不同外源激素对无膜棉花幼苗根系发育的影响

安徽农学通报2023年21期经济作物
不同外源激素对无膜棉花幼苗根系发育的影响
赵栗1，2
（1烟台科技学院海洋工程学院，山东烟台265600；
2塔里木大学现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔843300）
摘要为量化不同外源激素对无膜滴灌棉花根系的调控作用，以中棉619为试验材料，探究了外源GA3、SA 和PP333对无膜滴灌棉花幼苗根系生长发育的影响。

结果表明，在处理后3~7d，不同浓度的GA3、SA和PP333均可促进棉花幼苗主根生长；至处理后11d，与CK相比，0.20mg/L GA3、0.01mmol/L SA和0.10mg/L PP333可分别增加棉花主根长7.3%、35.8%和15.3%；低浓度的GA3（0.05和0.20mg/L）可促进棉花根系发育，增加棉花总根长和根系总表面积；0.01、0.05和0.10mmol/L SA均可增加总根长、根系总表面积和根体积；0.50mg/L PP333对棉花根系总表面积、根体积和根平均直径均有显著促进作用。

综上，0.20mg/L GA3、0.01mmol/L SA和0.10mg/L PP333为促进棉花幼苗根系发育的推荐激素及浓度。

关键词棉花幼苗；GA3；SA；PP333；根系生长
中图分类号S562文献标识码A
文章编号1007-7731（2023）21-0041-06
Effects of different exogenous factors on root development of membraneless cotton seedlings
ZHAO Li1,2
（1College of Ocean Engineering,Yantai Institute of Science and Technology,Yantai265600,China;
2Key Laboratory of Modern Architecture Engineering,Tarim University,Alaer843300,China) Abstract To quantify the regulatory effects of different exogenous sources on the root system of cotton without membrane drip irrigation,this study explored the effects of exogenous GA3,SA and PP333on the root growth of Zhongmian619seedlings without membrane drip irrigation.The results showed that,from3to7days after treatment, different concentrations of GA3,SA and PP333could promote the main root growth of cotton seedlings;to11days after treatment,compared with CK,0.20mg/L GA3,0.01mmol/L SA and0.10mg/L PP333can increase cotton taproot length by7.3%,35.8%and15.3%respectively;lower concentrations of GA3(0.05and0.20mg/L)can promote cotton root development and increase the cotton root length and root Surface area;0.01,0.05and0.10mmol/L SA could increase total root length,root surface area and root volume;high concentration of PP333(0.50mg/L)could significantly affect cotton root development and increase total root system Surface area,root volume and average root diameter.In conclusion,0.20mg/L GA3,0.01mmol/L SA and0.10mg/L PP333were the recommended concentrations to promote root development in cotton seedlings.
Keywords cotton seedling;GA3;SA;PP333;roots growth
自20世纪80年代开始推广地膜棉种植等技术，连续多年总产、单产和调出量位居全国第一[1]。

棉花是喜温作物，采用地膜覆盖播种可以起到增温保墒作用，有利于棉苗生长。

然而，随着地膜使用量增加，棉田残留地膜对土壤结构造成一定破坏，影响棉花生长甚至造成减产，制约了棉花生产的可持续发展[2-4]。

无膜栽培既可省去地膜铺盖产生的成本，又能缓解棉田地膜残留等问题，是促进棉花生产绿色可持续发展的途径之一[5]。

无膜棉花种植前期土壤温度和水分含量低导致棉花晚发，是制约无膜棉产量提升的主要因素之一。

根系的发育直接影响棉苗植株的生长状况，从而影
作者简介赵栗（1992—），女，山东烟台人，硕士，助教，从
事灌溉排水与节水灌溉研究。

收稿日期2023-09-11
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安徽农学通报2023年21期经济作物
响后期棉株的生长发育及棉花产量[6-7]。

化学调控技术在作物生产上普遍使用，通过施用植物生长调节剂改变植物内源激素的构成从而调节植物的生长发育过程[8-9]。

赤霉素（Gibberellins，GA）是一种内源植物生长激素，在打破种子休眠、促进种子萌发及幼苗生根等方面有重要作用[10-11]。

水杨酸（Salicylic
Acid，SA）作为一种植物激素，能缓解盐胁迫对棉种萌发和幼苗生长的抑制作用[12]，且水杨酸浸种后种子发芽率、幼苗生长量、可溶性糖含量和根系活力等都有明显的提高[13]。

多效唑（Paclobutrazol，PP333）是一种三唑类植物生长调节剂，能被植物的根、茎和叶片吸收，调节根系和地上部的生长，提高根冠比，利于形成壮苗[14-15]。

膜下滴灌棉花中已有利用外源调节剂对棉种萌发及幼根生长进行调控的相关研究，而针对无膜棉花幼根生长发育调控方式多为喷施和浸种处理，根施研究较少。

根施外源调节剂更有利于植株吸收利用，减少使用量及残留量。

本研究以中棉619为试验材料，探究外源GA3、SA和PP333对无膜滴灌棉花幼苗根系生长发育的影响，以期通过外源调节剂合理调控棉苗根系的生长，为无膜棉花在新疆地区的推广种植提供参考。

1材料与方法
1.1试验材料
供试品种为中棉619（无膜棉）；赤霉素纯度为99%；水杨酸中C7H6O3含量为99.5%；多效唑有效成分含量为25%；种子萌发袋型号为CYG-98LB，长30cm，宽25cm。

1.2试验设计
试验于塔里木大学智能人工气候室内进行，采用TES1339照度计测得光照强度约为9000Lx，白天室内温度设置为25℃，光照时长14h，夜晚温度设置为20℃，黑暗时长10h。

试验设置赤霉素（GA3）、水杨酸（SA）和多效唑（PP333）3种植物生长调节剂，每种调节剂设3个浓度水平，同时设置一个无外源添加作为对照处理，共计10个处理，每个处理重复3次，具体试验处理设置见表1。

试验开始前进行溶液配制，称取GA3、SA和PP333，先加入少许乙醇
溶解，然后按试验设置稀释成相应浓度的溶液。

选择饱满一致的中棉619种子，置于经消毒后的萌发袋中，每袋放置6粒。

按照试验设置取不同浓度的GA3、SA和PP333溶液各50mL分别加入相应处理的萌发袋中，CK处理加入等量的清水。

为保证棉苗生长发育所需的营养，培养至第5天时向各处理萌发袋中加入20mL1/4浓度的霍格兰营养液，培养12d。

表1试验处理
处理
CK
G1
G2
G3
S1
S2
S3
P1
P2
P3
浓度
0.05mg/L
0.20mg/L
0.80mg/L
0.01mmol/L
0.05mmol/L
0.10mmol/L
0.10mg/L
0.25mg/L
0.50mg/L
pH值
7.00
6.45
6.41
6.23
6.62
6.56
6.34
6.92
6.84
6.81
注：CK为对照；G为赤霉素（GA3）；S为水杨酸（SA）；P为多效唑（PP333）。

1.3测定项目与方法
从胚根开始发育的第3天开始至第11天，每日8：00测量棉花的主根长并记录，培育至第12天时，用镊子将幼苗完整取出后，利用根系扫描仪Epson V800对棉株根系进行扫描，并利用根系分析软件Win Rhizo对根总长、根系总表面积、根体积和根平均直径进行分析。

1.4数据处理
用Microsoft Excel2010进行数据处理和绘图，运用SPSS25.0进行单因素方差分析及差异显著性检验。

图表中的数据为平均值±标准差。

2结果与分析
2.1不同浓度GA3、SA和PP333对棉花幼苗根表型的影响
不同浓度GA3、SA和PP333处理下棉花幼苗根系形态如图1所示。

GA3、SA和PP333处理棉花幼苗12d后其根系形态发生了明显变化。

不同浓度GA3处理的棉花根系均变得纤细，0.05和0.20mg/L GA3处理的棉花侧根数目明显较多，而高浓度GA3（0.80mg/L）则明显抑制棉花侧根生长。

3种浓度的
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SA处理均不同程度地促进了棉花幼苗主根和侧根的发育；与CK相比，SA各处理的侧根数和侧根长均明显增大，并随着SA浓度的升高，促进作用有减弱趋势。

不同浓度PP333处理增加了棉花幼苗侧根数量，主根直径明显大于对照处理，随着PP333浓度的升高，
侧根数呈增加趋势。

图1不同浓度GA3、SA和PP333对棉花幼苗根系形态的影响
2.2不同浓度GA3、SA和PP333对棉花幼苗主根生长
的影响
由图2a可知，不同浓度GA3对棉花主根生长均
产生了明显影响。

在处理3~7d时，GA3各处理的幼
苗主根长均明显高于CK，处理7d后，G1和G3处理
的主根长开始逐渐低于CK。

在培育期内，G2处理棉
苗主根长较其他处理增长。

处理11d后，G2处理棉
苗主根长较CK处理增加7.4%，且差异达到显著水
平（表2），这说明0.20mg/L GA3在整个培育期内可
保持对棉花主根生长的促进作用。

由图2b可知，在不同浓度SA处理3~7d时，各
处理棉苗主根长均明显高于CK，处理7d后，S2和S3
处理棉花主根生长减缓，而S1处理在整个培育期内
主根长始终高于其他各处理。

处理11d后，S1处理
较CK、S2和S3处理分别增加棉花主根长35.8%、
27.9%和35.8%（表2）。

可见0.01mmol/L SA可有效
促进棉花主根生长，且随着SA浓度的升高促进作用
逐渐减弱。

由图2c可知，在不同浓度PP333处理棉花幼苗
3~6d，经PP333处理的主根长均明显高于CK，表明不
同浓度PP333均可促进棉花主根生长。

处理6d后，
P3处理棉苗主根长开始低于CK处理，抑制主根生
长。

在处理11d后，P1和P2处理主根长较CK分别
增加了16.0%和6.2%，且P1与CK差异达显著水平；
P3处理主根长较CK降低了4.9%，但差异不显著（表2）。

以上表明，0.10mg/L PP333可显著促进棉花主根生长，
而0.50mg/L PP333会抑制棉花主根生长。

J
/
c
m
J
/
c
m
J
/
c
m
) /d ) /d
) /d
3
6
9
12
图2不同浓度GA3、SA和PP333对棉花幼苗主根生长的影响
赵栗：不同外源激素对无膜棉花幼苗根系发育的影响
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安徽农学通报2023年21期
经济作物
表2
处理11d 后不同浓度GA 3、SA 和PP 333处理的棉花幼苗
主根长及显著性
处理CK
G 1G 2G 3
主根长/cm 8.1±0.2b 7.9±0.1bc
8.7±0.3a 7.5±0.1c
处理CK
S 1S 2S 3
主根长/cm 8.1±0.2b 11.0±0.2a 8.6±0.4b 8.1±0.2b
处理CK
P 1P 2P 3
主根长/cm 8.1±0.2bc
9.4±0.1a 8.6±0.4b
7.7±0.3c 注：同列不同小写字母表示在P =0.05水平上差异显著。

2.3
不同浓度GA 3、SA 和PP 333对棉花幼根形态参数的影响
根总长、根系总表面积、根体积及根平均直径是
根系生长发育的重要指标。

不同浓度GA 3、SA 和PP 333处理12d 后棉花幼苗根系形态参数如图3所示。

不同浓度GA 3处理对棉花根总长和根系总表面积未
产生明显影响，G 1和G 2处理下总根长和根系总表面积均高于CK ，但差异未达显著水平；G 3处理的总根长和根系总表面积均受到抑制。

各GA 3处理均会抑制棉花根体积和根平均直径，其中G 3处理根体积较CK 降低了18.1%，差异显著，G 1、G 2和G 3处理根平均直径较CK 分别下降了17.6%、10.4%和16.3%，其中G 1和G 3处理与CK 的差异均达到显著水平。

以上分析表
明，0.05和0.20mg/L GA 3会促进棉花根系发育，增加棉花根总长和根系总表面积，但经GA 3处理后会降低根体积和根平均直径。

对SA 处理12d 的幼苗根系形态指标分析发现，棉花幼苗根系受SA 影响明显。

不同浓度SA 处理的棉花根总长、根系总表面积和根体积均明显高于CK ，且差异均达显著水平，而根平均直径较CK 则无显著差异。

以上分析表明，SA 可通过增加根系总长、根系总表面积和根体积促进棉花幼苗根系发育；
SA 可促进棉花幼苗侧根发育，因此根系平均直径会有所降低。

经PP 333处理的棉花幼苗根系各形态表现不一。

P 1和P 2处理对根总长、根体积和根平均直径均无显著影响。

相较CK 处理，P 3处理分别增加根系总表面积、根体积和根平均直径16.2%、34.1%和22.0%，降低总根长5.1%，差异均达到显著水平。

这表明0.50mg/L PP 333会显著影响棉花根系发育，增加根系总表面积、根体积和根平均直径，减小根
系总长。

50
100
150
200
GA3SA
PP333 J /c m
)
CK G 1 G 2 G 3
CK P 1 P 2 P 3
CK S 1 S 2 S
30
6
12
18
24
GA3SA
PP333 2 =L / c m 2
)
CK G 1 G 2 G 3
CK P 1 P 2 P 3
CK S 1 S 2 S 3-
-44
0.1
0.2
0.3
0.4
GA3SA PP333 / c m 2
)
123123
12
3
0.10.20.30.40.5
0.6GA3SA PP333 , N N
)
CK G 1 G 2 G 3
CK P 1 P 2 P 3
CK S 1 S 2 S 3
图3
不同浓度GA 3、SA 和PP 333对棉花幼苗根系参数的影响
3结论与讨论
赤霉素（GA ）是从赤霉菌培养液中提取的一类
化合物，其GA 3的活性较高，可促进种子萌发和根系分生组织发育等。

本研究中，处理7d 后，0.05和0.80mg/L GA 3处理会抑制棉花幼苗主根的伸长，而0.20mg/L GA 3处理在培育期内可始终促进主根生长。

有研究表明施加GA 3对棉花根系的调控作用既
可表现为促进作用[16]又可表现为抑制作用[17]，与本研究结果相似。

此外，高浓度GA 3处理（0.80mg/L ）抑制侧根的生长，侧根数目较少，且根总长、根系总表面积、根体积均低于其他处理。

李欣欣等[18]对大豆的研究发现，高浓度GA 3同样会抑制大豆侧根生长，降低侧根数。

SA 作为一种生长调节剂在植物生长、光合作
用、离子吸收等生理过程中发挥着重要作用[19]。

本研究发现，不同浓度SA 均能促进棉花幼苗主根的生长，并随SA 浓度的升高促进作用逐渐减弱。

此外，SA 可明显增加棉花侧根数量和长度，进而增加根总长、根系总表面积和根体积，但会降低根平均直径。

不同处理之间相比，0.05mmol/L SA 对幼苗侧根生长的促进效果更好，0.01mmol/L SA 对幼苗主根伸长的促进作用更显著。

PP 333是一种内吸性的三唑类植物生长调节剂，
能被植物根、茎和叶片吸收，具有调节根系和营养体
的生长，使叶绿素含量增加等作用[20]。

本研究发现，低浓度的PP 333（0.10和0.25mg/L ）可有效促进棉花主根生长，而高浓度（0.50mg/L ）则会抑制生长。

这与杨建荣等[14]的研究结果一致，适量施用PP 333能促进棉花根系生长发育。

本研究通过室内萌发袋试验，探讨了不同浓度GA 3、SA 和PP 333对棉花幼苗根系形态的影响。

结果表明，0.20mg/L GA 3、0.01mmol/L SA 和0.10mg/L PP 333为促进棉花幼苗根系发育的推荐激素及浓度。

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（责编：何艳）
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