转b基因抗虫杂交棉稀植条件下留叶枝的形态和生理变化

转b基因抗虫杂交棉稀植条件下留叶枝的形态和生理变化

0叶枝对抗虫杂交棉节本增收机理的影响[研究意义]抗虫杂交棉是以传统抗虫棉和非抗虫棉为材料的抗虫杂交棉（p1）。除了抗虫性棉之前的字典重量外，它还更好地调整了生产构成三个因素之间的关系。它通常比传统的t棉早15%。它是中国长江和黄河棉区最重要的棉花品种。杂交棉单株产量潜力大,适合稀植;品种间杂交种的种子(F1)生产需要人工去雄和授粉,成本较高,为节省用种成本,目前各地多采用以精量播种、降低密度和简化整枝(保留叶枝)为核心内容的“精稀简”技术种植杂交棉,并取得良好的节本增产效果。深入研究“精稀简”栽培条件下抗虫杂交棉的生长发育规律,对于进一步揭示“精稀简”栽培节本增产的机理具有重要意义。【前人研究进展】中国除新疆外,大部分产棉区普遍采用去叶枝的棉田管理措施。一般认为,适时去掉叶枝对于减少养分无谓消耗、改善棉田通风透光条件具有一定作用。但是,近年来的一系列研究则认为叶枝是可以保留的,留叶枝除节省用工外,还可通过叶枝上间接结铃,贡献部分经济产量,多数情况下对产量有益无害。留叶枝已作为抗虫杂交棉“精稀简”栽培技术的重要组成部分应用于棉花生产中。但目前对“精稀简”栽培条件下的抗虫杂交棉留叶枝的生理效应,特别是留叶枝对棉花库源关系和早衰的影响尚不十分清楚。【本研究切入点】叶枝是棉株主茎下部真叶叶腋内生出的枝条,其上着生叶片,可为果枝和根系提供营养,且间接现蕾、结铃的时间明显晚于果枝。笔者推测保留叶枝可能会对棉株不同生育阶段的库源关系和主茎叶的生理功能等产生一系列影响,并会最终影响棉花的产量和品质。因此,从库源关系的角度研究留叶枝的效应,有利于进一步揭示“精稀简”栽培的增产机理。【拟解决的关键问题】本文采用当前主推的3个抗虫杂交棉品种,研究了稀植条件下留叶枝对库源关系、冠层衰老和产量等的生理效应,以期为抗虫杂交棉的叶枝利用和节本高效栽培提供依据和思路。1材料和方法1.1rsutionl.品种田间试验于2004和2005年在山东棉花研究中心试验站(临清)进行。供试棉花(GossypiumhirsutiumL.)品种为中棉所29、鲁棉研15和鲁棉研20,皆是转Bt(Bacillusthuringiensis)基因抗虫杂交棉(F1)。试验田为砂壤土,含有机质1.1g·kg-1,全N0.89g·kg-1,P2O512.8mg·kg-1,K2O146mg·kg-1,有良好的排灌条件。1.2播种及调调管理试验采用裂区设计,主区为去叶枝(对照)和留叶枝2个处理,副区为不同品种(中棉所29、鲁棉研15和鲁棉研20)的处理,重复3次。两年试验采用的小区面积均为33.3m2,4行区,行距90cm,密度3.0株/m2,约为当地常规密度的一半。2004年和2005年分别于4月15日和4月18日播种。按预定株距人工点播脱绒包衣种子(发芽率85%以上)2~3粒,覆土后地膜覆盖。在棉苗第3片真叶展开后定苗,每穴留健壮棉苗1株,使所有小区达到3.0株/m2的预定密度。播前造墒,底施有机肥45t·ha-1、复合肥(30%N,25%P2O5,25%K2O)600kg·ha-1,见花后追施尿素300kg·ha-1,打顶后追施尿素150kg·ha-1。去叶枝处理的小区于现蕾后及时去掉棉株下部的叶枝和赘芽(保留主茎叶),之后结合其它棉田管理于盛蕾期和花铃期各整枝(去叶枝和赘芽)1次,7月18~20日打顶;留叶枝的处理保留叶枝和赘芽,但于7月10~15日打叶枝的顶心,7月18~20日打主茎顶心。根据长势情况,2004年以缩节安化调2次,2005年化调3次。根据转Bt基因抗虫棉的要求治虫,其它管理皆按常规要求进行。1.3叶面积测定方法自播种后按小区记载棉花的生育进程。于现蕾期(6月5~10日)、初花期(7月5~10日)、盛铃期(8月1~5日)和初絮期(8月25~30日)选晴天上午9:00~11:00,以Li-6400光合测定系统测定功能叶(打顶前为倒4叶,打顶后为倒2叶)的净光合速率(Pn),每小区测4株棉花,取平均值。在每个小区的中间两行调查单株蕾花铃数和果节数。然后每小区挖取1m2范围内的棉株3棵,将茎枝、黄叶(有2/3面积变黄的叶片)、绿叶、蕾、花、铃分开后,以Li-3000叶面积仪测出各样株的叶面积并换算出叶面积系数(LAI)和黄叶率(黄叶叶面积占总叶面积的比例,%)。将离生长点5~15cm范围内的冠层叶(含主茎叶、果枝叶和叶枝叶)充分混合,采用五分法取适量叶片,以打孔器(直径1.5cm)取叶圆片作为测定冠层叶平均叶绿素含量的样品;另取下2片倒4叶或倒2叶作为主茎功能叶叶绿素测定的样品。测定时,称取适量叶样剪碎,置96%乙醇于暗处浸提48h后,用Tu—1901型双光束紫外可见分光光度计分别在波长663nm、646nm和470nm处比色,测定吸光度值,计算叶绿素含量。将挖取的3棵植株的不同器官分别在105℃下杀青1h,然后于80℃烘干12h,对蕾花铃、叶和茎枝称重,计算出叶面积载荷量,包括单位叶面积承载的果节数(个/m2)、蕾花铃数(个/m2)和蕾花铃干重(g·m-2)。在开始吐絮前后,于每个小区的中间2行随机选取10株棉花,计数单株铃数,然后分4次收获籽棉,计算铃重,轧花后计算出皮棉产量和衣分,并测定混合皮棉样的纤维品质。将以上所得数据用DPS软件统计分析。由于两年试验中品种间的差异和品种与整枝间的互作效应皆不显著,文中只列出主处理(不同整枝处理)的结果。同时,为减少工作量,只测定并列出对鲁棉研15号一个品种的叶绿素含量和光合速率的测定结果。2结果与分析2.1密度对留叶枝叶源的影响2004年的结果(表1)表明,保留叶枝的单株叶面积在蕾期、花期、盛铃期和初絮期分别比去叶枝的对照高30.8%、15.5%、8.3%和7.9%,叶干重分别比对照高18.5%、15.6%、14.9%和6.6%;保留叶枝的果节数、蕾铃数和蕾铃重在蕾期和花期与对照基本相当,而在盛铃期分别比对照提高了23.1%、15.0%和9.4%,初絮期分别提高了28.9%、22.8%和8.2%。2005年的结果与2004年相近,也是保留叶枝的叶源(叶面积和叶干重)显著大于对照,而且在盛铃期以前最为明显;保留叶枝的铃库(果节数、蕾铃数和蕾铃重)在蕾期和花铃期与对照相当,盛铃和初絮期显著高于对照。两年的结果皆说明,在低密度条件下,保留叶枝具有中前期增源、后期扩库的作用。叶面积载荷量(果节数/叶面积,蕾铃数/叶面积,生殖器官干重/叶面积)是反映库源比例和关系的常用指标,其中单位叶面积的果节数可反映总库容大小和中前期的生长势;单位叶面积蕾铃数可反映结铃期经济器官的物质积累和后期叶片光合性能的情况;而单位叶面积的生殖器官干重则表达了“流”情况。表2的结果表明,留叶枝棉株的叶面积载荷量在蕾期和花期显著低于对照,说明留叶枝在开花期及以前促进了棉株的营养生长和光合叶源的扩大;在盛铃期和初絮期,留叶枝的单位叶面积果节数和蕾铃数又显著高于对照,说明前期营养源的扩大又促进了中后期库容的发展。不过,单位叶面积生殖器官干重所反映出的“流”的状况,在盛铃期及以前低于对照,只是到吐絮时才达到对照的水平,说明留叶枝并没有改善“流”的质量。2.2按纤维密度生产棉2004和2005两年的结果(表3)皆表明,保留叶枝明显降低全株平均铃重,但单位面积铃数则显著提高。两年的皮棉产量分别比对照提高了9.8%和6.2%。说明保留叶枝增产的主要原因是单位面积铃数的增加所致。两年试验结果还表明,留叶枝处理的纤维长度和比强度皆低于去叶枝的对照,但没有达到统计学上的显著(P=0.05)水平;两个处理的纤维马克隆值基本相同。说明留叶枝没有表现出改善纤维品质的作用,对某些纤维指标反而有不利影响。2.3不同枝枝叶叶绿素含量图1可见,保留叶枝的黄叶率在蕾期(S)和花期(F)与去叶枝的对照基本一致,但在盛铃期(PB)和初絮期(IBO)明显低于对照,而且从后期冠层叶(含主茎叶、果枝叶和叶枝叶)的平均叶绿素含量来看,留叶枝的明显高于对照(图2)。但是,留叶枝显著降低了中后期主茎功能叶的叶绿素含量(图3)和光合速率(图4)。总体来看,留叶枝似乎没有明显延缓棉株体衰老的作用。3叶枝对棉株干重的影响本文两年的试验结果皆表明,在较低密度条件下保留叶枝对衣分的影响不大,全株平均铃重有所降低,但单位面积的铃数显著增多,皮棉单产比去叶枝的对照提高了6%~10%,这与王国印和笔者以前的研究报道一致,进一步证实低密度条件下抗虫杂交棉保留叶枝的可行性和必要性。同时,本文还重点从棉花库源关系的角度研究了留叶枝的作用,发现保留叶枝对棉株的库源比例、冠层叶和主茎叶的生理功能等也产生了显著影响。去叶枝是中国农民在长期生产实践中总结出的一项棉田管理技术,已在长江和黄河流域棉区应用了50多年。前人的大量研究为去叶枝提供了相应的理论依据。孙学振等在山东研究发现,留叶枝影响主茎的生长,导致果枝结铃数减少,平均铃重降低;徐立华等在江苏研究发现,棉花叶枝对主茎叶面积扩展、叶片干重、主茎干重皆有显著的抑制效应;杨铁刚等在河南利用15N标记发现,叶枝与果枝、主茎竞争无机养分,影响主茎和果枝的生长发育;张立桢等报道留叶枝棉花比整枝棉花的根系衰退早而快。不过,大多数报道也同时认为留叶枝具有贡献部分经济产量、就近供应根系部分同化物、促进棉株中后期对无机氮的吸收等正面效应,多数情况下不减产甚至增产,又为叶枝利用提供了相应的理论依据。但迄今尚少见留叶枝对棉花库源关系影响的报道。本文在低密度条件下对3个抗虫杂交棉留叶枝的研究结果支持前人的一些报道,而且发现保留叶枝的叶源(叶面积和叶干重)显著大于对照,并以盛铃期以前最为明显;保留叶枝的铃库(果节数、蕾铃数和蕾铃干重)在蕾期和花铃期与去叶枝相当,盛铃和初絮期显著高于去叶枝,说明低密度条件下保留叶枝具有“中前期增源、后期扩库”的作用,这是留叶枝棉花产量显著高于去叶枝的重要原因。不过从单位叶面积生殖器官干重所反映出的“流”的情况来看,去叶枝在盛铃期以前的单位叶面积生殖器官干重明显低于对照,只是在初絮期才达到对照的水平,似乎说明留叶枝对“流”的促进作用不大,而且在盛花期以前表现出一定的不利影响。“流”的不畅,自然会影响光合产物向棉铃的运转,这可能是留叶枝降低平均铃重的原因,也是在前文中曾发现留叶枝降低经济系数的原因。早衰是高产棉花常见的熟相表现,与棉花基因型、单位叶面积载荷量过高和中后期缺钾等有关。早衰棉花最突出的形态特征是叶片叶绿素衰减,叶片落黄,继而逐渐变褐枯萎,光合能力下降,引起产量降低和品质下降。杨铁钢曾报道叶枝的存在增强了后期棉株体对无机营养的吸收利用功能;薛祯祥和邹本先则报道在盛铃至吐絮期,果枝制造的光合产物就近供应成长中的棉铃,而叶枝运往根系的光合产物则是基部果枝叶的数倍至数十倍;孙红春等则发现增加叶源或减少铃库可延缓叶片衰老。本研究发现,虽然留叶枝的黄叶率低于去叶枝的对照,而且冠层叶(包括主茎叶、果枝叶合和叶枝叶)的平均叶绿素含量高于对照,留叶枝表现出延缓棉花冠层叶衰老的作用。但是,对主茎功能叶的叶绿素含量和光合速率的测定结果却表明,留叶枝的处理显著低于去叶枝的对照,表现出留叶枝促进主茎功能叶衰老的作用。综合来看,留叶枝似乎并未能从根本上延缓棉株体的衰老。另外,从留叶枝处理的纤维长度和比强度略低于对照这一现象来看,留叶枝也没有改善纤维品质的作用,对某些品质指标似乎还有不利影响,这与王