蔗糖和谷氨酰胺混合溶液对棉花铃重及纤维比强度形成的影响

蔗糖和谷氨酰胺混合溶液对棉花铃重及纤维比强度形成的影响

棉花是中国最重要的作物之一。近年来，我国农业结构调整，多熟棉花种植面积扩大。随着单位面积的增加，由于生长期的热资源、后期温度的下降和霜冻，棉花高峰出现。这种晚熟和低产量，品质差。棉花铃重是构成棉花产量的基础,纤维比强度是重要的原棉品质指标,其对成纱品质有重要影响。棉花铃重和纤维比强度的形成受控于棉花功能叶片光合产物向铃壳、以及铃壳向纤维的运转,长期以来,对棉花铃重及纤维比强度的研究主要集中于品种、土肥条件、气象因素、种植方式等方面,对外源物质调节研究较少,且主要集中在生长调节类物质,对C、N等生理活性类物质未见相关研究。棉花叶片光合产物最终以蔗糖形式输出到质外体并被装载到韧皮部,并在棉株不同库器官间进行分配。谷氨酰胺中的氮是核酸中嘌呤、嘧啶的来源,是合成一、二、三磷酸腺苷的必需物质,还是一种重要的碳源和氮源物质。本试验在低温条件下,从铃壳养分含量、铃壳率、纤维素含量及纤维晶区取向性等方面,研究不同浓度蔗糖、谷氨酰胺混合溶液对棉花铃重及纤维比强度形成的影响,为调控棉花铃重和纤维比强度的形成提供理论依据。1材料和方法1.1外源生理活性类物质对棉铃抗寒性的影响试验于2003年在南京农业大学卫岗试验站进行,盆栽。供试土壤为马肝土,土壤肥力中等偏上;供试品种为美棉33B(GossypiumhirsutumL.)。试验设2个播期:4月20日(用T1表示,正常播期)和6月15日(用T2表示,晚播)。外源生理活性类物质为蔗糖和谷氨酰胺的混合溶液,设3个浓度:(1)6%蔗糖和0.6%谷氨酰胺混合溶液(C+N);(2)2%蔗糖和0.2%谷氨酰胺混合溶液(1/3C+1/3N);(3)12%蔗糖和1.2%谷氨酰胺混合溶液(2C+2N)。各处理C/N比值相同,以清水作为对照(CK)。待棉花1~4果枝大量开花时,对棉株1~2果节当日白花挂牌标记,分别在花后15、30d连续5d分别用外源生理活性类物质均匀涂抹棉铃表面及对位果枝叶片正反面,每处理重复10盆。统计正常播期铃龄0~50d和纤维加厚发育期(铃龄25~50d)日均温分别为28.5℃、28.1℃,晚播铃龄0~50d和纤维加厚发育期日均温分别为22.9℃、21.4℃。田间管理按高产栽培要求进行,花后50d收获处理棉铃。1.2棉纺纤维素在正行剂中的应用将处理棉铃铃壳烘干粉碎后,采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量,凯氏定氮仪测定全氮含量。籽棉风干后测定铃重,轧花后测定衣分,用瑞典Tecator纤维系列仪测定棉花纤维素含量。纤维样品混匀后用棉花纤维引伸器制成棉条,用国产Y162A型束纤维强力机测定3.2mm隔距比强度,并用中国纤维检验局的标准棉样修正。用德国BRUKER公司D8DISCOVERwithGADDS射线衍射仪测定纤维晶区取向参数。2结果与分析2.1全氮实氮、全氮基棉纤维发育的养分主要来自铃壳可溶性糖和该铃对位果枝叶全氮。对位果枝叶营养物质先输送至铃壳,再由铃壳转运至棉籽,用于纤维发育,因而铃壳中可溶性糖、全氮含量直接反映了铃壳有机养分的运转情况。2.1.1不同播期的铃壳全氮含量从图1A中可以看出,C+N处理在2个播期、2个处理时期铃壳全氮含量差异不明显,且正常播期时高于CK,晚播时低于CK;1/3C+1/3N、2C+2N处理正常播期的铃壳全氮含量低于晚播。从花后同一处理时间来看,花后15d1/3C+1/3N处理铃壳全氮含量随播期推迟显著升高,C+N、2C+2N铃壳全氮含量随播期推迟无明显差异。花后30d,随播期推迟,1/3C+1/3N处理呈下降趋势,2C+2N呈上升趋势,C+N铃壳全氮含量无明显差异。2.1.2不同接种条件下铃壳情况在正常播期条件下(图1B),2个处理时期、不同浓度处理的铃壳可溶性糖含量均较低,且处理间差异微小,说明在正常播种条件下铃壳中可溶性糖运转彻底,最终表现为铃重高(图2)、铃壳率低(图3)。在晚播条件下,各处理铃壳可溶性糖含量均明显高于正常播种处理,各外源浓度处理的铃壳可溶性糖含量均低于CK,且随处理时间推迟,C+N处理呈上升趋势,1/3C+1/3N、2C+2N呈下降趋势。2.2外源生理活性物质对关节重量和关节囊泡率的影响2.2.1不同播期对铃壳可溶性糖含量的影响正常播期下的铃重高于晚播(图2),在2个处理时期,C+N、1/3C+1/3N和2C+2N处理的单铃重均随播期推迟而降低,这与铃壳可溶性糖含量随播期推迟而上升的结论相符。在正常播期下,花后15d1/3C+1/3N处理单铃重高于花后30d,且高于CK,而C+N、2C+2N处理与花后15d无明显差异。晚播时,随花后处理时间推迟,C+N的单铃重降低,1/3C+1/3N增加不明显,2C+2N增加显著(成倍增加)。2.2.2不同播期的铃壳率比较铃壳重占棉铃重(铃壳重+籽棉重)的百分数即为铃壳率。从图3看出,正常播期下的铃壳率明显低于晚播,花后15d、30d处理,不同播期的各处理铃壳率均随播期推迟而成倍升高。正常播期下,花后15d,C+N铃壳率与花后30d基本相同,且高于CK,而1/3C+1/3N、2C+2N花后15d、30d铃壳率均低于CK;晚播条件下,花后15d,C+N铃壳率与花后30d基本相同,与CK无明显差异;1/3C+1/3N、2C+2N处理铃壳率随处理时间推迟铃壳率下降,且2C+2N处理下降非常明显。2.3c、n、2c+2n衣分从图4可以看出,在正常播期条件下,花后15d、30d处理,C+N衣分均明显低于CK,1/3C+1/3N、2C+2N衣分与CK无明显差异。晚播条件下,随花后处理时间推迟,C+N和1/3C+1/3N衣分增幅较大,2C+2N增加明显,约增加3倍。从花后不同播期同一处理时间来看,花后15d,各处理衣分均随播期推迟而显著降低,花后30d,除C+N和2C+2N处理衣分随播期推迟无明显降低外,1/3C+1/3N和CK降幅明显。2.4外源生理活性物质对纤维含量、纤维晶体区的定向和纤维比的强度的影响2.4.1不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期、不同播期对纤维素含量的影响在正常播期条件下(图5),花后15d,3个处理纤维素含量均低于CK,且处理之间纤维素含量无明显差异;花后30d各处理呈C+N>1/3C+1/3N>2C+2N>CK,但差异不明显。晚播条件下,随处理时间推迟,各处理纤维素含量升高,且始终高于CK。从花后不同播期同一处理时间来看,随温度降低,各处理纤维素含量均明显下降。正常播期下纤维素含量均超过85%;晚播条件下,除花后15d1/3C+1/3N处理纤维素含量低于80%,其余2个处理纤维素含量接近甚至超过80%。2.4.2在纤维晶体区域的定向性(1)不同时期中心播期的中分液处理α角是影响棉纤维品质的重要因素之一,与纤维断裂比强度关系密切。由图6可看出,正常播期(温度)下,C+N处理可使α值变小(优化),而晚播(低温)条件下,2C+2N处理可使α值变小。花后30d处理,C+N、1/3C+1/3N随播期延后α值变大,而2C+2N处理随播期延后α值变小(优化)并低于CK。(2)正常播期与晚播期温度各处理值的比较在纤维发育过程中φ值不断变小(优化),对纤维强度提高有利。由图7可看出,正常播期(温度)条件下,各处理φ值均低于CK,且以1/3C+1/3N为最低;晚播(低温)条件下,各处理φ值与CK无显著差异。随播期延后,各处理φ值变大,增加约1倍。(3)正常播期温度在棉纤维超分子结构取向参数中常用ψ角代表棉纤维超分子结构总取向,一般ψ角值愈小,纤维素大分子有序程度愈高,纤维强度愈高。由图8可以看出,正常播期(温度)条件下,C+N、1/3C+1/3N处理ψ值均低于CK,2C+2N处理ψ值略高于CK;晚播(低温)条件下,各处理ψ值与CK无明显差异,随播期延后,各处理ψ值变大。2.4.3纤维比强度和花后时间不同播期条件下(图9),花后15d处理,C+N、1/3C+1/3N随播期延后纤维比强度升高,2C+2N处理随播期延后纤维比强度降低;花后30d处理随播期延后各处理表现与花后15d相反。晚播条件下,C+N、1/3C+1/3N处理的纤维比强度均随处理时间延后而降低至与CK无明显差异,2C+2N则表现为相反规律,显示上升趋势。3纤维比强度的变化本试验研究结果表明,在低温条件下,花后15d、C+N处理以及花后30d、2C+2N处理促进了氮和可溶性糖的运转,从而增加了铃重。低温条件下,3种浓度外源生理活性物质均增加了纤维素的累积量,且于花后30d促进了螺旋角(φ)和取向分布角(ψ)的优化,从而提高了纤维比强度,其中以2C+2N处理提高纤维比强度的幅度为最大。本试验晚播条件下,铃期50d内平均温度为22.9℃,纤维加厚发育期日均