植物免疫蛋白對棉花生長發育、產量品質及抗病關鍵基因表達的影響

中圖分類號：S562.01;S562.04 文獻標志碼：A 文章編號：1002-1302（2025）10-0066-08

棉花是關系到國計民生的重要經濟作物，我國是世界最大的棉花生產國，同時又是最大的消費國，總產和單產均居世界首位[1]。但在棉花生產中，化肥和農藥的過量施用，不僅利用率不高，還引發了一系列環境問題和生態問題。化肥的過量施用使棉田土壤板結，通透性變差，不利于棉花的根系發育，土壤生物學性質惡化，棉花抗逆性降低，進而影響產量和品質[2-3]。特別是氮肥的過量施用[4]，造成棉花徒長，抗病性大大減弱，病害頻發，從而影響棉花的最終產量和質量[5]。當前肥料研發不再以提高作物產量為重點，而是逐步變為以提高肥料利用率和作物品質為中心，以保持生態環境與農業生產的平衡發展，提高棉花的化肥吸收率。減少化肥施用量是緩解土壤污染和棉花產業可持續發展的有效途徑。

植物免疫蛋白是利用生物技術從微生物中分離提取的蛋白，能夠高效激發植物體內免疫調控系統和快速生長系統，使植物具有促生抗病、抗旱和抗凍等多種生物功能，同時促進植物產生生長促進因子，快速提高植物生長量[6-7]。植物免疫蛋白相比化學藥劑具有持久和多病共抗的顯著效果，可以促進作物生長、改善品質并提高產量[8-11]。然而，目前關于植物免疫蛋白在棉花上的應用效果及其作用機制尚鮮見報道。棉花作為重要的纖維作物，其生產效率和品質直接關系到農業生產的經濟效益和可持續發展[12]。本研究通過探索不同種類及不同濃度的植物免疫蛋白對棉花農藝性狀、葉面積指數、產量品質及相關抗病基因表達水平的影響，旨在篩選出適合湖南棉區的高效植物免疫蛋白施用方案，為棉花綠色高效可持續生產提供新的技術支持，同時也為其他作物的綠色生產提供參考依據。

1材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用棉花品種為常規早熟品種JX0010，由湖南農業大學棉花研究所提供。供試植物免疫蛋白為：普綠通[普綠通（北京）生物科技有限公司生產，腐殖酸含量 ?4.0% ， N、P₂O₅、K₂O 含量 ?20.0% ：含極細鏈格孢激活蛋白」；新疆中農科（新疆中農科生物技術發展公司生產，有機質含量 gt;50g/L，N K₂O 含量 gt;100g/L，N 含量 ?60g/L ；有機質為殼案糟）；潤綠翠（河南艾嘉爾生物科技有限公司生產，氨基酸含量 ?1000g/L，Zn+B 含量 ?20g/L ；含超敏蛋白）。

1.2 試驗設計

試驗于2023年在湖南農業大學棉花科研基地（29^°47^′N，113^°31^′E） 進行，該地區為亞熱帶季風濕潤氣候。本試驗采用雙因素隨機區組設計，設置植物免疫蛋白種類和噴施濃度2個處理因素，共10個處理。3個植物免疫蛋白分別為P（普綠通）、X（新疆中農科）、R（潤綠翠），設置 50%.75%.100% 等3個推薦噴施濃度（表1），在蕾期、花鈴期、吐絮期分別噴施1次，以清水為對照（CK），每個處理重復3次，共計30個小區。每小區種植2壟4行，小區面積為 16m² ，株距 20cm ，種植密度為4000 株 。于5月27日開溝播種棉花，試驗期間播種、除草、打頂、收獲均采用人工方式。試驗地2023年5一10月的降水量及溫度如圖1所示。

1.3 測定指標及方法

1.3.1農藝性狀挑選連續且長勢均勻的5株棉花，分別在蕾期、花鈴期、吐絮期測定株高、果枝數等農藝性狀。株高：用塔尺測量棉株頂芽（打頂后以最高葉片為準）到子葉結的高度；果枝數：棉株主莖的果枝數量。

1.3.2葉片SPAD值蕾期、花鈴期在各小區選取棉株倒2葉，吐絮期于打頂后取棉株主莖頂葉，采用日本KonicaMonita公司的SPAD-502型葉綠素測

定儀測定SPAD值。

1.3.3棉花葉面積指數使用AccuPARLP-80植物冠層分析儀分別于蕾期、花鈴期、吐絮期3個時期測定葉面積指數。每個小區選取長勢均勻的樣點，將探頭水平放置在距離地面 20～40cm 處，測定葉面積指數，每個樣點測3個值，取平均值，重復3次。

1.3.4干物質積累與分配各小區自苗期之后每個生育時期隨機選取2株代表性棉株，采集棉株樣品，按不同器官[莖、葉及生殖器官（包括蕾、花、鈴）]分樣，放入 105°C 烘箱殺青 30min，80^qC 條件下烘干至恒重后稱重。

1.3.5產量及品質吐絮后測量并記錄各處理上午產量，統計各處理的有效結鈴數和收獲株數。在各小區選取代表性棉株的中部完全吐絮棉鈴，共計50朵，測定其單鈴重，并計算衣分、籽棉產量。將用于測定單鈴重和衣分的棉花樣品混合軋花后稱取30g 左右，送至中國農業科學院棉花研究所檢測中心，測定其纖維長度、整齊度、纖維強度、伸長率、馬克隆值等指標。

1.3.6抗病相關基因表達量測定取各處理棉花花鈴期葉片，保存于液氮中，提取mRNA。通過實時熒光定量PCR（quantitativereal-timePCR）分析棉花JAR1（茉莉酸生物合成相關）PAL（苯丙氨酸氨裂合酶）、POD（過氧化物酶）、PPO（多酚氧化酶）、PR10（病程相關蛋白）和 β-1，3- 葡聚糖酶等6個抗病相關基因在不同處理中的表達差異。基因擴增引物信息見表2。

1.4 數據分析

采用 0rigin9.80 軟件作圖，SPSS17.0軟件進行差異顯著性分析，MicrosoftExcel進行數據計算。

2 結果與分析

2.1不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花各時期農藝性狀的影響

2.1.1株高由表3可知，不同的植物免疫蛋白對棉花的株高具有不同程度的影響。在蕾期，3種植物免疫蛋白均增加了棉花的株高，且P3處理增加最多，比CK增加 21.69% 。在花鈴期，P3處理、X3處理的株高顯著高于CK，分別增加 11.07% 、9.41% 。在吐絮期，P1、P2、P3、X1處理的株高顯著高于CK，且P3處理增加最多，比CK增加 7.21% 。2.1.2果枝數由表4可知，不同的植物免疫蛋白對棉花的果枝數具有不同程度的影響。在蕾期，中高濃度的普通綠顯著增加了棉花的果枝臺數，且P3處理比CK增加 26.45% 。在花鈴期和吐絮期，3種植物免疫蛋白在高濃度條件下，顯著增加了棉花的果枝數，且P3處理增加效果最為顯著，較CK分別增加 17.35% .15.45% 。

2.2不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花各時期葉片SPAD值的影響

由表5可知，不同的植物免疫蛋白對棉花葉片SPAD值具有不同程度的影響。在蕾期，各處理對棉花葉片SPAD值均無顯著影響。在花鈴期，與CK相比，P3處理花鈴期葉片SPAD值較CK提高15.29% ；中高濃度的普通綠、中高濃度新疆中農科以及全部濃度下的潤綠翠均顯著提高了棉花葉片SPAD值，且P3處理提高最顯著。在吐絮期，高濃度的普通綠、潤綠翠顯著提高了棉花葉片的SPAD值

2.3不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花各時期葉面積指數的影響

由圖2可知，棉花葉面積指數隨植株的生長發育而逐漸增加。不同時期的增加趨勢與植物免疫蛋白的使用劑量相關，不同處理對棉花葉面積指數具有不同程度的影響。在蕾期，施加不同的植物免疫蛋白對葉面積指數無顯著影響。在花鈴期，施加不同植物免疫蛋白對葉面積指數影響較大，尤其是P處理。其中P1處理增加最多，比CK增加43.09% 。在吐絮期，P處理尤其是P1處理仍然增加最多，比CK增加 21.95% 。

2.4不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花干物質積累與分配的影響

由表6可知，不同的植物免疫蛋白對不同時期棉花干物質積累與分配具有不同程度的影響，不同時期的干物質積累量變化與使用劑量相關。在蕾期，與CK相比，所有處理的葉片干物質積累量均顯著升高，尤其是P3處理，達到 29.42g ；除P1、X1處理外，莖干物質積累量均顯著增加;除P1、X1、R1、R2處理外，生殖器官干物質積累量均顯著增加，其中均以P3處理增加效果最佳。在花鈴期，與CK相比，P3處理的葉片和莖干物質積累量顯著增加；除X2、X3、R1處理外，生殖器官干物質積累量均顯著增加，說明干物質積累量明顯向生殖器官轉移。在吐絮期，P處理尤其是P3處理的葉片和莖干物質積累量最高；與CK相比，除了X1、R2、R3處理外，其他處理的生殖器官干物質積累量均顯著增加，同樣表現為P3處理效果最好。

2.5不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花產量的影響

不同濃度植物免疫蛋白對棉花籽棉、單鈴重、單株成鈴數、皮棉、衣分和產量均會產生明顯影響。由表7可知，在P組處理中，P1、P3處理棉花的單株成鈴數和籽棉產量均較高，與P2處理存在顯著差異，P1、P3處理的單株成鈴數分別比CK增加33.11% 、40. 65% ，籽棉產量分別比CK增加

45.93% （20 .44.01% 。在 ΔX 組處理中，X1、X2 處理的單鈴重達最大值，與X3處理存在顯著性差異，分別比CK增加 12.69% （20 ，11.82% ；各濃度處理的衣分無顯著差異；X1處理的籽棉產量達最大值，為5776.44kg/hm² 。在R組處理中，R3處理的單鈴重、單株成鈴數均達最大值，分別為 5.27g_?17.53 個；各種濃度處理的衣分、籽棉產量間均無顯著差異。

2.6不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花纖維品質的影響

由表8可知，不同的植物免疫蛋白對棉花纖維品質具有不同程度的影響。與CK相比，P2、P3、處理的上半部平均長度、整齊度指數顯著增加，其中

P3處理較CK分別增加 4.81% （20 .2.08% 。P3處理的黃度較CK顯著降低 6.93% ，紡紗均勻性指數顯著增加 9.75% 。結果表明，使用 P 處理有助于提高棉花纖維品質，且使用濃度為 100% （P3處理）的效果最佳。

2.7不同濃度及種類植物免疫蛋白對棉花抗病相關基因表達量的影響

不同濃度及種類的植物免疫蛋白對棉花抗病相關基因表達量均會產生明顯影響。JAR1可以催化茉莉酸（JA）形成茉莉酸的活性形式——茉莉酸異亮氨基酸復合體，從而激活JA信號途徑，促進植物抗性。由圖3-a可知，P組處理與CK存在顯著差異，其中P3處理JAR1表達量達最大值。與對照相比，P3處理JAR1表達量顯著上調，表明該處理可能通過激活JAR1介導的茉莉酸異亮氨基酸復合體合成途徑，增強JA信號通路的傳導效率，進而強化植物對生物脅迫的抗性響應。X3處理的JAR1表達量低于CK，表明其JA信號通路的關鍵調控節點可能受到抑制，導致防御反應減弱。

PAL是參與苯丙烷和水楊酸（SA）生物合成，誘導植物防御的關鍵酶。由圖3-b可知，P3處理PAL基因表達量達到峰值，較CK顯著上調，表明該處理可能通過激活苯內烷代謝途徑增強植物防御響應。X2、X3處理PAL表達量較CK顯著增加，而X1處理無顯著變化，表明該處理對PAL的誘導效應存在劑量或時間依賴性。R1處理PAL表達量與CK無顯著變化，但R2、R3處理較CK顯著上調。

POD是植物體內重要的抗氧化酶，能提高機體對多種逆境的抵抗力。由圖3-c可知，P3處理POD基因表達量達到最大值，較CK顯著升高。X2、X3處理POD表達量較CK顯著上調，而X1處理與CK無顯著差異，表明X組處理需達到臨界脅迫強度才能有效觸發POD介導的抗氧化防御網絡，低強度處理（X1）可能不足以突破植物內穩態閾值。R1處理POD表達量與CK不存在顯著差異，但R2、R3處理顯著高于CK，暗示該處理初期可能通過抑制POD活性降低代謝消耗，后期則通過補償機制部分恢復酶活性，以適應動態脅迫環境并平衡氧化還原穩態。

PPO催化木質素及醌類化合物形成，構成保護性屏蔽，使細胞免受病菌的侵害。由圖3-d可知，與CK相比，P3處理PPO基因表達量顯著上調，為最高表達水平，表明該處理可能通過激活PPO介導的木質素合成途徑增強抗病響應。X1及R1處理的表達量整體與CK無顯著差異，說明其調控機制具有條件依賴性。

PR10通過分解真菌細胞壁、透化膜、抑制轉錄和滅活核糖體來促進植物的先天抗性。由圖3-e可知，與CK相比，P3處理的PRIO基因表達量顯著上調，表明該處理可能通過激活PR1O介導的抗真菌途徑增強植物的先天抗性。此外，R2、R3、X3處理的表達水平與CK無顯著差異，表明其調控效應具有條件依賴性或環境特異性。

β-1，3- 葡聚糖酶能有效抑制病原菌的生長。由圖3-f可知，與CK相比，P3處理的 β-1，3- 葡聚糖酶基因表達量顯著上調，表明該處理可能通過激活 β-1，3- 葡聚糖酶的生物合成途徑，增強其對病原菌細胞壁中 β-1，3- 葡聚糖的降解能力，從而抑制病原菌的定殖與擴展。相反，R2處理的表達量顯著降低，提示其防御相關信號通路可能受到干擾，導致抗病能力減弱。X組的表達水平與CK存在顯著差異。

3討論

棉花具有較長的生育期和無限生長習性，只要環境條件適宜就可以持續進行縱向和橫向生長。這一特性使得棉花能夠充分利用生長季節，增加有效的開花結鈴期，從而提高產量[13-14]。同時，棉花的栽培管理可塑性較強，其株型、群體長勢受環境和栽培措施的影響較大[15-16]。植物免疫蛋白能夠作為第一信使參與植物的生長發育過程，通過激發植物自身的抗病防蟲功能基因表達，促進植物根、莖、葉的生長[17]。相關研究表明，植物免疫蛋白和10% 醚菊酯1000倍液聯用在水稻上能起到防蟲治病的效果，產量比對照增長 17.97% [18]；生菜的葉面噴施植物免疫蛋白維大力 49.95g/hm² 后，其單株凈重提高 5.95% ，毛產量增加 14.29% ，并且營養物質（如可溶性糖）含量也表現增加[19]。普綠通植物免疫蛋白無論是葉面噴施還是灌根，均可以促進彩椒生長發育，提高維生素C、可溶性固形物含量，此外還能增強對薊馬的防效[20]

本研究通過在蕾期、花鈴期、吐絮期噴施不同種類及濃度的植物免疫蛋白，深人探討了不同植物免疫蛋白對棉花生長發育的影響。研究結果表明，普綠通植物免疫蛋白對棉花的生長發育具有積極影響，經普綠通處理的棉花株高與果枝數比對照顯著提高。葉片SPAD值是反映植物葉綠素含量的重要指標，葉綠素含量越高，植物捕獲光能的能力越強，從而提高光合作用速率。本研究發現，在花鈴期中高濃度的普通綠、中高濃度新疆中農科以及全部濃度下的潤綠翠均顯著增加了棉花葉片的SPAD值，且P3處理增幅最顯著。葉面積指數直接影響植物對光能的利用率。在適宜的范圍內，隨著葉面積指數的增加，植物能夠更有效地利用光能進行光合作用，從而促進生長發育[21]。本研究中，在花鈴期施加不同的植物免疫蛋白對葉面積指數影響顯著，尤其是P組處理，且P1處理增幅最大，較CK增加 43.09% 。棉花在生育過程中，營養生長與生殖生長并進，約占全生育期的4/5。植物在根、莖、葉生長的同時，也在不斷分化花原基、現蕾、開花和結鈴。這種特性使得棉花的生殖生長與營養生長既相互依存又相互影響，而穩定的營養生長也為生殖生長提供了良好的基礎[22]。由于P組處理前期的生長優勢，經P1處理的棉花籽棉、單鈴重達最大值，P1、P3處理棉花的單株成鈴數和產量均達最大值。

此外，普綠通處理還顯著改善了棉花纖維品質，包括纖維長度、強度和伸長率等關鍵指標。優質的棉花纖維能夠生產出更加柔軟、耐用和舒適的紡織品[23]，并且高品質的棉花纖維使相關紡織品在市場上更具競爭力[24-25]。在激烈的國際競爭中，高質量的紡織品更易獲得消費者的青睞，從而占據更大的市場份額。這對提高棉花的市場價值和加工質量具有重要意義。

噴施植物免疫蛋白后，各處理（除少數外）的PAL，PRIO 等抗病基因相對表達量均有所上升。這些抗病基因通常編碼能夠識別病原體并觸發免疫反應的蛋白，從而幫助生物體抵抗病原體的感染，這在一定程度上表明植物免疫蛋白能顯著提高棉花的抗病能力[26-29] 。

綜上所述，普綠通植物免疫蛋白不僅能有效促進棉花的生長發育，增加產量，還能顯著提升纖維的品質。這一結果為棉花的高效、可持續生產提供了新的技術途徑，具有重要的應用前景和實踐價值。未來的研究可進一步探索普綠通植物免疫蛋白在不同棉花品種和栽培條件下的應用效果及作用機制，為棉花產業的綠色可持續發展提供更多科學依據和應用支撐。

4結論

在本試驗條件下，于棉花蕾期至吐絮期噴施不同種類及濃度植物免疫蛋白3次。結果表明，噴施普綠通植物免疫蛋白 300g/hm² 處理顯著促進了棉花生長（株高、果枝數增加）。花鈴期P3處理后葉片SPAD值增加最為顯著，達到了 15.29% ，有效補充了后期生長所需營養。花鈴期施用不同的植物免疫蛋白對葉面積指數影響大，尤其是P組處理。普綠通植物免疫蛋白增加了棉花單株鈴重，從而提高產量，且對棉花纖維品質（纖維長度、強度和伸長率）有一定的提升作用。綜上，生長期噴施普綠通植物免疫蛋白，可以促進棉花營養生長，提高產量和改善纖維品質以及抗病能力，為湖南棉區應用植物免疫蛋白提供了一定的理論依據。

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