萎銹靈殺菌劑對(duì)提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響

周小云，李 進(jìn)，張軍高，劉夢(mèng)麗，甘恩祥，翟夢(mèng)華，

王 莉2，杜鵬程2，梁 晶1，雷 斌1

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】棉花是新疆的支柱產(chǎn)業(yè)，但由于每年播種后頻遭不同程度的“倒春寒”影響，導(dǎo)致不同程度的爛種、爛芽、死苗[1]。在生產(chǎn)中通常采用殺菌劑包衣棉種促進(jìn)出苗、培育壯苗，從而提高田間保苗效果，減少災(zāi)害損失。在溫度下降較低且持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的“倒春寒”環(huán)境下，生物學(xué)效應(yīng)單一的殺菌劑提高棉花保苗效果仍然不理想。殺菌劑具有高效、低毒、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，研制具有防病、抗逆、促生等多種生物學(xué)效應(yīng)的棉花殺菌劑，對(duì)防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)藥減施增效具有實(shí)際意義。【前人研究進(jìn)展】有學(xué)者對(duì)殺菌劑的研究取得重要進(jìn)展，例如，17.2%吡蟲(chóng)啉·萎銹靈·福美雙復(fù)合殺菌劑不僅對(duì)棉花苗期主要病蟲(chóng)害具有防控作用，而且較常規(guī)藥劑噴施顯著降低化學(xué)農(nóng)藥使用量[2]；18.6%拌·福·乙、13%噻蟲(chóng)嗪·咯菌睛·苯醚甲環(huán)唑等殺菌劑能夠調(diào)節(jié)冷害脅迫下棉花幼苗生理作用，減輕低溫脅迫帶來(lái)的傷害[3]；25%噻蟲(chóng)·咯菌腈·精甲霜靈等殺菌劑對(duì)棉花苗期立枯病、蚜蟲(chóng)等病蟲(chóng)害具有較好防效，安全性好[4]。【本研究切入點(diǎn)】前人針對(duì)殺菌劑防病研究較多，但是對(duì)殺菌劑提高棉花抗逆促生的生物學(xué)效應(yīng)報(bào)道較少。萎銹靈是一種具有內(nèi)吸作用的殺菌劑，不但可用于防治麥類銹病、棉花立枯病等有較好防效，持效性長(zhǎng)，而且可使小麥增產(chǎn)[5-9]。但是，有關(guān)萎銹靈殺菌劑對(duì)提高棉花耐低溫冷害脅迫能力、促進(jìn)生長(zhǎng)效果的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。研究萎銹靈殺菌劑對(duì)棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)分析不同萎銹靈殺菌劑濃度處理在冷脅迫條件下棉種發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響，研究萎銹靈殺菌劑提高棉花幼苗的抗逆、促生的生理生態(tài)機(jī)制，篩選提高棉田保苗率的萎銹靈最佳劑量，為萎銹靈殺菌劑應(yīng)用于棉花生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試棉花品種為新疆北部棉區(qū)主栽品種新陸早50號(hào)，由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供。萎銹靈購(gòu)于廣東廣康生化科技有限公司。基礎(chǔ)殺菌劑由新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所自行研制，只包含成膜劑、表面活性劑等殺菌劑非活性助劑成分，不包含殺菌劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等農(nóng)藥活性成分。以裸種子不包衣處理作為空白對(duì)照，以基礎(chǔ)殺菌劑包衣處理作為參比對(duì)照，設(shè)置5個(gè)萎銹靈濃度梯度分別為4.2%、5.7%、7.2%、8.7%和10.2%，將這些不同處理依次記為CK1、CK2、S1、S2、S3、S4、S5。據(jù)以上濃度，將萎銹靈添加到基礎(chǔ)種衣劑，配置成不同濃度的萎銹靈殺菌劑，采用人工包衣方法，按藥種比1∶100進(jìn)行種子包衣處理，將包好的棉花種子放在通風(fēng)干燥處陰干備用。開(kāi)展室內(nèi)冷脅迫下種子萌發(fā)和田間冷脅迫試驗(yàn)。

1.2 方 法

1.2.1 種子耐低溫萌發(fā)試驗(yàn)

參照高榮岐等[10]的方法計(jì)算發(fā)芽率。將經(jīng)滅菌的沙子(含水量為20%)裝入發(fā)芽盒內(nèi)，至厚度5 cm，均勻種入50粒種子后在室內(nèi)恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行種子耐低溫冷害脅迫試驗(yàn)，分別設(shè)置25、18、15和12℃ 4個(gè)處理溫度，于第12 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，每處理3次重復(fù)。其中，25和18℃處理按苗高達(dá)4 cm及以上視為正常發(fā)芽，而15和12℃處理按芽長(zhǎng)超過(guò)0.5 cm，顏色為白色、無(wú)腐爛的芽為正常發(fā)芽。

1.2.2 田間出苗率和保苗效果調(diào)查

田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積12 m2。在當(dāng)?shù)卣２シN前提下，提前10 d播種，采用機(jī)采棉播種配置模式[(10+66+10+66+10)+76 ] cm×13 cm，機(jī)力鋪膜，手推式播種機(jī)播種，每穴播1粒種子，農(nóng)事管理按當(dāng)?shù)貦C(jī)采棉大田生產(chǎn)常規(guī)管理措施進(jìn)行。

分別在播種后20 d調(diào)查田間出苗情況，于3葉期調(diào)查棉花成苗情況，調(diào)查時(shí)按對(duì)角線取樣法，每小區(qū)隨機(jī)選3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選取50穴，分別調(diào)查田間出苗數(shù)和保苗數(shù)。

1.2.3 棉花苗期農(nóng)藝性狀和光合氣體交換參數(shù)的測(cè)定

2019年5月11日，氣溫11～25℃，5月12日的“倒春寒”，溫度降至3～10℃，持續(xù)至5月20日，寒流過(guò)后第3 d調(diào)查棉苗農(nóng)藝性狀，并測(cè)定光合氣體交換參數(shù)指標(biāo)。

按對(duì)角線取樣法，在3葉期，每小區(qū)隨機(jī)選3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)選定連續(xù)10株，調(diào)查其株高、莖粗、鮮重和干重，分析萎銹靈對(duì)棉花苗期農(nóng)藝性狀的影響。

采用Li-6400XT型便攜式光合儀(美國(guó)LI-COR公司)，在3葉期，于晴朗天氣上午11:00～12:00測(cè)定棉花主莖倒1葉的光合特性，每處理重復(fù)3次，取其平均值。光合參數(shù)測(cè)定：使用LED 2×3型紅藍(lán)光源葉室，閉合式氣路，葉室溫度設(shè)為25℃，CO2濃度設(shè)為400 μmol/mol，光照度設(shè)為1 800 μmol/(m2·s)。光合氣體交換參數(shù)主要包括胞間凈光合速率(Net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(Stomatal conductance，Gs)、胞間二氧化碳濃度(Intercellular CO2concentration，Ci)、蒸騰速率(Transpiration rate，Tr)和氣孔限制值(Stomatal limitation，Ls)。其中，氣孔限制值(Ls)=1-Ci/Ca，其中：Ci為胞間CO2濃度，Ca為空氣CO2濃度，閉合氣路下取Ca=400 μmol/mol。

1.3 數(shù)據(jù)處理

以棉花的發(fā)芽率、出苗率、保苗率、農(nóng)藝性狀指標(biāo)和光合參數(shù)等因素作為評(píng)價(jià)因子。利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行主成分分析，并得到相關(guān)矩陣的特征根及特征向量累積貢獻(xiàn)率，系統(tǒng)默認(rèn)方差大于1的為主成分，得到第一主成分、第二主成分和第三主成分，其綜合評(píng)值為F=3.5F1+1.5F2+1.1F3。根據(jù)第一主成分、第二主成分和第三主成分與客觀權(quán)重之積，得到不同濃度萎銹靈對(duì)低溫脅迫下棉花生長(zhǎng)的綜合影響評(píng)判結(jié)果。

數(shù)據(jù)處理分析采用Microsoft Excel 2010和GraphPad Prism v5.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉種發(fā)芽率的影響

研究表明，在不同低溫脅迫條件下，隨著溫度下降，棉種的發(fā)芽率呈下降趨勢(shì)，不同濃度萎銹靈的下降幅度存在顯著差異，其中，8.7%萎銹靈處理的發(fā)芽率受影響最大，分別為96.0%(25℃)、90.0%(18℃)、86.0%(15℃)和13.5%(12℃)，分別較空白對(duì)照增加7.0%(25℃)、12.0%(18℃)、18.0%(15℃)和20.5%(12℃)，較參比對(duì)照，分別增加5.0%(25℃)、9.0%(18℃)、12.0%(15℃)和16.4%(12℃)，差異達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異。圖1

2.2 萎銹靈處理對(duì)棉田出苗率和保苗率的影響

研究表明，萎銹靈處理后的出苗率和保苗率均高于空白對(duì)照和參比對(duì)照，不同濃度萎銹靈處理間棉花出苗率和保苗率差異顯著，其中，8.7%萎銹靈處理的出苗率和保苗率最高，萎銹靈處理的出苗率較空白對(duì)照增加10.1%，較參比對(duì)照增加13.0%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異(圖2A)；萎銹靈處理的保苗率較空白對(duì)照增加9.1%，較參比對(duì)照增加13.2%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異(圖2B)。圖2

圖1 不同處理和冷脅迫下棉花種子發(fā)芽率的變化
Fig.1 Effect of different treatment on germination rate of seed under chilling stress

圖2 不同處理下棉花出苗率和保苗率變化
Fig.2 Effect of different treatments on cotton emergence rate and survival rate

2.3 萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗農(nóng)藝性狀的影響

研究表明，萎銹靈處理對(duì)棉花幼苗均有不同程度促進(jìn)生長(zhǎng)、壯苗的生理作用，萎銹靈處理后的棉花幼苗株高、莖粗、鮮重和干重均高于空白對(duì)照和參比對(duì)照，其中，7.2%萎銹靈處理的效果最好，處理幼苗株高、莖粗、鮮重和干重均增加，較空白對(duì)照分別增加8.9%、9.7%、7.4%和25.4%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異；較參比對(duì)照分別增加10.8%、10.7%、8.3%和27.5%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異。圖3

圖3 不同處理和冷脅迫下棉苗農(nóng)藝性狀變化
Fig.3 Effect of different treatments on cotton seedling traits under chilling stress

2.4 萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

研究表明，萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗葉片均有一定的影響。萎銹靈處理的棉苗葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)均呈現(xiàn)上升的變化趨勢(shì)，而蒸騰速率(Tr)和氣孔限制值(Ls)差異不顯著。其中，7.2%萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響最大，萎銹靈處理的棉苗葉片凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)分別為4.5、23.4和318.4，較空白對(duì)照分別增加11.0%、17.0%和9.0%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異；較參比對(duì)照分別增加6.0%、6.0%和5.0%，達(dá)顯著水平，而CK1與CK2間均無(wú)顯著差異。表1

表1 不同處理和冷脅迫下棉花幼苗葉片光合參數(shù)變化Table 1 Effect of different treatments on photosynthetic parameters of cotton seedling leaves under chilling stress

注: 表中數(shù)據(jù)為平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差，小寫(xiě)字母表示處理與空白對(duì)照在P<0.05水平差異顯著
Note: Data in the table are mean ± SD. Lower case letters indicate there was significant difference between treated and the control (P≤0.05)

2.5 萎銹靈對(duì)冷脅迫下棉花耐低溫冷害脅迫能力的影響

研究表明，7.2%和8.7%萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗影響的綜合評(píng)價(jià)分別為3.0和2.5，且得分均大于1，萎銹靈處理對(duì)冷脅迫下棉花幼苗影響的綜合評(píng)價(jià)分別排在1和2位。而在5.7%和10.2%萎銹靈綜合評(píng)價(jià)分別排在4和3位，且評(píng)分均小于1，評(píng)分僅為0.8和0.6，4.2%萎銹靈、參比對(duì)照和空白對(duì)照對(duì)冷脅迫下棉花的綜合評(píng)價(jià)分別排在5、6和7位，且評(píng)分均負(fù)數(shù)，評(píng)分僅為-0.6、-1.7和-4.6。7.2%萎銹靈處理提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的綜合影響最佳，8.7%萎銹靈處理提高棉花耐低溫冷害脅迫能力的綜合影響次之。表2

表2 不同處理下棉花耐低溫冷害能力綜合評(píng)價(jià)Table 2 Comprehensive effect of different treatments on cotton under chilling stress

3 討 論

春季低溫冷害是新疆棉花生產(chǎn)中常見(jiàn)的逆境環(huán)境災(zāi)害，種子萌發(fā)期遇到低溫冷害，常導(dǎo)致棉花種子爛種、爛芽、甚至死苗。研究結(jié)果表明，萎銹靈殺菌劑處理后對(duì)冷脅迫下棉種發(fā)芽率、出苗影響較大，與空白對(duì)照和參比對(duì)照相比，萎銹靈各包衣處理的棉種發(fā)芽率、出苗率、株高、莖粗、棉苗鮮重及干重均有不同程度的增加，萎銹靈對(duì)冷脅迫條件下棉種出苗具有促進(jìn)作用，這與李星星等[3]研究結(jié)果一致。但是，不同的種衣劑藥劑成分和含量對(duì)不同作物的生長(zhǎng)發(fā)育影響也不盡相同。許海濤等[11]研究表明，20%福·克懸浮種衣劑促進(jìn)玉米地上部生長(zhǎng)和植株的抗倒能力增強(qiáng)。李紀(jì)白等[12]的研究也表明，經(jīng)20%克百威·福美雙種衣劑和27%克百威·吡蟲(chóng)啉·福美雙種衣劑處理后，玉米苗期的株高、根長(zhǎng)、鮮重、葉面積均有不同程度的增加，但干重變化不大。研究發(fā)現(xiàn)，萎銹靈配制的種衣劑包衣棉花，適量能增加棉花的株高、莖粗和干鮮重，但當(dāng)萎銹靈劑量過(guò)高時(shí)會(huì)抑制棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，隨著萎銹靈劑量的增加，棉苗株高、莖粗、干鮮重有降低趨勢(shì)，這與王漢芳等[13]報(bào)道的高濃度戊唑醇包衣春小麥后對(duì)根的影響比較大，根的長(zhǎng)度、數(shù)量、干重和鮮重都會(huì)降低的結(jié)論基本一致。

光合作用是棉花體內(nèi)十分復(fù)雜的生理生化過(guò)程，棉花耐低溫冷害脅迫也依賴于葉片光合速率的提高。試驗(yàn)結(jié)果表明，萎銹靈殺菌劑處理可以增強(qiáng)棉花葉片的光合能力，維持高凈光合速率時(shí)間較長(zhǎng)，有利于光合產(chǎn)物的積累，萎銹靈可以誘導(dǎo)內(nèi)部調(diào)節(jié)產(chǎn)生有利于耐低溫冷害脅迫能力提高的應(yīng)激性反應(yīng)。這與李星星等[14]研究結(jié)果一致。這是因?yàn)槲P靈在保護(hù)和維持了冷脅迫下棉花葉片的功能結(jié)構(gòu)發(fā)揮了重要作用，調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)度以及光合作用的功能，誘導(dǎo)所吸收光合能量合理分配，維持冷脅迫下光合器官對(duì)光能的正常吸收、捕獲、轉(zhuǎn)化狀況，為周?chē)渌?xì)胞提供了物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，在一定程度上減輕細(xì)胞膜在冷脅迫下遭受的傷害，增強(qiáng)了細(xì)胞的保水和持水能力，增強(qiáng)對(duì)冷脅迫下棉花幼苗的保護(hù)作用，這可能是光合速率提高后，棉苗長(zhǎng)勢(shì)良好，改變了棉苗體內(nèi)一些生理變化所致。其提高棉苗耐低溫冷害脅迫能力生理機(jī)制、分子機(jī)制尚待進(jìn)一步深入研究。

植物受到冷脅迫后，將通過(guò)復(fù)雜的生理生態(tài)的調(diào)控機(jī)制來(lái)保護(hù)機(jī)體，減少損傷，其耐受性受本身遺傳特性、生理構(gòu)造及形態(tài)學(xué)指標(biāo)的綜合影響，不同物種對(duì)冷脅迫的反應(yīng)也不同[15]。因而，難以用單一指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)其對(duì)棉花耐低溫冷害脅迫的影響，只有通過(guò)對(duì)多項(xiàng)指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)，才能客觀地反映出棉花的抗性。

4 結(jié) 論

4.1 萎銹靈殺菌劑處理棉種，與空白對(duì)照和參比對(duì)照比較，不僅提高室內(nèi)棉花種子發(fā)芽率和田間出苗率，增強(qiáng)田間保苗效果，而且提高棉花幼苗葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度，調(diào)節(jié)光合作用，促進(jìn)棉花生長(zhǎng)、壯苗，尤其對(duì)株高、莖粗和干物質(zhì)積累有顯著效果，提高了棉花幼苗耐低溫冷害脅迫的能力。

4.2 以低溫脅迫下棉花的各指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，進(jìn)行棉花生長(zhǎng)的綜合影響評(píng)價(jià)。在7.2%和8.7%萎銹靈對(duì)棉花的綜合評(píng)價(jià)分別排在1和2位，且評(píng)分均大于1；而在4.2%、5.7%和10.2%萎銹靈對(duì)棉花的綜合評(píng)價(jià)分別排在5、4和3位，且評(píng)分均小于1。

4.3 不同的萎銹靈濃度處理的結(jié)果也存在差異，其中7.2%萎銹靈處理提高棉花幼苗耐低溫脅迫能力的綜合效果最好，其次為8.7%萎銹靈。