花铃期渍水下氮素影响棉花(Gossypium hirsutum L.)产量形成的生理机制研究

摘要

花铃期是棉花产量形成的关键时期，花铃期季节性渍水在我国长江、黄河流域棉区均时有发生，严重影响棉花产量形成。氮肥的合理施用一直是调控棉花生长发育及产量形成的重要措施，研究花铃期渍水下氮素调控棉花生长发育及产量形成的生理机制，可为棉花的抗逆高产优质栽培提供理论依据。本研究以美棉33B为材料，于2005-2006年在江苏南京农业大学卫岗试验站进行盆栽试验，试验设置正常灌水（土壤相对含水量为75±5％）与花铃期渍水（将正常灌水的棉花增加灌水至盆内有可见明水，持续8d，然后用导管导出表面水层，使盆内土壤相对含水量逐渐恢复到75±5％），同时对两个水分处理的棉花设置3个施氮水平，研究：(1)氮素对花铃期渍水棉花各器官干物质重和氮累积与分配的影响，及与产量、品质形成的关系；(2)氮素对花铃期渍水棉花根系干物质累积、抗氧化酶活性、细胞膜脂过氧化及根系活力的影响，及与地上部生长发育的关系；(3)氮素对花铃期渍水棉花光合作用的影响，并从叶绿素荧光特性、抗氧化酶活性、内源激素平衡的角度探索氮素影响光合作用的生理机制：(4)初步研究氮素对花铃期渍水棉花纤维加厚发育相关酶与抗氧化酶活性的影响，及与纤维比强度形成的关系。
　　 主要研究结果如下：
　　 1.花铃期渍水下氮素对棉花干物质和氮累积与分配的影响
　　 花铃期渍水显著降低了棉株各器官干物质累积量、氮含量和氮累积量，改变了干物质和氮在各器官的分配比例，降低了根系和蕾花铃的干物质分配系数、叶片和蕾花铃的氮分配系数，但提高了叶片和茎枝的干物质分配系数、根系和茎枝的氮分配系数。增施氮肥可以提高渍水棉花叶片、茎枝的生物量及根系、茎枝、叶片的氮含量和氮累积量，渍水棉株和蕾花铃干物重、蕾花铃的干物质和氮分配系数均以240kgNhm-2施氮水平最高，籽棉产量最高，纤维品质最优；施氮不足（0kgNhm-2）与过量施氮（480kgNhm-2）均因不利于渍水棉花干物质和氮的累积与分配而影响其产量与品质形成。
　　 2.花铃期渍水下氮素对棉花根系生理特性的影响
　　 花铃期渍水下，棉花根干重和根冠比(R:S)均降低；根系可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性降低，过氧化物酶(POD)活性升高，丙二醛(MDA)含量升高；棉花根系活力显著降低。增加施氮可降低渍水棉花根系SOD活性，提高POD和CAT活性，以240kgNhm-2施氮水平最有利于渍水棉花根系生长，其根干物重最大，根系MDA含量最低，根系活力最强。停止渍水15d后，渍水棉花根系生理活性有所恢复，根系抗氧化酶活性和MDA含量与正常灌水处理已无显著差异，但根系活力仍低于正常灌水处理；施氮仍可提高棉花根系POD与CAT活性，降低MDA含量，增强根系活力。
　　 3.花铃期渍水下氮素对棉花叶片光合性能的影响及其内在生理机制
　　 花铃期渍水下，棉花单株光合速率显著降低，适量施氮（240kgNhm-2）有利于提高渍水棉花的单株光合速率，促进棉花生长，而施氮不足(0kgNhm-2)与过量施氮(480kgNhm-2)均不利于渍水棉花单株光合速率的提高。其内部机理表现为(1)增施氮肥降低了渍水棉花叶片气孔导度，增大了光系统Ⅱ最大光化学效率、量子产量与光化学猝灭系数的降低幅度，进而导致净光合速率降低幅度增大；(2)渍水逆境下适量施氮（240kgNhm-2）棉花叶片抗氧化酶活性强、膜脂过氧化程度最低；内源激素ABA的含量最低，而ZR、IAA、GA的含量以及ZR/ABA、IAA/ABA、GA/ABA最高；施氮不足(0kgNhm-2)棉株遭受渍水与缺氮双重胁迫，过量施氮(480kgNhm-2)加重了棉株的受胁迫程度，二者的抗氧化酶活性、内源激素含量变化均表现出与适量施氮(240kgNhm-2)相反的趋势。到停止渍水15d时，渍水棉花单株光合速率有所恢复，但仍低于正常灌水处理，而渍水棉花叶片的抗氧化酶活性、MDA含量、内源激素含量与正常灌水处理差异较小；且施氮有利于提高渍水棉花叶片抗氧化酶活性、降低MDA含量；ABA水平降低，ZR、GA、IAA水平及ZR/ABA、GA/ABA、IAA/ABA升高，其净光合速率亦随施氮水平的提高而增大。
　　 4.花铃期渍水下氮素影响棉纤维比强度形成的生理机制
　　 花铃期渍水下，棉纤维可溶性蛋白含量、抗氧化酶(SOD、CAT、POD)活性降低，MDA含量升高，膜脂过氧化程度加重；与此同时纤维加厚发育相关酶（蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1,3-葡聚糖酶和蔗糖酶）活性降低。停止渍水15d时，渍水棉花纤维的抗氧化酶和纤维加厚发育相关酶活性仍低于相应正常灌水处理，纤维素含量和最终纤维比强度降低。而棉纤维加厚发育期渍水下，以240kgNhm-2施氮水平棉纤维比强度最高，其内在生理机制表现为在渍水处理期间棉纤维细胞膜脂过氧化程度最低；纤维加厚发育相关酶（蔗糖合成酶、磷酸蔗糖合成酶、β-1，3－葡聚糖酶和蔗糖酶）活性最高；停止渍水15d时，其棉纤维加厚发育相关酶活性仍最高，有利于纤维素的合成和累积，其最终纤维比强度相应最高。

目录

文摘

英文文摘

第一章 文献综述

1 渍水逆境下氮素对棉花光合作用的影响

2 渍水逆境下氮素对棉花抗氧化酶活性的影响

3 渍水逆境下氮素对棉花内源激素含量的影响

4 渍水逆境下氮素对棉花根系生理特性的影响

5 渍水逆境下氮素对棉花生物量和养分累积与分配的影响

6 渍水逆境下氮素对棉纤维发育生理特性的影响

7 本研究目的与意义

8 技术路线

参考文献

Literature Review

第二章 花铃期渍水下氮素对棉花干物质和氮累积与分配的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下氮素对棉花单株光合速率的影响

2.2 花铃期渍水下氮素对棉花干物质累积与分配的影响

2.3 花铃期渍水下氮素对棉花氮累积与分配的影响

2.4 花铃期渍水下氮素对棉花产量与产量构成的影响

2.5 花铃期渍水下氮素对棉花主要纤维品质指标的影响

3 讨论与结论

参考文献

Effccts of nitrogen on the accumulation and distribution of dry matter and nitrogen of cotton under waterlogging during the flowering and boll-forming stage

第三章 花铃期渍水下氮素对棉花根系生长的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下氮素对棉花根重和根冠比的影响

2.2 花铃期渍水下氮素对棉花根系可溶性蛋白含量的影响

2.3 花铃期渍水下氮素对棉花根系MDA含量和抗氧化酶活性的影响

2.4 花铃期渍水下氮素对棉花根系活力的影响

3 讨论与结论

参考文献

Effects of nitrogen on cotton root growth under waterlogging during flowering and boll-forming stage

第四章 花铃期渍水下氮素对棉花叶片光合作用和叶绿素荧光参数的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下氮素对棉花叶片光合色素含量的影响

2.2 花铃期渍水下氮素对棉花叶片光合作用的影响

2.3 花铃期渍水下氮素对棉花叶片叶绿素荧光参数的影响

3 讨论与结论

参考文献

Effects of nitrogn on the pholosynthcsis and chlorophyll fluorescence parameters of cotton leaf under waterlogging during the flowering and boll-forming stage

第五章 花铃期渍水下棉花叶片光合速率和叶绿素荧光参数日变化对氮素的响应

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下棉花叶片光合色素含量对氮素的响应

2.2 花铃期渍水下棉花叶片光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度日变化对氮素的响应

2.3 花铃期渍水下棉花叶片叶绿素荧光参数日变化对氮素的响应

3 讨论与结论

参考文献

Diurnal variations of th photosynthetic rate and chlorophyll fluorescence parameters of cotton leaf under waterlogging during the flowering and boll-forming stage and their responses to nitrogen

第六章 花铃期渍水下氮素对棉花叶片抗氧化酶活性和内源激素含量的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下氮素对棉花叶片可溶性蛋白含量的影响

2.2 花铃期渍水下氮素对棉花叶片MDA含量的影响

2.3 花铃期渍水下氮素对棉花叶片抗氧化酶活性的影响

2.4 花铃期渍水下氮素对棉花叶片内源激素含量及其平衡的影响

3 讨论与结论

参考文献

Effects of nitrogen on the antioxidant enzyme activities and endogenous hormone contents of cotton leaf under waterlogging during the flowering and boll-forming stage

第七章 花铃期渍水下氮素对棉纤维比强度形成的影响

1 材料与方法

1.1 试验设计

1.2 测定项目与方法

1.3 统计分析方法

2 结果与分析

2.1 花铃期渍水下氮素对棉纤维可溶性蛋白含量的影响

2.2 花铃期渍水下氮素对棉纤维MDA含量的影响

2.3 花铃期渍水下氮素对棉纤维抗氧化酶活性的影响

2.4 花铃期渍水下氮素对棉纤维发育相关酶活性的影响

2.5 花铃期渍水下氮素对棉纤维素含量的影响

2.6 花铃期渍水下氮素对棉纤维比强度的影响

3 讨论与结论

参考文献

Effects of nitrogen on cotton fiber strength formation under waterlogging during the flowering and boll-forming stag

第八章 讨论与结论

1 讨论

1.1 花铃期渍水下氮素对棉株干物质和氮累积与分配的影响

1.2 花铃期渍水下氮素调控棉花根系生长的生理机制

1.3 花铃期渍水下氮素调控棉花光合性能的生理机制

1.4 花铃期渍水下氮素影响棉纤维比强度形成的生理机制

2 结论

3 本研究的创新之处

4 研究展望

参考文献

Conclusion and Discussion

致谢

攻读博士学位期间发表、已录用和已投稿文章