抗旱、敏旱棉花材料苗期根系特性研究

抗旱、敏旱棉花材料苗期根系特性研究
张海燕;郭忠军;姚正培;刘鹏鹏;王海标;陈全家;高文伟;曲延英
【摘要】[目的]研究棉花耐旱品种KK1543和敏旱品种新陆早26号的苗期根系特性,为棉花育种工作提供基础理论数据.[方法]以棉花耐旱品种KK1543和敏早品种新陆早26号为材料,用1/2 Hoagland营养液培养并观察记录和测量棉花的根长密度、一级侧根数量,两叶一心时期用15％ PEG6000模拟干旱胁迫0、24、48和72 h后测根的含水量、根冠比.[结果]KK1543和新陆早26号在苗期根生长速度基本相同,一级侧根生长呈S型曲线.胁迫前KK1543根含水量和新陆早26号处于相同水平.胁迫后新陆早26号根含水量下降幅度显著高于KK1543,KK1543的根冠比增加显著高于新陆早26号.[结论]KK1543和新陆早26号在1/2 Hoag-land营养液中能较好的生长,15％ PEG6000的处理后两个品种的根系特性变化具有一定可比性.
【期刊名称】《新疆农业科学》
【年(卷),期】2014(051)010
【总页数】5页(P1772-1776)
【关键词】棉花;根长;一级侧根;根含水量;根冠比
【作者】张海燕;郭忠军;姚正培;刘鹏鹏;王海标;陈全家;高文伟;曲延英
【作者单位】新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/
农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052;新疆农业大学/农业生物技术重点实验室,乌鲁木齐830052【正文语种】中文
【中图分类】S562
0 引言
【研究意义】自20世纪80年代以来，随着人们对根系重要性认识加强，以及研
究方法和技术不断改进，作物根系研究取得了重大进展。

棉花根系研究根据目的不同有盆栽法[1]、砂培法[2]、水培法[3]等多种研究方法。

植株在干旱盐碱的环境条件下根部是最早接收到信号的部位，因而研究棉花根部应对干旱环境具有重要意义。

【前人研究进展】有报道指出，当棉花生长水分亏缺时根长、根重均增加，根冠比也增大[4]，但当水分过量时会导致棉花深层根系增加，根冠比同样会增大[5]。

有
关棉花耐盐性的研究己有不少报道,盐分胁迫改变了棉花根系形态，根长、根体积、根表面积和根冠比均有所增加且随着处理盐浓度的增加，以上各个参数都有不同程度的增加[6,7]，有研究指出，随盐分水平的提高，根系干物重逐渐下降，根冠比
随盐分的增加呈先上升后下降的趋势[8]；电导率超过2 000 μS/cm棉花根不能正常生长发育[9]。

孙小芳等[10]指出在盐胁迫下Na+在茎和叶柄部滞留和积累,根中K+向地上部选择性运输以维持叶片中较高的K+/Na+是棉花耐盐的一个重要特点。

在一定范围内，随着Na2CO3浓度的增大,根系活力呈明显的下降趋势。

【本研究切入点】关于人工模拟干旱条件PEG6000对根系生长的影响以及根系的适应性反应研究还较少,没有专门的报道。

研究利用棉花耐旱品种KK1543和敏旱品种新陆
早26号苗期根茎特性，观察记录和测量相关指标。

【拟解决的关键问题】分析棉花根系干重、根长、侧根数等,探讨水培条件下模拟干旱对棉花根系生长的影响,为
在室内快速培养进行棉花育种提供科学依据。

1 材料与方法
1.1 材料
供试棉花品种为抗旱品种KK1543和敏旱品种新陆早26号,由新疆农业大学生物
技术重点实验室提供。

1.2 方法
1.2.1 实验设计
实验于2013年在新疆农业大学生物技术重点实验室人工气候室中进行，采用水培的方式。

选取籽粒饱满、大小一致的棉花种子用75%的酒精消毒5 min，再经30%的H2O2表面灭菌4 h，用无菌水冲洗4～5次放入三角瓶里，浸种至种子露白，转至放有两层滤纸的发芽盒中，发芽盒保持湿润，待长出两片子叶后，选取长势健壮、均一的棉花幼苗转入1/2 Hoagland营养液中，温室中进行培养。

培养条件：16 h/8 h(光照/黑暗)，25℃，光强12 000 lx以上，相对湿度60%～80%[11]。

每隔2 d换一次营养液并清洗棉花根部和盆子边缘等处的青苔，观察记录和测量
棉花的根长、侧根数量。

待长至两叶一心时期用15%PEG6000进行模拟干旱胁迫处理0、24、48和72 h。

每次取10株棉花幼苗进行测量观察，每个品种设三个重复，根据所得平均值进行对比分析处理。

1.2.2 测定指标
根长密度：用直尺测定每株棉花幼苗基部至根末端的垂直高度。

根含水量：选取生长一致的棉花至少3株，将其按地上、地下部分分开，先称鲜重；80℃烘干至恒重，再测定其干物质重。

根含水量=(根鲜重-根干重)/根鲜重。

根冠比=根鲜重/上部鲜重。

1.3 数据统计
每个处理重复三次，所获数据用Microsoft Excel和DPS软件进行统计分析。

进
行差异显著性检验(α=0.05)。

2 结果与分析
2.1 棉花苗期根长密度
棉花幼苗在水培生长过程中，根部的生长极快。

研究表明，随着时间的增加，棉花幼苗根部长度呈显著上升趋势，水培10 d内平均以1.57 cm/d的速度生长；培养10 d以后棉花根的长度生长缓慢，平均以0.41 cm/d的速度生长。

当培养至两叶一心时期KK1543和新陆早26号平均根长均为20 cm左右。

图1，图2
2.2 棉苗侧根数的发生动态
观测发现，水培1 d后棉花主根根尖3～4 cm处侧根原基突出，第4 d突起显著
增多，其中部分突起伸长形成3～4 cm的一级侧根，两个品种间的侧根数差异
KK1543略高于新陆早26。

水培10 d后两个品种的一级侧根发生减缓，且具有相同的趋势。

14 d以后一级侧根数基本保持稳定缓慢增长。

说明棉花幼苗在1/2 Hoagland营养液中生长时，由于每3 d换一次营养液，使得所处环境含水量较高，湿度大，含氧量较高，有利于棉花侧根的发生。

这与陈佳等的研究相一致[12,13]。

14 d以后棉花根部生长趋于稳定，此时棉花幼苗处于两叶一心时期，顶芽的生长
需要更多的养分，主要靠根部的伸长生长来供给。

观察还发现，水培10 d后棉花的一级侧根上出现二级侧根。

图2
图1 KK1543和新陆早26号苗期根长密度Fig.1 Root length density of seedling stage of KK1543 and Xinluzao26
图2 KK1543和新陆早26号苗期一级侧根发生动态Fig.2 The emerging dynamic number of the first lateral roots of KK1543 and Xinluzao26
2.3 棉花苗期根部含水量
研究表明，KK1543和新陆早26号生长至两叶一心时期，用15%PEG6000处理前后棉花苗根部含水量显示，处理前KK1543根含水量平均为91.38%，而新陆早26号根含水量平均为91.09%，差异不显著(t=1.507<tα(0.05) =2.101)。

处理24、48和72 h后KK1543和新陆早26号根含水量均有不同程度的下降，处理24 h根含水量下降差异显著(tα(0.05) =2.101<t=2.663<tα(0.01)=2.878),处理48 h根含水量下降差异极显著(tα(0.01)=2.878<t=3.132)。

这可能与棉花的抗旱性有关。

同时也间接的说明了15%的PEG6000环境较好的模拟了干旱环境。

由于KK1543是抗旱品种，在15%PEG6000的环境下根部具有较强的吸水性，保证了根部养分供给；而新陆早26号为敏旱品种，在15%PEG6000的环境下根部吸水性较弱。

图3
2.4 棉花苗期根冠比
根冠比是指植物地下部分与地上部分的鲜重或干重比。

根冠比越大，分配至根的光和产物越多，根系相对比较发达。

15%PEG6000模拟干旱环境下棉花苗期光合产物优先分配给根系，叶片减少蒸腾作用，使得根冠比增加，而根冠比的增加在一定程度上有利于作物抗旱。

处理0、24、48和72 h时测量根冠比显示，KK1543和新陆早26号处理0 h根冠比分别为0.322和0.321左右，处理24 h时分别为0.455和0.436；处理48 h时分别为0.573和0.546；处理72 h时根冠比分别为0.578和0.555。

结果显示，KK1543和新陆早26号处理后的根冠比随着处理时间的延长根冠比呈增加的趋势，且处理24 h两个品种差异不显著
(t=1.728<tα(0.05) =2.101)，处理48 h后KK1543的根冠比增加显著高于新陆早26号(tα(0.05) =2.101<t=2.574<tα(0.01)=2.878)。

KK1543的根部保水能力强于新陆早26号，也较好的说明了二者之间的抗旱能力。

图4
图3 KK1543和新陆早26号处理前后根含水量Fig.3 Water content of KK1543 and Xinluzao26 before and after treatment
图4 KK1543和新陆早26号苗期根冠比Fig.4 The root-shoot ratio of KK1543 and Xinluzao26 at seedling stage
3 讨论
棉花的根系是水分及营养吸收的主要器官,同时兼有营养合成、固定支持等重要功能,与耐旱关系十分密切[13]。

棉花在营养液中生长过程中根系白嫩，根尖较肥大，柔软富有弹性，发根力强。

研究结果表明，棉花幼苗的主根长度、一级侧根数呈S 型曲线增长。

这与陈佳等[14]研究结果一致。

说明营养液育苗的棉苗生长14 d后，棉苗刚进入两叶一心时期，进一步的生长发育也许受浮漂孔穴大小和生长空间的制约，所以棉花幼苗的生长进入缓慢阶段，并且对逆境反应比较灵敏，此时人工模拟干旱环境可以不受外来其他因素的影响，减少了实验误差，为室内模拟抗旱研究工作提供了技术参考。

水分胁迫对植物最直接的影响就是抑制其生长，最终降低生物量。

植物在遇到干旱的情况下，对根的伤害主要表现在：(1)生长受到抑制，即随灌水量的减少生物量
显著下降，根冠比增加。

这与Liu等[15]研究结果一致。

在胁迫条件下植物将更多的同化物质转移到根部，从而增强根吸收水分和养分的能力，即通过增加干根重量与地上部干生物量的比值来维持植物体内水分的平衡。

(2)植物体的防御系统被破坏。

水分胁迫能够加速膜质过氧化链式反应，自由基增多，而植物的防御系统被破坏，导致有害过氧化物如丙二醛含量大量积累[15-17]。

(3)根系活力下降。

研究发现水是根系活力的重要影响因子，根系活力随土壤水分的减少迅速降低[15]；且随着生育进程的推进，根系活力呈下降趋势[18]。

4 结论
KK1543和新陆早26号在苗期根含水量和根冠比无显著差异，经过
15%PEG6000处理后，KK1543的根含水量下降幅度和根冠比增加幅度与新陆早26号具有显著差异，这些结果均说明抗旱棉花品种的根系在旱胁迫条件下依然能够保持较好的生长趋势。

水培棉花在幼苗期的根系特性表现与陈金湘等[19]的研究结果相符，且棉花幼苗根系发达，生活力强，生长的整齐一致，可以避免病害，是一种适宜开展室内棉花苗期特性研究的育苗技术。

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