不同外源激素對無膜棉花幼苗根系發育的影響

摘要 為量化不同外源激素對無膜滴灌棉花根系的調控作用，以中棉619為試驗材料，探究了外源GA3、SA和PP333對無膜滴灌棉花幼苗根系生長發育的影響。結果表明，在處理后3～7 d，不同濃度的GA3、SA和PP333均可促進棉花幼苗主根生長；至處理后11 d，與CK相比，0.20 mg/L GA3、0.01 mmol/L SA和0.10 mg/L PP333可分別增加棉花主根長7.3%、35.8%和15.3%；低濃度的GA3（0.05和0.20 mg/L）可促進棉花根系發育，增加棉花總根長和根系總表面積；0.01、0.05和0.10 mmol/L SA均可增加總根長、根系總表面積和根體積；0.50 mg/L PP333對棉花根系總表面積、根體積和根平均直徑均有顯著促進作用。綜上，0.20 mg/L GA3、0.01 mmol/L SA和0.10 mg/L PP333為促進棉花幼苗根系發育的推薦激素及濃度。

關鍵詞 棉花幼苗；GA3；SA；PP333；根系生長

中圖分類號 S562 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）21-0041-06

Effects of different exogenous factors on root development of membraneless cotton seedlings

ZHAO Li1，2

（1 College of Ocean Engineering， Yantai Institute of Science and Technology， Yantai 265600， China;

2 Key Laboratory of Modern Architecture Engineering， Tarim University， Alaer 843300， China）

Abstract To quantify the regulatory effects of different exogenous sources on the root system of cotton without membrane drip irrigation， this study explored the effects of exogenous GA3 ， SA and PP333 on the root growth of Zhongmian619 seedlings without membrane drip irrigation. The results showed that， from 3 to 7 days after treatment， different concentrations of GA3， SA and PP333 could promote the main root growth of cotton seedlings; to 11 days after treatment， compared with CK， 0.20 mg/L GA3， 0.01 mmol/L SA and 0.10 mg/L PP333 can increase cotton taproot length by 7.3%， 35.8% and 15.3% respectively; lower concentrations of GA3 （0.05 and 0.20 mg/L） can promote cotton root development and increase the cotton root length and root Surface area; 0.01， 0.05 and 0.10 mmol/L SA could increase total root length， root surface area and root volume; high concentration of PP333 （0.50 mg/L） could significantly affect cotton root development and increase total root system Surface area， root volume and average root diameter. In conclusion， 0.20 mg/L GA3， 0.01 mmol/L SA and 0.10 mg/L PP333 were the recommended concentrations to promote root development in cotton seedlings.

Keywords cotton seedling; GA3; SA; PP333; roots growth

自20世紀80年代開始推廣地膜棉種植等技術，連續多年總產、單產和調出量位居全國第一[1]。棉花是喜溫作物，采用地膜覆蓋播種可以起到增溫保墑作用，有利于棉苗生長。然而，隨著地膜使用量增加，棉田殘留地膜對土壤結構造成一定破壞，影響棉花生長甚至造成減產，制約了棉花生產的可持續發展[2-4]。無膜栽培既可省去地膜鋪蓋產生的成本，又能緩解棉田地膜殘留等問題，是促進棉花生產綠色可持續發展的途徑之一[5]。

無膜棉花種植前期土壤溫度和水分含量低導致棉花晚發，是制約無膜棉產量提升的主要因素之一。根系的發育直接影響棉苗植株的生長狀況，從而影響后期棉株的生長發育及棉花產量[6-7]。化學調控技術在作物生產上普遍使用，通過施用植物生長調節劑改變植物內源激素的構成從而調節植物的生長發育過程[8-9]。赤霉素（Gibberellins，GA）是一種內源植物生長激素，在打破種子休眠、促進種子萌發及幼苗生根等方面有重要作用[10-11]。水楊酸（Salicylic Acid，SA）作為一種植物激素，能緩解鹽脅迫對棉種萌發和幼苗生長的抑制作用[12]，且水楊酸浸種后種子發芽率、幼苗生長量、可溶性糖含量和根系活力等都有明顯的提高[13]。多效唑（Paclobutrazol，PP333）是一種三唑類植物生長調節劑，能被植物的根、莖和葉片吸收，調節根系和地上部的生長，提高根冠比，利于形成壯苗[14-15]。

膜下滴灌棉花中已有利用外源調節劑對棉種萌發及幼根生長進行調控的相關研究，而針對無膜棉花幼根生長發育調控方式多為噴施和浸種處理，根施研究較少。根施外源調節劑更有利于植株吸收利用，減少使用量及殘留量。本研究以中棉619為試驗材料，探究外源GA3、SA和PP333對無膜滴灌棉花幼苗根系生長發育的影響，以期通過外源調節劑合理調控棉苗根系的生長，為無膜棉花在新疆地區的推廣種植提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為中棉619（無膜棉）；赤霉素純度為99%；水楊酸中C7H6O3含量為99.5%；多效唑有效成分含量為25%；種子萌發袋型號為CYG-98LB，長30 cm，寬25 cm。

1.2 試驗設計

試驗于塔里木大學智能人工氣候室內進行，采用TES 1339照度計測得光照強度約為9 000 Lx，白天室內溫度設置為25 ℃，光照時長14 h，夜晚溫度設置為20 ℃，黑暗時長10 h。試驗設置赤霉素（GA3）、水楊酸（SA）和多效唑（PP333）3種植物生長調節劑，每種調節劑設3個濃度水平，同時設置一個無外源添加作為對照處理，共計10個處理，每個處理重復3次，具體試驗處理設置見表1。試驗開始前進行溶液配制，稱取GA3、SA和PP333，先加入少許乙醇溶解，然后按試驗設置稀釋成相應濃度的溶液。選擇飽滿一致的中棉619種子，置于經消毒后的萌發袋中，每袋放置6粒。按照試驗設置取不同濃度的GA3、SA和PP333溶液各50 mL分別加入相應處理的萌發袋中，CK處理加入等量的清水。為保證棉苗生長發育所需的營養，培養至第5天時向各處理萌發袋中加入20 mL 1/4濃度的霍格蘭營養液，培養12 d。

1.3 測定項目與方法

從胚根開始發育的第3天開始至第11天，每日8：00測量棉花的主根長并記錄，培育至第12天時，用鑷子將幼苗完整取出后，利用根系掃描儀Epson V800對棉株根系進行掃描，并利用根系分析軟件Win Rhizo對根總長、根系總表面積、根體積和根平均直徑進行分析。

1.4 數據處理

用Microsoft Excel 2010進行數據處理和繪圖，運用SPSS 25.0進行單因素方差分析及差異顯著性檢驗。圖表中的數據為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同濃度GA3、SA和PP333對棉花幼苗根表型的影響

不同濃度GA3、SA和PP333處理下棉花幼苗根系形態如圖1所示。GA3、SA和PP333處理棉花幼苗12 d后其根系形態發生了明顯變化。不同濃度GA3處理的棉花根系均變得纖細，0.05和0.20 mg/L GA3處理的棉花側根數目明顯較多，而高濃度GA3（0.80 mg/L）則明顯抑制棉花側根生長。3種濃度的SA處理均不同程度地促進了棉花幼苗主根和側根的發育；與CK相比，SA各處理的側根數和側根長均明顯增大，并隨著SA濃度的升高，促進作用有減弱趨勢。不同濃度PP333處理增加了棉花幼苗側根數量，主根直徑明顯大于對照處理，隨著PP333濃度的升高，側根數呈增加趨勢。

2.2 不同濃度GA3、SA和PP333對棉花幼苗主根生長的影響

由圖2a可知，不同濃度GA3對棉花主根生長均產生了明顯影響。在處理3～7 d時，GA3各處理的幼苗主根長均明顯高于CK，處理7 d后，G1和G3處理的主根長開始逐漸低于CK。在培育期內，G2處理棉苗主根長較其他處理增長。處理11 d后，G2處理棉苗主根長較CK處理增加7.4%，且差異達到顯著水平（表2），這說明0.20 mg/L GA3在整個培育期內可保持對棉花主根生長的促進作用。

由圖2b可知，在不同濃度SA處理3～7 d時，各處理棉苗主根長均明顯高于CK，處理7 d后，S2和S3處理棉花主根生長減緩，而S1處理在整個培育期內主根長始終高于其他各處理。處理11 d后，S1處理較CK、S2和S3處理分別增加棉花主根長35.8%、27.9%和35.8%（表2）。可見0.01 mmol/L SA可有效促進棉花主根生長，且隨著SA濃度的升高促進作用逐漸減弱。

由圖2c可知，在不同濃度PP333處理棉花幼苗3～6 d，經PP333處理的主根長均明顯高于CK，表明不同濃度PP333均可促進棉花主根生長。處理6 d后，P3處理棉苗主根長開始低于CK處理，抑制主根生長。在處理11 d后，P1和P2處理主根長較CK分別增加了16.0%和6.2%，且P1與CK差異達顯著水平；P3處理主根長較CK降低了4.9%，但差異不顯著（表2）。以上表明，0.10 mg/L PP333可顯著促進棉花主根生長，而0.50 mg/L PP333會抑制棉花主根生長。

2.3 不同濃度GA3、SA和PP333對棉花幼根形態參數的影響

根總長、根系總表面積、根體積及根平均直徑是根系生長發育的重要指標。不同濃度GA3、SA和PP333處理12 d后棉花幼苗根系形態參數如圖3所示。不同濃度GA3處理對棉花根總長和根系總表面積未產生明顯影響，G1和G2處理下總根長和根系總表面積均高于CK，但差異未達顯著水平；G3處理的總根長和根系總表面積均受到抑制。各GA3處理均會抑制棉花根體積和根平均直徑，其中G3處理根體積較CK降低了18.1%，差異顯著，G1、G2和G3處理根平均直徑較CK分別下降了17.6%、10.4%和16.3%，其中G1和G3處理與CK的差異均達到顯著水平。以上分析表明，0.05和0.20 mg/L GA3會促進棉花根系發育，增加棉花根總長和根系總表面積，但經GA3處理后會降低根體積和根平均直徑。

對SA處理12 d的幼苗根系形態指標分析發現，棉花幼苗根系受SA影響明顯。不同濃度SA處理的棉花根總長、根系總表面積和根體積均明顯高于CK，且差異均達顯著水平，而根平均直徑較CK則無顯著差異。以上分析表明，SA可通過增加根系總長、根系總表面積和根體積促進棉花幼苗根系發育；SA可促進棉花幼苗側根發育，因此根系平均直徑會有所降低。

經PP333處理的棉花幼苗根系各形態表現不一。P1和P2處理對根總長、根體積和根平均直徑均無顯著影響。相較CK處理，P3處理分別增加根系總表面積、根體積和根平均直徑16.2%、34.1%和22.0%，降低總根長5.1%，差異均達到顯著水平。這表明0.50 mg/L PP333會顯著影響棉花根系發育，增加根系總表面積、根體積和根平均直徑，減小根系總長。

3 結論與討論

赤霉素（GA）是從赤霉菌培養液中提取的一類化合物，其GA3的活性較高，可促進種子萌發和根系分生組織發育等。本研究中，處理7 d后，0.05 和0.80 mg/L GA3處理會抑制棉花幼苗主根的伸長，而0.20 mg/L GA3處理在培育期內可始終促進主根生長。有研究表明施加GA3對棉花根系的調控作用既可表現為促進作用[16]又可表現為抑制作用[17]，與本研究結果相似。此外，高濃度GA3處理（0.80 mg/L）抑制側根的生長，側根數目較少，且根總長、根系總表面積、根體積均低于其他處理。李欣欣等[18]對大豆的研究發現，高濃度GA3同樣會抑制大豆側根生長，降低側根數。

SA作為一種生長調節劑在植物生長、光合作用、離子吸收等生理過程中發揮著重要作用[19]。本研究發現，不同濃度SA均能促進棉花幼苗主根的生長，并隨SA濃度的升高促進作用逐漸減弱。此外，SA可明顯增加棉花側根數量和長度，進而增加根總長、根系總表面積和根體積，但會降低根平均直徑。不同處理之間相比，0.05 mmol/L SA對幼苗側根生長的促進效果更好，0.01 mmol/L SA對幼苗主根伸長的促進作用更顯著。

PP333是一種內吸性的三唑類植物生長調節劑，能被植物根、莖和葉片吸收，具有調節根系和營養體的生長，使葉綠素含量增加等作用[20]。本研究發現，低濃度的PP333（0.10和0.25 mg/L）可有效促進棉花主根生長，而高濃度（0.50 mg/L）則會抑制生長。這與楊建榮等[14]的研究結果一致，適量施用PP333能促進棉花根系生長發育。

本研究通過室內萌發袋試驗，探討了不同濃度GA3、SA和PP333對棉花幼苗根系形態的影響。結果表明，0.20 mg/L GA3、0.01 mmol/L SA和0.10 mg/L PP333為促進棉花幼苗根系發育的推薦激素及濃度。

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（責編：何 艷）