全 文 ：铃期增温对棉花产量、品质的影响及其生理机制*
贺新颖摇 周治国摇 戴艳娇摇 强志英摇 陈兵林摇 王友华**
(南京农业大学农业部南方作物生理生态重点开放实验室, 南京 210095)
摘摇 要摇 以泗棉 3 号棉花品种为材料,于 2010 和 2011 年在南京农业大学牌楼试验站设置铃
期(7 月 13 日—8 月 24 日)增温试验,模拟全球增温条件下棉花产量、品质的变化趋势及其生
理机制.结果表明: 在铃期增温 2 ~ 3 益 (日均温 31. 1 ~ 35. 2 益)条件下,植株总生物量下降
约 10% ,单株皮棉及籽棉产量降低 30% ~ 40% . 棉纤维品质变化显著,且不同纤维品质指标
对增温的响应程度存在较大差异:马克隆值和断裂比强度显著升高,纤维长度下降,而整齐度
指数和伸长率无显著变化.棉株光合能力、干物质累积能力和光合产物输出能力显著下降;可
溶性氨基酸、可溶性糖、蔗糖含量及碳氮比均显著下降,而淀粉含量显著上升;增温条件下营
养器官干物质分配比例增多,生殖器官干物质分配比例相对减少,经济系数随之降低.棉株下
部果枝受增温影响较小,中、上及顶部果枝受增温影响较大.表明在增温 2 ~ 3 益条件下,棉株
大部分时间处于热胁迫状态,不仅光合能力下降,而且光合产物向“库冶端的转运能力下降,最
终导致其减产.
关键词摇 棉花摇 铃期摇 增温摇 功能叶摇 光合作用
文章编号摇 1001-9332(2013)12-3501-07摇 中图分类号摇 S561摇 文献标识码摇 A
Effect of increased temperature in boll period on fiber yield and quality of cotton and its
physiological mechanism. HE Xin鄄ying, ZHOU Zhi鄄guo, DAI Yan鄄jiao, QIANG Zhi鄄ying, CHEN
Bing鄄lin, WANG You鄄hua (Ministry of Agriculture Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and
Management, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,
2013,24(12): 3501-3507.
Abstract: To study the effect of temperature increase in boll period (13鄄Jul. to 24鄄Aug. ) on cotton
yield and fiber quality under the global warming background, a pot experiment with cotton cultivar
Simian 3 was carried out in half鄄open鄄top greenhouse in Pailou experiment station (32毅02忆 N,
118毅50忆 E) of Nanjing Agricultural University in 2010 and 2011. The results indicated that when
the temperature was increased by 2-3 益 (with an average daily temperature of 31. 1 to 35. 2 益),
the biomass declined by 10% , while the cotton yield declined by 30% -40% . The fiber quality
also changed significantly with the relative indices responding differently. The micronaire value and
fiber strength increased, the fiber length reduced while the fiber uniformity and elongation rate
changed little. The plant photosynthesis capability, the biomass accumulation and the ability of car鄄
bohydrates transferring to sink organs all deceased. The soluble amino acids, soluble sugar, sucrose
and C / N decreased significantly, while the starch content increased significantly. The allocation in
vegetative organs was increased while that in reproductive organs was reduced, which in turn
declined the economical index. The lower fruit branches were affected little under increased tempera鄄
ture condition while the middle, upper and top branches were affected greatly. The results indicated
that, under the 2 - 3 益 warmer condition, the cotton plants experienced the high temperature
stress, both the photosynthesis ability and the carbohydrates transportation from source to sink were
decreased, leading to the decline of cotton yield.
Key words: cotton; boll period; increased temperature; functional leaf; photosynthesis.
*农业部公益性行业科研专项(BK200903003)和江苏省自然科学基金项目(BK20131318)资助.
**通讯作者. E鄄mail: w_youhua@ njau. edu. cn
2013鄄04鄄18 收稿,2013鄄09鄄24 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 12 月摇 第 24 卷摇 第 12 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Dec. 2013,24(12): 3501-3507
摇 摇 棉花(Gossypium hirsutum)作为全球性的重要经
济作物和纺织原料,其产量、品质形成对环境异常敏
感,高温胁迫导致棉花产量、品质严重下降[1-4] . 在
棉花产量、品质形成的关键期(7—10 月),高温等灾
害的发生也最为频繁. 随着全球温室效应的不断加
剧,预计到 2100 年全球气温将再升高 5. 5 益 [5],而
且极端性气候,特别是夏季高温的发生将更为频
繁[6-7] .因此,铃期高温必将成为影响棉花产量、品
质的重要因子.
许多研究证明热胁迫会影响作物的光合作
用[8-11] .高温对光合作用的影响可分为两个方面:第
一,直接的影响是高温对光合机构的破坏,导致光合
作用减弱和呼吸作用增强. 如高温胁迫降低了叶片
叶绿素含量[12]及对光系统域的破环[13]等;第二,间
接的影响是高温会影响光合物质的存储和转运,导
致碳水化合物向库端的转运减少.如郭文善等[14]研
究发现,高温处理下叶片中光合产物的储藏量多于
对照;Loka 等[15]发现,夜间增温可导致叶片中碳水
化合物含量显著下降;赵辉等[16]发现,高温对小麦
花后的物质转运和光合同化有显著影响. Ooster鄄
huis[17]研究表明,高温对棉花光合作用、光合产物输
出能力有明显影响,使源端向库端碳水化合物的供
应产生不足,并最终导致棉花品质和产量下降.但有
关棉花铃期小幅增温条件下棉花产量和品质的变化
趋势及其生理机制目前尚未见报道. 本试验研究了
棉花铃期日均温升高 2 ~ 3 益条件下,棉花的光合作
用、物质合成、物质分配及产量和品质的变化,以期
明确田间增温对棉花产量、品质形成的影响及其生
理生态机制,为棉花高产、稳产、优质栽培技术体系
的形成提供理论依据和技术支持.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 材料处理
试验于 2010—2011 年在江苏省南京市南京农
业大学牌楼试验站(32毅02忆 N, 118毅50忆 E)进行. 采
用盆栽方法,供试土壤为黄棕壤,0 ~ 20 cm 土层土
壤含有机质 17. 2 g·kg–1、全氮 4. 1 g·kg–1、碱解
氮 62. 4 mg·kg–1、速效磷 38. 1 mg·kg–1、速效钾
90. 3 mg·kg–1 .供试棉花品种为泗棉 3 号. 所用盆
钵直径 38 cm、高 30 cm,每盆装含水量 70%左右鲜
土 30 kg.于 4 月 15 日营养钵育苗,5 月 20 日选择生
长一致的壮苗移栽到盆钵中,每盆 1 株. 棉花 6 ~ 7
果枝内围开花时开始增温处理,其他管理按高产栽
培要求进行.
利用本课题组研发的开顶式自动控温温室设置
增温(HT)和对照(CK)处理,增温区较对照区夜间
平均温度提高 2 ~ 3 益,白天提高约 2 益 (表 1).
2010 年棉花铃期增温时间为 7 月 27 日—9 月 5 日,
整个铃期温度都较高,增温区日均温为 32. 59 益,对
照区日均温为 30. 01 益;2011 年棉花铃期增温时间
为 7 月 25 日—9 月 8 日,铃期温度波动较大,可以
分为前中期(7 月 25 日—8 月 18 日)和中后期(8 月
19 日—9 月 8 日)2 个时期,增温区日均温分别为
32. 4 和 27. 2 益,对照区日均温分别为 29. 7 和 24. 8
益(图 1). 2010 年生理指标测定时间为 7 月 28 日、8
月 5 日和 18 日,日均温分别为 33. 5、35. 2 和 33. 8
益;2011 年生理指标测定时间为 7 月 22 日、29 日、8
月 12 日、21 日和 26 日,日均温分别为 33. 0、34. 8、
31. 1、26. 5 和 27. 0 益 .
1郾 2摇 测定指标和方法
1郾 2郾 1 光合性能参数测定摇 选择生长均匀一致的棉
花植株 3 株,用美国产 Li鄄6400 型光合仪测定棉株
主茎倒 4 叶净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、胞间
CO2浓度(C i)和蒸腾速率(Tr),每次测定重复 3 次.
测定时仪器使用开放式气路,测定光源为内置光源,
光强为 1500 滋mol·m-2·s-1 .
表 1摇 增温区与对照区棉花冠层温度
Table 1摇 Air temperature on cotton canopy in increased temperature and control zones (益)
年份
Year
日期
Date
白天 Daytime
Ta,H Ta,CK Td
夜间 Nighttime
Ta,H Ta,CK Td
全天 All day
Ta,H Ta,CK Td
2010 07鄄28 33. 6 30. 7 3. 0 30. 4 27. 0 3. 5 33. 1 30. 0 3. 0
08鄄05 36. 2 33. 4 2. 8 35. 5 32. 6 2. 9 35. 5 32. 6 2. 9
08鄄18 34. 1 32. 0 2. 1 34. 0 31. 1 2. 9 33. 4 31. 1 2. 3
2011 07鄄22 35. 6 33. 6 2. 0 30. 3 27. 7 2. 6 32. 9 30. 6 2. 3
07鄄29 37. 6 34. 2 3. 5 30. 5 27. 3 3. 2 34. 1 30. 7 3. 3
08鄄12 37. 9 36. 7 1. 2 34. 0 31. 8 2. 2 36. 0 34. 3 1. 7
08鄄21 35. 6 35. 1 0. 6 30. 8 28. 5 2. 3 33. 2 31. 8 1. 4
08鄄26 28. 0 25. 4 2. 6 26. 5 24. 2 2. 3 27. 2 24. 8 2. 4
Ta,H:增温处理平均温度 Average temperature of increased treatment; Ta,CK:对照平均温度 Average temperature of control; Td:温差 Difference of tem鄄
perature.
2053 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 1摇 棉花铃的期气温变化
Fig. 1摇 Air temperature in cotton boll period.
1郾 2郾 2 SPAD值和比叶重的测定摇 用 SPAD 502 叶绿
素计于铃期在每株倒 4 叶上取 4 个点进行测定,取
平均值作为该叶片的 SPAD 值;每处理的 3 株棉花
相同叶位叶片 SPAD 值再平均,作为该处理该叶位
的 SPAD值.将测完 SPAD 值的叶片除去叶脉,平均
裁剪成 2 份,一份用 Li鄄2000 叶面积仪测量叶面积,
然后在 70 益的烘箱内烘干至恒量,称干质量,另一
份用于测量光合代谢物质含量.比叶重(cm2·g-1)
为叶面积 /叶片干质量.
1郾 2郾 3 光合代谢物质含量测定摇 每处理选择 3 株长
势相近的代表性棉株,采用蒽酮比色法测定棉花叶
片可溶性糖、蔗糖和淀粉含量,用茚三酮显色法测定
可溶性氨基酸含量,以单位鲜质量叶片中可溶性糖
含量与可溶性氨基酸含量的比值作为 C / N.
1郾 2郾 4 生物量测定摇 每处理选择 3 株长势相近的代
表性棉株,按根、主茎+果枝、叶片、蕾和花铃分开,
在 105 益杀青 30 min 后,70 益烘至恒量,测定其生
物量.
1郾 2郾 5 分配系数和产量测定摇 分配系数 =植株某一
器官生物量 /植株总生物量.所用棉花按不同处理以
单株为单位依次收花,测定并统计单株铃数、铃质量
和籽棉产量.
1郾 2郾 6 纤维品质测定摇 由农业部纤维检测中心采用
HFT9000 仪器测定(HVICC校准).
1郾 3摇 数据处理
采用 Excel软件进行数据处理,采用 SPSS 11. 0
软件进行方差分析.采用 LSR 法进行差异显著性比
较,显著性水平设定为 琢=0. 05.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 铃期增温对棉株光合特征参数的影响
试验结果表明,增温抑制了植株叶片的光合能
力(表 2、表 3). 2011 年主茎功能叶 SPAD 值和净光
合速率(Pn)在铃期的前中期(日均温 32. 4 ~ 35. 2
益)显著下降,铃期的中后期(日均温 27. 2 ~ 31. 1
益)上升,而 2010 年则整个铃期均低于对照;而蒸腾
速率(Tr)与 SPAD值和 Pn的变化趋势正好相反.这
说明在日均温 32. 4 ~ 35. 2 益、增温 2 ~ 3 益的环境
下棉株已经遭受了高温胁迫;而日均温 27. 2 ~ 31. 1
益的环境温度则相对较低,增温 2 ~ 3 益更有利于棉
株生长.铃期增温(日均温 31. 1 ~ 35. 2 益)条件下,
棉株主茎功能叶的比叶重和叶面积呈下降趋势,进
一步表明叶片的光合能力下降.
增温条件下叶片气孔导度(gs)、Tr 及胞间 CO2
浓度(C i)整体呈上升趋势,而净光合速率呈下降趋
势(表 3),表明增温条件下叶片光合能力显著下降,
且主要由非气孔限制因素所致.
2郾 2摇 铃期增温对棉株功能叶光合物质代谢的影响
两年试验结果表明,增温条件下棉花主茎功能
叶中淀粉含量整体呈上升趋势,随时间的推移,其增
加幅度逐渐下降并最终低于对照(表 4),说明增温
条件下,棉花叶片光合产物向储藏性物质转化的比
例增加,光合产物更多地转化为储藏物质储藏在叶
片中.增温条件下可溶性氨基酸、可溶性糖和蔗糖含
量均显著下降,且棉花主茎功能叶C / N下降. 由于
表 2摇 铃期增温对棉花主茎功能叶 SPAD值和比叶重的影响
Table 2摇 Effects of increased temperature in boll period on chlorophyll SPAD values and specific leaf mass of functional leaf
on main stem of cotton (mean依SD, n=5)
年份
Year
日期
Date
SPAD值 SPAD value
HT CK 驻(% )
比叶重 SLW (g·cm-2)
HT CK 驻(% )
叶面积 Leaf area (cm2)
HT CK 驻(% )
2010 07鄄28 46. 6依0. 2b 49. 6依0. 5a -6. 0 175. 4依2. 3b 193. 6依8. 3a -9. 4 215. 7依3. 1b 251. 7依4. 3a -14. 3
08鄄05 52. 0依0. 7b 53. 9依0. 7a -3. 7 183. 3依5. 1b 198. 7依6. 4a -7. 8 263. 9依2. 8b 302. 1依3. 2a -12. 6
08鄄18 53. 1依0. 6b 58. 5依0. 6a -9. 3 195. 4依3. 2b 214. 6依6. 7a -8. 9 301. 0依4. 8b 332. 6依3. 7a -9. 5
2011 08鄄02 48. 7依0. 4a 49. 6依0. 2a -1. 9 190. 4依6. 5a 209. 3依7. 3b -9. 0 213. 5依3. 8b 253. 3依6. 6a -15. 7
08鄄10 53. 0依0. 3a 53. 1依0. 6a -0. 2 154. 0依5. 3a 189. 9依8. 7b -18. 9 271. 6依7. 5b 295. 6依5. 5a -8. 1
08鄄15 53. 1依0. 7a 53. 6依0. 4a -1. 0 185. 0依4. 0a 209. 7依6. 3b -11. 8 277. 2依6. 3b 320. 8依5. 3a -13. 6
08鄄22 56. 6依0. 2a 54. 5依0. 8a 3. 9 196. 0依5. 2a 200. 9依4. 7a -2. 5 257. 2依4. 5b 280. 2依6. 1a -8. 2
HT:增温 Increased temperature; CK:对照 Control; 驻=(HT-CK) / CK伊100% . 下同 The same below.
305312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 贺新颖等: 铃期增温对棉花产量、品质的影响及其生理机制摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 3摇 铃期增温对棉花主茎功能叶光合特征参数的影响
Table 3摇 Effects of increased temperature in boll period on photosynthesis characters of functional leaf on main stem of cot鄄
ton (n=5)
年份
Year
日期
Date
Pn (滋mol CO2·m-2·s-1)
HT CK 驻(% )
Tr (mmol H2O·m-2·s-1)
HT CK 驻(% )
gs (mol H2O·m-2·s-1)
HT CK 驻(% )
Ci (滋mol CO2·m-2·s-1)
HT CK 驻(% )
2010 07鄄28 24. 7依0. 2a 25. 3依0. 4a -2. 4 9. 5依0. 1a 9. 3依0. 3a 2. 4 0. 9依0. 0b 0. 7依0. 0a 22. 0 275. 4依5. 5b 233. 5依2. 0a 17. 9
08鄄05 21. 4依0. 1a 24. 4依0. 3b -12. 3 14. 3依0. 1a 13. 7依0. 4a 3. 8 0. 8依0. 0b 0. 7依0. 0a 24. 7 295. 3依2. 6b 251. 3依3. 7a 17. 5
08鄄18 18. 0依0. 1a 24. 8依0. 3b -27. 4 14. 4依0. 4b 13. 4依0. 3a 7. 2 0. 7依0. 0b 0. 5依0. 0a 29. 3 290. 1依6. 6b 233. 8依5. 5a 24. 1
2011 07鄄22 22. 6依0. 4a 24. 5依0. 6b -7. 8 14. 2依0. 2a 12. 7依0. 5b 11. 6 0. 9依0. 1a 0. 9依0. 1a -4. 7 287. 7依7. 5a 278. 4依6. 1b 3. 3
07鄄29 28. 2依0. 6a 29. 7依0. 5a -5. 2 20. 2依0. 3a 19. 2依0. 4b 5. 1 1. 2依0. 1a 1. 1依0. 0a 14. 8 262. 9依0. 6a 262. 8依0. 7a 0
08鄄12 28. 8依0. 3a 31. 0依0. 8a -7. 0 9. 4依0. 0a 8. 1依0. 1b 15. 7 1. 0依0. 1a 0. 9依0. 0a 19. 1 285. 6依0. 5a 282. 0依1. 2b 1. 3
08鄄21 22. 5依0. 1a 22. 2依0. 4a 1. 1 4. 5依0. 1b 6. 3依0. 1a -28. 4 0. 8依0. 0a 0. 8依0. 0b 7. 5 292. 9依6. 0a 269. 1依2. 2b 8. 8
08鄄26 20. 6依0. 4b 18. 8依0. 5a 9. 5 2. 6依0. 1a 3. 3依0. 3a -20. 0 0. 5依0. 1a 0. 3依0. 1b 37. 6 216. 7依9. 1b 230. 8依2. 3a -6. 1
C / N 是棉铃对位叶光合输出潜力的重要指标[18],
“源冶端旺盛的碳氮代谢有利于光合产物向“库冶端
转运及植株干物质积累[19-20] .表明增温条件下叶片
的光合产物输出能力下降.
2郾 3摇 铃期增温对棉株干物质分配的影响
增温条件下,棉株的总生物积累量下降 10%左
右,根冠比、根分配系数没有显著变化,经济系数显
著下降,茎分配系数显著上升(表 5). 铃期增温(日
均温 31. 1 ~ 35. 2 益)不仅导致棉株总生物积累量
下降,而且会导致生殖器官占总生物量的比例下降.
在营养器官中,尽管茎杆的绝对生物量变化不大,但
因总生物量的下降,其所占比例将显著增加.上述结
果表明,尽管增温条件下冠层的小幅增温(2 ~ 3 益)
不会导致地上部 /地下部生长的平衡发生变化,但会
显著改变总生物量的累积及生殖器官 /营养器官和
茎 /叶生长的平衡.
棉花的经济产量往往与果枝生物量呈正相关,
而果枝生物量是果枝生殖器官(棉铃)和营养器官
(果枝茎叶)生物量之和. 在增温条件下,总果枝分
配系数变化不显著,但生殖器官分配系数和营养器
官分配系数呈显著差异;增温条件下,生殖器官分配
系数下降,营养器官分配系数上升,同时生殖器官分
配系数 /营养器官分配系数低于对照;而棉株各层次
之间的果枝分配系数均有差异,在上部果枝分配系
数中,生殖器官 /营养器官的差异达到最大.表明铃
期增温 2 ~ 3 益(日均温 31. 1 ~ 35. 2 益)条件下,棉
株果枝营养器官与生殖器官的比例显著上升,温度
增加对下部果枝物质分配的影响较小,对中、上及顶
部果枝物质分配的影响较大(表 6).
2郾 4摇 铃期增温对棉花产量和纤维品质的影响
表 4摇 铃期增温对棉花主茎功能叶光合产物含量的影响
Table 4摇 Effects of increased temperature in boll period on photosynthesis metabolism of functional leaf on main stem of cot鄄
ton (2010-2011)(n=3)
年份
Year
日期
Date
SAAC (mg·g-1 DM)
HT CK 驻(% )
STC (mg·g-1 DM)
HT CK 驻(% )
SSC (mg·g-1 DM)
HT CK 驻(% )
SC (mg·g-1 DM)
HT CK 驻(% )
C / N
HT CK 驻(% )
2010 07鄄28 14. 3依0. 4b 15. 7依0. 4a -8. 9 3. 7依0. 1a 2. 6依0. 1b 43. 5 36. 3依0. 7b 43. 2依0. 5a -16. 0 22. 6依0. 6b 26. 0依0. 7a -13. 2 2. 5依0. 7b 2. 8依0. 5a 7. 7
08鄄05 13. 6依0. 2a 14. 5依0. 3a -6. 2 4. 5依0. 1a 3. 0依0. 1b 51. 9 31. 2依1. 0a 34. 8依0. 8a -10. 3 20. 9依0. 5b 24. 8依0. 5a -15. 8 2. 3依0. 7b 2. 4依0. 8a -4. 4
08鄄18 11. 4依0. 1b 12. 5依0. 2a -8. 8 3. 2依0. 1a 2. 5依0. 1b 28. 7 28. 3依1. 0b 33. 1依0. 5a -14. 5 18. 4依1. 3a 20. 0依0. 1a -8. 0 2. 5依0. 6b 2. 6依0. 9a -6. 3
2011 08鄄02 14. 4依0. 7a 14. 6依0. 8a -1. 4 2. 5依0. 1a 1. 9依0. 2b 36. 1 38. 6依0. 10b 42. 3依0. 66a -8. 7 20. 8依0. 6b 25. 2依0. 2a -17. 4 2. 7依0. 4b 2. 9依0. 6a -7. 5
08鄄10 12. 3依0. 3a 12. 7依0. 2a -3. 2 3. 3依0. 3a 2. 4依0. 1b 35. 6 36. 4依0. 11b 40. 5依0. 39a -10. 1 15. 6依0. 3b 17. 9依0. 7a -12. 7 3. 0依0. 6b 3. 2依0. 5a -7. 2
08鄄15 15. 4依0. 2a 17. 9依0. 9a -14. 0 6. 7依0. 1a 5. 2依0. 2b 28. 9 26. 5依0. 8b 42. 8依1. 1a -38. 1 9. 7依0. 1b 19. 1依0. 7a -49. 0 1. 7依0. 5b 2. 4依0. 3a -28. 0
08鄄22 4. 3依0. 5a 5. 1依0. 5a -15. 7 0. 5依0. 2b 1. 6依0. 2a -68. 7 13. 4依1. 4b 20. 3依1. 5a -34. 0 7. 0依0. 4b 9. 1依0. 4a -22. 7 3. 1依0. 8b 4. 0依0. 5a -21. 7
SAAC:可溶性氨基酸 Soluble amino acid; STC:淀粉 Starch; SSC:可溶性糖 Soluble sugar; SC:蔗糖 Sucrose; C / N:碳氮比 Carbon to nitrogen ratio.
表 5摇 2011 年铃期增温对棉株物质分配的影响
Table 5摇 Effects of increased temperature in boll period on biomass distribution of cotton in 2011 (n=5)
处理
Treatment
总生物量
Biomass
(g)
根冠比
Root to shoot ratio
(g·g-1)
分配系数 Distribution coefficient
地上部
Shoot
根
Root
茎
Stem
经济系数
Economic
coefficient
HT 226. 04依23. 79b 0. 16依0. 04a 0. 86依0. 03a 0. 14依0. 03a 0. 28依0. 03b 0. 44依0. 02b
CK 251. 27依34. 04a 0. 16依0. 01a 0. 86依0. 01a 0. 14依0. 01a 0. 22依0. 02a 0. 52依0. 02a
驻(% ) -10. 04 0. 00 0. 00 0. 00 27. 27 -16. 11
4053 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
表 6摇 铃期增温对棉花果枝物质分配的影响
Table 6摇 Effects of increased temperature in boll period on biomass distribution of cotton fruit branch (n=5)
生物量
Biomass
处理
Treatment
总果枝
Fruiting
branch
下部果枝
Lower fruiting
branch
中部果枝
Middle fruiting
branch
上部果枝
Upper fruiting
branch
顶部果枝
Top fruiting
branch
整株 HT 0. 67依0. 23a 0. 22依0. 04a 0. 20依0. 07a 0. 14依0. 04a 0. 11依0. 07b
All fruiting branch CK 0. 66依0. 15a 0. 19依0. 04a 0. 13依0. 04b 0. 15依0. 04a 0. 19依0. 07a
生殖器官 HT 0. 44依0. 16b 0. 15依0. 02a 0. 13依0. 06a 0. 09依0. 03a 0. 07依0. 05b
Reproductive organ CK 0. 52依0. 12a 0. 15依0. 03a 0. 09依0. 03a 0. 12依0. 03a 0. 16依0. 02a
营养器官 HT 0. 23依0. 07a 0. 07依0. 02a 0. 07依0. 01a 0. 05依0. 01a 0. 04依0. 02a
Vegetative organ CK 0. 14依0. 04b 0. 04依0. 01b 0. 04依0. 01b 0. 03依0. 01a 0. 03依0. 01a
生殖器官 /营养器官 HT 2. 20 1. 70 1. 92 1. 79 1. 91
Reproductive / vegetative organ CK 4. 25 2. 15 3. 91 5. 08 3. 74
表 7摇 铃期增温对棉株产量及其构成的影响
Table 7摇 Effects of increased temperature in boll period on cotton yield and its components (n=7)
年份
Year
处理
Treatment
单株籽棉产量
Cotton yield
per plant
(g)
单株皮棉产量
Lint yield
per plant
(g)
果节数
Fruit node
number
脱落率
Shed rate
(% )
铃质量
Boll mass
(g)
衣分
Lint percent
(% )
总成铃率
Boll retention
rate
(% )
成铃数
Boll
number
2010 HT 46. 9b 17. 1b 57. 3b 0. 6a 3. 6b 36. 4b 0. 2a 12. 9b
CK 64. 6a 24. 7a 65. 1a 0. 5b 4. 2a 38. 3a 0. 2a 15. 2a
驻(% ) -27. 4 -30. 8 -11. 9 24. 0 -14. 4 -4. 9 -4. 2 -15. 2
2011 HT 42. 3b 15. 2b 50. 9b 0. 8a 3. 6b 35. 9a 0. 2a 11. 8b
CK 72. 1a 25. 9a 70. 6a 0. 7b 4. 0a 36. 0a 0. 3a 17. 9a
驻(% ) -41. 3 -41. 3 -28. 0 6. 8 -10. 7 -0. 2 -8. 0 -34. 3
表 8摇 铃期增温对棉纤维主要品质指标的影响
Table 8摇 Effects of increased temperature in boll period on cotton fiber quality (n=7)
年份
Year
处理
Treatment
长度
Length
(mm)
整齐度指数
Uniformity index
(% )
马克隆值
Micronaire
伸长率
Elongation rate
(% )
断裂比强度
Fiber strength
(cN·tex-1)
2010 HT 27. 2依0. 6a 84. 4依0. 8a 4. 9依0. 3a 6. 6依0. 2a 28. 3依0. 7a
CK 27. 9依0. 6a 84. 4依0. 8a 4. 6依0. 3b 6. 6依0. 2a 27. 2依0. 5b
驻(% ) -2. 3 0. 0 7. 0 -0. 2 4. 2
2011 HT 28. 2依1. 4b 84. 4依0. 9a 5. 0依0. 3a 6. 6依0. 3a 28. 8依1. 2a
CK 28. 7依0. 8a 84. 3依0. 3a 4. 7依0. 4b 6. 5依0. 2a 28. 0依0. 7b
驻(% ) -1. 9 0. 1 6. 2 0. 6 2. 9
2郾 4郾 1 对棉花单株产量及产量构成的影响摇 增温条
件下棉花单株籽棉产量和皮棉产量显著下降,2010
和 2011 籽棉产量分别下降 27. 4%和 41. 3% ,皮棉
产量分别下降 30. 8%和 41. 3% .在棉花产量构成因
素中,果节数、成铃数和铃质量均显著下降,2010 和
2011 年分别下降 11. 9% 、15. 2% 、14. 4%和 28% 、
34. 2% 、10. 7% ,其中下降幅度最大的均为成铃数
(表 7).表明成铃数是对增温最为敏感的产量构成
因素,本试验增温条件下单株产量的下降主要是由
铃数的减少导致的.
2郾 4郾 2 对棉纤维主要品质指标的影响摇 增温条件下
两年的试验结果基本一致:马克隆值和断裂比强度
均显著升高,而长度下降,整齐度指数和伸长率无显
著变化(表 8).表明增温对棉纤维品质有一定影响,
但不同品质指标对增温的反应不同. 全球温室效应
加剧背景下将可能导致棉纤维长度、马克隆值和断
裂比强度发生较大变化,而整齐度指数和伸长率则
变化不明显.
3摇 讨摇 摇 论
高温是影响棉花产量和品质的最重要因素之
一. Oosterhuis[17]试验表明,棉花经历高温会导致产
量下降,并且认为导致产量下降的根本原因是碳水
化合物的供应不足,碳水化合物的供应不足主要是
由于棉株“源冶端受到高温的影响.本试验在铃期增
温 2 ~ 3 益的条件下(铃期日均温 31. 1 ~ 35. 2 益),
505312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 贺新颖等: 铃期增温对棉花产量、品质的影响及其生理机制摇 摇 摇 摇 摇 摇
植株已受到显著热胁迫,棉株总干物质累积量下降
10%左右,单株皮棉及籽棉产量将下降 30% ~
40% ,这与 Singh等[21]的研究结果一致,产量的下降
主要表现在棉铃脱落率升高、畸形铃增多和棉铃个
体变小.碳水化合物的供应不足对棉纤维品质有一
定的影响,但棉纤维品质的变化幅度相对较小,且不
同棉纤维品质指标对增温的响应程度也存在较大差
异:马克隆值和断裂比强度均显著升高,而长度下
降,整齐度指数和伸长率则无显著变化.碳水化合物
的供应不足也会影响干物质积累和分配:营养器官
分配比例增多,生殖器官分配比例相对减少,经济系
数随之降低;茎总生物量变化较小但其分配比例有
所上升.棉株下部果枝受增温影响较小,中、上及顶
部果枝受增温影响较大.
温度升高对“源冶端的影响往往表现在 3 个方
面:一是光合作用减弱,光合产物生成能力下降并最
终导致植株源能力下降[22];二是呼吸作用增强,光
合产物消耗增加导致的源能力下降[23-24];三是光合
产物转化或转运能力受阻导致的源能力下降[25] .棉
花光合碳同化初级产物代谢主要趋向合成淀粉,并
以淀粉的形式暂时存储在叶片中[26] .本研究增温条
件下,叶片的可溶性糖、蔗糖含量降低,淀粉含量上
升,其中以蔗糖和淀粉含量的变化幅度最为显著.结
合 Herold[27]的蔗糖含量控制光合产物运输速度及
Herold和 Walker[28]的菠菜叶片中光合产物输出停
滞时淀粉的合成增加的研究结论,本试验结果表明:
在增温 2 ~ 3 益 (铃期日均温 31. 1 ~ 35. 2 益)条件
下,棉花“源冶能力的下降主要归因于光合产物向淀
粉转化的比例增加和向“库冶端的转运能力下降.
本试验分析了全球气候温室效应加剧、未来 50
年铃期平均温度增加 2 ~ 3 益条件下,长江流域棉花
产量和品质的变化趋势. 而增温对植物生长的影响
与增温前的基础温度及增温的幅度有关.因此,本研
究在对照温度(基础温度)不恒定、增温条件不严格
均一的条件下得出的结论还需要通过多年数据进行
进一步确认.
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作者简介摇 贺新颖,男,1987 年生,硕士研究生.主要从事作
物生理生态研究. E鄄mail: celerecho@ 163. com
责任编辑摇 张凤丽
705312 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 贺新颖等: 铃期增温对棉花产量、品质的影响及其生理机制摇 摇 摇 摇 摇 摇