李 娟，沙曉梅，帕提古力·阿不力孜，阿曼妮薩·米吉提，王瑞清

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

棉花是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)作物，在生產(chǎn)種植過(guò)程中所需的成本較低并且有較高的產(chǎn)量；棉花的主副產(chǎn)品在人們的日常生活中有著極其重要的作用，棉纖維不僅可用于紡織業(yè)，還可以用于醫(yī)藥、化工等方面，所以棉花對(duì)新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著不可或缺的作用。新疆棉區(qū)是我國(guó)目前最大的棉花產(chǎn)區(qū)，2018年種植面積達(dá)到247萬(wàn)hm2，占我國(guó)棉花總面積的80%；而北疆棉區(qū)在其中占很大的比例，其種植面積約為46.7萬(wàn)hm2，占全疆棉花種植面積的2/5，該棉花種植區(qū)對(duì)新疆甚至是我國(guó)的棉花發(fā)展有著非常重要的意義[1]。低溫冷害危害著我國(guó)很多作物，棉花便是其中一種；低溫環(huán)境若發(fā)生在棉種萌發(fā)期，則會(huì)影響棉花的生育期，從而導(dǎo)致棉花產(chǎn)量和品質(zhì)下降，影響我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。

當(dāng)外界環(huán)境溫度長(zhǎng)時(shí)間低于植物生長(zhǎng)所需最適溫度時(shí)，會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致植物死亡。當(dāng)植物受到低溫冷害時(shí)，它的體內(nèi)會(huì)發(fā)生各種各樣的生理或生化反應(yīng)，并且調(diào)節(jié)其基因表達(dá)，進(jìn)而產(chǎn)生抗寒能力。傅瑋東調(diào)查了全疆16個(gè)站點(diǎn)在春季低溫發(fā)生并恢復(fù)正常溫度時(shí)棉苗生長(zhǎng)所受到的影響程度及對(duì)棉花播種時(shí)間、面積等影響，研究表明，在棉苗未出土之前遭遇低溫或者是陰雨天會(huì)導(dǎo)致棉種和剛發(fā)出來(lái)的棉芽腐爛，若在棉苗長(zhǎng)出后遭遇此情景則會(huì)誘發(fā)棉花的苗期病害[2]。王鈺靜等[3]采用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)所有參與低溫試驗(yàn)的種子的萌發(fā)能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，研究棉種萌發(fā)的各個(gè)指標(biāo)與其萌芽期間的耐冷性關(guān)系。徐建偉等[4]采用新疆北疆的主栽品種作為試驗(yàn)材料，研究溫度對(duì)棉種發(fā)芽指標(biāo)的影響，采用模糊隸屬函數(shù)值法，通過(guò)低溫試驗(yàn)對(duì)棉籽萌發(fā)的影響，為篩選耐冷種質(zhì)資源做出了貢獻(xiàn)。

郭新正[5]對(duì)北疆棉花苗期凍害進(jìn)行了研究，當(dāng)凍傷程度達(dá)到13%時(shí)，可導(dǎo)致棉花的生育期推遲。產(chǎn)量降低。張玲等[6]通過(guò)人工模擬棉花播種期的試驗(yàn)，研究低溫脅迫對(duì)棉花出苗的影響。閆強(qiáng)等[7]采用不同的棉花主栽品種作為研究材料，探討不同棉花種子活力之間的差異，同時(shí)用不同的測(cè)定方法測(cè)定種子活力，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析。李鐵山等研究表明，植物在整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期都可能受到低溫對(duì)其生理生化指標(biāo)的影響，在發(fā)芽期，低溫寒害的主要表現(xiàn)形式是不發(fā)芽或?qū)е掳l(fā)芽推遲；在苗期，其主要表現(xiàn)形式為葉片萎蔫，棉花葉片內(nèi)部出現(xiàn)各種各樣的病斑，其邊緣發(fā)黃，甚至干枯等現(xiàn)象[8]。李彥斌等[9]通過(guò)查詢本地區(qū)近幾年的氣象資料，同時(shí)配合以冷害試驗(yàn)，研究新疆地區(qū)低溫冷害發(fā)生的時(shí)間規(guī)律及其特點(diǎn)，并根據(jù)冷害產(chǎn)生的規(guī)律提出相應(yīng)的解決措施。李國(guó)英等研究發(fā)現(xiàn)，低溫冷害與棉花品種，灌水方式，蟲(chóng)害等有關(guān)；棉花在經(jīng)過(guò)低溫冷害后缺苗導(dǎo)致斷壟，生育期大大縮短，籽棉產(chǎn)量大幅下降，以及原棉的品質(zhì)變差，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致棉花的光合作用發(fā)生變化，體內(nèi)相關(guān)酶的活性還會(huì)受到影響等[10]。

我國(guó)的棉花主要種植區(qū)域位于新疆，尤其是南疆。但由于其特殊的地理位置和嚴(yán)峻的環(huán)境條件，常常遭到低溫凍害，導(dǎo)致棉花的品質(zhì)以及產(chǎn)量嚴(yán)重下降，嚴(yán)重影響了我國(guó)棉花行業(yè)的發(fā)展和棉農(nóng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，更影響了我國(guó)的各個(gè)行業(yè)發(fā)展。因此，本文研究低溫脅迫對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)的影響，旨在培育抗寒良種，提供合理播期，防止寒害和凍害，為田間管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

新陸中85號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法與測(cè)定指標(biāo)

種子萌發(fā)試驗(yàn)：選用砂培作為發(fā)芽床，砂子經(jīng)過(guò)0.4%高錳酸鉀洗滌和高溫(121 ℃)消毒，挑選籽粒飽滿顏色較深，未破損，并且是已經(jīng)脫絨的棉籽作為試驗(yàn)材料，用0.4%的高錳酸鉀溶液對(duì)種子進(jìn)行消毒，消毒時(shí)間為10～15 min，然后用蒸餾水將表面殘留的高錳酸鉀溶液沖洗干凈，沖洗次數(shù)為3～5次，置于經(jīng)75%酒精消毒的燒杯中備用。選用大小一致的發(fā)芽盒，發(fā)芽盒先用75%的酒精消毒并且直至酒精完全揮發(fā)，然后每個(gè)發(fā)芽盒稱(chēng)取砂土1 240 g，量取250 mL水?dāng)嚢杈鶆?，鋪平，每個(gè)發(fā)芽盒放置21粒種子置于25 ℃下正常生長(zhǎng)10 d。

低溫處理：待棉花子葉平展，每個(gè)發(fā)芽盒留取長(zhǎng)勢(shì)一致的棉苗10株，進(jìn)行低溫處理，設(shè)置3個(gè)溫度：5 ℃、10 ℃和15 ℃，每個(gè)溫度下處理12 h、24 h、36 h，共計(jì)9個(gè)處理，重復(fù)3次。然后在正常條件下恢復(fù)生長(zhǎng)，每個(gè)發(fā)芽盒加1.428 g的MS干粉培養(yǎng)基。恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后測(cè)定葉面積、幼苗高度、地上部干重、地下部干重、SPAD值、莖粗、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)、相對(duì)電導(dǎo)率等試驗(yàn)指標(biāo)。

試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定方法：

電導(dǎo)率測(cè)定：電導(dǎo)率儀測(cè)定。

葉面積測(cè)定：光電式面積儀。

SPAD值：SPAD儀測(cè)定。

地上部干重和地下部干重：將每個(gè)發(fā)芽盒幼苗、幼根分別剪下分開(kāi)放入烘箱中先置于121 ℃下進(jìn)行殺青(30 min)之后，將溫度調(diào)至80 ℃烘至幼苗、幼根恒重時(shí)，取出稱(chēng)量得出幼苗、幼根干重。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法

利用Excel軟件[11]和DPS統(tǒng)計(jì)分析軟件[12]對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 性狀的方差分析

如表1所示，不同溫度處理下棉花的莖粗、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)、葉面積、SPAD值、相對(duì)電導(dǎo)率，達(dá)顯著水平或極顯著水平，其它性狀無(wú)顯著差異。同一溫度不同時(shí)間處理下莖粗、葉面積、地上部干重、地下部干重、相對(duì)電導(dǎo)率達(dá)到了顯著差異，其它性狀均無(wú)顯著差異。

2.2 不同處理對(duì)棉花株高的影響

如圖1所示，不同溫度條件下棉花幼苗高度表現(xiàn)微小差異，但方差分析表明(表1)棉花子葉展平后利用5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后幼苗高度沒(méi)有顯著影響(F=3.208)，另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后幼苗高度也沒(méi)有顯著影響(F=1.084)。

2.3 不同處理對(duì)棉花莖粗的影響

如圖2所示，不同溫度處理下和同一溫度不同處理時(shí)間條件下棉花的莖粗存在差異。方差分析(表1)表明棉花子葉展平后利用5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后莖粗間有極顯著差異(F=8.625**)。低溫條件下抑制莖粗的生長(zhǎng)，隨著處理溫度的升高，莖粗變粗。另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后莖粗也有顯著差異(F=4.632*)。處理溫度分別為5 ℃、10 ℃和15 ℃時(shí)，在同一溫度下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，幼莖粗度逐漸變小。

表1 棉花幼苗相關(guān)性狀的方差分析表

試驗(yàn)指標(biāo)變異來(lái)源平方和均方F值p值幼苗高度處理溫度5.67202.83603.20800.0643處理時(shí)間1.91640.95821.08400.3594莖粗處理溫度0.00140.00078.6250**0.0024處理時(shí)間0.00070.00044.6320*0.0238主根長(zhǎng)處理溫度13.79566.89785.1940*0.0166處理時(shí)間1.52670.76340.57500.5728側(cè)根數(shù)處理溫度266.7407133.370430.0080**0.0001處理時(shí)間2.29631.14810.25800.7752葉面積處理溫度715.3268357.663417.2520**0.0001處理時(shí)間163.940081.97003.9540*0.0377地上部干重處理溫度0.05720.02861.45000.2607處理時(shí)間0.10520.05262.6670*0.0267地下部干重處理溫度0.00300.00151.73900.2039處理時(shí)間0.00930.00475.4830*0.0138SPAD值處理溫度393.5656196.782827.6450**0.0001處理時(shí)間14.53237.26611.02100.3803相對(duì)電導(dǎo)率處理溫度3702.86411851.432130.0568**0.0001處理時(shí)間358.6977179.34892.9120*0.0303

圖1 不同溫度處理后棉花幼苗高度的變化趨勢(shì)

圖2 不同溫度處理后棉花莖粗的變化趨勢(shì)

2.4 不同處理對(duì)棉花主根長(zhǎng)的影響

如圖3所示，不同溫度處理下棉花的主根長(zhǎng)度存在差異。方差分析(表1)表明，5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理后，恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后棉花主根長(zhǎng)之間有顯著差異(F=5.194*)，說(shuō)明隨著脅迫溫度的降低，對(duì)棉花主根生長(zhǎng)的抑制程度越大。同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后幼苗高度也無(wú)顯著影響(F=0.575)。

圖3 不同溫度處理后棉花主根長(zhǎng)的變化趨勢(shì)

2.5 不同處理對(duì)棉花側(cè)根數(shù)的影響

如圖4所示，不同溫度處理下棉花的側(cè)根數(shù)目存在差異。方差分析(表1)表明，5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理后，恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后棉花側(cè)根數(shù)之間有極顯著差異(F=30.008**)，隨著脅迫溫度的降低，棉花側(cè)根數(shù)先減少后增加。在同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下無(wú)顯著影響(F=0.258)。

2.6 不同處理對(duì)棉花葉面積的影響

如圖5所示，不同溫度處理下棉花的葉面積存在差異，方差分析(表1)表明，5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理后，恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后棉花葉面積之間有極顯著差異(F=17.252**)，低溫抑制棉花葉片的擴(kuò)大，隨著處理溫度的升高，棉花葉面積變大。另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下，對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后葉面積也有顯著差異(F=3.954*)。處理溫度分別為5 ℃、10 ℃和15 ℃時(shí)，在同一溫度下隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，棉花葉面積減小。

圖4 不同溫度處理后棉花側(cè)根數(shù)的變化趨勢(shì)

圖5 不同溫度處理后棉花葉面積的變化趨勢(shì)

2.7 不同處理對(duì)棉花地上部干重的影響

如圖6所示，不同溫度處理下棉花地上部干重存在差異，方差分析(表1)表明，5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理后，恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后對(duì)棉花地上部分干重?zé)o顯著影響(F=1.45)，另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后地上部分的干重存在顯著差異(F=2.667*)。說(shuō)明隨著處理時(shí)間的增加，地上部分的干物質(zhì)積累量逐漸下降。

2.8 不同處理對(duì)棉花地下部干重的影響

如圖7所示，不同處理時(shí)間棉花地下部干重有差異，方差分析(表1)表明，5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理后，恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后棉花地下部分干重之間沒(méi)有顯著差異(F=1.739)。同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后地下部分干重有顯著影響(F=5.483*)，說(shuō)明隨著脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，棉花地下部分干物質(zhì)積累量降低。

圖6 不同溫度處理后棉花地上部分干重的變化趨勢(shì)

圖7 不同溫度處理后棉花地下部分干重的變化趨勢(shì)

2.9 不同處理對(duì)棉花SPAD的影響

如圖8所示，不同溫度處理下棉花的SPAD值存在差異，方差分析(表1)表明，棉花子葉展平后利用5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后SPAD有極顯著差異(F=27.645**)。低溫抑制葉綠素的產(chǎn)生。另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后SPAD無(wú)顯著差異(F=1.021)。

2.10 不同處理對(duì)棉花相對(duì)電導(dǎo)率的影響

如圖9所示，不同溫度處理下棉花葉片的相對(duì)電導(dǎo)率存在差異，方差分析(表1)表明，棉花子葉展平后利用5 ℃、10 ℃和15 ℃低溫脅迫處理對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后相對(duì)電導(dǎo)率間有極顯著差異(F=30.056 8**)。隨著脅迫的增大，相對(duì)電導(dǎo)率增大。另外同一處理溫度不同處理時(shí)間條件下對(duì)恢復(fù)生長(zhǎng)7 d后導(dǎo)電率也有顯著差異(F=2.912*)。隨著脅迫時(shí)間的增加，棉花葉片的相對(duì)電導(dǎo)率也在增加。

圖8 不同溫度處理后棉花葉綠素含量的變化趨勢(shì)

圖9 不同溫度處理后棉花相對(duì)電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)

3 結(jié)論與討論

棉花在出苗期遭遇低溫，發(fā)生低溫霜凍害是棉花幼苗生長(zhǎng)能力降低的主要原因。棉花苗期生長(zhǎng)受到低溫強(qiáng)度和低溫持續(xù)期2個(gè)因素的互作影響，在其互作過(guò)程中低溫持續(xù)時(shí)間為主要因素[13]。

本研究發(fā)現(xiàn)，在同一溫度下，隨著處理時(shí)間的增加棉花幼苗的莖粗變細(xì)、葉面積變小、棉苗的干物重積累量降低，細(xì)胞膜的透性增加。在相同持續(xù)時(shí)間不同低溫脅迫下，棉苗的莖粗、側(cè)根數(shù)、葉面積、SPAD、相對(duì)電導(dǎo)率均達(dá)到極顯著水平(p<0.01)隨著溫度的降低，細(xì)胞膜的透性增加，光合作用變?nèi)?。由此可?jiàn)，苗期低溫對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)能力影響很大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上必須采取相應(yīng)措施預(yù)防苗期低溫對(duì)棉花幼苗生長(zhǎng)影響。