棉花自动遮雨棚内花铃期淹水试验

棉花自动遮雨棚内花铃期淹水试验

洪水是一种全球农业自然灾害，对作物生产有很大影响。近年来,由于全球气候变暖,洪涝灾害发生频率有增加的趋势。棉花是易受涝渍影响的作物之一,尤以黄河流域和长江流域两大棉区开花结铃期最易遭受涝渍为害。棉花花铃期一般从7月上旬到8月底,是产量和品质形成最关键的时期,对淹水比较敏感。而此期正值多雨季节,淹水成为棉花减产的重要灾害因素。一般认为,棉花对短期淹水比较敏感,棉花生长期遭遇阶段性的淹水后产量损失可达40%。但也有研究认为,短期淹水特别是生育前、中期淹水对棉花产量的影响不大。因为棉花具有很强的自我恢复和调节能力,可在一定程度上弥补短期淹水对产量的影响。有关棉花短期淹水的研究主要集中在国外以及我国的长江流域棉区,在黄河流域棉区的研究尚不多见。而且这些研究要么是在盆栽条件下进行的,要么是在开放的大田进行的。前者根系生长受限,与大田棉花有一定的差异;后者很难排除淹水处理以后自然降雨的影响。而且迄今关于短期淹水对棉花产量的影响尚有争议。基于此,本文在山东临清(黄河流域棉区),通过防雨棚控制降雨和水泥池隔断控制处理间的水分传导,研究了短期淹水对棉花生长发育、生理代谢和产量的影响。1材料和方法1.1不利行为下的盐灰水处理试验于2011年4-11月在山东棉花研究中心临清试验站的电动防雨棚内进行。供试材料为山东棉花研究中心育成的常规抗虫棉(GossipiumhirsutumL.)品种K638,种植在用混凝土隔开的无底旱池内,每个旱池长2.75m、宽2.9m、深1.5m。防雨棚通过雨水感应器自动控制开关,以防止自然降雨对淹水试验的干扰。池内土壤为砂壤土,含有机质1.44%、碱解氮67.42mg·kg-1、有效磷53.47mg·kg-1、有效钾263.5mg·kg-1。2011年4月30日播种,在苗期追施复合肥(含N、P2O5、K2O各15%)750kg·hm-2,现蕾后去掉下部叶枝,7月15日打顶,其他管理按常规大田进行。设置淹水8d、10d两个处理,以不淹水为对照(CK)。随机区组排列,4次重复,小区面积约10m2(2.9m×2.75m),4行区,种植密度5.25株·m-2。于2011年7月29日用井水进行淹水处理,维持表面20cm深的水层(淹没子叶节)。当日补水3次,以后每日清晨补水1次,以维持水层深度。淹水结束当日将表面水层排掉。1.2铃重、单位面积铃数在淹水处理前1d和淹水结束当日调查每小区中间两行棉花的花蕾、幼铃、成铃、蕾铃脱落数和烂铃数;在吐絮初期调查成铃数;分3次收花计产,并计算铃重、单位面积铃数。淹水结束当日每小区随机选取有代表性的3株棉花,拔出后按根、茎枝、叶、蕾花铃分开称鲜物质质量,用Li-3000叶面积仪测定叶面积,然后置烘箱内105℃杀青30min,70℃恒温烘干至恒重并称量。1.3测定指标及方法以Li-6400便携式光合测定仪(美国LI-COR公司生产)于淹水结束当日上午9:00-10:00测定主茎功能叶的光合速率(Pn),每小区随机测定3株。每小区任选1株棉花的根尖和功能叶,剪碎后分别称取适量,用锡箔纸包后放入液氮速冻,测定生理指标。参照邹琦的方法测定叶绿素含量;采用美国envirologix公司生产的试剂盒,通过酶联免疫吸附法(Enzyme-linkedimmuno-sorbentassay,ELISA)测定Bt蛋白含量;采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量;采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量;采用苯酚法测定可溶性糖含量。1.4统计分析采用DPS(Dataprocessingsystem)软件处理数据,检验5%水平下差异显著性。2棉株衰弱情况淹水当天下午受淹棉株便出现不同程度的倒伏,叶片也出现不同程度的萎蔫。淹水时间越长,叶片萎蔫越重,其中淹水10d的小区内在结束淹水当日有大量棉株严重萎蔫。表1列出了淹水结束并排出积水以后,各处理0~20cm土层土壤含水量的变化,结果表明,淹水8d和10d的土壤含水量有一个从饱和到逐渐降低的过程,大致在淹水结束9d以后土壤含水量才恢复到不淹水对照的水平,说明淹水结束后,棉株还要遭受一段渍涝的影响(表1)。2.1对照最大限度的确定淹水显著降低棉株生物量。淹水8d和10d后,棉株的根、茎枝、叶、蕾花铃、单株干物质质量以及叶面积均比未淹水的对照显著减少。说明淹水不仅影响了地上部各器官的生长,同时也影响了地下根系的生长(表2)。2.2大力推进棉株生长淹水棉株蕾花铃脱落严重,尤其是花蕾,且随淹水时间延长,棉花现蕾越来越少甚至不再现蕾。其中淹水10d处理中严重萎蔫的棉株,蕾花铃全部脱落,虽然排水后植株逐渐恢复,但最终产量为零。与对照相比,淹水8d和10d的棉株单株花蕾数、幼铃数、成铃数显著减少,脱落率和烂铃率均显著升高,但淹水8d和淹水10d之间的单株幼铃数、成铃数和脱落率差异并未达显著水平(表3)。收获期调查,与对照相比,淹水8d、淹水10d的单株铃数和铃重分别减少了26.3%,28.8%和9.5%,9.9%,最终造成子棉产量分别降低了23.5%和26.5%,但淹水8d和淹水10d之间的差异均未达显著水平。2.3d棉花叶片叶绿素含量与净光合速率的变化淹水显著降低了光合速率和叶绿素含量(表4)。与不淹水对照相比,淹水8d和10d棉花叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总含量、叶绿素a/b、净光合速率分别下降了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%,均达差异显著水平。2.4mda和可溶性蛋白表达水平与不淹水对照相比,淹水8d和淹水10d棉叶的可溶性糖、MDA含量分别上升了3.4%,8.5%和9.7%,12.9%,可溶性蛋白和Bt蛋白含量分别降低了6.4%,10.3%和8.7%,14.1%,均达差异显著水平(表5)。3时间对棉花叶片思逻辑的影响淹水影响作物的生长发育,在外部形态上首先表现出叶片萎蔫。本研究结果表明,淹水当天棉花叶片便出现不同程度的萎蔫,淹水时间越长萎蔫越明显。同时,淹水对棉花产量的形成具有显著的不利影响,这种影响可能是通过干扰棉株生理代谢实现的。3.1花铃期排涝对棉产量的影响淹水影响棉花产量的形成,这种影响因品种、淹水季节、持续时间以及生态区的不同而表现出很大的不同。郭文琦等在长江流域棉区的研究发现,花铃期淹水8d后子棉产量比对照降低了约18%;张培通等研究结果表明,棉花在7月下旬遭受10d的淹水,优质棉产量降低了6.3%;Hodgson报道,在棉花初花期、盛花期和盛铃期分别进行3次32h的淹水比分别进行4h淹水处理的产量降低了18.3%,但把淹水时间延长至64h并没有增加减产幅度;而BangeMP等则发现,棉花花铃期遭遇32h的淹水与不淹水对照的产量相当,没有显著的差异。本文在黄河流域棉区的试验结果表明,花铃期淹水8d和10d分别可致减产23.5%和26.5%,大于在长江流域棉区的减产幅度,这可能与黄河流域棉区的主推棉花品种耐涝性不强有关。单位面积铃数、铃重和衣分是棉花产量的三大构成因素,三者相互协调是高产的前提,任何一个因素的降低都会减产。淹水对棉花产量的影响源于产量构成的变化。在三个构成因素中,衣分比较稳定。Hodgson和李乐农等指出,淹水所导致的减产主要是由铃重降低引起的,而王留明等和张培通等则认为主要是由铃数减少而引起的。本文认为,淹水后棉花的单株铃数和铃重都降低,进一步说明淹水导致减产的原因也是多方面的。3.2处理对棉花抗氧化酶系统的影响叶片光合速率是反映光合作用的重要指标,叶绿素含量的高低在某种程度上也与光合作用有关,且叶绿素a/b在一定程度上反映了类嚢体的稳定性,与光合速率关系也很密切。本研究表明,淹水减少了功能叶的叶绿素含量,显著降低了类嚢体的稳定性,最终造成叶片光合速率的降低。植物在衰老或遭受逆境胁迫时会导致膜脂过氧化,而MDA是膜脂过氧化的产物,其含量的多少在一定程度上反映植物衰老及受胁迫的程度。本试验表明,淹水8d和10d的MDA含量较对照显著升高,且淹水时间越长,含量越高。说明淹水造成了棉花叶片膜脂过氧化,加重了膜损伤的程度,降低了棉花膜系统的稳定性,最终导致了棉花叶片的衰老。可溶性糖是作物可利用的主要碳水化合物,其含量的高低在一定程度上反映了植株体的碳代谢情况。蛋白质是棉株生命特征的重要体现,植株体内可溶性蛋白的相对含量与氮素营养吸收和积累呈正相关,在一定程度上影响着棉花体内各项生理功能的发挥。本试验表明,淹水8d和10d棉花叶片可溶性糖含量升高,而可溶性蛋白质含量降低,说明淹水后棉花的碳代谢比较旺盛,而氮代谢较弱,使得棉花的碳氮代谢失衡,不仅影响了棉花的生长发育,也对Bt棉的抗虫性产生了影响。已知Bt蛋白是转基因棉株自身合成的一类与棉株抗虫性密切相关的蛋白,且转Bt基因棉Bt蛋白表达量与抗虫性呈正相关。Luo等研究发现盆栽棉花淹水7d、14d、21d降低了Bt蛋白的表达量35%~40%。本试验也表明,淹水后棉叶的Bt蛋白含量显著降低,且淹水时间越长,Bt蛋白含量越低。说明,淹水抑制Bt蛋白的合成,与淹水