磷胁迫对棉花产量及其品质的影响分析研究 农业学专业

磷胁迫对棉花不同果枝部位的产量及其品质的影响摘要在生长过程中，棉花需磷含量较低，但磷对其产量和品质的影响程度与氮和钾相似。在我国缺少磷矿和土壤磷的情况下，本文致力于研究磷胁迫对棉花不同果枝部位产量和纤维品质的影响。本论文采用“基本土壤速效磷含量”（造成低磷胁迫，严重低磷P0，适宜磷P2和轻度低磷P1）三种不同梯度，选择鲁棉研28（低磷敏感性棉花）和中棉所79（耐低磷性棉花）。2017年，两种棉花种植在河南省安阳市，采用盆栽方法，并采集棉花不同的果枝部位进行试验，从整株和不同果枝部位角度分析了磷胁迫对棉花单铃重和衣分及其纤维主要品质指标的影响。结果表明：低磷胁迫条件下，随着磷含量的增加，鲁棉研28和中棉所79两种棉花下部果枝部位的单铃重、棉花纤维长度、比强度和马克隆值总体上均上升，而棉花衣分下降，棉花纤维伸长率和整齐度指数未受到影响，对于上部果枝的棉花产量及其品质，也产生了相同的影响结果；整株水平上试验所测指标均受到磷含量变化的影响；并且得出过低或过高的的磷水平抑制了棉花对磷的利用的结论。未来可以考虑开展关于不同磷水平对棉花内何种物质产生了最直接的影响，然后根据这种物质找到并揭示其特定的基因型，进一步修饰，由此得出在我国土壤有效磷缺乏及磷矿资源不足背景下，适合我国大量种植的棉花品种。该论文有图5幅，表2个，参考文献17篇。关键词：低磷胁迫棉花产量纤维品质果枝部位EffectofPhosphorusStressonYieldandQualityofDifferentFruitBranchesofCottonAbstractIntheprocessofgrowth,thecontentofphosphorusrequiredbycottonisrelativelylow,buttheeffectofphosphorusonitsyieldandqualityissimilartothatofnitrogenandpotassium.Intheabsenceofphosphaterockandsoilphosphorusinourcountry,thispaperisdevotedtostudytheeffectofphosphorusstressontheyieldandfiberqualityofdifferentfruitbranchesincotton.Inthisdissertation,threedifferentgradientsof“basicsoilavailablephosphoruscontent”(causinglowphosphorusstress,severelowphosphorusP0,suitablephosphorusP2andmildlowphosphorusP1)wereadopted,andLuMianyan28(lowphosphorussensitivecotton),CCRI79(lowphosphorusresistantcotton)wereselected.In2017,twokindsofcottonwereplantedinAnyangCity,HenanProvince.Pottedmethodswereusedtoplantthecotton.Thenwecollecteddifferentpartsofthecottonbranches.Theresultsshowedthatundertheconditionoflowphosphorusstress,withtheincreaseofphosphoruscontent,thebollweight,cottonfiberlength,fiberspecificstrengthandfibermicronairevalueofthelowerfruitbranchofLumianyan28andCCRI79wereoverallincreased,whilethecottonclothingscoresdeclined.Cottonfiberelongationanduniformityindexwasnotaffected.Fortheupperfruitbranchcottonyieldandquality,ithasthesameeffect;Thetestedindicatorsonthewholeplantlevelwereaffectedbythechangeofphosphoruscontent.Anditconcludedthattoolowortoohighphosphoruslevelsinhibitedtheuseofphosphorusbycotton.Inthefuture,wecouldconsidercarryingoutthemostdirecteffectofdifferentphosphoruslevelsonwhatkindofsubstancesincotton,andthenfindandrevealtheirspecificgenotypesbasedonthissubstance.Theycanbefurthermodified.ThenUnderthebackgroundoflackofmineralresources,wecanfindthecottonvarietieswhichissuitableformasscultivationinChina.Thepaperhas5figures,2tables,and17references.KeyWords:LowphosphorusstressCottonyieldFiberqualityFruitbranch目录摘要 IAbstract II图清单 Ⅴ表清单 V缩写注释表 Ⅴ1绪论 12材料与方法 22.1试验设计 22.2测定内容与方法 22.3数据处理 23实验结果与分析 33.1低磷胁迫对棉花不同果枝部位铃重和衣分的影响 33.2低磷胁迫对棉花不同果枝部位纤维品质的影响 54讨论 95结论 10参考文献 11致谢 12图清单图序号图名称页码图3-13333333-133333333336555555666555156624324333333399923233333333333-6551低磷胁迫对棉花不同果枝部位的单铃重的影响3图3-2低磷胁迫对棉花不同果枝部位的衣分的影响4图3-3低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维长度的影响6图3-4低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维比强度的影响7图3-5低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维马克隆值的影响8表清单表序号表名称页码表3-1低磷胁迫对棉花单铃重和衣分的影响（整株）5表3-2低磷胁迫对棉花纤维品质的影响（整株）6缩写注释表简写全称P0重度低磷P0P1轻度低磷P1P2适宜磷水平P21绪论磷是植物三大营养素之一[1]，对植物生长发育有着非常重要的影响[2,3]。它涉及植物的蛋白质，核酸的合成过程，它与能量代谢和光合作用密切相关。磷投入一直被认为是维持植物和动物产品产量并同时满足全球食品需求的重要手段［4］。磷在植物生长的过程中不可或缺，并且植物生长过程中低磷胁迫是一种常见的逆境胁迫［5］，但是在我国，土壤缺乏有效磷并且磷矿资源也不足，研究磷胁迫在植物生长过程中会产生何种影响就显得很有必要。在相同的环境条件下，棉花的果枝位置对棉花纤维伸长方面存在影响，棉花中部的果枝铃纤维长度略高于其它部位，但棉花纤维长度伸长的动态变化以及最终的纤维长度值都在不相同的果实枝条部分差异不显著［6］。此外，随着土壤中磷含量的梯度变化，棉花的产量也一同发生了改变。为了提高棉花产量和其品质，可采用不一样的施氮肥量的方法，来达到调节棉花不一样果枝部位的快速生长期生长的特征值，从而可以提高棉花产量及棉花不同果枝部位的纤维品质［7］。通过增加土壤磷含量水平来提高了棉花的产量，其实是通过增加了其单铃重和单株的铃数实现的。此前研究棉花多是研究棉花果枝部位或者不同氮或钾肥对棉花产量和品质的影响，然而系统的研究关于磷胁迫对棉花产量和它的纤维品质的试验还不是很多。棉花是最重要的纤维作物之一，同样也是非常重要的油料型作物，而且还是含高蛋白质的粮食型作物，并且还是纺织型、精细的化工型原料和非常重要的战略性物资。棉株果枝部位显著影响纤维比强度的形成,并与温光复合因子存在协同效应［8］。棉花不同的果枝部位虽然对棉花的品质中纤维长度的影响不大，但却有着一些特定的影响趋势［9］。在大田中的试验里,研究不同基因型棉花在施磷及不施磷条件试验下棉花的产量及其品质的差异,结果表明:在试验施磷的条件下,浅棕色棉花单铃重和单株的结铃数最高,并且其籽棉的产量也同样最高;虽然白色棉花与深棕色棉花和深绿色棉花相比在单株的结铃数方面差异不大,但是它的棉花单铃重较高,这也同样使得它的籽棉的产量也相对较高［10］。而试验关于磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维品质的研究的不是很多。此前研究棉花多研究某种因素对棉花纤维品质或者产量的影响，而研究关于磷胁迫对棉花产量及其纤维品质的试验较少。前人研究多是研究除磷以外的营养素对棉花产量及其纤维品质各方面的影响，或者是通过设置某一影响因素的变化来研究它的独立影响效应，而在低磷胁迫对棉花产量及其品质的影响方面的研究较少，但棉花生长过程中并不能完全没有磷的存在，并且研究磷胁迫对棉花的试验以及从棉花的不同部位和整株分别出发研究这些因素同时具备时的结果是本实验独具特色的，所以研究低磷胁迫对棉花产量及其品质的影响是有必要的。因此，在我国土壤有效磷缺乏及磷矿资源不足背景下，本实验研究两个耐低磷性差异明显的棉花品种在低磷胁迫条件下棉花产量及其品质的变化，以此发现其在基因型不同的品种间的差异。2材料与方法2.1试验设计2017年，盆栽试验在中国农业科学院棉花研究所（河南安阳,黄河流域黄淮棉区，114°13′E，36°04′N）进行，用于进行试验的土壤为沙壤土。试验选用的盆钵统一大小，统一采用重量35kg的土壤。自然风干土壤并过筛去除杂物后装盆，用水沉实[11]，试验每个处理进行33盆。当年4月19日进行播种，采用直播。根据中国农业科学院多年进行的棉花研究的磷肥定位试验，以“除了棉花生长采用的基础土壤速效磷量含量不同之外、其它的条件包括栽培方法和环境条件都相同”为要求，选择3个梯度基础土壤速效磷含量分别代表土壤适宜磷水平（P2，(12±0.5)mg/kg）、土壤重度低磷（P0，基础土壤速效磷含量＜(3±0.5)mg/kg）和轻度低磷（P1，(8±0.5)mg/kg）的不同梯度作为本实验的磷处理。试验采用的品种为鲁棉研28（LMY28，低磷敏感性品种）和中棉所79（CCRI79，耐低磷性品种）。2.2测定内容与方法每个处理按棉花果枝着生空间部位的不同划分为FB1-4（即第2-3果枝的第1、2果节，简称下部果枝）、FB5-8（即第6-7果枝的第1、2果节，简称中部果枝）共2个空间部位。试验处理的每个不同部位50%以上棉铃开花时期作为该部位的开花期，试验棉花吐絮后按不同的部位分别收取20个棉铃，计算单铃重，用皮辊籽棉试轧机进行轧花，由农业部棉花品质监督检测测试中心统一用HVI900仪测定基于HVICC标准的纤维长度、长度整齐度、比强度、断裂伸长率及马克隆值。2.3数据处理对数据进行处理和作图分别采用了MicrosoftExcel2013和Origin8.5软件。3实验结果与分析3.1低磷胁迫对棉花不同果枝部位铃重和衣分的影响3.1.1铃重（1）不同果枝部位的棉花单铃重的分析由图3-1可以看出，随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花不同果枝部位的单铃重逐渐增加。与P0处理相比，中棉所79下部果枝在P1、P2处理下的棉花单铃重分别增加了约24%和35%，鲁棉研28分别增加了约57%和79%；中棉所79中部果枝部位在P1、P2处理下的棉花单铃重分别增加了约24%和32%，鲁棉研28分别增加了约30%和41%。两个品种棉花下部果枝和中部果枝在P1、P2水平处理间均差异不明显，而与P0处理达到显著差异。由上面的数据分析看出，在不同梯度的磷水平下，两个不同品种的棉花不同果枝部位的单铃重随磷水平的上升而有不同程度的提高，说明磷含量的水平越高，单铃重越高。两个品种中部果枝部位单铃重较下部果枝部位的高。图3-1低磷胁迫对棉花不同果枝部位的单铃重的影响注：P0：严重低磷；P2：适宜磷；P1：轻度低磷；不同字母代表磷水平和品种间差异到达5％显著水平；FB1-4：植株下部果枝；FB5-8：植株中部果枝Note:P0：Severelowphosphorus；P2：Phosphorus；P1：Mildlowphosphorus；Differentlettersrepresentthedifferencereaches5%significantlevelunderdifferentphosphoruslevelsandcultivars；FB1-4：Lowerfruitbranch；FB5-8：Centralfruitbranch.（2）不同果枝部位的棉花衣分的分析 由图3-2可以看出，两个品种棉花中部果枝的衣分较下部果枝的低；随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花不同果枝部位的衣分逐渐降低。两个品种棉花下部果枝的衣分在P1、P2处理间差异不明显，与P0处理差异显著；与P0处理相比，中棉所79下部果枝在P1、P2处理下的棉花衣分分别降低了约20%和30%，鲁棉研28分别降低了约35%和41%。中棉所79中部果枝的棉花衣分在P0，P1处理间差异不明显，与P2处理达到差异明显，而鲁棉研28中部果枝衣分在P1、P2处理间差异不明显，与P0处理差异显著。与P0处理相比，中棉所79中部果枝在P1、P2处理下的棉花衣分分别降低了约13%和32%，鲁棉研28分别增加降低了约22%和26%。图3-2低磷胁迫对棉花不同果枝部位的衣分的影响注：P0：严重低磷；P2：适宜磷；P1：轻度低磷；不同字母代表磷水平和品种间差异到达5％显著水平；FB1-4：植株下部果枝；FB5-8：植株中部果枝。下同。Note:P0：Severelowphosphorus；P2：Phosphorus；P1：Mildlowphosphorus；Differentlettersrepresentthedifferencereaches5%significantlevelunderdifferentphosphoruslevelsandcultivars；FB1-4：Lowerfruitbranch；FB5-8：Centralfruitbranch.Sameasbelow.（3）整株棉花单铃重和衣分的分析表3-1低磷胁迫对棉花单铃重和衣分的影响（整株）磷处理单铃重/g衣分/%中棉所79鲁棉研28中棉所79鲁棉研28P03.56c3.26c39.37b43.29aP14.41b4.57b32.88c30.67cdP24.78ab5.08a27.21e28.37de注：不同字母代表磷水平和品种间差异到达5％显著水平。Note:Differentlettersrepresentthedifferencereaches5%significantlevelunderdifferentphosphoruslevelsandcultivars.从表3-1可以看出，随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花单铃重逐渐增加，而两种棉花的棉花衣分随着土壤磷含量的增加而减少。分析单铃重，中棉所79棉花中P0处理与P1、P2处理间差异显著，鲁棉研28的3个处理差异显著（P＜0.05）。与P0处理水平相比，P1、P2处理下中棉所79单铃重分别增加了24%和34%，鲁棉研28棉花单铃重分别增加了约40%和56%。说明鲁棉研28较中棉所79对磷含量的变化的响应更敏感。与P0处理水平相比，中棉所79棉花衣分在P1、P2处理下分别降低了约16%和31%，鲁棉研28衣分分别降低了约29%和34%。3.2.低磷胁迫对棉花不同果枝部位纤维品质的影响3.2.1长度（1）不同果枝部位的棉花纤维长度的测定由图3-3可以看出，随着土壤磷含量水平的变化，两个品种棉花不同果枝部位的棉花纤维长度相比P0水平处理下的棉花都有所增加。与P0处理相比，中棉所79棉花下部果枝部位在P1，P2处理下的棉花纤维长度分别增加了约8%和6%，鲁棉研28分别增加了约10%和12%；中棉所79棉花不同果枝部位在P1，P2处理下的棉花纤维长度均增加了约4%，鲁棉研28分别减少了约2%和增加了约1%。两个品种棉花下部果枝和中部果枝在P1，P2水平处理间均差异不明显，而两种棉花的下部果枝与P0相比差异显著，上部果枝与P0相比无差异。两个品种中中部果枝部位棉花纤维长度较下部果枝部位的高。图3-3低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维长度的影响（2）整株的棉花纤维长度的测定表3-2低磷胁迫对棉花纤维品质的影响（整株）品种磷处理长度/mm整齐度指数/%比强度/cN•tex-1马克隆值伸长率/%中棉所79P025.13c82.03b23.38c4.58a6.33bP126.65ab82.55b24.32bc4.97a6.45aP226.38ab82.52b24.80b4.98a6.47a鲁棉研28P025.33c80.63c24.82b4.77a6.47aP126.25b83.05ab25.65ab4.68a6.50aP226.93a83.85a26.80a5.03a6.55a注：不同字母代表磷水平和品种间差异到达5％显著水平。Note:Differentlettersrepresentthedifferencereaches5%significantlevelunderdifferentphosphoruslevelsandcultivars.由表3-2可以看出，随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花的纤维长度也逐渐增加。与P0处理相比，中棉所79的棉花纤维长度在P1、P2处理下分别增加了约6%和5%，鲁棉研28分别增加了约4%和6%。中棉所79在P1，P2处理水平下达到5%差异均为ab，所以两者差异不大，而中棉所79在P0水平处理下的样品则与进行P1，P2处理的差异比较明显。鲁棉研28在磷处理间差异显著（P＜0.05）。3.2.2比强度（1）不同果枝部位的棉花纤维比强度的测定由图3-4可以看出，总体上，随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花不同果枝部位的棉花纤维比强度有所增加。与P0处理相比，中棉所79棉花下部果枝部位在P1、P2处理下的棉花纤维比强度分别增加了约5%和10%，鲁棉研28分别增加了约5%和7%，；中棉所79棉花中果枝部位在P1、P2处理下的棉花纤维比强度分别增加了约3%和2%，鲁棉研28分别增加了约2%和9%。中棉所79中部果枝的棉花纤维比强度和鲁棉研28下部果枝的纤维比强度在P0、P1、P2处理间差异不明显，中棉所79下部果枝和鲁棉研28中部果枝在P0、P1处理间差异不明显，而中棉所79下部果枝在P1处理与P2处理差异不显著，鲁棉研28中部果枝在P0、P1处理与P2处理差异显著。图3-4低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维比强度的影响（2）整株的棉花纤维比强度的测定分析比强度，从表3-2可以看出，随着土壤磷含量的增加处理，两种棉花纤维比强度逐渐增加。与P0处理相比，中棉所79棉花在P1、P2处理下的棉花纤维比强度分别增加了约4%和6%，鲁棉研28分别增加了约3%和8%。3.2.3马克隆值（1）不同果枝部位的棉花纤维马克隆值的测定由图3-5可以看出，总体上，随着土壤磷含量水平的变化，两个品种棉花不同果枝部位的棉花纤维马克隆值相比P0水平下有所增加。与P0处理相比，中棉所79棉花下部果枝部位在P1、P2处理下的棉花纤维马克隆值分别增加了约7%和9%，鲁棉研28分别减少了约4%和增加了约6%；与P0处理相比，中棉所79棉花中部果枝部位在P1、P2处理下的棉花纤维马克隆值均增加了约8%，鲁棉研28分别增加了0和约4%。两个品种棉花下部果枝和中部果枝在P0、P1、P2水平处理间均差异不明显。图3-5低磷胁迫对不同果枝部位的棉花纤维马克隆值的影响注：P0：严重低磷P0；P2：适宜磷P2；P1：轻度低磷P1；a,b,c,d,e:5%的差异值；FB1-4：植株下部果枝；FB5-8：植株中部果枝.（2）整株棉花纤维马克隆值的测定分析马克隆值，由表3-2可以看出，随着土壤磷含量水平的增加，中棉所79在P1、P2处理下的棉花纤维马克隆值均比P0处理下的有所增加，鲁棉研28在P1水平下的与P0水平下的相比有小幅度减少，而P2水平下的比P0水平下的有所增加。方差分析结果显示，中棉所79棉花和鲁棉研28棉花在磷处理间差异均不明显。与P0处理相比，中棉所79棉花纤维马克隆值在P1、P2处理下均增加了约9%；与P0处理相比，鲁棉研28在P1处理下降低了约2%，在P2处理下增加了约5%。说明鲁棉研28较中棉所79对低磷响应更敏感。3.2.4伸长率 （1） 不同果枝部位的棉花纤维伸长率的测定由于试验中测得的数据无明显差异，所以不进行数据分析。（2）整株的棉花纤维伸长率的测定分析伸长率，从表3-2可以看出，随着土壤中磷含量水平的增加，两个品种的棉花纤维伸长率都有小幅度的增加。方差分析结果显示，中棉所79在P1、P2水平处理下的棉花达到5%差异的结果一样，所以差异不明显，而在P0水平处理下的棉花达到5%差异的结果与在P1、P2水平下的不同，所以P0水平下的棉花与它们差异明显。鲁棉研28棉花在磷处理间差异不明显。与P0处理相比，中棉所79在P1、P2处理的棉花纤维伸长率分别上升了约2.0%和2.2%，鲁棉研28分别上升约0.5%和1.2%。说明中棉所79较鲁棉研28对低磷响应更敏感。3.2.5整齐度指数（1）不同果枝部位的棉花纤维整齐度指数的测定由于试验中测得的数据无明显差异，所以不进行数据分析。（2）整株的棉花纤维整齐度指数的测定分析整齐度，从表3-2可以看出，随着土壤磷含量水平的增加，两个品种棉花纤维整齐度指数逐渐小幅度增加。方差分析结果显示，中棉所79棉花在磷处理间差异不明显，鲁棉研28在P1、P2水平处理下的样品达到5%差异均含有a，所以两者差异不明显，而在P0水平处理下的样品达到5%差异的结果与P1、P2水平下处理的不同，所以差异明显。与P0处理相比，中棉所79在P1、P2处理下的棉花纤维整齐度指数分别增加了约0.63%和0.60%，鲁棉研28分别增加约了3%和4%。说明鲁棉研28较中棉所79对低磷响应更敏感。 4讨论磷能影响植物的形态发育和生物量，是植株生长和发育的重要元素之一[12]。胡竞良等人运用放射性磷的示踪研究，说明磷素营养不足时，蕾铃正常代谢受阻，运往蕾铃的磷素减少，这是导致蕾铃脱落的原因之一[13]。付明鑫等人的研究结果表明增施磷肥引起处理间单株铃数差异是导致棉花产量差异的主要原因[14，15]。通过增施磷肥，可增加了单株铃数[16]。为了提高棉花产量和磷肥利用率，需要合理施用磷肥;春施磷肥更有利于提高磷肥的纯收益与表观利用率[17]。前人研究施磷肥对棉花产量变化的影响，得出了如下结论：通过增加土壤磷含量水平来提高了棉花的产量，其实实质上是通过增加了其单铃重和单株的铃数实现的，而且得出如下结论棉花的不同的果枝部位虽然对棉花的品质中纤维长度的影响作用不明显，但其中却有着一些特定的影响趋势待发现。本论文在前人研究得出的结论的基础上，进一步全面的结合不同的影响要素，研究在磷胁迫下，分整株和不同果枝部位，对不同种棉花的产量及棉花纤维品质的影响进行了探索，相比前人的试验，更加全面，系统的研究对棉花产量及其纤维品质的影响因素，角度和思路不同，从前人研究的比较少的角度着手，仔细的对磷胁迫对棉花不同果枝部位的棉花产量和棉花纤维品质的影响效果做了研究，特色在于比较了不同果枝部位的变化，得出的结果如下：低磷胁迫条件下，随着磷含量的增加，总体上棉花单铃重、纤维长度、整齐度指数、比强度、马克隆值和纤维伸长率均增加，而棉花衣分减少，总结得出过低或过高的磷水平抑制了棉花植株对磷的利用的结论和鲁棉研28较中棉所79对低磷响应更敏感的结论，与前人研究的结果相似，但是对与比较果枝部位的变化因前人研究较少所以不同。研究发现棉花下部果枝部位的棉花产量及纤维品质总体上略微高于中部果枝的对应结果，偶尔存在相反的现象，由此得出结论，过低或者过高的土壤中磷含量水平，都有可能会抑制棉花植株对磷的吸收以及利用。本实验中，低磷胁迫影响了棉花对磷的吸收过程，使棉花的产量及纤维品质发生了不同程度的变化。鲁棉研28的棉花对低磷胁迫的反应比中棉所79对低磷胁迫的反应更敏感，耐低磷型品种中棉所79棉花对低磷胁迫反应敏感度较鲁棉研28对低磷胁迫反应敏感度小，因而低磷胁迫对中棉所79棉花影响小。5结论磷含量水平的高低对棉花产量及其品质的形成具有重要意义，并且是植物的三大营养素之一。本试验结果表明，低磷胁迫条件下，随着磷含量的增加，总体上两种棉花下部果枝部位的单铃重、棉花纤维长度、比强度、马克隆值均逐渐增加，而棉花衣分逐渐减少，不同果枝部位的棉花纤维伸长率和整齐度指数无明显差异，与棉花中部果枝部位所受影响相同；整株总体上棉花单铃重、纤维长度、整齐度指数、比强度、马克隆值和纤维伸长率均增加，而棉花衣分减