縮節胺在棉花上的應用技術研究進展

張特，趙強，李廣維

（新疆農業大學農學院/ 棉花教育部工程研究中心，烏魯木齊830052）

棉花是我國的重要經濟作物， 其營養生長和生殖生長重疊并進時間長， 栽培技術比一般大田作物復雜， 尤其是對化學控制具有特殊要求。 目前棉花化控的主要藥劑為縮節胺，可降低株高、縮短果枝，增加田間通風透光，并減少蕾鈴脫落。 目前， 應用縮節胺的棉田面積占我國植棉面積的80%以上， 縮節胺化控已成為各棉區棉花栽培的共性栽培技術。

目前， 縮節胺對棉花的調控效果已較為清晰，在個體農藝性狀與群體結構塑造、根系發育與棉鈴分布、幼苗化控與化學封頂、葉片生理活性與光合特性、 激素動態與基因表達等方面均有較為詳細和系統的研究成果， 為縮節胺的應用提供了堅實的理論基礎。 縮節胺在棉花上的應用技術研究眾多，經歷過浸種、種子包衣、常規葉面噴施、無人機噴施等應用發展過程，由單獨應用向復合應用， 由簡單化控到系統化控逐漸過渡，其應用技術仍然在進一步開發、探索和成熟中。 本文主要闡述縮節胺在我國的研發及應用歷史， 綜述國內外有關縮節胺不同應用技術及其對棉花生長發育影響的研究進展， 以期為我國棉花輕簡化栽培技術的應用與推廣提供一定的參考。

1 縮節胺的研發與應用歷史

縮 節 胺 （1，1- 二 甲 基 哌 啶 氯 化 物；1，1-dimethyl-piperidinium chloride，DPC）是由北京農業大學（現中國農業大學）于1980 年研制成功的一種植物生長調節劑[1]。 縮節胺又名縮節安、健壯素、 助壯素， 英文名稱是mepiquat chloricie（MC），商用名稱為Pix，通用名為甲哌钅翁，是一種抑制性季銨鹽類植物生長調節劑。 縮節胺是赤霉素（Gibberellin，GA）生物合成抑制劑，通過降低內源GA 水平減緩細胞伸長率及細胞分裂速率，進而縮短植株節間長度，使株型緊湊，防止植物旺長。在赤霉素合成途徑中縮節胺主要抑制赤霉素早期合成關鍵酶柯巴基焦磷酸合成酶（Ent-copalyl diphosphate synthase，CPS） 和 內 根 貝 殼 杉 烯 合 成 酶（Ent-kaurene synthase，KS）的活性，發揮延緩作用[2-3]。

縮節胺最早應用于棉花種植，1982 年在我國多個省市植棉區進行試驗推廣， 初步明晰其效果。1982―1990 年新疆、河北、江西、湖南等地圍繞著縮節胺應用劑量、 時間及其增產效應開展相關研究。 1990 年以后各大棉區除繼續完善縮節胺應用技術外，在小麥、花生、玉米、向日葵、番茄及大豆等多種農作物上開展縮節胺應用試驗[4-6]。 2000 年以來，李新裕、趙強等人探索以縮節胺為主的化學封頂技術，并取得一定成果[7-8]；周春江、雷斌等人開展了棉種縮節胺包衣緩釋技術的研究[9-10]。 目前，科研人員根據農業技術發展趨勢，針對新疆棉區植棉特點開展1 膜3 行棉花的縮節胺應用技術試驗[11]，同時探討無人機施藥模式下的縮節胺用量[12]，進行縮節胺與其它植物生長調節劑復配藥劑研制[13]，以滿足不同種植條件及不同栽培措施下的棉花種植需求。

2 縮節胺的棉田應用技術

2.1 常規縮節胺化控技術

2.1.1縮節胺系統化控技術。縮節胺化學調控可有效改善棉花株型，協調營養生長與生殖生長之間的矛盾，提高棉花產量和品質[14]。 但在其應用前期，縮節胺應用方式簡單而粗放，其目的也僅為短期解決因棉花無限生長特性及環境因素共同導致的徒長問題。 隨著縮節胺在棉田應用時間增加，發現簡單應用縮節胺并不能很好地解決棉花徒長問題。同時隨著科研人員對縮節胺作用機理的研究不斷深入，對縮節胺在棉花各方面的調控效果逐漸明晰，之后逐漸形成以“定向誘導”棉株各器官生長發育為目的的系統化學調控技術。目前系統化控技術在棉花上的主要應用時間為苗期、蕾期、初花期、盛花期與打頂后。 苗期調控目的是促根壯苗與抵抗逆境；蕾期調控目的是繼續促進根系發育、 增強抗旱澇能力、為水肥合理運籌消除后顧之憂、簡化前期整枝等；初花期調控目的是增強根系活力、塑造理想株型、優化冠層結構，而且可以改善棉鈴時空分布、促進棉鈴發育；盛花期及打頂后縮節胺調控的主要目的是增加同化產物向產量器官中的輸送、終止后期無效花蕾的發育并防止棉花貪青晚熟和早衰。我國疆域遼闊，氣候復雜多樣，三大棉區（西北內陸棉區、黃河流域棉區、長江流域棉區）的降水量、年積溫、耕作模式與機械化程度等均有不同，應用的縮節胺系統化控技術也各有不同。依據前人試驗及總結，目前三大棉區縮節胺的施用時間、用量及次數等問題已基本明晰[15-18]（表1）。

表1 三大棉區縮節胺應用時期及用量 （g·hm－2）

上述縮節胺應用技術針對三大棉區廣泛區域，在各棉區實際棉花種植中仍需根據棉花品種、土壤肥力及水肥管理等進行適當調整。 西北內陸棉區，以新疆植棉區為代表基本確定了全生育期少量、輕控、多次的化控技術規程，實行棉花全程化控技術，即從苗期開始進行縮節胺調控，最終實現棉花高產和優質。 其中新疆昌吉市、哈密市等次宜棉區在棉花種植中實行“早、密、矮”技術，適當增加縮節胺用量，促進棉花生長和生育期提前。黃河流域棉區中，黃河三角洲鹽堿地因土壤肥力較差，縮節胺用量應適當減少，保證棉花正常生長。 不同棉花品種的縮節胺敏感性不同，隨著棉花新品種的不斷研發與推廣，科研工作者針對棉花品種特性提出了適宜的縮節胺化控方案。

2.1.2棉花化控栽培工程。化控栽培工程是系統化控技術日趨成熟、定向誘導效果較為完善后，與常規栽培措施變革相結合，形成系統化控對棉株自身與栽培措施、棉田生長環境的雙重調控，使作物生產愈來愈接近于有目標設計、并可控制生產流程的“工業”工程[19]。 目前，棉花化控栽培工程相比縮節胺系統化控，栽培措施較為明顯的變化主要體現在三個方面：首先是增加種植密度，棉花系統化控可明顯減小株寬、修飾株型，在此基礎上增加密度可以改變成鈴的時空分布，使群體優質鈴構成產量主體，從而較好的協調早熟、優質、豐產的關系。 其次是提前重施氮肥時期，系統化控技術促進了棉花根系發育、增強了根系功能，使棉株對氮、磷、鉀等營養元素的吸收能力提高；重施氮肥時期提前既可滿足棉花的營養供應，又能進一步提高氮肥的利用率。 最后是簡化整枝工序，系統化控后有效抑制了葉枝與果枝的伸長，使除打頂外的其他整枝措施盡量減少；減少了棉花生產中的人工成本，促進了輕簡化植棉的發展[20]。 在此基礎上，西北內陸棉區及黃河流域棉區簡化整枝工序或完全不整枝 （僅打頂），不影響產量形成；長江流域棉區棉花保留2 個營養枝情況下， 使群體總鈴數和產量顯著提高，形成了棉花留葉枝栽培的新技術體系。

2.1.3縮節胺復配應用技術。隨著縮節胺系統化控技術的不斷完善與進步，同時其他植物生長調節劑在棉花上不斷應用實踐效果良好，部分研究人員針對不同棉花生長狀況進行了縮節胺復配技術的研究，來保障棉花促控結合、均衡生長。 田曉莉等[21]開發了縮節胺與胺鮮酯（DTA-6）復配制劑——27.5%胺鮮酯·甲哌钅翁水劑。 該復配劑既發揮了縮節胺促進抗蟲棉根系發育、提高根系功能的作用，又利用胺鮮酯的促長作用克服了縮節胺對棉花地上部生長的過度抑制，使根系與地上部協同生長，產量較單獨使用縮節胺提高了5%～8%。 蔡曉虎等[13]研究不同濃度的氟節胺配合縮節胺化學調控對棉花主莖生長發育和棉鈴的影響，結果表明氟節胺與縮節胺在棉花盛蕾期和初花期聯合使用，可以抑制棉花側枝生長達到對棉花塑型的效果，在盛花期噴施可達到封頂的效果。

伊黎等[22]針對部分過度使用縮節胺情況，開展了縮節胺與赤霉素共同施用降低縮節胺負效應的試驗，結果表明噴施縮節胺加赤霉素處理對棉花單株鈴數、衣分、單株果節數、果枝數都有互作正效應，其中單株鈴數和衣分尤為明顯。 高振等[23]進一步試驗萘乙酸和蕓薹素內酯配施縮節胺對緩解過度化控的效果，結果表明縮節胺與兩者共同施用時具有明顯的化控、化促的雙重互作效果，即在縮節胺化控后噴施萘乙酸和蕓薹素內酯具有減緩化控的效果，促進劑噴施量越大，其化控減緩效果越明顯。 棉田初花期噴施施縮節胺16.65 g·hm－2、萘乙酸40.50 g·hm－2，棉花產量可達7 350 kg·hm－2。

2.2 增效縮節胺化學封頂技術

近年來新疆植棉區棉花機械采收發展迅速，人工打頂已成為實現棉花生產全程機械化的主要障礙。 目前，化學封頂技術已可以較好地代替人工打頂，其封頂效果及產量與人工打頂相近。 化學打頂即利用植物生長調節劑強制延緩或抑制棉花頂尖的生長，控制其無限生長習性，從而達到調節營養生長與生殖生長的目的。 李新裕等[7]在1997 年提出化學封頂并在南疆植棉區開展相關試驗， 趙強等[8]在2011 年研制了新型棉花化學打頂專用調節劑，并在生產應用上取得初步成功。之后科研工作者以新疆植棉區為主開展了大量的棉花化學封頂技術研究，以縮節胺與氟節胺為主要成分的化學封頂產品得到了較好的市場認可。中國農業大學農學院作物化控研究中心參與研發的增效縮節胺（質量分數25%的DPC 水劑） 化學封頂效果在新疆棉花生產中已得到肯定，在黃河流域和長江流域棉區也已開展研究[24-27]。

前人研究表明， 應用增效縮節胺化學封頂后，株高和單株果枝數均呈現降低趨勢，但單株結鈴數有增加趨勢，各處理間纖維品質差異不大[28]；同時有利于保持較高的群體生長速率，促進棉花“庫”器官的發育和生長， 提高群體干物質的生產能力[29]。康正華[30]、聶志勇[31]與韓煥勇[32]針對北疆地區增效縮節胺化學封頂技術開展了系統性的相關試驗，圍繞其用量、應用時期及其配套措施（氮肥用量、滴灌量、灌水頻次）進行了探討。 試驗表明，北疆地區增效縮節胺施用劑量在750 mL·hm－2，施用時間在7月10 日左右，施氮量為300 kg·hm－2，灌水量為4 400～4 800 m3·hm－2時，對棉花有較好的封頂效果，可以獲得較高的籽棉產量。 同時，黎芳[33]在黃河流域棉區開展了增效縮節胺試驗，從株型、產量及其構成因素、棉鈴分布、纖維品質、熟期等方面研究了棉花化學封頂的技術效果，試驗發現7 月中旬至7 月底施用增效縮節胺750～1 500 mL·hm－2對棉花株型、產量及纖維品質的影響無顯著差異，同時種植密度（6.0 萬～12.0 萬株·hm－2）與施氮量（0～210 kg·hm－2）不影響其化學封頂效果。

2.3 無人機化控技術

隨著棉花輕簡化、 全程機械化趨勢的興起，植保無人機技術日趨成熟，無人機噴施縮節胺因成本低、效率高成為棉農種植的第一選擇，亦成為科研工作者的新的研究熱點。 張亞林等[12]試驗表明無人機飛行高度1.5 m、飛行速度4 m·s－1時縮節胺的調控效果較好，棉花株高、果節增長值顯著低于清水對照，且優于其他無人機噴施縮節胺處理。 趙靜等[34]研究表明無人機噴施縮節胺對棉花株高的抑制效果與噴桿式噴霧機作業效果相當， 果枝長度、節間長度和果枝始節高度等指標表現相似。

2.4 縮節胺浸種及包衣緩釋技術

縮節胺除葉面噴施外，眾多科研人員同時探討了縮節胺浸種、拌種及包衣緩釋的可行性。 縮節胺浸種處理可提高棉花幼苗根系活力中的活性氧代謝，促進相關酶的活力；增加側根數量，促進營養物質吸收[35]。 浸種濃度為150 mg·L－1，浸種8～12 h后棉種的發芽勢、發芽率及棉苗根、莖、葉物質質量都比對照處理效果好[36]。 緩釋縮節胺是采用控釋緩釋技術，使縮節胺的釋放數量、時間和空間可控。周春江、 雷斌等于2004 年率先開展緩釋縮節胺包衣試驗，初步明確該技術能有效防止棉花徒長，可塑造理想株型，而且能提高產量、促進早熟；同時該技術克服了葉面噴施浪費農藥、污染環境、調節滯后等缺點[9-10]。隨后田曉莉等[37]闡釋棉籽包衣淀粉基緩釋縮節胺的釋放特性，為該技術應用提供參考。 趙強等[38]于2010 年繼續開展試驗，試驗結果表明DPC 劑量占種子重量0.6%時， 能較好滿足新疆南疆大田棉花生產的化控需要，縮節胺包衣緩釋處理與當地常規化控棉田一致，對產量的影響不大。 楊修一等[39]為實現輕簡化種植目標，將縮節胺與氯化鉀共同進行包膜處理（縮節胺含量為8 g·kg－1）。 研究結果表明縮節胺緩釋后經根部吸收降低蕾期前棉花的株高和葉綠素含量，增加莖粗，對棉花的生長產生抑制作用，形成矮壯苗。

3 展望

隨著我國棉區尤其是新疆植棉區的全程機械化進程不斷加快，輕簡化植棉[40]需求愈發強烈，棉花品種及種植模式的不斷更新，縮節胺的研究工作應隨區域主栽品種特性及新型種植模式的變化而進行跟蹤研究。 棉花化控通常單獨施用縮節胺，其對于株型塑造有著較好效果，但是針對棉株具體狀況選用多種植物生長調節劑或可獲得更為理想的效果。 縮節胺復配其他植物生長調節劑例如多效唑、 矮壯素與DTA-6 等在棉花種植中取得了較好效果。 近年來，多種用于棉花的較為新穎的植物生長調節劑出現，例如調環酸鈣、艾氟迪（AFD）、誘抗素與冠菌素等[41-43]，或可與縮節胺復配應用，探索其在棉花上的調控效應，滿足多個地區棉花種植中的需求。 縮節胺應用技術目前以葉面噴施為主，往往需要多次施用，這又加大了人力使用量，增加了種植成本；浸種、拌種及包衣緩釋縮節胺不能滿足植株生長中后期的調控， 控制效果劣于葉面噴施，需在縮節胺的施用方式上再作創新。筆者參考前人隨水滴施多效唑的方式，將縮節胺與化肥共同施用隨滴灌進入棉花根部，經根部吸收后在棉株內部進行運輸及調控。通過試驗發現在隨水滴施狀態下縮節胺或可對棉花產生有效的調控，同時更有效地促進根系發育，降低化控過量風險，降低種植成本，或可成為新的縮節胺施用方式。