氣候條件下棉花纖維可溶性糖和纖維素含量的變化

氣候條件下棉花纖維可溶性糖和纖維素含量的變化

在棉扇生產(chǎn)過程中，纖維可溶性糖的轉(zhuǎn)化和纖維合成是棉扇生產(chǎn)過程中形成的基礎(chǔ)，受到了人們的高度重視。新疆位于歐亞大陸腹地,生態(tài)條件獨(dú)特,棉纖維含糖量高,是影響品質(zhì)的重要因素。因此,了解棉鈴發(fā)育過程中纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化和纖維素合成的規(guī)律,對(duì)生產(chǎn)中采取措施,降低含糖提高纖維強(qiáng)力具有重要意義。本研究以北疆棉區(qū)自育早熟和內(nèi)地引進(jìn)中早熟陸地棉兩類主栽品種為材料,研究了可溶性糖和纖維素含量的變化規(guī)律,探討氣象因子對(duì)可溶性糖轉(zhuǎn)化和纖維素合成的影響。1棉田建設(shè)和氣象資料試驗(yàn)于2000～2001年在石河子大學(xué)新疆作物高產(chǎn)研究中心試驗(yàn)站進(jìn)行,試驗(yàn)地土壤類型為灰漠土,土質(zhì)重壤;含有機(jī)質(zhì)1.963%,堿解氮56.65mg/kg,速效磷15.50mg/kg,速效鉀194.67mg/kg。供試品種4個(gè),其中北疆自育早熟品種新陸早9號(hào)和新陸早10號(hào),內(nèi)地棉區(qū)引進(jìn)中早熟品種新陸中8號(hào)(冀91-19)和中棉所35。4月中旬播種,留苗密度18萬株/ha。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),小區(qū)面積30m2,其它田間管理措施與生產(chǎn)上高產(chǎn)棉田相同。在棉株開花期間,分別于6月29日對(duì)第2果枝、7月7日對(duì)第5果枝、7月14日對(duì)第8果枝和7月21日對(duì)第11果枝(僅2個(gè)中早熟品種)的第1果節(jié)當(dāng)天開的花掛牌,并標(biāo)明開花時(shí)間,每品種每期掛花約300～500朵,花后每隔7d對(duì)各個(gè)處理隨機(jī)取6～10個(gè)棉鈴進(jìn)行室內(nèi)分析。蒽酮比色法測(cè)定棉纖維中可溶性糖和纖維素含量;棉花生育期間(出苗-吐絮后)氣象資料由石河子氣象局提供,統(tǒng)計(jì)日平均溫度、日最高溫度、日最低溫度、日照時(shí)數(shù)、相對(duì)濕度。數(shù)據(jù)處理采用MicrosoftExcel和SAS統(tǒng)計(jì)分析軟件完成。2結(jié)果與分析2.1不同發(fā)育時(shí)期開口鈴情況對(duì)可溶性糖的影響試驗(yàn)表明,棉纖維中可溶性糖含量在花后7～14d達(dá)最大值(圖1),為單鈴纖維干重的40%～50%,隨后下降。不同品種類型可溶性糖含量變化差異較大,北疆自育早熟品種達(dá)到高峰時(shí)間早,峰后下降較快,吐絮期較內(nèi)地引進(jìn)中早熟品種提前7～14d。同一品種開花時(shí)間不同,可溶性糖含量差異較大,表現(xiàn)為隨開花時(shí)間推遲,達(dá)到高峰的時(shí)間延長(zhǎng),峰后降幅減緩?？扇苄蕴呛侩S鈴齡呈“S”曲線變化,擬合方程均達(dá)顯著或極顯著水平。由方程特征值可見表1,早熟品種纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化高峰期較同期開花的中早熟品種提前,轉(zhuǎn)化率也較高,持續(xù)時(shí)間短。如新陸早10號(hào)7月7日開花鈴,轉(zhuǎn)化高峰期在花后21d,最大轉(zhuǎn)化率每天為1.52%,快速轉(zhuǎn)化持續(xù)時(shí)間為16d;而中棉所35同期開花鈴轉(zhuǎn)化高峰期在花后25d,最大轉(zhuǎn)化率為1.44%,快速轉(zhuǎn)化持續(xù)時(shí)間為19d。隨開花時(shí)間推后,氣溫下降,早熟品種轉(zhuǎn)化高峰期略提前,轉(zhuǎn)化率減慢,但與中早熟品種相比仍有相對(duì)較高的轉(zhuǎn)化率;而中早熟品種轉(zhuǎn)化高峰期呈推遲趨勢(shì),轉(zhuǎn)化率迅速降低,轉(zhuǎn)化高峰期延長(zhǎng)。由此表明,北疆自育早熟品種對(duì)外界環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng);隨開花日期后移,氣溫下降,可溶性糖轉(zhuǎn)化率雖有所降低,但降幅較小,對(duì)纖維素合成量影響不大;而中早熟品種對(duì)外界環(huán)境反應(yīng)比較敏感,隨開花日期推遲,轉(zhuǎn)化高峰期延長(zhǎng),轉(zhuǎn)化率迅速降低,纖維合成量減少。2.2不同品種開花期的鈴纖維素合成開花后,鈴中纖維素含量變化過程與可溶性糖變化正好相反,其經(jīng)歷前期慢、中期快、后期又逐漸變慢的“S”型曲線變化。不同品種類型間,早熟品種纖維素含量進(jìn)入快速積累時(shí)間早,達(dá)最大值的時(shí)間較中早熟品種提前7～14d。同一品種不同開花日期的鈴纖維素含量變化也有差異,但趨勢(shì)相同(圖2)。用logistics函數(shù)擬合纖維素含量動(dòng)態(tài)變化,擬合度達(dá)顯著或極顯著水平,由纖維素合成進(jìn)程中各特征值表2可見,不同品種類型各開花期棉鈴纖維素合成高峰期一般出現(xiàn)在花后26～33d,較可溶性糖轉(zhuǎn)化高峰期平均晚5～7d,表明前期可溶性糖的大量積累為后期纖維素迅速合成奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。早熟品種各開花期纖維素合成最大值均高于同期中早熟品種;下部果枝鈴高出38.18%,上部果枝鈴高出26.06%。合成持續(xù)時(shí)間隨開花期的推遲、溫度下降而延長(zhǎng),早熟品種較中早熟品種高峰期略早2～3d。2.3棉鈴制對(duì)纖維可溶性糖和纖維素合成的影響經(jīng)鈴期氣象因子與纖維可溶性糖含量和纖維素合成特征值相關(guān)分析表明(表3),對(duì)可溶性糖轉(zhuǎn)化、纖維素合成影響最大的是鈴期溫度;尤其是鈴期最低溫度。結(jié)合表1中新陸早8號(hào)下部果枝與上部果枝比較,在鈴期日均溫由24.41℃降至20.87℃,平均最低溫由17.76℃降至14.03℃時(shí),纖維可溶性糖最大轉(zhuǎn)化速率由1.07%/d降為0.87%/d;而纖維合成速率由2.38%/d降至2.19%/d?？扇苄蕴寝D(zhuǎn)化降低了18.69%,纖維素合成速率下降了7.74%。同時(shí)結(jié)合圖1和圖2,可以看出中棉所35頂部棉鈴在花后45d時(shí),平均溫度16.87℃,可溶性糖為23.12%,而纖維素僅為34.86%。由此說明,溫度對(duì)纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化的影響作用遠(yuǎn)大于纖維素合成,溫度首先影響可溶性糖的轉(zhuǎn)化,進(jìn)而影響纖維素合成。鈴期日照時(shí)數(shù)對(duì)纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化和纖維素合成也有影響,日照時(shí)數(shù)與纖維合成的特征值呈顯著正相關(guān)。纖維中可溶性糖和纖維素含量變化呈極顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.99)。開花早的鈴在發(fā)育前期,溫光條件適宜,具有較多光合產(chǎn)物運(yùn)入棉纖維中,有利于可溶性糖積累和纖維伸長(zhǎng);后期又能快速地把可溶性糖轉(zhuǎn)化成纖維素,使可溶性糖含量迅速降低,纖維素含量迅速增加,保證了外部光合產(chǎn)物源源不斷地向棉鈴中運(yùn)輸。開花晚的鈴尤其是中早熟品種7月21日開花鈴纖維可溶性糖前期低,后期又比開花早的鈴含量高,表明棉花生育后期的低溫一方面阻礙了前期可溶性糖的積累,另一方面也阻礙了后期可溶性糖向纖維素轉(zhuǎn)化,從而會(huì)影響單鈴纖維干物質(zhì)積累量,使纖維品質(zhì)下降。進(jìn)一步說明在新疆棉區(qū)生育后期低溫可能是造成成熟棉纖維內(nèi)糖含量高的主要原因。3對(duì)中早品種的篩選資料表明,棉纖維含糖可分為內(nèi)糖和外糖,外糖是指棉花吐絮后蚜蟲分泌物粘在纖維上的糖分,防止秋蚜危害,能有效降低棉纖維外含糖;內(nèi)糖是指棉纖維內(nèi)存在的糖分。本試驗(yàn)條件下,棉花生育后期,未發(fā)生蚜蟲危害,棉纖維可溶性糖主要是內(nèi)糖。試驗(yàn)表明,無論北疆自育早熟品種或是內(nèi)地引進(jìn)的中早熟品種,棉纖維中可溶性糖含量均在開花后7～14d達(dá)到最大值,隨后迅速下降;纖維素含量增加較可溶性糖晚5～7d,在開花后14d左右開始大量合成,至吐絮期達(dá)最大值。但北疆自育早熟品種棉纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化高峰期較同期開花的內(nèi)地引進(jìn)中早熟品種早,且可溶性糖轉(zhuǎn)化率和纖維素合成的最大值及合成速率也比同期中早熟品種高;纖維中可溶性糖和纖維素含量呈極顯著的負(fù)相關(guān)。鈴期的溫度,特別是最低溫度對(duì)纖維中可溶性糖轉(zhuǎn)化和纖維合成影響最大,且溫度對(duì)纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化的影響遠(yuǎn)大于纖維素合成,后期低溫可能是造成新疆棉纖維內(nèi)糖含量高的主要原因。鈴期日照時(shí)數(shù)與纖維合成的特征值呈顯著正相關(guān)。因此,在生產(chǎn)上,采取措施,使棉鈴發(fā)育時(shí)期與當(dāng)?shù)毓鉄豳Y源最豐富的時(shí)期一致,是提高產(chǎn)量改進(jìn)品質(zhì)的途徑。對(duì)北疆自育早熟與內(nèi)地引進(jìn)中早熟兩類品種,由于鈴期長(zhǎng)短不同,棉鈴發(fā)育期間的溫光氣候生態(tài)因子不同,棉纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化與纖維素合成速率不同。北疆棉區(qū)秋季氣溫下降快,棉株上部鈴纖維可溶性糖轉(zhuǎn)化慢,纖維內(nèi)含糖高。因此,只有選用早熟品種,采取促早熟措施,最大限度地調(diào)節(jié)棉株大量結(jié)鈴期和棉區(qū)光熱資源豐富的時(shí)期相吻合,才能實(shí)