全 文 ：第 26卷第 8期
2006年 8月
生 态 学 报
ACTA ECOI GICA SINICA
Vo1．26．No．8
Aug．。2006
Bt抗虫杂交棉叶片营养元素含量变化
及其与产量的关系
刘海荷，李瑞莲，陈金湘
(湖南农业大学棉花研究所，长沙 410128)
摘要 ：为 了比较杂交棉不 同品种 、不同世代棉花叶片营养元素含量 的差异 ，于 2003、2004年 以 Bt抗虫杂交棉 N 、H 、H， 的杂交
种一代 、二代和三代为材料 ，在 湖南 长沙进行 了研 究。 田问试验在 湖南农 业大学 试验基地 进行 ，采用 随机 区组试验 ，设 4次 重
复 ，4行 区，小 区面积 13．4m 。分别于棉花盛花期 、吐絮期 两个 时期 ，在每个试验小 区连续取 l0株棉株 的倒数 第 4叶和倒数第 2
叶 ，测定棉叶 的全量 N、P、K、B、Cu、Zn、Fe、和 Mn的含 量。研究结果表 明 ：不 同品种花铃期养分 含量除 P以外均存 在显 著差异 ，且
变化趋势基本一致 ，均 以 NZ6 含量最 高，H。 次之 ，H 最低 ，差异达显 著水平(P<5％)。吐絮期不 同品种 叶片的 N、P、K和 B含 量
均 不存在显 著差异 ，而 cu、Zn、Mn营养含量均存在显著差异 ，NZ6 比 H。 和 H 高；不 同世 代花铃 期 F。棉株 叶片的 N、K、Cu、Zn、
Fe、Mn和 B的含量显著高于 F 、 (P<5％)，而 F2、 的含量变化基 本一致 ，F。代棉株 对营 养元素 的吸收 与 、 代棉株相 比
具有显著的杂种优势。F2、 代优势衰退与其叶片营养元素含量减少相符合。但吐絮期不同世代之间没有显著差异。相关分
析 表明，花铃期棉花叶片含 N量 、含 K量与子棉 产量和皮棉产量有 显著相关 (P<5％)，而吐絮期 的这 两个元素 的含量与棉花产
量无显 著相关 (P>5％)。无论是花铃期还是吐絮期 ，B元素 的含量与子棉 、皮棉产量的相关均达到极显著水平 (P关 键词 ：棉花 ；杂种优 势；营养元素 ；产量
文章编号 ：1000—0933(2006)08—2510—06 中图分类号 ：Q968，$435，622．1 文献标识 码 ：A
Studies on the nutrition element contents of transgenic Bt cotton hybrid leaves and its
relationship with yield
LIU Hal—He，LI Rui—Lian，CHEN Jin—Xiang (Cot。nInstitute ofHunanagricuh“ Unive ity，Changsha 410128，China)ActaEcologica Sinica．
2006，26(S)：2510—2515．
Abstract：The purpose of this study was to compare the nutrition element contents of leaves and analyze its relationship with the
yield of transgenic Bt coton hybrids F1，F2，F3 of NZ,2，H64，H16．The field experiments were conducted with plots at 13．4m2
，
4 rows，the plots were aranged in randomized complete block design with 4 replications．The field experiments were conducted in
Changsha experimental base of Hunan Agricultural University in 2003 and 2004．The contents of N，P，K，B，Cu，Zn，Fe and
Mn of the fourth and second leaves from the top of main cotton stems were analyzed at flowering and open boll stages．Experiment
results showed that there were significant diferences in the contents of N，K，B，Cu，Zn，Fe and Mn in the 4 leaves at flowering
stage among different coton hybrid combinations．Al the element contents of NZ62 plants was the highest，that of H16 was the
second and that of H64 was the lowest，the difference was significant(P<5％)．There was no significant difference in the element
contents of the second leaves among the transgenic Bt coton hybrids at open boll stage．There were significant diferences among
the contents of N，K，Cu，Zn，Fe，Mn and B in the 4th leaves of F1，F2 and F3 generations at flowering stage(P<5％)，and
基金项目：国家 863计划资助项 目(2003AA138)
收稿 日期 ：2005—05—27：修订 日期 ：2005—11-20
作者简介 ：刘海荷(1956一)。女 。长沙人 。教授 ，主要从事农 业生态 与植物营养研究 ．
*通讯作者 Coresponding author．E-mail：jinxiangc@163．tom
Foundation item：The pmject was supported by National Key Project“863 Project”(№ ．2003AA138)
Received date：2005—05—27；Accepted date：2005—11-20
Biography：LIU Hai—He．I mfess0r．mainly engaged in agroecology and plant nutrient．
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8期 刘海荷 等：Bt抗虫杂交棉叶片营养元素含量变化及其与产量的关系
the contents of Fl plants were higher than F2 and F3，and the difference between F2 and F3 was not signifcant．Fl plants showed
higher hybrid vigor to absorb nutrition elements than F2 and F3 plants．The decreased hybrid vigor of F2 and F3 were related with
the decreasing of nutrition element contents．But there was no significant diference in the element contents of the second leaves of
Fl，F2 and F3 plants at open boll stage(P<5％)．The results of correlation analysis showed that the cotton yields，both seed
coton yield and lint yield，were significantly positive related to N and K contents of the hybrid leaves at flowering stage，but the
relationship at open boll stage was not significant(P>5％ )．The positive corelation of cotton yields and the B contents in coton
plant leaves at flowering and open boll stages were highly signifcant(P<1％ )．
Key words：cotton；hybrid vigor；nutrition element；coton yield
近年来 ，随着转基因抗虫杂交棉的推广应用 ，棉花单产不断提高。转基 因抗虫杂交棉 由于具有杂种优势
和抗虫性特性，因而棉花蕾铃脱落减少，成铃的时空分布发生变化，棉株对营养元素的吸收与常规棉品种有差
异 。刑竹等以常规棉品种辽棉 5号为材料 ，研究认为棉花 N、P吸收高峰在蕾期至盛花期[2i。而刘爱玉等以
抗虫杂交棉 F。为材料 ，研究表明棉株吸收 N最多的时期为花铃期 ，而蕾期吸收较少 。常规棉花品种棉株营
养元素含量与棉花生长发育状况 、产量、品质形成及棉株生理代谢的关系虽然已有许多研究 。。 ，但其研究结
果难以应用于转基因抗虫杂交棉。转基因抗虫杂交棉杂种优势的利用及其 叶片营养元素含量 的变化与产量
的关系研究 ，大多局限于杂种 F。代和 N、P、K元素 ，而杂种 F：、F，代的利用及其微量元素含量的差异等研
究鲜见报道。
本文以转 Bt基因抗虫杂交棉为材料 ，研究杂交棉不同品种、不 同世代叶片营养元素含量变化及其与产量
的关 系，试图为转基因抗虫杂交棉的高产科学施肥提供依据。
1 材料与方法
田间试验于 2003、2004年在湖南农业大学校内试验基地进行 ，样品养分含量的分析测试在作物栽培学与
耕作学国家级重点学科实验室进行 。
试验地为沙壤土，连作棉 田，前茬为油菜 ，土壤肥力 中等偏上 。试验地全量氮含量为 1180 mg／kg，全量磷
(P’O5)1890 mg／kg，全量钾 (K 0)26500 mg／kg，速效氮 81mg／kg，速效磷 (P2O )23．1mg／kg，速效钾 (K O)56mg／kg，
有效铜为 3．15 mg／kg(HC1提取)，有效锌为 2．49 mg／kg(HC1提取)，有效铁为 3．56 mg／kg(醋酸一醋酸铵提取 )，有
效锰为 12．68 mg／kg(DTPA提取)，有效硼为 0．62 mg／kg(水溶性 )，有机质 22900 mg／kg，水浸 pH8．10。试验品种
(组合 )为转基因抗虫杂交棉 Nz 、H 、H。 的杂交种一代 、二代和三代 ，共 9个材料。Nz ：为本所 自育品种 ，F．
种子由湖南省棉花种子公司提供。}{64、H。 的 F。种子由美 国岱字棉公司提供 。F 、F，分别为 F。、F 自交群体
材料 ，对照为泗棉 3号 ，均由湖南农业大学棉花研究所提供。田间试验于 2003年 、2004年进行 ，3个品种 3个
世代共 9个试验处理，采用随机 区组设计，重复 4次 ，小区长 3．35m，宽 4m，4行区，小区面积为 13．4m ，密度为
27000株／hm 。4月 12日播种，5月 20日移栽 ，移栽时施基 肥 375kg／hm (复合肥 ，含 N 18％、P1O 4％、K，O
9％)，6月底开沟埋施花铃肥 (尿素 75kg／hm ，含 N 46％，复合肥 300kg／hm ，养分含量同上 )。8月初打顶、去旁
心。其它栽培措施按湖南省棉花规范化栽培技术标准实施(DB／T一97)。
棉花盛花期和吐絮期 ，是棉花产量形成的重要时期 ，其功能叶营养元素含量是衡量棉花生长发育状况的
重要指标 ，因此本试验 以棉花盛花期棉株倒数第 4叶和吐絮期倒数第 2叶为研究材料 ，在各小区连续取 10
株棉株的倒 4叶和倒 2叶，杀青 、烘干，制样后 ，分析棉叶全量 N、P、K和 B、cu、zn、Fe、Mn的含量。
1．1 样品制备
将采集的样品先用清水洗去附着的灰尘等杂物 ，再用 0．1mol／L HC1洗涤 ，随即用蒸馏水洗涤，然后将试样
盛在塑料盘中，置于有通风装置的干燥箱中，70～80℃烘干，冷却至室温，用玛瑙研钵研碎，过 1mm筛，用塑料
瓶贮藏在冰箱中，备用。冷藏温度控制在 10℃左右。
1．2 测定方法
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全量 N的测定用硫酸．过氧化氢消化．蒸馏法；全量 P的测定用硫酸．过氧化氢消化．钒钼黄 比色法 ；全量 K
的测定用硫酸．过氧化氢消化。火焰光度法；全量 cu、zn、Fe、Mn的测定用湿灰化．原子吸收分光光度法；全量 B
的测定用干灰化．甲亚胺 比色法 。
1．3 数据分析
采用 Excel和DPS数据分析系统对试验数据进行统计分析，分析不同品种、同一品种不同世代棉叶营养
元素含量的差异。
2 结果与分析
2．1 棉花花铃期养分含量的分析
分析表 1的资料表明 ，NZ6 F。叶片含 K量为 12．6g／kg，比 NZ6 的 F3 10．0 g／kg，高 26．0％，H F。叶片含 K
量为 11．7 g／kg，比 F2 10．6 g／kg，高 10．4％。不同品种各元素含量的最小值与最大值相差百分数分别为：大量
元素 N 8．9％、P 21．3％、K 26％，微量元素 cu相差 58．8％ 、zn 21．1％、Fe 52．8％、Mn 45．4％、B 8．7％。以 N、
B变幅最小，Cu、Fe变幅最大，品种问差异达显著水平 (P<5％)。对照种各元素的含量显著低 于杂交种 F1，与
F2相近 ，略高于 ，对照与各品种 F2、F3的平均数差异不显著。
表 1 杂交抗虫棉不同品种花铃期叶片营养元素含量分析
Table 1 Nutrition element contents of transgenic hybrid cotton at flowedng stage
表中不同小写字母表不 SSR检验达 0．05显著水平 ，大写字母表不达 0．01极显著水平 ，F同 There were no sign canl diference al 5％ and
1％ level respectively for the means within 8aine columns followed by the sanle small letter and／or same capital letter
以品种和世代两向分组方式 ，分析 Nz6 、H。 、H 3个杂交 品种及其 F。、F2、F3花铃期 叶片养分含量 的差
异 。研究结果表明，棉花不同杂交棉品种 、不 同世代花铃期叶片营养元素含量存在差异(见表 2)。各不同品
种的养分含量存在一定的差异 ，以 3个世代的平均数计算 NZ 、H H 3个杂交品种叶片含 P无差异 ，N、K、
zn、Fe含量以 Nz6：含量最高 ，H 次之 ，H 最低 ，差异达显著或极显著水平。cu以 NZ6 含量最高 ，H 次之，H。
最低 ，Mn和 B则以 H。 最高 ，N 和 H 差异不显著 ，可见 品种不 同对营养元素的吸收存在差异。分析不 同世
代间养分 吸收的差异表 明，F1、F2、F3除 P元素外 ，其它养 分含量均存在显著 (P<5％)或极显著差异 (P<
1％)，且世代间营养含量的差异表现为随世代增加而优势递减 ，符合杂种后代群体内杂合基因型个体逐代减
少的遗传规律 ，证明杂合基因型个体营养吸收优势明显。F．棉株叶片的 N、K、cu、zn、Fe、Mn和 B的含量显著
多于 F2、F3(P<5％)，而 F2含 cu、Fe、Mn的量显著多于 F3(P<5％)，其余元素两者间差异不显著(P>5％)。
花铃期 P的含量没有表现随品种和世代的不同而变化 ，也许与土壤含有充足的 P有关 (试验地速效 P含
量为 23．1mg／kg)。F．、F2、F3不 同世代棉株叶片 N、K含量的变化 ，呈递减趋势。
2．2 棉花吐絮期养分含量的分析
棉花花铃期地上部分营养器官和地下部分根系生长逐渐停止，杂交棉不同品种和不同世代根系生长停止
的时间不同，根系吸收功能衰退 的程度也不一致 ，因而养分 的累积和转运存在差异 ，但不同品种、不同世代棉
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8期 刘海荷 等：Bt抗虫杂交棉叶片营养元素含量变化及其与产量的关系 25l3
叶养分含量的差异与花铃期相比规律不明显。吐絮期棉花叶片营养元素分析结果列于表 3、表 4。
裹 2 不同品种、不同世代杂 交抗虫棉花铃期营养元素含■分析
Table 2 Nutrition element contents of diferent transgenic hybrids cotton and its generations at flowering stage
研究结果表明：第一 ，处理间不 同品种 、不 同世代棉花叶片除 N、P、K营养元素含量均不存在显著差异外 ，
其余元素均存在显著差异 ；第二，品种间 cu、Fe、Zn、Mn营养元素含量均存在显著差异 ，Nr厶 棉叶 cu、zn、Fe
含量均比其它两个品种高；第三 ，不 同世代间 N、P、K三要素不存在显著差异 ，而微量元素含量却存 在显著差
异 ，且表现为随世代的递增而含量减少 。每个品种微量元素的含量以 F。代最高 ，F 代 次之 ，F3代最低。对照
的各元素含量介于杂种 F 与 之间，显著低于 F。。就品种而言以 Nz F 棉叶 cu、zn、Fe和 B的含量最高。
因而该品种 田间表现为产量高、品质好 ，吐絮期呈现绿叶托白絮的良好生长状况 ，而其余两个品种吐絮期大多
吐絮铃的对位叶枯黄甚至脱落 。
表 4 不同品种、不 同世代杂交抗虫棉吐絮期营养元素含■分析
Table 4 Nutrition element contents of diferent combinations and generations of transgenic cotton hybrids at open boll stage
2．3 不同生育期棉株养分含量与产量的关系
棉花产量与花铃期和吐絮期棉株 的养分含量有一定的关系。试验处理平均子棉产量为4301．3 kg／hm ，皮
棉产量为 1709．8 kg／hm 。农杂 62F 产量最高 ，子棉产量为 4902．9 kg／hm ，皮棉产量为 1906．6kg／hm 。H F3产
量最低 ，子棉产量为 4067．3 kg／hm ，皮棉产量为 1629．5 kg／hm 。分析各不 同品种花铃期倒 4叶和吐絮期倒 2
叶的营养元素含量 ，分别求得两个生育期棉叶各元素含量与子棉和皮棉产量的相关系数 ，结果列于表 5。
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生 态 学 报 26卷
表 5 棉株 的营养元素含量与产量的相关系数
Table 5 Correlation coeficients of nutrition element contents and lint yields of cotton plants
表不相关达 5％的显著水平 ，* 表不达 1％的显著水平 Signifcant at 5％ and 1％ level respectively，F I司the same below
从表 5可见 ，花铃期棉花叶片含 N量与子棉产量和皮棉产量有显著相关 (P<5％)，而吐絮期的含 N量，
则与棉花产量相关不显著，表现为微弱的负相关。花铃期 、吐絮期 P元素的含量与棉花产量均不存在显著的
相关关系。花铃期棉 叶 K元素含量与子棉 和皮棉产量有极显著的相关(P<1％)，而吐絮期的相关未达显著
水平(P>5％)。在所检测的微量元素中，与棉花产量 相关最显著 的是 B元素，花铃期的含量与子棉、皮棉产
量的相关均达到极显著水平(P<1％)，吐絮期的 B含量与子棉产量的相关也达到 了极显著水平(P<1％)，与
皮棉产量的相关达到了显著水平(P<5％)。棉株 Cu、Mn含量与子棉产量和皮棉产量没有显著相关。花铃期
zn的含量与子棉产量相关显著 ，而与皮棉产量相关不显著。吐絮期棉株叶片 Fe的含量与子棉 、皮棉产量的
相关均显著 (P<5％)。就品种而言 ，仅 Nz6：叶片含 Cu高于 H 和 H ，差异显著 ，而不同世代间 ，仅 F 代含 B
量与 F2、F 有显著差异。
2．4 不同世代棉株养分含量与棉花产量的关系
分析杂交棉 F 、F1、F3的子棉产量 、皮棉产量与花铃期棉叶营养元素含量的相关关系 ，结果表明，相关达
显著水平的较少，其中 P与 的子棉产量 ，K、B与 F2的子棉 、皮棉产量 ，Zn与 的子棉 、皮棉产量达到 了显
著相关(P<5％)。
表 6 不同世代棉株 的营 养元素含量与子棉产量和皮棉产 量的相关 系数
Table 6 Correlation coeficients of nutrition element contents and lint yields of diferent hybrid com binations and generations of transgenic cotton
hybrids
3 讨论 ‘
3．1 棉花花铃期是棉花生长发育和产量形成最重要的时期 ，功能叶营养元素含量与棉株的生长发育状况密
切相关。虽然这一时期叶片养分含量的多寡受栽培因子和生态环境的影响较大，但不 同基因型群体存在显著
差异 ，说明杂交棉品种不 同的遗传背景是导致不同品种和不同世代功能叶营养元素含量差异的根本原因。
3．2 棉花花铃期不 同品种 、不同世代棉株 N、K、Cu、Zn、Mn元素含量差异明显 ，可作为棉花营养诊断和杂种优
势预测与评价的重要指标 。而棉花吐絮期随着根系吸收功能的衰退 ，品种间和世代间棉 叶 N、P、K含量差异
不显著 ，但微量元素含量差异显著，也许微量元素与纤维 的形成有密切的关系，如 B能与游离状态的糖结合 ，
使糖带有极性，从而容易通过质膜，促进运输与营养的转化，因此吐絮期 B含量高的品种，生殖生长较强、产
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8期 刘海荷 等 ：Bt抗虫杂交棉 叶片营养元素含 量变化及其与产量 的关 系 2515
量较高。这与王运华 、耿 明建 、谢青 ¨及靖秀香 ¨和宋世文 ¨等有相似的结论。
3．3 杂交棉 F。代具有明显的生长优势和产量优势，F2代、F 代优势出现衰退，主要原因是不同世代群体中
杂合型个体数减少，越是高世代群体分离出类似亲本的个体越多，杂合型个体数就越少，群体的生长优势就越
小，群体养分吸收功能的整体下降，导致世代间叶片营养元素含量的差异，这种差异不仅与棉花产量的形成有
显著相关，同时也与棉花纤维品质的形成关系密切，棉花大多纤维品质性状随杂交棉世代的增加而变劣。因
此，在杂交棉生产中不宜利用多代。
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