穆昆杰，陳藝博，劉拓，張婧，馬宗斌，劉偉，賈琳，朱偉

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，鄭州450046）

棉花是重要的油料和經(jīng)濟(jì)作物[1]。由于近年來(lái)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，春棉種植面積大幅度下降，麥套或直播短季棉種植面積逐年上升。短季棉因其生育期短、苗期生長(zhǎng)發(fā)育快[2]，對(duì)提高棉區(qū)復(fù)種指數(shù)、增加單位面積經(jīng)濟(jì)效益，具有重要的意義和作用。但短季棉苗期常受低溫、干旱等自然災(zāi)害影響，生長(zhǎng)發(fā)育緩慢。而外施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育[10]，加快棉花生長(zhǎng)進(jìn)程，有效躲避自然災(zāi)害，有利于茬口的合理選擇。生長(zhǎng)素是最早被發(fā)現(xiàn)的1種植物激素，具有促進(jìn)植物細(xì)胞分化與伸長(zhǎng)、側(cè)根形成、生長(zhǎng)發(fā)育等生理作用，還參與控制頂端優(yōu)勢(shì)、衰老及應(yīng)對(duì)各種非生物脅迫的反應(yīng)[3]。生長(zhǎng)素可以通過(guò)自身合成積累，也可通過(guò)葉噴、根施和浸種等方式調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)刺果瓜幼苗株高增加和根的伸長(zhǎng)[4]；促進(jìn)上部煙葉開片，提高煙葉的葉面積（油菜素內(nèi)酯和生長(zhǎng)素2種外源物質(zhì)同時(shí)噴施時(shí)效果會(huì)更好）[5]；促進(jìn)作物地上和地下部鮮物質(zhì)質(zhì)量的增加，提高根系活力，促進(jìn)地上部生長(zhǎng)，提高葉綠素含量[6-7]，顯著提高煙草上部葉凈光合速率[8]。在一定的范圍內(nèi)，隨著外施生長(zhǎng)素濃度的升高，可促進(jìn)棉花等作物幼苗的生長(zhǎng)，提高幼苗體內(nèi)抗氧化酶活性[9-10]。但關(guān)于生長(zhǎng)素對(duì)短季棉生長(zhǎng)發(fā)育的影響，鮮有報(bào)道。

本研究采用盆栽方法，通過(guò)葉面噴施生長(zhǎng)素分析其對(duì)短季棉幼苗生長(zhǎng)發(fā)育和生理特性的影響，為進(jìn)一步探明生長(zhǎng)素調(diào)控棉花幼苗生長(zhǎng)發(fā)育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試棉花品種為短季棉中棉所94A2941（記為V1，生育期90～101 d）和春棉豫農(nóng)棉31（記為V2，生育期110～116 d）。生長(zhǎng)素3-吲哚乙酸（IAA）購(gòu)自索萊寶公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)龍子湖校區(qū)進(jìn)行。采用盆栽方法，桶高43 cm、直徑43 cm，每盆裝35 kg過(guò)篩后的沙壤潮土。選取飽滿、大小一致的種子，播種前用5%（體積分?jǐn)?shù)）次氯酸鈉消毒。每盆播5～6粒種子，按時(shí)進(jìn)行間苗，每盆保留1株幼苗，各盆所留棉苗長(zhǎng)勢(shì)均勻一致。

試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理：①葉面噴施50 mg·L－1生長(zhǎng)素（噴施至霧狀水汽在葉片表面形成水滴自然落下為止）；②葉面噴施清水為對(duì)照（CK）。

在出苗后第20天開始進(jìn)行生長(zhǎng)素外施處理，每隔2周噴施1次，共5次。外施生長(zhǎng)素后每隔2周對(duì)葉片取樣1次，共5次。取完全長(zhǎng)出的倒3葉，測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。取樣葉片分別用自封袋包好，并置于－80℃條件下保存。2個(gè)棉花品種分別設(shè)置2個(gè)處理，3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)12盆，采用完全隨機(jī)排列。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1株高。測(cè)量基質(zhì)表面到主莖最高點(diǎn)的距離。

1.3.2植株鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量。將棉株和根系清洗干凈并分成根、莖和葉3部分，用濾紙吸干表面水分稱重即為鮮物質(zhì)質(zhì)量；將棉株分成的根、莖和葉3部分置于105℃干燥箱（天津泰斯特WGL-230B）中殺青20 min，然后75℃烘干至恒重，稱重即為干物質(zhì)質(zhì)量。

1.3.3葉面積。每個(gè)處理隨機(jī)選取3株，測(cè)量葉長(zhǎng)和葉寬，采用長(zhǎng)寬系數(shù)法測(cè)量葉面積，系數(shù)取0.78。

1.3.4SPAD值。用SPAD-502葉綠素儀測(cè)棉花葉片SPAD值。每個(gè)處理隨機(jī)選取3株棉花，每株選取主莖倒3葉，用葉綠素儀在每張葉片的上、中、下取3個(gè)點(diǎn)測(cè)定，取數(shù)據(jù)的平均值。

1.3.5葉片光合指標(biāo)的測(cè)定。釆用Li-Cor 6400光合儀測(cè)定最大葉的光合特性，測(cè)定時(shí)間為9:30－11:00，測(cè)定光照強(qiáng)度設(shè)定為1 000μmol·m－2·s－1，CO2流量設(shè)定為500μL·L－1。各處理設(shè)置3次重復(fù)。

1.3.6生理指標(biāo)的測(cè)定。每個(gè)處理隨機(jī)選取3株棉花，每株選取主莖倒3葉用于生理指標(biāo)測(cè)定。超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（Nitro-blue tetrazolium，NBT）光化還原法[11]測(cè)定，過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法[12-13]測(cè)定，丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法[14]測(cè)定，游離脯氨酸（Proline，Pro）含量采用茚三酮法[15]測(cè)定。

1.3.7細(xì)胞學(xué)觀察。初花期在莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)處取樣，置于福爾馬林-醋酸-酒精（FAA）固定液中保存固定，采用“番紅-固綠”法[16]制作石蠟切片，使用OLYMPUS BX43顯微鏡進(jìn)行觀察拍照，采用CellSens Standard軟件統(tǒng)計(jì)分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019進(jìn)行整理，用SPSS 25軟件t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Graph Pad Prism 8作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 外施生長(zhǎng)素對(duì)棉花幼苗農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后棉花幼苗鮮物質(zhì)質(zhì)量顯著提高，外施生長(zhǎng)素后2個(gè)品種的鮮物質(zhì)質(zhì)量與對(duì)照相比分別增加了34.6%和21.8%，V1鮮物質(zhì)質(zhì)量提升幅度較V2大；但棉花幼苗干物質(zhì)質(zhì)量沒(méi)有顯著差異。V1和V2的鮮物質(zhì)質(zhì)量呈現(xiàn)出差異，是因?yàn)槠贩NV2為春棉，基礎(chǔ)生物量較大，幼苗生長(zhǎng)快，農(nóng)藝性狀均比V1好。與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后V1和V2幼苗的葉面積和株高均顯著增加。V1和V2的葉面積較對(duì)照分別增加了26.0%和23.4%，株高較對(duì)照分別增加了11.9%和7.5%。說(shuō)明外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)短季棉幼苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，加速生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程，葉面積增長(zhǎng)迅速，株高增長(zhǎng)較快，植株形態(tài)建成迅速[17]。

表1 棉花幼苗農(nóng)藝性狀的比較

2.2 外源生長(zhǎng)素對(duì)棉花幼苗光合特性的影響

由表2可以看出，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后，V1和V2棉花幼苗凈光合效率增加，都表現(xiàn)出顯著性差異，V1和V2凈光合效率較對(duì)照分別提高了19.3%和17.0%。這表明外施生長(zhǎng)素通過(guò)提高棉花幼苗凈光合效率，增加光合產(chǎn)物積累，提高了棉花幼苗鮮物質(zhì)質(zhì)量和干物質(zhì)質(zhì)量（表1）。與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后，V1和V2棉花幼苗細(xì)胞間CO2濃度增加，但V1棉花幼苗細(xì)胞間CO2濃度增加幅度低于V2，表明V2光合底物CO2供應(yīng)充分，光合效率較高。V1和V2的氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率與對(duì)照間沒(méi)有顯著差異，這說(shuō)明外施生長(zhǎng)素對(duì)水分和氣體交換影響較小。由此可以看出，外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)棉花幼苗的光合作用，有利于積累更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

表2 棉花幼苗光合參數(shù)的比較

2.3 外施生長(zhǎng)素對(duì)棉花幼苗生理指標(biāo)的影響

2.3.1SPAD值。棉花幼苗葉綠素含量與SPAD值呈顯著正相關(guān)[18]。如圖1-A（見封三彩頁(yè)）所示，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后，V1和V2棉花幼苗的SPAD值增加，均達(dá)到顯著性差異。V1和V2的SPAD值分別較對(duì)照提高了8.9%和10.9%。短季棉V1和春棉V2相比，V1幼苗葉色較深，葉綠素含量（SPAD值）較高，這可能是因?yàn)槎碳久奚谳^春棉短，須進(jìn)行大量的光合作用以滿足植株形態(tài)迅速建成對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求。

2.3.2超氧化物歧化酶活性。SOD活性高有利于清除植物體內(nèi)活性氧自由基，保護(hù)細(xì)胞免于氧化損傷。與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后V1和V2的SOD活性均有所增強(qiáng)，V1外施生長(zhǎng)素后SOD活性較對(duì)照差異顯著（圖1-B，見封三彩頁(yè)）。V1和V2的SOD活性較對(duì)照分別提高了3.7%和1.2%。外施生長(zhǎng)素后，V1的SOD活性增幅較V2大，說(shuō)明短季棉幼苗在外施生長(zhǎng)素后SOD活性增強(qiáng)，清除自由基更有效，細(xì)胞損傷較輕。

2.3.3過(guò)氧化物酶活性。POD具有催化過(guò)氧化氫，消除酚類、醛類物質(zhì)毒性的作用[19]。由圖1-C（見封三彩頁(yè)）可知，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后V1和V2的POD活性均有所增強(qiáng)，分別提高了7.9%和13.9%，但差異不顯著。短季棉V1和春棉V2相比，外施生長(zhǎng)素后，春棉V2的過(guò)氧化物酶活性較V1高，但品種間無(wú)顯著差異。

2.3.4丙二醛含量。MDA含量是反映植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)之一。由圖1-D（見封三彩頁(yè)）可知，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后V1和V2棉花幼苗的MDA含量分別較對(duì)照降低了18.2%和13.4%，V1外施生長(zhǎng)素后MDA含量較對(duì)照差異顯著。外施生長(zhǎng)素后，短季棉V1的MDA含量較春棉V2低，表明短季棉幼苗膜脂過(guò)氧化程度較春棉輕，更有利于生長(zhǎng)發(fā)育。

2.3.5脯氨酸含量。由圖1-E（見封三彩頁(yè)）可知，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后V1和V2的棉花幼苗的脯氨酸含量增加，分別較對(duì)照增加13.3%和8.4%。外施生長(zhǎng)素后，短季棉V1脯氨酸含量增幅較春棉V2大，表明外施生長(zhǎng)素后短季棉幼苗滲透調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)，因而對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力更強(qiáng)。

2.4 外施生長(zhǎng)素對(duì)棉花莖尖顯微結(jié)構(gòu)影響

如圖2（見封三彩頁(yè)）所示，與對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素后，V1和V2的棉花幼苗莖尖明顯增大，生長(zhǎng)錐呈飽滿的半圓球狀，分生區(qū)變長(zhǎng)，外側(cè)有更多的葉原基和幼葉。因此推斷外施生長(zhǎng)素可加快棉花莖尖組織分化，促進(jìn)植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)，加快生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)程。和春棉V2相比，外施生長(zhǎng)素后短季棉V1幼苗莖尖生長(zhǎng)較快，葉原基和幼葉發(fā)育較早，初生分生組織和原形成層束發(fā)達(dá)，更有利于水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸，促進(jìn)棉花幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育，加速植株形態(tài)建成。

3 討論與結(jié)論

本研究結(jié)果表明，與清水對(duì)照相比，外施生長(zhǎng)素可顯著促進(jìn)棉花幼苗的地上部分生長(zhǎng)，使植株鮮物質(zhì)質(zhì)量、干物質(zhì)質(zhì)量、葉面積、株高增加，凈光合效率顯著提高，SOD活性、POD活性和脯氨酸含量增加，MDA含量降低。另外，莖尖細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果表明，外施生長(zhǎng)素后棉花幼苗莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)變大，細(xì)胞密度增大。說(shuō)明外施生長(zhǎng)素可以促進(jìn)短季棉幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育。

外施一定濃度的生長(zhǎng)素可以促進(jìn)植株的生長(zhǎng)[20]。本研究結(jié)果也表明，外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)短季棉V1和春棉V2植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，增加株高和葉面積，提高植株的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量。葉綠素是植物光合作用的主要色素，其含量直接影響作物的光合能力[21-22]。本研究中，外施生長(zhǎng)素后短季棉V1和春棉V2幼苗的SPAD值和凈光合效率增加顯著，表明外施生長(zhǎng)素有利于提高棉花幼苗的葉綠素含量和地上部的光合能力，可促進(jìn)幼苗葉片光合產(chǎn)物的快速積累。

SOD和POD可以清除植物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧，是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶?？寡趸窼OD和POD活性的變化反映了植物對(duì)逆境脅迫的耐受能力，廣泛應(yīng)用于逆境研究中[23]。羅嘉亮等[24]研究外源生長(zhǎng)素對(duì)杜梨不定芽生根的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，外源生長(zhǎng)素可以提高不定芽的抗氧化酶活性。本研究與其結(jié)論一致，外施生長(zhǎng)素后短季棉V1和春棉V2的SOD和POD活性增強(qiáng)，表明外施生長(zhǎng)素有利于提高棉花幼苗對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)能力，保證幼苗正常生長(zhǎng)。MDA是細(xì)胞膜脂過(guò)氧化最終產(chǎn)物，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，其含量的變化能反映非生物脅迫對(duì)于植物細(xì)胞膜損害程度的大小[25]。本研究中，外施生長(zhǎng)素后短季棉V1和春棉V2的MDA含量降低，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性減弱，這與前人研究得出的外源生長(zhǎng)素使鹽脅迫下玉米葉片中的MDA含量降低，延緩衰老的結(jié)論[26]一致。脯氨酸作為1種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的增加可以提高細(xì)胞的抗逆能力[27]。李亞萍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，外源IAA可顯著提高白三葉葉片游離脯氨酸含量，有效降低滲透勢(shì)。本研究結(jié)果表明，外施生長(zhǎng)素后短季棉V1和春棉V2的脯氨酸含量增加，滲透勢(shì)降低，可提高細(xì)胞對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性，有利于細(xì)胞的生長(zhǎng)。外源添加低濃度生長(zhǎng)素和6-芐氨基嘌呤（6-BA）有利于棗莖尖培養(yǎng)，促進(jìn)莖尖膨大，提高成活率[29]。本研究也發(fā)現(xiàn)外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)棉花莖尖分生組織伸長(zhǎng)，促進(jìn)幼苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

綜上所述，外施生長(zhǎng)素可促進(jìn)棉花幼苗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，有助于提高棉花幼苗對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)能力，積累更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，加速植株形態(tài)建成，縮短營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)生育期；促進(jìn)棉花幼苗早開花，有利于短季棉提早成熟，在生產(chǎn)上應(yīng)用于麥套棉和直播短季棉有重要的意義。由于不同品種棉花幼苗對(duì)生長(zhǎng)素濃度的響應(yīng)存在一定的差異性，如何在短季棉生長(zhǎng)發(fā)育中選擇最適生長(zhǎng)素濃度，以及在大田實(shí)際生產(chǎn)中如何使用生長(zhǎng)素促進(jìn)短季棉生長(zhǎng)發(fā)育尚需要進(jìn)一步研究。