几种植物生长调节剂对棉花耐高温性能的调控效应

【目的】在苗期筛选提高棉花耐高温能力的植物生长调节剂及其适宜浓度,并明确其在棉花花铃期对高温胁迫的缓解效应。【方法】以中棉425为供试品种,设置常温(平均温度为28℃,最高温、最低温分别为32℃、24℃)和高温(平均温度为38℃,最高温、最低温分别为42℃、34℃)2种温度处理;苗期设置清水对照,200、400、600μmol·L^(-1)1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP),0.01、0.02、0.05μmol·L^(-1)冠菌素(coronatine,COR)和0.5、1.0、2.0μmol·L^(-1)2,4-表油菜素内酯(2,4-epibrassinolide,EBR)喷施处理;花铃期设置清水对照和400μmol·L^(-1)1-MCP喷施处理。探究常温和高温处理下,不同生长调节剂对棉花干物质质量、叶片光合特性、叶绿素含量、抗氧化酶活性、产量及纤维品质等的影响。【结果】适宜浓度的3种植物生长调节剂均能在一定程度上提高棉花的耐高温能力。苗期高温胁迫下,与清水处理相比,喷施400μmol·L^(-1)1-MCP可显著提高棉花地上部及地下部的干物质质量,提高新展开叶的净光合速率、叶绿素a和叶绿素b的含量、抗氧化酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶和抗坏血酸过氧化物酶)活性,降低丙二醛含量。主成分分析表明400μmol·L^(-1)1-MCP可有效提高棉花的耐高温能力。此外,花铃期高温胁迫下,与喷施清水相比,喷施400μmol·L^(-1)1-MCP能显著提高棉铃对位叶的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,提高棉花单株结铃数、铃重、单株籽棉产量及纤维品质。【结论】400μmol·L^(-1)1-MCP能通过提高棉花叶片叶绿素含量、光合能力和抗氧化酶活性,减少丙二醛等有害物质的积累,从而增强棉花耐高温能力,在一定程度上提高棉花产量和纤维品质。

棉花叶片响应高温的差异与夜间淀粉降解密切相关

叶片对光合产物的转运输出是其源能力的重要体现,高温胁迫导致的源能力不足是棉花减产降质的重要原因之一。为探究棉花对位叶光合产物输出能力对短期高温胁迫的响应及其在不同热敏感性品种间的差异,本研究以耐热型棉花品种PHY370WR和热敏感型棉花品种苏棉15为材料,于2015—2016年在南京农业大学牌楼试验站进行盆栽试验,在棉花花铃期设置持续5 d的温度处理[对照日均温为26℃(CK,昼夜温度循环为30/22℃),高温处理日均温为34℃(HT,昼夜温度循环为38/30℃)],在高温胁迫5 d和胁迫解除后5 d对叶片光合产物输出能力和光合产物含量进行研究。结果表明,高温胁迫5 d显著降低棉花铃重,提高对位叶比叶重,耐热型棉花品种PHY370WR铃重降低幅度及比叶重升高幅度均较热敏感型棉花品种苏棉15低。^(13)C标记光合产物的结果表明,高温5 d显著降低棉花叶片光合产物的输出效率,与CK相比,苏棉15的降幅为22.1%,下降斜率为-2.48,显著高于PHY370WR的降幅15.7%和下降斜率-1.82;恢复5 d后棉花叶片光合产物输出效率降低幅度变小,但品种间差异由高温5 d时的6.4%增加为胁迫解除后5 d的10.2%,且苏棉15的恢复斜率仅为0.44,远小于PHY370WR的0.89。此外,与高温5 d时相比,恢复5 d后蔗糖含量日变化幅度的品种间差异减小,而淀粉含量日变化幅度品种间差异表现为增大,与碳水化合物输出效率的趋势一致,相关性分析亦表明,高温胁迫5 d及恢复5 d时淀粉含量日变化幅度与碳水化合物输出效率相关性更显著。通过大田试验和盆栽试验确定淀粉最大、最小含量出现时间,在此基础上进一步分析发现,在高温胁迫5 d及胁迫恢复后5 d,淀粉日最小(夜间)含量升高幅度品种间差异较日最大(白天)含量降低幅度更为显著,且恢复后5 d时品种间差异较高温5 d时显著增大。综上,热敏感性差异的棉花叶片碳水化合物输出效率对高温胁迫响应的差异不仅表现在胁迫发生时,更表现在胁迫解除后;耐热型棉花品种PHY370WR的叶片在高温胁迫发生时及胁迫恢复后表现出更强的抵御高温逆境能力及更好的恢复能力,与其夜间淀粉降解能力即叶片最小(夜间)淀粉含量增加幅度较小密切相关。