李 進(jìn)，梁 晶，翟夢(mèng)華，王 莉，金 嶸，張軍高，周小云，雷 斌

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

棉花產(chǎn)業(yè)是新疆農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)中不可或缺的支柱產(chǎn)業(yè)，2019年種植面積為254.05萬hm2，總產(chǎn)為500.20萬t，分別占全國(guó)棉花種植面積和總產(chǎn)的76.0%和84.9%，已然形成了“世界棉花看中國(guó)，中國(guó)棉花看新疆”的格局[1]。與此同時(shí)，新疆棉花生產(chǎn)中也面臨許多問題和挑戰(zhàn)，特別是棉花萌發(fā)成苗期低溫冷害造成的爛種、爛芽和死苗等問題亟待解決[2-4]。因此，明確低溫為害棉花種子萌發(fā)過程的關(guān)鍵期，為品種布局和棉花豐產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)促進(jìn)新疆棉花產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量持續(xù)健康發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐意義。

研究實(shí)踐證實(shí)，棉花播種后遭遇低溫為害導(dǎo)致種子萌發(fā)期延長(zhǎng)和出苗率降低，嚴(yán)重時(shí)造成爛種、爛芽和死苗，最終影響棉花品質(zhì)和產(chǎn)量[5-7]。近年來前人圍繞棉花品種萌發(fā)期抗冷性比較、種子抗冷生理及外源物質(zhì)提高棉種活力等方面開展了大量研究[8-12]，但就棉花種子萌發(fā)成苗過程中低溫為害關(guān)鍵時(shí)期研究相對(duì)較少?；诖耍狙芯恳孕玛懼?6號(hào)、新陸早57號(hào)、新陸早74號(hào)和新陸早82號(hào)為試驗(yàn)材料，以25 ℃為對(duì)照溫度，通過室內(nèi)發(fā)芽試驗(yàn)，研究12 ℃低溫處理下4個(gè)棉花品種在萌發(fā)成苗過程中不同階段的種子萌發(fā)特性，探明低溫為害關(guān)鍵期，為豐富棉花耐低溫機(jī)理和高產(chǎn)栽培理論提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試棉花品種為新陸中46號(hào)、新陸早57號(hào)、新陸早74號(hào)和新陸早82號(hào)，購(gòu)于昌吉州農(nóng)資市場(chǎng)，供試發(fā)芽紙為“發(fā)芽紙38號(hào)”，購(gòu)于北京懋嘉龍農(nóng)業(yè)科技有限公司。

1.2 方 法

2019年4—6月在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(烏魯木齊)進(jìn)行。挑選籽粒飽滿均勻的4個(gè)品種棉花種子，75%酒精浸泡2 min，無菌水沖洗3次備用。試驗(yàn)設(shè)計(jì)以常溫(25 ℃)作為對(duì)照(ck)，Tn表示第n天12 ℃處理24 h，即T 1～T 7分別代表為第1天～第7天12 ℃處理24 h，每處理其余6 d時(shí)間為常溫處理(25 ℃)。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)取各處理棉種均勻置于3層充分吸水的發(fā)芽紙上，每張發(fā)芽紙上均勻放置50粒，各處理重復(fù)3次。密封袋封口放入不同溫度發(fā)芽箱中進(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。每天記錄各處理種子萌發(fā)數(shù)，以芽長(zhǎng)超過1 cm，色白、無腐爛的芽為正常芽；第4天計(jì)算發(fā)芽勢(shì)，第7天計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，并于第7天隨機(jī)選取各處理樣品10株，用直尺測(cè)定胚根長(zhǎng)，用萬分之一天平測(cè)定胚根鮮重和胚根干重。

發(fā)芽勢(shì)(%)=(前4 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽率(%)=(前7 d內(nèi)種子發(fā)芽數(shù)/供試種子總數(shù))×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)=S×∑(Gt/Dt)；

式中，Gt表示第t天的發(fā)芽種子數(shù)，Dt表示發(fā)芽試驗(yàn)第t天；S表示第7天時(shí)各處理單株胚根鮮重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，SPSS 17.0軟件進(jìn)行方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較檢驗(yàn)(p<0.05)，Origin Pro 8.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)4個(gè)棉花品種種子活力的影響

低溫處理抑制了各棉花品種種子活力，不同品種間低溫耐受力不同(圖1)。發(fā)芽率方面，新陸中46號(hào)的T 2和T 3顯著低于ck，較ck減少7.53%，其余處理與ck差異不顯著；新陸早57號(hào)、新陸早74號(hào)和新陸早82號(hào)各處理較ck略有降低，但與ck無差異。發(fā)芽勢(shì)方面，新陸中46號(hào)的T 2～T 5顯著低于ck，較ck減少7.53%～10.27%，其余處理與ck差異不顯著；新陸早57號(hào)和新陸早74號(hào)各處理較ck略有降低，但與ck無顯著差異；新陸早82號(hào)的T 1顯著低于ck，較ck減少6.16%，其余處理與ck差異不顯著，但較ck減少0.68%～4.79%。發(fā)芽指數(shù)方面，新陸中46號(hào)的T 2和T 3顯著低于ck，較ck減少14.46%～37.81%，其余處理與ck無差異；新陸早57號(hào)除T 2和T 3外，其余處理顯著高于ck；新陸早74號(hào)的T 2和T 3顯著低于ck，較ck減少12.33%～16.51%，T 7與ck無差異，其余處理與ck差異不顯著；新陸早82號(hào)的T 2與ck差異不顯著，T 3顯著低于ck，其余處理顯著高于ck?；盍χ笖?shù)方面，新陸中46號(hào)的T 3顯著低于ck，較ck減少44.11%，T 2、T 4與ck差異不顯著，其他處理與ck無差異；新陸早57號(hào)除T 2和T 3外，其余處理顯著高于ck；新陸早74號(hào)的T 1和T 2顯著低于ck，較ck減少14.89%～23.82%，T 3～T 5與ck差異不顯著，但較ck減少11.24%～13.54%，T 6、T 7與ck無差異；新陸早82號(hào)的T 3與ck無差異，其余處理顯著高于ck，較對(duì)照增加23.06%～48.45%。綜上所述，新陸早57號(hào)低溫耐受力最強(qiáng)。

2.2 不同處理對(duì)4個(gè)棉花品種胚根生長(zhǎng)的影響

不同時(shí)期低溫處理對(duì)棉花胚根生長(zhǎng)影響不同(圖2)。胚根干重方面，新陸中46號(hào)的T 1～T 7間無差異，但顯著低于ck，較ck減少9.25%～21.72%；新陸早57號(hào)的T 1、T 6與ck差異不顯著，T 2～T 5顯著低于ck，較ck減少10.84%～14.61%，T 7與ck無差異；新陸早74號(hào)的T 1、T 6、T 7與ck差異不顯著，其余處理顯著低于ck，較ck減少11.19%～17.51%；新陸早82號(hào)的T 1、T 2與ck差異不顯著，而T 3顯著低于ck，其余處理與ck無差異。胚根鮮重方面，新陸中46號(hào)、新陸早57號(hào)與ck無差異；新陸早74號(hào)的T 1、T 5～T 7與ck差異不顯著，T 2～T 4與ck差異顯著，較ck減少11.63%；新陸早82號(hào)的T 1與ck無差異，T 2、T 3、T 5、T 6與ck差異不顯著，T 4和T 7顯著高于ck。胚根長(zhǎng)方面，新陸中46號(hào)的T 1～T 6顯著低于ck，較ck減少3.81%～15.48%，T 7與ck無差異；新陸早57號(hào)與ck無差異；新陸早74號(hào)的T 1、T 6、T 7與ck無差異，T 2、T 4、T 5與ck差異不顯著，T 3較ck差異顯著，較ck減少13.13%；新陸早82號(hào)的T 1、T 7與ck差異不顯著，T 2～T 6顯著低于ck，較ck減少14.12%～30.21%。

2.3 不同棉花品種萌發(fā)成苗期耐低溫性狀指標(biāo)的相關(guān)矩陣

以上述12 ℃下不同棉花品種各處理的測(cè)定值(T 1～T 7)與25 ℃下不同棉花品種各處理的測(cè)定值(ck)的比值作為相對(duì)值進(jìn)行相關(guān)性分析，得出不同棉花品種在萌發(fā)成苗期各指標(biāo)的相關(guān)矩陣，如表1。研究表明，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根鮮重、胚根干重和胚根長(zhǎng)各指標(biāo)之間均存在一定的正相關(guān)關(guān)系，新陸中46號(hào)、新陸早57號(hào)和新陸早82號(hào)的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)相關(guān)性最大，分別為0.990、0.972和0.932，新陸早74號(hào)的胚根鮮重和胚根干重相關(guān)性最大，為0.964；新陸中46號(hào)和新陸早74號(hào)的發(fā)芽指數(shù)與胚根長(zhǎng)相關(guān)性最小，分別為0.484和0.099，新陸早57號(hào)和新陸早82號(hào)的發(fā)芽勢(shì)與胚根長(zhǎng)相關(guān)性最小，分別為0.171和0.025。

表1 不同棉花品種萌發(fā)成苗期各指標(biāo)的相關(guān)矩陣Table 1 Correlation matrix analysis of each index at germination stage of different cotton varieties

2.4 不同棉花品種萌發(fā)成苗期耐低溫性狀指標(biāo)的主成分分析

對(duì)4個(gè)棉花品種7個(gè)處理的7個(gè)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析得到主成分特征值。由表2可以看出，新陸中46號(hào)第1和第2主成分的特征值分別為5.525和0.821，貢獻(xiàn)率分別為78.934%和11.734%，前2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為90.668%；此外新陸早57號(hào)、新陸早74號(hào)和新陸早82號(hào)前2個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率分別為83.914%、84.339%和88.163%，即4個(gè)棉花品種前2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均超過80%，可以反映大部分信息，故本研究提取各品種前2個(gè)主成分作綜合評(píng)價(jià)。

表2 主成分特征值Table 2 Characteristic value of pincipal component

2.5 不同棉花品種主成分得分和排序

4個(gè)棉花品種7個(gè)處理的得分和排序見表3。棉花種子萌發(fā)期受低溫影響不同，新陸中46號(hào)和新陸早57號(hào)在第3天低溫時(shí)對(duì)種子萌發(fā)影響最大，其次為第2天；新陸早74號(hào)和新陸早82號(hào)在第2天低溫時(shí)對(duì)種子萌發(fā)影響最大，其次為第3天；4個(gè)品種在第7天低溫時(shí)均對(duì)種子萌發(fā)影響最小。以4個(gè)棉花品種綜合得分為排序依據(jù)，結(jié)果為T 2

表3 各棉花品種主成分得分和排序情況Table 3 Main component score and ranking of each cotton variety

3 討 論

溫度是調(diào)控作物種子萌發(fā)的關(guān)鍵因子，棉種在萌發(fā)期遇低溫時(shí)種子活力顯著降低，特別是低于10 ℃低溫時(shí)停止萌發(fā)[13-15]。新疆棉花生產(chǎn)中預(yù)防低溫為害最關(guān)鍵的做法是抗冷品種選育[14]和種子包衣[16]等。因此，選擇耐低溫品種，明確低溫為害關(guān)鍵期，是防災(zāi)減災(zāi)、高產(chǎn)豐產(chǎn)的關(guān)鍵因素。本研究表明，12 ℃低溫處理的4個(gè)棉花品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有不同程度降低，分別較對(duì)照減少0.66%～7.53%、0.67%～10.27%、1.74%～37.81%和1.73%～44.11%，且不同品種間萌發(fā)期低溫耐受力也不同，新陸早57號(hào)低溫耐受力最強(qiáng)，這與高利英等[9]、李星星等[17]研究結(jié)果一致。此外12 ℃低溫處理的4個(gè)棉花品種的胚根鮮重、胚根干重和胚根長(zhǎng)較對(duì)照分別減少0～11.63%、2.43%～21.72%和0.25%～30.21%，與雷斌等[3]研究結(jié)果相似。本研究還發(fā)現(xiàn)供試4個(gè)棉花品種在第2天和第3天低溫處理時(shí)，對(duì)種子活力和棉花胚根生長(zhǎng)影響較大，隨著低溫處理時(shí)間的推移影響逐漸變小。

主成分分析是將起初數(shù)量較多的單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成綜合指標(biāo)，來解釋起初指標(biāo)中所攜帶的信息，種子萌發(fā)過程中低溫為害關(guān)鍵階段的確定應(yīng)該是種子萌發(fā)期多項(xiàng)指標(biāo)的綜合表現(xiàn)，不能利用某個(gè)指標(biāo)來確定。已有研究表明，利用主成分分析可以鑒定與評(píng)價(jià)作物種子萌發(fā)期耐冷性、抗旱性和耐鹽堿能力[18-20]。本研究以12 ℃下不同棉花品種各處理的測(cè)定值與常溫下不同棉花品種各處理的測(cè)定值的比值作為相對(duì)值，對(duì)4個(gè)棉花品種7個(gè)處理的7個(gè)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，試驗(yàn)表明，發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根鮮重、胚根干重和胚根長(zhǎng)各指標(biāo)之間均存在一定的正相關(guān)關(guān)系，其中發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)、胚根鮮重與胚根干重相關(guān)性最大，發(fā)芽指數(shù)與胚根長(zhǎng)、發(fā)芽勢(shì)與胚根長(zhǎng)相關(guān)性最小。研究還發(fā)現(xiàn)，4個(gè)棉花品種主成分初始特征值前2個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均超過80%，已然能反映大部分信息，4個(gè)棉花品種得分和排序結(jié)果較相似，不同棉花品種主成分綜合得分排序?yàn)門 2

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)研究了低溫處理下4個(gè)棉花品種萌發(fā)成苗期萌發(fā)特性，并對(duì)各指標(biāo)相對(duì)值進(jìn)行主成分分析和評(píng)價(jià)。研究發(fā)現(xiàn)12 ℃處理能降低棉花種子活力和抑制胚根生長(zhǎng)，品種間耐低溫能力也存在差異，以新陸早57號(hào)低溫耐受力最強(qiáng)。棉花各品種間發(fā)芽指數(shù)與活力指數(shù)、胚根鮮重與胚根干重相關(guān)性最大，發(fā)芽勢(shì)與胚根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)與胚根長(zhǎng)相關(guān)性最小。不同棉花品種主成分綜合得分排序?yàn)門 2