干旱區研究，2012， 29（5）： 802-810.

[5]王平， 陳新平， 田長彥，等. 新疆南部地區棉花施肥現狀及評價[J]. 干旱區研究，2005 （2）： 264-269.

[6]WANG P， TIAN C Y， CHEN X P， et al. Investigation of N fertilization practice and N equilibrium analysis in cotton fields in south Xinjiang[J]. Agricultural research in the arid areas. 2006， 24（1）： 77-83.

[7]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M].北京： 高等教育出版社， 2000.

[8]KASPARY T E， LAMEGO F P， CUTTI L， et al. Determination of photosynthetic pigments in fleabane biotypes susceptible and resistant to the Herbicide Glyphosate[J]. Planta daninha， 2014， 32（2）： 417-426.

[9]YUAN X K， YANG Z Q， QIU Y X， et al. Chlorophyll content of tomato leaf estimate model under different water stress treatments based on hyperspectral[J]. Chinese journal of agrometeorology，2014， 35（6）：700-707.

[10]胡根海. 短期水分虧缺對百棉1號葉綠素含量的影響[J]. 安徽農業科學，2010， 38（6）： 2914-2915.

[11]張明生， 談鋒. 水分脅迫下甘薯葉綠素a/b比值的變化及其與抗旱性的關系[J]. 種子，2001 （4）： 23-25.

[12]楊虎. 水稻冠層葉片氮素分布變化及氮營養狀況快速診斷[D].杭州： 浙江大學，2014.

[13]范淑秀， 陳溫福. 超高產水稻品種葉綠素變化規律研究初報[J]. 沈陽農業大學學報，2005，36（1）： 14-17.

[14] ESTK Z， ATSK J. Intensity of photosynthesis and chlorophyll content as related to leaf age in Nicotiana Sanderae hort[J]. Biologia plantarum，1962， 4（2）： 131-140.

[15]卞曙光， 張培通， 袁有祿，等. 中棉所60鹽堿地種植生長特征[J]. 中國棉花，2012， 39（6）： 25-27.

[16]俞世雄， 李芬， 李紹林，等. 水分脅迫對小麥新品系葉綠素含量的影響[J]. 云南農業大學學報（自然科學）， 2014， 29（3）： 353-358.

[17]李東曉. 干旱對棉花葉片的衰老生理及抗氧化酶同工酶譜特征的影響[D].保定： 河北農業大學，2010.

[18]楊威， 朱建強， 吳啟俠，等. 澇害和高溫下棉花苗期的生長生理代謝特征[J]. 農業工程學報，2015， 31（22）： 98-104.

[19]胡江龍. 花鈴期短期漬水對棉株的影響及其恢復機制研究[D].南京： 南京農業大學，2013.

[20]劉靈娣，李存東，高雪飛.干旱對不同鈴重棉花不同區位果枝葉可溶性蛋白及脯氨酸含量的影響[J].華北農學報，2008，23（5）：165-169.