棉花自動(dòng)遮雨棚內(nèi)花鈴期淹水試驗(yàn)

棉花自動(dòng)遮雨棚內(nèi)花鈴期淹水試驗(yàn)

洪水是一種全球農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害，對(duì)作物生產(chǎn)有很大影響。近年來,由于全球氣候變暖,洪澇災(zāi)害發(fā)生頻率有增加的趨勢(shì)。棉花是易受澇漬影響的作物之一,尤以黃河流域和長(zhǎng)江流域兩大棉區(qū)開花結(jié)鈴期最易遭受澇漬為害。棉花花鈴期一般從7月上旬到8月底,是產(chǎn)量和品質(zhì)形成最關(guān)鍵的時(shí)期,對(duì)淹水比較敏感。而此期正值多雨季節(jié),淹水成為棉花減產(chǎn)的重要災(zāi)害因素。一般認(rèn)為,棉花對(duì)短期淹水比較敏感,棉花生長(zhǎng)期遭遇階段性的淹水后產(chǎn)量損失可達(dá)40%。但也有研究認(rèn)為,短期淹水特別是生育前、中期淹水對(duì)棉花產(chǎn)量的影響不大。因?yàn)槊藁ň哂泻軓?qiáng)的自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)能力,可在一定程度上彌補(bǔ)短期淹水對(duì)產(chǎn)量的影響。有關(guān)棉花短期淹水的研究主要集中在國(guó)外以及我國(guó)的長(zhǎng)江流域棉區(qū),在黃河流域棉區(qū)的研究尚不多見。而且這些研究要么是在盆栽條件下進(jìn)行的,要么是在開放的大田進(jìn)行的。前者根系生長(zhǎng)受限,與大田棉花有一定的差異;后者很難排除淹水處理以后自然降雨的影響。而且迄今關(guān)于短期淹水對(duì)棉花產(chǎn)量的影響尚有爭(zhēng)議?；诖?本文在山東臨清(黃河流域棉區(qū)),通過防雨棚控制降雨和水泥池隔斷控制處理間的水分傳導(dǎo),研究了短期淹水對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育、生理代謝和產(chǎn)量的影響。1材料和方法1.1不利行為下的鹽灰水處理試驗(yàn)于2011年4-11月在山東棉花研究中心臨清試驗(yàn)站的電動(dòng)防雨棚內(nèi)進(jìn)行。供試材料為山東棉花研究中心育成的常規(guī)抗蟲棉(GossipiumhirsutumL.)品種K638,種植在用混凝土隔開的無底旱池內(nèi),每個(gè)旱池長(zhǎng)2.75m、寬2.9m、深1.5m。防雨棚通過雨水感應(yīng)器自動(dòng)控制開關(guān),以防止自然降雨對(duì)淹水試驗(yàn)的干擾。池內(nèi)土壤為砂壤土,含有機(jī)質(zhì)1.44%、堿解氮67.42mg·kg-1、有效磷53.47mg·kg-1、有效鉀263.5mg·kg-1。2011年4月30日播種,在苗期追施復(fù)合肥(含N、P2O5、K2O各15%)750kg·hm-2,現(xiàn)蕾后去掉下部葉枝,7月15日打頂,其他管理按常規(guī)大田進(jìn)行。設(shè)置淹水8d、10d兩個(gè)處理,以不淹水為對(duì)照(CK)。隨機(jī)區(qū)組排列,4次重復(fù),小區(qū)面積約10m2(2.9m×2.75m),4行區(qū),種植密度5.25株·m-2。于2011年7月29日用井水進(jìn)行淹水處理,維持表面20cm深的水層(淹沒子葉節(jié))。當(dāng)日補(bǔ)水3次,以后每日清晨補(bǔ)水1次,以維持水層深度。淹水結(jié)束當(dāng)日將表面水層排掉。1.2鈴重、單位面積鈴數(shù)在淹水處理前1d和淹水結(jié)束當(dāng)日調(diào)查每小區(qū)中間兩行棉花的花蕾、幼鈴、成鈴、蕾鈴脫落數(shù)和爛鈴數(shù);在吐絮初期調(diào)查成鈴數(shù);分3次收花計(jì)產(chǎn),并計(jì)算鈴重、單位面積鈴數(shù)。淹水結(jié)束當(dāng)日每小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的3株棉花,拔出后按根、莖枝、葉、蕾花鈴分開稱鮮物質(zhì)質(zhì)量,用Li-3000葉面積儀測(cè)定葉面積,然后置烘箱內(nèi)105℃殺青30min,70℃恒溫烘干至恒重并稱量。1.3測(cè)定指標(biāo)及方法以Li-6400便攜式光合測(cè)定儀(美國(guó)LI-COR公司生產(chǎn))于淹水結(jié)束當(dāng)日上午9:00-10:00測(cè)定主莖功能葉的光合速率(Pn),每小區(qū)隨機(jī)測(cè)定3株。每小區(qū)任選1株棉花的根尖和功能葉,剪碎后分別稱取適量,用錫箔紙包后放入液氮速凍,測(cè)定生理指標(biāo)。參照鄒琦的方法測(cè)定葉綠素含量;采用美國(guó)envirologix公司生產(chǎn)的試劑盒,通過酶聯(lián)免疫吸附法(Enzyme-linkedimmuno-sorbentassay,ELISA)測(cè)定Bt蛋白含量;采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(MDA)含量;采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定可溶性蛋白含量;采用苯酚法測(cè)定可溶性糖含量。1.4統(tǒng)計(jì)分析采用DPS(Dataprocessingsystem)軟件處理數(shù)據(jù),檢驗(yàn)5%水平下差異顯著性。2棉株衰弱情況淹水當(dāng)天下午受淹棉株便出現(xiàn)不同程度的倒伏,葉片也出現(xiàn)不同程度的萎蔫。淹水時(shí)間越長(zhǎng),葉片萎蔫越重,其中淹水10d的小區(qū)內(nèi)在結(jié)束淹水當(dāng)日有大量棉株嚴(yán)重萎蔫。表1列出了淹水結(jié)束并排出積水以后,各處理0~20cm土層土壤含水量的變化,結(jié)果表明,淹水8d和10d的土壤含水量有一個(gè)從飽和到逐漸降低的過程,大致在淹水結(jié)束9d以后土壤含水量才恢復(fù)到不淹水對(duì)照的水平,說明淹水結(jié)束后,棉株還要遭受一段漬澇的影響(表1)。2.1對(duì)照最大限度的確定淹水顯著降低棉株生物量。淹水8d和10d后,棉株的根、莖枝、葉、蕾花鈴、單株干物質(zhì)質(zhì)量以及葉面積均比未淹水的對(duì)照顯著減少。說明淹水不僅影響了地上部各器官的生長(zhǎng),同時(shí)也影響了地下根系的生長(zhǎng)(表2)。2.2大力推進(jìn)棉株生長(zhǎng)淹水棉株蕾花鈴脫落嚴(yán)重,尤其是花蕾,且隨淹水時(shí)間延長(zhǎng),棉花現(xiàn)蕾越來越少甚至不再現(xiàn)蕾。其中淹水10d處理中嚴(yán)重萎蔫的棉株,蕾花鈴全部脫落,雖然排水后植株逐漸恢復(fù),但最終產(chǎn)量為零。與對(duì)照相比,淹水8d和10d的棉株單株花蕾數(shù)、幼鈴數(shù)、成鈴數(shù)顯著減少,脫落率和爛鈴率均顯著升高,但淹水8d和淹水10d之間的單株幼鈴數(shù)、成鈴數(shù)和脫落率差異并未達(dá)顯著水平(表3)。收獲期調(diào)查,與對(duì)照相比,淹水8d、淹水10d的單株鈴數(shù)和鈴重分別減少了26.3%,28.8%和9.5%,9.9%,最終造成子棉產(chǎn)量分別降低了23.5%和26.5%,但淹水8d和淹水10d之間的差異均未達(dá)顯著水平。2.3d棉花葉片葉綠素含量與凈光合速率的變化淹水顯著降低了光合速率和葉綠素含量(表4)。與不淹水對(duì)照相比,淹水8d和10d棉花葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、葉綠素a/b、凈光合速率分別下降了14.2%和26.7%,11.1%和19.4%,13.5%和25.0%,3.3%和8.5%,11.6%和17.2%,均達(dá)差異顯著水平。2.4mda和可溶性蛋白表達(dá)水平與不淹水對(duì)照相比,淹水8d和淹水10d棉葉的可溶性糖、MDA含量分別上升了3.4%,8.5%和9.7%,12.9%,可溶性蛋白和Bt蛋白含量分別降低了6.4%,10.3%和8.7%,14.1%,均達(dá)差異顯著水平(表5)。3時(shí)間對(duì)棉花葉片思邏輯的影響淹水影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育,在外部形態(tài)上首先表現(xiàn)出葉片萎蔫。本研究結(jié)果表明,淹水當(dāng)天棉花葉片便出現(xiàn)不同程度的萎蔫,淹水時(shí)間越長(zhǎng)萎蔫越明顯。同時(shí),淹水對(duì)棉花產(chǎn)量的形成具有顯著的不利影響,這種影響可能是通過干擾棉株生理代謝實(shí)現(xiàn)的。3.1花鈴期排澇對(duì)棉產(chǎn)量的影響淹水影響棉花產(chǎn)量的形成,這種影響因品種、淹水季節(jié)、持續(xù)時(shí)間以及生態(tài)區(qū)的不同而表現(xiàn)出很大的不同。郭文琦等在長(zhǎng)江流域棉區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),花鈴期淹水8d后子棉產(chǎn)量比對(duì)照降低了約18%;張培通等研究結(jié)果表明,棉花在7月下旬遭受10d的淹水,優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)量降低了6.3%;Hodgson報(bào)道,在棉花初花期、盛花期和盛鈴期分別進(jìn)行3次32h的淹水比分別進(jìn)行4h淹水處理的產(chǎn)量降低了18.3%,但把淹水時(shí)間延長(zhǎng)至64h并沒有增加減產(chǎn)幅度;而BangeMP等則發(fā)現(xiàn),棉花花鈴期遭遇32h的淹水與不淹水對(duì)照的產(chǎn)量相當(dāng),沒有顯著的差異。本文在黃河流域棉區(qū)的試驗(yàn)結(jié)果表明,花鈴期淹水8d和10d分別可致減產(chǎn)23.5%和26.5%,大于在長(zhǎng)江流域棉區(qū)的減產(chǎn)幅度,這可能與黃河流域棉區(qū)的主推棉花品種耐澇性不強(qiáng)有關(guān)。單位面積鈴數(shù)、鈴重和衣分是棉花產(chǎn)量的三大構(gòu)成因素,三者相互協(xié)調(diào)是高產(chǎn)的前提,任何一個(gè)因素的降低都會(huì)減產(chǎn)。淹水對(duì)棉花產(chǎn)量的影響源于產(chǎn)量構(gòu)成的變化。在三個(gè)構(gòu)成因素中,衣分比較穩(wěn)定。Hodgson和李樂農(nóng)等指出,淹水所導(dǎo)致的減產(chǎn)主要是由鈴重降低引起的,而王留明等和張培通等則認(rèn)為主要是由鈴數(shù)減少而引起的。本文認(rèn)為,淹水后棉花的單株鈴數(shù)和鈴重都降低,進(jìn)一步說明淹水導(dǎo)致減產(chǎn)的原因也是多方面的。3.2處理對(duì)棉花抗氧化酶系統(tǒng)的影響葉片光合速率是反映光合作用的重要指標(biāo),葉綠素含量的高低在某種程度上也與光合作用有關(guān),且葉綠素a/b在一定程度上反映了類嚢體的穩(wěn)定性,與光合速率關(guān)系也很密切。本研究表明,淹水減少了功能葉的葉綠素含量,顯著降低了類嚢體的穩(wěn)定性,最終造成葉片光合速率的降低。植物在衰老或遭受逆境脅迫時(shí)會(huì)導(dǎo)致膜脂過氧化,而MDA是膜脂過氧化的產(chǎn)物,其含量的多少在一定程度上反映植物衰老及受脅迫的程度。本試驗(yàn)表明,淹水8d和10d的MDA含量較對(duì)照顯著升高,且淹水時(shí)間越長(zhǎng),含量越高。說明淹水造成了棉花葉片膜脂過氧化,加重了膜損傷的程度,降低了棉花膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性,最終導(dǎo)致了棉花葉片的衰老?？扇苄蕴鞘亲魑锟衫玫闹饕妓衔?其含量的高低在一定程度上反映了植株體的碳代謝情況。蛋白質(zhì)是棉株生命特征的重要體現(xiàn),植株體內(nèi)可溶性蛋白的相對(duì)含量與氮素營(yíng)養(yǎng)吸收和積累呈正相關(guān),在一定程度上影響著棉花體內(nèi)各項(xiàng)生理功能的發(fā)揮。本試驗(yàn)表明,淹水8d和10d棉花葉片可溶性糖含量升高,而可溶性蛋白質(zhì)含量降低,說明淹水后棉花的碳代謝比較旺盛,而氮代謝較弱,使得棉花的碳氮代謝失衡,不僅影響了棉花的生長(zhǎng)發(fā)育,也對(duì)Bt棉的抗蟲性產(chǎn)生了影響。已知Bt蛋白是轉(zhuǎn)基因棉株自身合成的一類與棉株抗蟲性密切相關(guān)的蛋白,且轉(zhuǎn)Bt基因棉Bt蛋白表達(dá)量與抗蟲性呈正相關(guān)。Luo等研究發(fā)現(xiàn)盆栽棉花淹水7d、14d、21d降低了Bt蛋白的表達(dá)量35%~40%。本試驗(yàn)也表明,淹水后棉葉的Bt蛋白含量顯著降低,且淹水時(shí)間越長(zhǎng),Bt蛋白含量越低。說明,淹水抑制Bt蛋白的合成,與淹水