棉花苗期抗旱性的研究

棉花苗期抗旱性的研究

0干旱脅迫對棉花抗氧化酶系統的影響[研究意義]新疆是中國最大的棉花生產基地，棉花種植面積逐年擴大。同時，新疆屬于半干旱干旱漠帶，降水嚴重不足。干旱嚴重制約了新疆棉花的發(fā)展。有研究表明,在各種氣候災害中,干旱災害造成的損失是其他災害造成損失的總和。因此研究新疆棉花的抗旱性意義重大。【前人研究進展】有關干旱脅迫對植物生理特性影響的報道表明,抗旱性越強的植物,在干旱脅迫條件下其體內抗氧化酶活性變幅小且能夠維持較高的水平,SOD活性與其抗氧化能力呈正相關;干旱脅迫條件下,可溶性糖、脯氨酸積累的越多,滲透調節(jié)能力就強,其抗旱性就越強;MDA的積累與質膜透性呈正相關,與抗旱性呈負相關;耐旱的棉花品種,能夠維持較高的葉片水勢,對干旱脫水有較強的忍耐性。干旱脅迫對棉纖維品質的影響主要表現在絨長縮短、纖維變粗、馬克隆值高、比強度降低、整齊度下降、伸長率升高。研究表明,干旱脅迫對棉花農藝性狀影響顯著,株高、果枝數、單株成鈴數均有不同程度的降低。苗期適度的干旱可提高早熟棉花的品質,對產量的提高也有促進作用,并且可以降低棉花主莖高度,培育壯苗?！颈狙芯壳腥朦c】有關苗期干旱脅迫對棉花生理特性、產量構成因素和品質的影響的研究較少,對棉花苗期進行干旱脅迫與復水后測定SOD活性、脯氨酸含量、MDA含量、水勢與含水量的變化情況;收獲期再對其進行產量指標調查以及纖維品質測定,研究棉花苗期干旱脅迫對其生長發(fā)育的影響,以期為棉花抗旱的研究與旱作節(jié)水棉花的生產提供依據和技術指導?！緮M解決的關鍵性問題】研究選擇4個棉花品種在苗期進行干旱脅迫,對其生理特性、產量構成因素以及纖維品質進行分析,探索棉花苗期的抗旱機制并篩選抗旱性品種,為棉花的抗旱育種提供理論依據。1材料和方法1.1材料表面供試材料為:軍棉1號、塔什干1號、新陸早26號、中棉所35號,均由教育部遺傳育種重點實驗室(新疆農業(yè)大學)提供。1.2方法1.2.1播種時間及種子農藝性狀2012年4月29日播種,試驗點在新疆石河子134團下野地試驗田,無霜期168~171d;≥0℃的活動積溫為4023~4118℃,≥10℃的活動積溫為3570~3729℃;年平均氣溫在6.5~7.2℃,最低氣溫出現在1月。年降水量為125.0~207.7mm;蒸發(fā)量在1537mm。年日照時數為2721~2818h,歷年平均最多日照出現在7月。播種前,試驗田松土整平,鋪設滴灌帶及覆蓋地膜,每膜鋪設3條滴灌帶,可種植6行棉花。每個供試品種作兩個處理,即干旱脅迫處理與對照處理(正常澆水),每個處理種植2個重復,每個重復3m區(qū)2行種植;行距25cm,株距15cm,每穴播種2~3粒種子;處理之間設置隔離帶,小區(qū)間設60cm走道進行隔離。播后第3d澆一次透水,保證出苗,出苗后間苗、定苗,每穴留株。5月11日大田澆頭水時開始進行干旱處理,對照組正常澆水,干旱處理組不澆水,干旱脅迫第6d進行復水,生理指標取樣及測量的時間為干旱脅迫后的第1、3、5d與復水后第1、2d,即6月12、14、16、18與19日。以后每隔15d澆一次水,9月20日進行棉花收獲,收獲前考查棉花的主要農藝性狀。在脅迫后第1、3、5d和復水后第1、2d開始取樣,此時棉花生長到9至12片真葉。1.2.2化學成分的測定參照鄒琪的《植物生理學實驗指導》。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定用氮藍四唑(NBT)法;脯氨酸(Pro)含量測定采用酸性茚三酮法;丙二醛(MDA)含量測定用硫代巴比妥酸(TBA)法。每天09:00取完全展開幼嫩的棉花葉片,裝進塑封袋液氮保存,以備室內測定,各處理每個重復取樣3個單株。1.2.3植物水勢壓力室法葉片水勢測量采用美國615D型便攜式植物水勢壓力室法。12:00于田間測葉片水勢,選取主莖倒三葉且無病蟲害,葉柄削成斜面迅速進行水勢測量。1.2.4圓形葉片的制備每天12:00于田間選取主莖倒三葉片,葉片大小適中且無露水、無塵土,用打孔器取葉片相同大小圓片,裝入離心管密封,室內測量圓形葉片鮮重及干重。葉片鮮重稱取后,經105℃殺青30min,75℃下烘至恒重,稱量其干重。1.2.5纖維上半部平均長度和紡穩(wěn)性能由農業(yè)部棉花品質檢測中心統一用HV1900儀測定基于HVICC標準的纖維上半部平均長度(簡稱絨長)、整齊度、馬克隆值、伸長率、成熟度、短纖維率、含水率、紡穩(wěn)參數和斷裂比強度9項指標。1.2.6農業(yè)品質和產量的組成收獲前每個品種、每重復調查5株農藝性狀,包括株高、單株鈴數、果枝數。每個重復收20朵吐絮鈴,調查單鈴重、衣分。1.3抗旱性的測定采用EXCEL進行數據匯總與計算,用SPSS19.0分別對數據進行處理。抗旱系數公式為Yd:干旱脅迫條件下某性狀或指標值,Yw:正常灌水條件下某性狀或指標值,對棉花來說,抗旱系數越高其抗旱性就認為越強。變異系數越大說明某一性狀的波動比較大,穩(wěn)定性就差。2結果與分析2.1脅迫處理前后sod活性的變化在干旱脅迫下,不同品種SOD活性的變化情況可以看出在復水之前,隨著脅迫時間的延長4個棉花品種SOD活性均在下降,復水后活性有所上升,植物在干旱脅迫時SOD活性表現為先升后降,表明其受到干旱脅迫。結果說明4個棉花品種已處在干旱脅迫條件下,水分虧缺已不足以維持棉花的正常生理反應。從脅迫開始到結束,各品種間SOD活性下降幅度不相同,軍棉1號SOD活性下降幅度最大為80.93U/(gFW);活性下降最少的品種為新陸早26號,下降幅度為26.20U/(gFW)。與對照組(CK)相比變化趨勢各不相同,塔什干1號脅迫組SOD活性一直高于對照組;軍棉1號脅迫后期及復水以后脅迫組活性一直低于對照組。圖1表1對觀測值進行日期、品種與處理間的多因素方差分析表明,脅迫期間6月16與其他各脅迫日期均表現顯著差異,同樣6月12日與其他日期均表現出顯著差異(P<0.05,下同),說明6月12日至16日期間SOD活性受脅迫影響較大;除中棉所35號以外,其它各品種在6月18日與19日之間SOD值沒有顯著差異,說明復水后SOD活性快速回到平衡狀態(tài)。不同品種間SOD對旱脅迫的響應也不盡相同,新陸早26號與軍棉1號、塔什干1號;中棉所35號與軍棉1號、塔什干1號差異顯著,而新陸早26號與中棉所35號,軍棉1號與塔什干1號均無顯著差異,說明新陸早26號與中棉所35號,軍棉1號與塔什干1號SOD對旱脅迫響應基本相同。圖1,表12.2天氣形勢對棉1號pro含量的影響4個棉花品種在干旱脅迫條件下,脯氨酸(Pro)含量的變化情況為,隨著干旱脅迫時間的延長,各品種Pro含量逐漸增加,復水后降低。各品種中,塔什干1號Pro含量顯著高于其他品種。脅迫后期(6月16日)塔什干1號Pro含量最大為64.08μg/(g·FW),是對照(CK)Pro含量的60.11%;軍棉1號Pr含量與增幅都是最小的。方差分析可知,同一天脅迫組與對照(CK)差異顯著,6月12日、14日、18日與19日品種間Pro含量變化顯著,而6月16日各品種的Pro含量差異不顯著。6月16日比CK平均增幅為43.71%,達到最大;增幅最小的為6月19日。除脅迫第一天外,各脅迫時期,塔什干1號Pro含量比CK增幅最大,且與其他品種差異顯著。圖2,表22.3干旱脅迫對水稻中mda含量的影響MDA作為活性氧毒害引發(fā)的細胞膜脂過氧化產物,其含量的變化可以表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境脅迫反應的強弱。干旱脅迫條件下不同品種MDA含量表明,品種間MAD含量表現出很大差異。在干旱脅迫初期(6月12日),軍棉1號的MDA含量最高為0.0556μmol/(g·FW),塔什干1號含量最低為0.0465μmol/(g·FW),品種間MDA含量相差不大。隨著脅迫的加重,不同品種的MDA含量逐漸升高。脅迫后期(6月16日),中棉所35號和軍棉1號的MDA含量較高,分別為0.1281和0.1118μmol/(g·FW),新陸早26號含量最低為0.0606μmol/(g·FW),品種間相差0.0675μmol/(g·FW)?；謴凸嗨?所有品種的MDA含量下降。MDA變化趨勢脅迫期間逐漸升高,復水后降低,與嚴美玲等研究結果相符。圖3,表3不同棉花品種在受到干旱脅迫時,其MDA含量與對照(正常灌水條件下的相應品種)相比較均有所增加,但是不同品種增加的程度不同。在干旱脅迫初期(6月12日),新陸早26號的MDA含量增加最多為12.40%,塔什干1號的增加程度最小,為3.20%。隨著干旱脅迫的進行,MDA含量的增加程度迅速,到脅迫后期所有品種MDA含量與對照相比的增加程度相差較大,中棉所35號的,MDA含量比對照增加程度最多的為中棉所35號,達到254.59%,最小的為新陸早26號。復水后,脅迫組的MDA含量下降,比對照組增加程度也逐漸減少。方差分析可知,脅迫與對照差異顯著,品種間軍棉1號和中棉所35號分別與新陸早26號差異顯著,塔什干1號與中棉所35號差異顯著,而脅迫日期6月16日與其他日期間差異均顯著,除了6月16日其他日期間差異不顯著。圖3,表32.4不同品種、不同水勢、2.20mpa葉片水勢變化程林海等研究表明,干旱脅迫下,抗旱性強的棉花品種能夠保持較高的葉片水勢,從而保證葉片的正常生理代謝。干旱脅迫條件下,不同品種棉花葉片水勢的變化情況看出,不同品種棉花葉片水勢在脅迫期間水勢逐漸降低,復水后水勢逐漸升高,但是品種間水勢變化的幅度不同。脅迫初期(6月12日),所有品種水勢差別不大,隨著干旱脅迫的加重塔什干1號與新陸早26號的葉片水勢下降迅速,到干旱脅迫后期(6月16日),軍棉1號水勢最高,為-2.20MPa,塔什干1號葉片水勢最小-2.70MPa。各棉花品種的葉片水勢降幅大小為:塔什干1號>新陸早26號>塔什干1號>軍棉1號。復水后所有棉花品種水勢逐漸升高。干旱脅迫的棉花品種的葉片水勢與對照(正常灌水條件下的相應品種)相比均下降,下降程度各不相同。脅迫初期(6月12日),新陸早26號的葉片水勢比對照下降最大,為33.33%,塔什干1號下降的最少為9.20%。各品種葉片水勢比對照的下降程度并沒有表現出隨著時間的延長而逐漸增大的趨勢,說明對照的葉片水勢發(fā)生變化。復水后所有品種的葉片水勢與對照降低程度均減小。圖4,表4通過方差分析可知,軍棉1號葉片水勢最高,依次是塔什干1號、新陸早26號和中棉所35號,其中軍棉1號與中棉1號差異顯著,其他均不顯著。6月16日平均葉片水勢最小,與其他日期相比均差異顯著,6月14日葉片水勢次之,與其他品種差異顯著,6月18日與6月19日葉片水勢差異不顯著,其水勢均較高。脅迫與對照的水勢差異顯著。表42.5干旱脅迫對纖維抗旱性的影響棉纖維品質各性狀抗旱系數最大值為114.71%,最小值為91.77%,平均值為99.72%,其中抗旱系數>100%,說明適度干旱脅迫對其生長發(fā)育存在促進作用,抗旱性比較強;抗旱系數<100%,說明干旱脅迫對其生長發(fā)育存在抑制作用,值越小說明其抗旱性就越差。纖維品質各指標抗旱系數品均值最大的為馬克隆值,其次為成熟度,最小的為短纖維率;指標間的變異系數相差較大,說明各指標受水分脅迫影響程度相差較大,其中整齊度的變異系數最小,說明水分脅迫對其影響較小,伸長率的變異系數最大平均抗旱系數最大的品種為軍棉1號,說明其纖維品質的綜合抗逆性較強,依次為新陸早26號、塔什干1號與中棉所35號;塔什干1號的變異系數明顯小于其他品種,說明其纖維品質在受水分脅迫時,纖維品質各指標的變化幅度明顯小于其他三個品種。表52.6各品種、不同水分脅迫對農藝性狀抗旱性的影響研究表明,花鈴期持續(xù)干旱脅迫對籽棉產量影響以單株成鈴數>成鈴率>單鈴重,且短期干旱可以增加成鈴數。俞希根等研究表明,苗期中旱對延緩棉株生長不明顯,蕾期中旱可使棉花生育進程加快。研究表明品種間各性狀抗旱系數最大值為123.72%,最小值為48.70%,變化幅度為75.02%,平均抗旱系數為85.80%,總體變異系數為23.13%,說明各抗旱系數之間波動較大,從而說明品種間各性狀對水分的敏感程度相差較大。單鈴重的抗旱系數最大,值為111.06%,說明適當的水分脅迫有助于提高棉花的單鈴重,而株高受水分脅迫程度最嚴重,其抗旱系數僅為57.92%,單株鈴數的變異系數最大,值為13.6%,說明在水分脅迫下,各品種鈴數波動幅度最大,變異系數最小的為衣分,說明衣分的變化較穩(wěn)定。各農藝性狀抗旱系數平均值從大到小依次為新陸早26號、塔什干1號、軍棉1號與中棉所35號,依次評價抗旱性,則新陸早26號抗旱性最強,中棉所35號的抗旱性最弱,塔什干1號的變異系數最大,則說明其各性狀的抗旱系數波動較大,性狀間受水分影響的程度不同,中棉所35號的變異系數最小。方差分析可知,單鈴重的抗旱系數與衣分、單株鈴數、果枝數、株高的抗旱系數差異均顯著,衣分、單株鈴數、果枝數的抗旱系數間差異不顯著,株高的抗旱系數與衣分、單株鈴數、果枝數的抗旱系數差異均顯著。品種間抗旱系數差異不顯著。表63討論3.1水分脅迫對新陸早26號mda含量的影響研究結果表明,干旱脅迫下SOD活性逐漸降低,在6月16日活性降到最低點,復水后即6月18、19日活性又升高,且維持在較高水平;與對照相比(6月16日)軍棉1號的SOD活性下降了37%,而其他三個品種均高于對照,說明干旱脅迫已經對軍棉1號產生嚴重的傷害,且其傷害一直延續(xù)至6月19日還未結束,而其他三個品種均在6月19日已基本恢復到脅迫初期水平。Pro與MDA含量的變化趨勢一致,均在脅迫后期即6月16日達到最高含量,復水2d后基本能夠恢復到原來水平;在脅迫處理期間塔什干1號的Pro含量不是最高的,但是與對照相比卻是增幅最大的,在6月16日增幅達到最大值60.11%,說明塔什干1號的Pro含量受水分影響較大,在復水2d后其Pro含量人保持較高水平;在6月16日脅迫末期,新陸早26號的MDA含量最少,且在實驗進程中其一直保持較低含量的MDA,說明水分脅迫對新陸早26號細胞膜的損害程度遠小于其他三個品種,尤其是中棉所35號其MDA含量在脅迫末期比其他品種都高,水分脅迫對其細胞膜的傷害也是最嚴重的;與對照相比中棉所35號增幅也是最大的,在6月16日其增幅達到254.59%,遠高于其他品種。3.2服刑期間分布水勢是衡量植物的水分狀況和受脅迫程度的重要指標,植物組織的水勢能夠體現植物體內水分的能量狀態(tài),許多研究已經證明,作物抗旱性的強弱與水勢的高低呈正相關。JEEphratht等研究表明,在干旱脅迫條件下,耐旱的棉花品種,能維持較高的葉片水勢,保證了光合作用的順利進行。結果分析表明,4種棉花品種的葉片水勢隨著脅迫時間的延長均降低,復水后水勢升高;脅迫后期(6月16日)軍棉1號的葉片水勢最高,其次為新陸早26號、中棉所35號,塔什干1號的水勢最低。與對照相比,新陸早26號的降低比最小,其次為中棉什35號