不同濃度乙烯利復配劑對棉花的打頂效應

路 茜,李鵬兵,李明華,文 明,董志強,蘆 陽,劉 揚,,馬富裕,

(1.石河子大學農學院/新疆生產建設兵團綠洲生態(tài)重點實驗室, 新疆石河子 832003;2.新疆維吾爾自治區(qū)科技人才開發(fā)中心, 烏魯木齊 830026;3.現(xiàn)代農業(yè)生產信息化管理與應用技術國家地方聯(lián)合工程研究中心(新疆兵團), 新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】打頂整枝是解決棉花無限生長、調節(jié)光合產物向棉鈴運輸、提高產量的一項重要技術[1]。當前生產上普遍采用的人工打頂方式,耗時耗力、效率較低下,與棉花輕簡化栽培有一定的距離,化學打頂是利用植物生長延緩或抑制劑減緩棉花頂端生長,較人工打頂更加節(jié)省時間勞力、方便快捷,而適宜的化學打頂劑配方及其作用機理深入研究是實現(xiàn)棉花全程機械化栽培至關重要的一步。【前人研究進展】化學打頂可通過調控株高、節(jié)間長度和果枝長度,塑造合理的株型,形成有利于提高光能利用率的冠層結構,減弱棉花橫向生長,塑造棉花緊湊株型,改善棉田通風透光能力,利于機械化操作,并可以提高棉花產量[2-4]。合理使用植物生長調節(jié)劑能夠塑造作物理想株型,增強光能利用率,促進光合產物向生殖器官的轉運,提高作物增產潛力。烯效唑(Uniconazole,S3307)是一種新型植物生長延緩劑,可抑制細胞伸長,影響作物生長發(fā)育形態(tài)[5]。倪皖莉等[6]研究結果表明,葉面噴施烯效唑可增加主莖直徑,烯效唑濃度越大,花生植株表現(xiàn)越矮壯;閆艷紅等[7]研究表明,烯效唑前期控制大豆葉片徒長,后期促籽粒生殖生長,對構建穩(wěn)定的株型有調控作用。乙烯利(Ethephon,ETH)是一種生長延緩劑,對植物體內的吲哚乙酸氧化酶具有一定的作用,可以降低植物體內的吲哚乙酸水平,并且延緩吲哚乙酸的形成速度,對赤霉素和細胞分裂素的形成具有抑制作用。乙烯利對于荔枝和龍眼冬梢的生長具有顯著的抑制作用[8-9]。【本研究切入點】有些市售化學打頂產品存在效果不穩(wěn)定、作用機理不明確等問題,且關于植物生長調節(jié)劑復配試劑對棉花打頂效應研究較少。需研究不同濃度乙烯利復配劑對棉花的打頂效應。【擬解決的關鍵問題】采用葉面噴施不同濃度乙烯利與烯效唑復配試劑,研究外源復配劑處理對棉花生長發(fā)育及產量形成的作用規(guī)律,篩選出具有打頂效應的復配劑,為新疆滴灌棉花化學打頂技術的推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2020年在新疆生產建設兵團第八師石河子大學試驗場(44°29'N,86°1'E)進行,供試品種魯棉研24,2020年4月18日播種,7月5日打頂,9月30日收獲,種植模式為1膜3行3帶的等行距種植方式,行距為76 cm,株距為9.5 cm。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗于蕾期棉花現(xiàn)蕾2～3個(6月10日左右)開始進行第一階段噴施,試劑采用低濃度烯效唑進行噴施;盛花期(7月10日左右)開始第2階段噴施,試劑采用較高濃度烯效唑與不同濃度乙烯利(C1: 0 mg/L、C2: 100 mg/L、C3: 200 mg/L、C4: 400 mg/L、C5: 800 mg/L)復配噴施,兩階段各噴施3次,間隔10 d,以人工打頂(CK)作為對照。試劑使用單肩式噴壺進行葉面噴施,噴至葉片濕而不滴狀態(tài),噴量為225 L/hm2,清水處理噴施同等劑量。隨機區(qū)組試驗,3次重復,小區(qū)面積為28.5 m2(2.28 m×12.5 m),其它栽培措施均按高產田栽培要求進行。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 農藝性狀

每小區(qū)標記10株長勢一致的棉花,在棉花主要生育時期進行棉株主莖日增長量的測定,棉花吐絮期測定其株高、果枝臺數(shù)、節(jié)間長、葉齡等農藝性狀。

1.2.2.2SPAD

在棉花主要生育時期每小區(qū)選取5株長勢一致的棉花,用SPAD-502測量棉花主莖倒四葉葉片相對葉綠素含量,打頂后依次測倒3葉、倒2葉、倒1葉。

1.2.2.3 干物質

在棉花盛蕾期(FS)、盛花期(FF)、盛鈴前期(EFB)、盛鈴后期(LFB)、吐絮期(BO),每個小區(qū)選取具有代表性的3株棉花自子葉節(jié)以上將其分解為葉片、莖稈和生殖器官3部分,于烘箱中105℃下殺青30 min后,85℃烘干至恒重,測定干物質。

1.2.2.4 成鈴特性

在棉花吐絮期,各小區(qū)選取10株長勢一致的棉株調查其成鈴個數(shù),計算成鈴率與雙鈴率:

成鈴率=相同果枝結鈴株數(shù)/10×100%;

雙鈴率=相同果枝雙鈴株數(shù)/10×100%。

1.2.2.5 產量

于吐絮期在各小區(qū)選取6.75 m2面積,統(tǒng)計其株數(shù)、鈴數(shù),連續(xù)取50朵完全吐絮棉鈴,稱量,測定平均鈴重,計算籽棉產量,軋花后計算衣分。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)分析采用Excel 2019,方差分析采用SPSS 25.0,作圖采用Origin 2019 b。

2 結果與分析

2.1 不同處理對棉花農藝性狀的影響

研究表明,與人工打頂相比,復配試劑噴施后棉花主莖依舊繼續(xù)生長,而隨著復配試劑中乙烯利濃度的升高,新生主莖生長呈現(xiàn)出逐漸減緩的趨勢。各處理自噴施以后相較于人工打頂,新生主莖長度分別高出其0.93～1.96 cm、3.42～5.67 cm、3.95～8 cm、4.52～9.8 cm;相較于乙烯利濃度為0處理,其它濃度乙烯利處理最終新生主莖長度較其降低10.9%～34.67%。圖1

各處理下棉花株高均相對較高,其中C1、C2、C3、C4處理下株高均顯著高于CK處理10.55%～21.26%。隨之增加的是棉花果枝臺數(shù)及葉齡,同CK相比,各處理均顯著增加棉花果枝1.9～2.7臺;并顯著提高棉花葉齡2～3.2。隨著乙烯利濃度的升高逐漸縮短,其中C4、C5處理同CK相比分別顯著縮短7.21%、7.75%。表1

圖1 不同處理下棉花新生主莖長度變化

表1 各處理下棉花農藝性狀變化Table 1 Effects of different treatments on agronomic traits of cotton

2.2 不同處理對棉花SPAD值的影響

研究表明,SPAD值隨著棉花生育進程的推移呈現(xiàn)出先增高后降低的趨勢,各處理在播后101 d達到峰值。播種后76 d內各處理間沒有差異,自播種后101 d起,經過不同復配調節(jié)劑噴施處理后,棉花SPAD值均高于人工打頂,其中,C3處理較CK顯著高出8.22%,在播種后125 d,C3處理較C5、CK分別顯著提高5.28%、8.46%。圖2

2.3 不同處理對棉花干物質重量的影響

研究表明,棉花各部分干物質重量均呈現(xiàn)“S型曲線”增長趨勢。其中葉片和莖稈干物質重量表現(xiàn)出先增加后降低的規(guī)律,在盛花期、盛鈴前期、盛鈴期沒有差異,盛鈴后期C3處理葉片干物質重量較CK顯著提高16.97%,莖稈干物質重量較處理C5、CK分別顯著提高11.62%、14.57%,在吐絮期,C3處理葉片干物質重量較CK顯著提高22.56%,莖稈干物質重量較處理C5、CK分別顯著提高12.35%、13.92%;生殖器官干物質重量表現(xiàn)出前期增長迅速后期增長減緩的規(guī)律,于盛鈴期開始表現(xiàn)出差異,其中處理C2、C3、C4均顯著高于CK,在盛鈴后期,處理C3干物質重量達最大,與處理C1、C5、CK存在顯著性差異,在吐絮期,處理C3仍保持最大,較處理C1、C4、C5、CK均存在顯著性差異,處理C3兩時期分別較CK提高38.68%、36.6%。圖3

注:不同小寫字母表示于 0.05 水平差異顯著,下同

2.4 不同處理對棉花成鈴率和雙鈴率的影響

研究表明,不同處理對棉花成鈴空間分布影響顯著,各處理棉花成鈴主要呈現(xiàn)出由主莖下端至上端、近主莖端至遠主莖端逐漸遞減的規(guī)律。棉花成鈴主要集中在中下部,與CK相比,各處理提高棉花果枝中下部成鈴率0.42%～6.25%,其中處理C2、C3較CK分別提高雙鈴率0.42%、5.83%。不同處理對棉花上部成鈴率影響較大,同CK打頂處理相比,不同處理均增加了棉株上部結鈴數(shù),其中處理C3上部成鈴率高達47.5%,較CK提高36.67%,而隨著乙烯利濃度的升高,棉株上部結鈴數(shù)有所減少,處理C5上部成鈴率達24.17%,僅高出CK 13.33%。圖4

注:FF、EFB、FB、LFB、BO分別表示盛花期、盛鈴前期、盛鈴期、盛鈴后期、吐絮期

2.5 不同處理對棉花產量的影響

研究表明,不同處理主要表現(xiàn)在對棉花單株鈴數(shù)的影響較大,對棉花單鈴重和衣分則沒有顯著影響。與CK相比,不同處理均能提高棉花單株鈴數(shù)與籽棉產量;相較于其它處理,C3處理下單株鈴數(shù)最大,高出其它處理0.3～1.6個,較CK顯著提高18.18%;籽棉產量在C3處理下達到最大,與CK相比,增加籽棉880.5 kg/hm2,顯著提高17.64%。表2

3 討 論

棉花在化學打頂后株高雖高于人工打頂,但株寬、果枝長等顯著低于人工打頂,因而株型更緊湊、冠層透光性好[10-11]。化學打頂棉花上部果枝結鈴數(shù)和內圍鈴數(shù)略高于人工打頂,鈴重與人工打頂?shù)南喈?衣分略有降低,籽棉和皮棉產量與人工打頂相當且有增產潛力,對綜合纖維品質無顯著影響[12]。研究發(fā)現(xiàn),不同濃度乙烯利與烯效唑復配噴施處理均可在一定程度上控制棉花頂端生長,而隨著乙烯利濃度的升高,主莖日增長量降低愈發(fā)明顯,相比人工打頂,不同處理均縮短了節(jié)間長,增加了棉花果枝臺數(shù)及葉齡,進而增加了棉株上部結鈴,將棉花頂端優(yōu)勢轉化為產量優(yōu)勢。可能是因為乙烯利與烯效唑均降低了促進棉花頂端生長的赤霉素與吲哚乙酸的含量[13-14],頂端與側枝的生長平衡被重新規(guī)劃,弱化縱向生長,強化橫向發(fā)育,有利于塑造合理株型,進而提高增產潛力。

棉花化學打頂后葉片葉綠素含量高,持續(xù)時間長,光合作用時間延長,保證了群體光合能力在提高的同時延長其持續(xù)時間[15]。乙烯利與烯效唑均能通過增強作物體內的過氧化酶活性,減弱頂端優(yōu)勢,抑制節(jié)間生長[16-17],其中烯效唑能提高葉片中葉綠素含量,延長葉綠素含量的緩降期,提高光合參數(shù)[18],但因為乙烯利水解所產生的乙烯和酸物質會通過誘導或起始乙烯信號途徑,造成葉綠素的降解,最終會加速葉片衰老[19-21]。研究發(fā)現(xiàn)隨著乙烯利濃度的升高,棉花葉片SPAD值出現(xiàn)先升高后降低的趨勢,復配試劑中烯效唑的存在可以抑制乙烯利對葉綠素的降解,但當乙烯利濃度超過200 mg/L以后,棉葉SPAD值逐漸降低,烯效唑對乙烯利降解葉綠素的緩解作用就越小。

乙烯利可以促進作物葉片光合作用,提高凈光合速率,增強同化物合成與輸出能力,從而提高產量[16、22]。烯效唑能夠有效提高作物各生育時期光合作用能力,促進碳代謝產物及光合產物的積累,有利于提高產量[23-24]。研究發(fā)現(xiàn)C3處理在棉花盛鈴后期可顯著提高葉片及莖稈干物質積累量,同時期的生殖器官干物質積累量也達到最大。與人工打頂相比,不同處理均增加了棉花上部結鈴數(shù),烯效唑與乙烯利同時減緩了棉株頂端生長優(yōu)勢,使營養(yǎng)物質向側枝轉運減少生長冗余,促進棉鈴的形成,且對棉花單鈴重影響不大,最終轉化為產量優(yōu)勢。

4 結 論

在棉花蕾期噴施烯效唑、盛鈴期噴施烯效唑+不同濃度乙烯利復配試劑可以在一定程度上控制棉花株高,增加果枝臺數(shù)、葉齡,縮短主莖節(jié)間長,減弱棉花縱向生長優(yōu)勢使之形成緊湊株型,有利于棉花頂部產生的營養(yǎng)物質更偏重向旁枝的運輸;提高棉葉SPAD值,保證棉株光合作用的可持續(xù)且高效進行,擴大光合產物向生殖器官的轉運量,促進棉株上部成鈴,增加單株鈴數(shù)。隨著盛鈴期噴施復配試劑中乙烯利濃度的升高,棉株縱向生長抑制效果表現(xiàn)越好,但隨之乙烯利對棉葉中葉綠素的降解作用越明顯,不利于光合產物的形成,棉花產量得不到保障。盛鈴期噴施烯效唑與200 mg/L乙烯利復配試劑效果最佳,可用于棉花化學打頂。