抗虫棉多茎株型增产机理研究

第29卷第1期2007年2月

江西农业大学学报Acta Agr ic u lturae Un iversitatis Jiangx iensis

Vo. l 29, No . 1Feb . , 2007

文章编号:1000-2286(2007) 01-0016-04

抗虫棉多茎株型增产机理研究

李洪芹, 刘贞贞, 李洪民, 孙玉英, 张忠波, 柴卫东, 刘永平, 周建平, 段留生

(1. 河北省沧州市农林科学院, 河北沧州061000;

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2. 中国农业大学, 北京100094)

摘要:以常规整枝株型为对照, 对多茎倒伞株型光合系统质量及根系发育状况进行研究。结果表明:多茎株型有效叶面积增大, 叶面积系数最大值为4. 55, 为常规株型的1. 23倍; 吐絮期主茎叶片叶绿素含量提高11. 8%; 盛花期(7月26日), 棉田光强分布行间、株间, 光强分别提高22. 4%和19. 1%; 棉株倒四叶CO 2同化量:初花期为常数株型的1. 45倍, 终花期(7月19日) 为常数株型的1. 31倍; 地上部干物质生产量为15723kg /hm 2为常规株型1. 17倍, 生殖器官干物重152. 1g , 为常规株型的1. 28倍。多茎株型根干重及根系活力:初花期为常规株型的1. 1倍和1. 32倍, 吐絮期为常规株型的1. 39倍和1. 77倍; 多茎株型根系中可溶性醣含量盛花期为常规株型的1. 15倍, 结铃期为常规株型的1. 30倍。多茎株型建造高质量光合系统, 地上与地下相互促进协调发育, 既发挥了叶枝对产量的补偿功能, 又利用叶枝与主茎水肥的竞争关系减少赘芽滋生, 实现高产简化目标。关键词:多茎株型; 光合系统; 根系中图分类号:S562. 048 文献标识码:A

A Study on theM echanis m of Production I ncreasi ng i n

Anti -insect Cotton wit h M ore St al ks

L IH ong-q i n , L I U Zhen-zhen , L IH ong-m i n , S UN Yu-y i n g , Z HANG Zhong-bo , CHA IW ei-dong , L I U Y ong-p i n g , Z HOU Jian-pi ng , DUAN L i u-sheng

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(1. A cade my o fAgricultural Sciences , Cangzhou C ity , H ebei Prov i n ce , C angzhou 061000, China ; 2. China

Ag ricult u ra lUn i v ersity , Be ijing 100094, China) Abstract :The study on the photosynthesis syste m and status of root gro w th o f the cotton w ith m ore ste m s , li k e i n verted umbre lla , w as carried out i n contrast to cotton w ith nor m a l pr un i n g . The resu ltw as as follo w s :The co tton w ith m ore ste m s , the e ffective leaf area w as 1. 23ti m es t h at o f t h e nor m a l prun i n g shape co tton , the m ax m u i m LA I up to 4. 55; the chlorophy ll content enhanced by 11. 8%over the latter at the bo ll-open i n g stage ; t h e ill u m inati o n density bet w een li n es and indiv i d ual p l a nts respectively i n creased by 22. 4%and 19. 1%over t h at of the no r m a l-shaped o f cotton at the peak flo w eri n g stage(7/26);the assi m ilation o f CO 2in the f o urth lea f fr o m the top 1. 45ti m es t h at of the latter at t h e early flo w eri n g stage , and 1. 31ti m es at the end i n g flo w er

2

i n g stage ; t h e dry m atter w eight of above ground o r gans w as 15723kg /hm , 1. 17ti m es that o f the nor m a l

收稿日期:2006-08-28 修回日期:2006-10-30

基金项目:国家及河北省攻关项目(2001BA 508B02-06, 01220922D )

作者简介:李洪芹(1961-), 女, 研究员, 主要从事棉花高产栽培研究, E -ma i:l lihongq i n @21cn . com; *通讯作者:刘永平。

shaped cotton ; bo t h the dry m atter w eight o f root and r oot acti v ity i m proved by 1. 1and 1. 32ti m es respectively at the earlier flo w eri n g stage wh ile increased by 1. 39and 1. 77ti m es respecti v ely a t the bo ll opening stage co m pared w ith the nor m al-shaped cotton and the so l u b le sugar concentration in the r oot enhanced by 1. 15ti m es in contrast to the root of the no r m al-shaped cotton at the peak flo w eri n g stage . And enhanced by 1. 30ti m es at the cotton bo ll stage . The co tton shape w ith m ore ste m s , could ho l d h igh effecti v e photosynthesis sys te m, ensure har m on i o us gro w t h o f the above -ground organs and the roo. t The co tton plant w ith m ore ste m s could br i n g vegetative branches into play benefiting the output o f the ungri n d co tton y ie l d , further m ore , it de creases t h e num ber o f feeble vegetative branches . A ll character istics m entioned above are in favor o f high y i e l d .

K ey w ords :cotton w ith sta l k s ; pho tosyn t h esis syste m; roo t syste m

抗虫棉有效解决棉铃虫危害, 降低了生产成本, 增加了植棉效益, 在全国棉区得到迅速推广。但由于抗虫棉存在 库强源弱 易早衰问题, 常规精细整枝不仅繁琐费工, 同时加速棉株早衰进程, 制约了抗虫棉品种增产潜力的发挥。作者在棉花开心株型高产技术体系研究的基础上

[1, 2]

, 根据抗虫棉生育特

点, 进行了以主动调控叶枝为核心的抗虫棉多茎株型高产简化栽培技术研究, 经过8年试验研究, 5年不同区域示范验证, 节省整枝用工50%以上, 籽棉产量达到4500~5250kg /hm, 增产幅度14. 9%~23. 8%, 获河北省科技进步二等奖。

关于棉花叶枝生物学特性国内外学者进行大量的研究茎株型高产简化栽培技术推广应用提供理论依据。

[3~6]

2

, 从中获得重要启示和帮助, 加快了研究

进展。本文通过对转基因抗虫棉相同品种不同株型光合系统质量及根系发育状况进行对比分析, 为多

1 材料与方法

1. 1 供试品种

选择果枝着生节位6~8, 叶枝长势不同品种3类品种, 丝光棉1号(叶枝发达) 、中棉所41(叶枝长势一般) 、冀668选系(叶枝相对较弱) 。1. 2 试验方法

试验于2000~2004年在河北省沧州市农林科学院进行, 试验地粘壤土, 有机质含量0. 8%~0. 9%, 速效氮45. 6~48. 8m g /kg, 速效磷21. 8~27. 4m g /kg, 速效钾87. 6~91. 2m g /kg, 亩施硫酸钾型(N15P 15K 15) 复合肥40kg , 底墒灌水750m /hm , 试验采用相同品种不同株型对比测定方法, 常规株型:等行距80c m, 密度4. 5万株/hm, 去叶枝抹赘芽, 主茎打顶时间为7月15日, 株型为筒型; 多茎株型:等行距100c m, 密度4. 5万株/hm, 留叶枝, 叶枝3~5个果枝(约7月5日) 摘心, 主茎7月15日打顶, 株型为多茎倒伞型。1. 3 取样及测定

现蕾期在取样区中, 选择生长一致的棉株挂牌标记, 以备干物质、叶面积和根系取样。

干物质:每次取5株, 按不同器官分开, 在105 杀青0. 5h , 80 烘干至恒重, 测定地上部干物重。根干重及根系活力:每次取5株, 按单株营养面积, 在茎根交接处截断, 取0~20土柱冲洗拣根, 烘干称重; 取2mm 以下的侧根鲜样测定根系活力。

叶面积:每次测干物质前, 整株叶片用LA I300叶面积仪测定。叶绿素:用A ron 测定; 可溶性醣:用葸酮比色法。

22

2

2

2 结果与分析

2. 1 多茎株型光合系统质量

光合系统的数量与质量, 源库关系的协调程度是影响棉株体内有机物生产、运输与分配的重要因素, 是控制同化产物合理分配, 以实现简化高产的基础。

2. 1. 1 多茎株型叶面积动态 叶面积动态研究表明:多茎株型从初花至吐絮期(7月9日~8月14日) 叶面积系数均高于常规株型, 一般认为棉花高产栽培合理的叶面积系数最大值为3. 50左右, 叶面积系数过大, 易造成棉田郁闭。多茎株型虽最大叶面积系数为4. 55, 为常规株型的1. 23倍, 但由于叶枝向行间伸长, 改变了叶片排列顺序, 增加了有效叶面积。

表1 两种株型叶面积动态比较

Tab . 1 Th e dyna m ic co mparison of leaves area of t wo k i nds of cotton p run i ng shape

株型多茎株型常规株型

07-09S /cm24196. 33043. 3

S A 2. 11. 9

07-20

S /cm 2S A 7076. 05493. 6

3. 643. 43

08-10S /cm29110. 85923. 0

S A 4. 553. 70

S /cm 2

81885500

月-日

S 4. 093. 44

08-14

注:S -单株叶面积; S A -叶面积系数。

2. 1. 2 多茎株型叶片叶绿素含量 表2结果表明:多茎株型吐絮期主茎果枝叶片叶绿素含量为常规株型的118. 8%, 主茎叶片的叶绿素含量为常规株型118. 6%。叶枝果枝叶片叶绿素含量为常规株型果枝叶片的131. 2%, 说明叶枝生长的衰败期比主茎晚, 叶枝的生长在某种程度上, 使整株棉花延缓早衰。2. 1. 3 花铃期棉田光强时空分布 表3看出:多茎株型棉田行间光照条件优于常规株型, 依据棉花光补偿点1500l x 指标分析, 多茎株型棉田行间光强日变化在1762~6700lx 之间, 株间光强变化1511~2489lx 之间, 在测定时间内光强分布均在光补偿点以上; 而常规株型棉田16:00行间光强为1440l x , 处于光补偿点以下。说明多茎株型虽然叶面积系数增大, 但由于行距加

大, 棉田透光性好, 叶片光合作用时间延长。2. 1. 4 多茎株型功能叶片光合效率 从表4看出:功能叶片CO 2同化量从初花期至终花期(7月6日~8月19日) 多茎株型主茎叶片为常规株型的1. 45~1. 31倍, 叶枝叶片虽处于中下部, 但由于行距加大, 生育旺盛期(7月10日~7月26日) 叶片CO 2同化量与常规株型相当, 终花期(8月19日) 叶枝叶虽C O 2同化量较低, 但由于自身载铃量少, 对根系和主茎器官仍具一定的积极作用。

常规株型多茎株型

表3 两种株型花铃期棉田光强分布(7月26日)

Tab . 3 Cotton fie l d s ill um inati on i n tensity co mpar ison of t w o k i nd s of

cotton prun ing s hape at flo w er i ng stage and boll stage(Ju ly 26) 株型

测定时间10:3015:00

16:0010:3015:0016:00

棉田光强空间变化(Lx )

上部(自然光强)

8904031920

[***********]0

行间[***********]641440

株间[***********]501641

多茎株型株型常规株型

叶片部位主茎叶主茎果枝叶主茎叶主茎果枝叶叶枝叶叶枝果枝叶

盛花期1. 52. 32. 01. 71. 61. 8

结铃期1. 82. 01. 81. 81. 81. 9

表2 两种株型倒三叶叶绿素含量比较

Tab . 2 Ch l orophyll con tent s co mparison of an tepenulti m ate

leaf of t wo k inds of cotton prun i ng shape

mg (g Fw) -1

吐絮期1. 71. 6

2. 01. 91. 62. 1

注:光强测定仪器棍棒式光强测定仪。

2

2. 1. 5 多茎株型干物质生产量 从表5看出:多茎株型地上部干物质量为15723kg /hm , 为常规株型1. 17倍, 单株生殖器官干物重152. 1g , 为常规株型1. 19倍, 叶枝干物重贡献率为28. 4%, 叶枝营养器

官与生殖器官比值高于主茎和常规株型, 多茎株型主茎干物重低于常规株型, 主要是叶枝与主茎水分和矿质元素竞争的结果, 说明叶枝摘心时间是调控株型的关键, 叶枝适时摘心既提高叶枝成铃质量, 发挥叶枝对产量的补偿作用, 同时利用叶枝分流水分及矿质营养, 减少无效生育, 实现高产简化统一的目标。

2. 2 多茎株型根系发育状况

根系发育与地上部茎叶的生长, 相互依赖, 相互竞争, 相互促进, 根系的生长状况和活力水平直接影响地上部的营养及经济产量, 协调棉花 地上与地下 的矛盾, 是高产栽培追求的目标之一。

2. 2. 1 不同株型根干重及根

表4 2种株型棉株倒四叶CO 2同化量(m g c m -2 h -1) T ab . 4 CO 2ass m il atcon s co mparison i n the four th leaf fro m the top

of two k inds of p run i ng shap e s cotton

株型多茎株型常规株型

部位主茎叶叶枝叶

主茎叶

07-0616:007. 17-4. 93

07-1016:008. 836. 466. 23

07-2616:0011. 08. 309. 70

月-日-时08-1916:0024. 511. 4

18. 60

系活力比较 从表6看出:盛 注:10株平均值。

蕾期(叶枝打顶前) 多茎株型根干重、根系活力与常规株型相当; 初花期多茎株型根干重为常规株型的1. 1倍, 根系活力为常规株型的1. 32倍; 盛花期根干重为常规株型的1. 29倍, 根系活力为常规株型的1. 41倍; 吐絮期根干重为常规株型的1. 39倍, 根系活力为常规株型的1. 77倍。多茎株型根量多、活力强, 保障了地上部对水分和矿质营养的需求。

表5 2种株型(9月9日) 地上部干物重比较

Tab . 5 The co mparis on of above-ground organ s dry matter we i gh t of

t w o k i nd of cotton prun i ng shape(S ep te m ber 9)

株型多茎株型

部位主茎叶枝

常规株型

主茎

主茎/g52. 120. 765. 4

果枝/g26. 512. 435. 9

叶片/g 55. 130. 566. 0

生殖器官

/g 116. 635. 5128. 1

营养器官(生殖体) 1. 151. 791. 31

13293干物重/kg h m

-2

15723

2. 2. 2 不同株型根系可溶性总醣含量比较 从表7看出:根系可溶性总醣含量多茎株型与常规株型相比, 盛蕾期(叶枝打顶前) 含量相当; 盛花期为常规株型的

株型

表6 不同株型根干重及根系活力

Tab . 6 Root s d ry matter w eigh t and root s activity of two k i nd s

of cotton prun i ng shape

部位根干重/g

根系活力根干重/g根系活力

盛蕾期1. 40. 571. 40. 57

初花期3. 0

1. 433. 31. 89

盛花期4. 50. 885. 81. 24

m g(TTCH ) (g h) -1

结铃期5. 00. 736. 60. 81

叶絮期6. 40. 268. 90. 46

常规株型多茎株型

1. 15倍, 结铃期为常规株型的1. 20倍, 吐絮期为常规株型的1. 30倍。根系可溶性醣增加, 是根系活力增强的源泉, 是地上部特别是叶枝光合产物供给的结果, 地上与地下相互促进, 协调生长, 延缓棉株早衰, 是多茎株型高产的重要因素之一。

表7 不同株型根系可溶性总醣含量

T ab . 7 The co mparison of the total roo ts soluble s ugar con ten t

of t wok inds of cotton prun i ng shape mg g -1株型常规株型多茎株型

盛蕾期33. 233. 2

盛花期31. 135. 6

结铃期52. 362. 5

叶絮期41. 453. 7

3 结 论

棉花叶枝对主茎有机营养具有促进作用, 水分及矿质营养具有竞争作用, 随叶枝摘心其竞争关系趋

于减弱, 促进作用增强。主动调控叶枝, 培植多茎倒伞株型, 既发挥叶枝对产量的补偿功能, 又通过叶枝的竞争分流作用, 减少赘芽滋生, 实现高产简化目标的统一。被动保留叶枝, 不仅叶枝的成铃质量低, 同时由于叶枝与主茎竞争时间延长, 影响主茎生长发育, 虽然可以简化, 难以实现高产。

(29页

第1期

(3):209-213.

黄水金等:斜纹夜蛾抗溴氰菊酯品系的相对适合度和抗性遗传方式研究

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[9]G eorghiou G P , T ay lor C E. G ene ti c and biolog i ca l i nfl uences i n the evoluti on of i nsecticide resi stance[J].J Eco m. Ento

m o, l 1977, 70:309-313.

[10]Wh itten M J , M c K enzi e J A. The genetic basis f o r pestic i de resistance [C ].Conf G rassland Inverteb rate E co logy [M ].

Sou t h A ustra lia G ov t P r i nter , A dela i de , 1982:1-16.

[11]A r m es N J , Bond G S , Cooter R J . The l abo ra t o ry culture and deve l op m ent of H elicoverpa arm i gera [J].N atural R esources

Insti tute Bu lleti n 57, N a t ura lR esources Institute , Chatha m, UK, 1992:22.

[12]谭福杰. 农业害虫抗药性测定方法[J].南京农业大学学报, 1987, 10(增刊):108-122.

[13]F i nney D J . P rob it ana l y si s[M],3rd edn , C a mbr i dge :C a mbr i dge U n i ve rsity P ress , UK, 1971:333. [14]吴坤君, 陈玉平, 李明辉. 不同温度下的棉铃虫实验种群生命表[J].昆虫学报, 1978, 21(4) :385-392. [15]吴坤君, 陈玉平, 李明辉. 温度对棉铃虫实验种群生长的影响[J].昆虫学报, 1980, 23(4) :358-363. [16]吴益东, 沈晋良, 尤子平. 棉铃虫对氰戊菊酯抗性遗传分析[J].昆虫学报, 1995, 38(1) :20-23.

[17]S tone B F . A for m ula f o r deter m i n i ng degree of dom i nance i n case of m onofacto rial i nher itance t o che m ica ls[J].Bull WHO, 1968, 38:91-98.

[18]T suka m oto M. T he log dosage-probit mo rtality curve i n g enetic resea rches o f i nsect resistant to i nsecticide[J].Boty -K a

gaku , 1963, 28:91-98.

[19]G eo rgh i ou G P , G a rberM J . Stud i es on t he inheritance carbama te-resi stance i n t he house fl y (M usca dom es tica L. ) [J].

BullWHO, 1965, 32:181-196.

[20]Sokal R R, R oh if R L. B io m etry[M ].2nd ed . San F ranc i sco :F ree m an , 1981.

[21]唐振华, 吴士雄. 昆虫抗药性的遗传与进化[M].上海:上海科学技术文献出版社, 2000.

[22]任晓霞, 韩召军, 王荫长, 等. 棉铃虫对久效磷抗性和敏感品系的生物适合度[J].南京农业大学学报, 2001, 24(2):

41-44.

[23]孟香清, 芮昌辉, 赵建周, 等. 抗三氟氯氰菊酯棉铃虫种群相对适合度研究[J].植物保护, 1998, 24(6):12-14. [24]R oush R T , M c K enzi e J A. E co log i ca l gene ti cs o f i nsecticide and aca ricide resistance[J].A nn R ev Ento m o, l 1987, 32:

361-380.

[25]F orrester N W, Cah ill M, B ird L J , et a. l M anag e m ent o f py re t hro i d and endo s u lfan resistance in H elicoverpa arm i gera

(L ep i dopte ra :N o ct u i dae) i n A ustra lia[J].Bull En t om ol R es Sup , 1993, 1:36-43.

(上接第19页) 参考文献:

[1]刘永平, 李洪芹, 刘金华. 棉花开心株型增产机理分析[J].河北农业大学学报, 2000, 23(1):9-15. [2]李洪芹, 刘永平. 春播棉株型栽培技术研究[J].河北农业科学, 1997, 1(3):38-41. [3]徐立华, 陈龙祥, 李秀章, 等. 棉花叶枝生物学特性研究[J].中国棉花, 1999, 26(1):19-20.

[4]孙学振, 单世华, 施培, 等. 留叶枝对棉株同化物生产、运转、分配及产量影响[J].西北植物学报, 2002, 20(3):404-409.

[5]别墅, 唐仕芳, 张教海, 等. 棉花叶枝叶与果枝叶14C 同化物的转运分配[J].湖北农业科学, 1998(4) :8-10. [6]T ag i ve . R Chen i ea l[J].K h l opok , 1991(3) :16-17.