萎锈灵杀菌剂对提高棉花耐低温冷害胁迫能力的影响

周小云，李 进，张军高，刘梦丽，甘恩祥，翟梦华，

王 莉2，杜鹏程2，梁 晶1，雷 斌1

(1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所/农业部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】棉花是新疆的支柱产业，但由于每年播种后频遭不同程度的“倒春寒”影响，导致不同程度的烂种、烂芽、死苗[1]。在生产中通常采用杀菌剂包衣棉种促进出苗、培育壮苗，从而提高田间保苗效果，减少灾害损失。在温度下降较低且持续时间较长的“倒春寒”环境下，生物学效应单一的杀菌剂提高棉花保苗效果仍然不理想。杀菌剂具有高效、低毒、环保等优点，研制具有防病、抗逆、促生等多种生物学效应的棉花杀菌剂，对防灾减灾、农药减施增效具有实际意义。【前人研究进展】有学者对杀菌剂的研究取得重要进展，例如，17.2%吡虫啉·萎锈灵·福美双复合杀菌剂不仅对棉花苗期主要病虫害具有防控作用，而且较常规药剂喷施显著降低化学农药使用量[2]；18.6%拌·福·乙、13%噻虫嗪·咯菌睛·苯醚甲环唑等杀菌剂能够调节冷害胁迫下棉花幼苗生理作用，减轻低温胁迫带来的伤害[3]；25%噻虫·咯菌腈·精甲霜灵等杀菌剂对棉花苗期立枯病、蚜虫等病虫害具有较好防效，安全性好[4]。【本研究切入点】前人针对杀菌剂防病研究较多，但是对杀菌剂提高棉花抗逆促生的生物学效应报道较少。萎锈灵是一种具有内吸作用的杀菌剂，不但可用于防治麦类锈病、棉花立枯病等有较好防效，持效性长，而且可使小麦增产[5-9]。但是，有关萎锈灵杀菌剂对提高棉花耐低温冷害胁迫能力、促进生长效果的研究尚未见报道。研究萎锈灵杀菌剂对棉花耐低温冷害胁迫能力的影响。【拟解决的关键问题】通过分析不同萎锈灵杀菌剂浓度处理在冷胁迫条件下棉种发芽及幼苗生长的影响，研究萎锈灵杀菌剂提高棉花幼苗的抗逆、促生的生理生态机制，筛选提高棉田保苗率的萎锈灵最佳剂量，为萎锈灵杀菌剂应用于棉花生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试棉花品种为新疆北部棉区主栽品种新陆早50号，由新疆农业科学院经济作物研究所提供。萎锈灵购于广东广康生化科技有限公司。基础杀菌剂由新疆农业科学院核技术生物技术研究所自行研制，只包含成膜剂、表面活性剂等杀菌剂非活性助剂成分，不包含杀菌剂、植物生长调节剂等农药活性成分。以裸种子不包衣处理作为空白对照，以基础杀菌剂包衣处理作为参比对照，设置5个萎锈灵浓度梯度分别为4.2%、5.7%、7.2%、8.7%和10.2%，将这些不同处理依次记为CK1、CK2、S1、S2、S3、S4、S5。据以上浓度，将萎锈灵添加到基础种衣剂，配置成不同浓度的萎锈灵杀菌剂，采用人工包衣方法，按药种比1∶100进行种子包衣处理，将包好的棉花种子放在通风干燥处阴干备用。开展室内冷胁迫下种子萌发和田间冷胁迫试验。

1.2 方 法

1.2.1 种子耐低温萌发试验

参照高荣岐等[10]的方法计算发芽率。将经灭菌的沙子(含水量为20%)装入发芽盒内，至厚度5 cm，均匀种入50粒种子后在室内恒温培养箱中进行种子耐低温冷害胁迫试验，分别设置25、18、15和12℃ 4个处理温度，于第12 d统计发芽率，每处理3次重复。其中，25和18℃处理按苗高达4 cm及以上视为正常发芽，而15和12℃处理按芽长超过0.5 cm，颜色为白色、无腐烂的芽为正常发芽。

1.2.2 田间出苗率和保苗效果调查

田间试验采用随机区组设计，设3次重复，共18个小区，小区面积12 m2。在当地正常播种前提下，提前10 d播种，采用机采棉播种配置模式[(10+66+10+66+10)+76 ] cm×13 cm，机力铺膜，手推式播种机播种，每穴播1粒种子，农事管理按当地机采棉大田生产常规管理措施进行。

分别在播种后20 d调查田间出苗情况，于3叶期调查棉花成苗情况，调查时按对角线取样法，每小区随机选3个点，每点选取50穴，分别调查田间出苗数和保苗数。

1.2.3 棉花苗期农艺性状和光合气体交换参数的测定

2019年5月11日，气温11～25℃，5月12日的“倒春寒”，温度降至3～10℃，持续至5月20日，寒流过后第3 d调查棉苗农艺性状，并测定光合气体交换参数指标。

按对角线取样法，在3叶期，每小区随机选3个点，每点选定连续10株，调查其株高、茎粗、鲜重和干重，分析萎锈灵对棉花苗期农艺性状的影响。

采用Li-6400XT型便携式光合仪(美国LI-COR公司)，在3叶期，于晴朗天气上午11:00～12:00测定棉花主茎倒1叶的光合特性，每处理重复3次，取其平均值。光合参数测定：使用LED 2×3型红蓝光源叶室，闭合式气路，叶室温度设为25℃，CO2浓度设为400 μmol/mol，光照度设为1 800 μmol/(m2·s)。光合气体交换参数主要包括胞间净光合速率(Net photosynthetic rate，Pn)、气孔导度(Stomatal conductance，Gs)、胞间二氧化碳浓度(Intercellular CO2concentration，Ci)、蒸腾速率(Transpiration rate，Tr)和气孔限制值(Stomatal limitation，Ls)。其中，气孔限制值(Ls)=1-Ci/Ca，其中：Ci为胞间CO2浓度，Ca为空气CO2浓度，闭合气路下取Ca=400 μmol/mol。

1.3 数据处理

以棉花的发芽率、出苗率、保苗率、农艺性状指标和光合参数等因素作为评价因子。利用SPSS 20.0软件进行主成分分析，并得到相关矩阵的特征根及特征向量累积贡献率，系统默认方差大于1的为主成分，得到第一主成分、第二主成分和第三主成分，其综合评值为F=3.5F1+1.5F2+1.1F3。根据第一主成分、第二主成分和第三主成分与客观权重之积，得到不同浓度萎锈灵对低温胁迫下棉花生长的综合影响评判结果。

数据处理分析采用Microsoft Excel 2010和GraphPad Prism v5.0数据分析软件进行数据统计分析，用平均值和标准差分析结果。

2 结果与分析

2.1 萎锈灵处理对冷胁迫下棉种发芽率的影响

研究表明，在不同低温胁迫条件下，随着温度下降，棉种的发芽率呈下降趋势，不同浓度萎锈灵的下降幅度存在显著差异，其中，8.7%萎锈灵处理的发芽率受影响最大，分别为96.0%(25℃)、90.0%(18℃)、86.0%(15℃)和13.5%(12℃)，分别较空白对照增加7.0%(25℃)、12.0%(18℃)、18.0%(15℃)和20.5%(12℃)，较参比对照，分别增加5.0%(25℃)、9.0%(18℃)、12.0%(15℃)和16.4%(12℃)，差异达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异。图1

2.2 萎锈灵处理对棉田出苗率和保苗率的影响

研究表明，萎锈灵处理后的出苗率和保苗率均高于空白对照和参比对照，不同浓度萎锈灵处理间棉花出苗率和保苗率差异显著，其中，8.7%萎锈灵处理的出苗率和保苗率最高，萎锈灵处理的出苗率较空白对照增加10.1%，较参比对照增加13.0%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异(图2A)；萎锈灵处理的保苗率较空白对照增加9.1%，较参比对照增加13.2%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异(图2B)。图2

图1 不同处理和冷胁迫下棉花种子发芽率的变化
Fig.1 Effect of different treatment on germination rate of seed under chilling stress

图2 不同处理下棉花出苗率和保苗率变化
Fig.2 Effect of different treatments on cotton emergence rate and survival rate

2.3 萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗农艺性状的影响

研究表明，萎锈灵处理对棉花幼苗均有不同程度促进生长、壮苗的生理作用，萎锈灵处理后的棉花幼苗株高、茎粗、鲜重和干重均高于空白对照和参比对照，其中，7.2%萎锈灵处理的效果最好，处理幼苗株高、茎粗、鲜重和干重均增加，较空白对照分别增加8.9%、9.7%、7.4%和25.4%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异；较参比对照分别增加10.8%、10.7%、8.3%和27.5%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异。图3

图3 不同处理和冷胁迫下棉苗农艺性状变化
Fig.3 Effect of different treatments on cotton seedling traits under chilling stress

2.4 萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗叶片光合气体交换参数的影响

研究表明，萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗叶片均有一定的影响。萎锈灵处理的棉苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)均呈现上升的变化趋势，而蒸腾速率(Tr)和气孔限制值(Ls)差异不显著。其中，7.2%萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗叶片光合气体交换参数的影响最大，萎锈灵处理的棉苗叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)分别为4.5、23.4和318.4，较空白对照分别增加11.0%、17.0%和9.0%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异；较参比对照分别增加6.0%、6.0%和5.0%，达显著水平，而CK1与CK2间均无显著差异。表1

表1 不同处理和冷胁迫下棉花幼苗叶片光合参数变化Table 1 Effect of different treatments on photosynthetic parameters of cotton seedling leaves under chilling stress

注: 表中数据为平均数±标准差，小写字母表示处理与空白对照在P<0.05水平差异显著
Note: Data in the table are mean ± SD. Lower case letters indicate there was significant difference between treated and the control (P≤0.05)

2.5 萎锈灵对冷胁迫下棉花耐低温冷害胁迫能力的影响

研究表明，7.2%和8.7%萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗影响的综合评价分别为3.0和2.5，且得分均大于1，萎锈灵处理对冷胁迫下棉花幼苗影响的综合评价分别排在1和2位。而在5.7%和10.2%萎锈灵综合评价分别排在4和3位，且评分均小于1，评分仅为0.8和0.6，4.2%萎锈灵、参比对照和空白对照对冷胁迫下棉花的综合评价分别排在5、6和7位，且评分均负数，评分仅为-0.6、-1.7和-4.6。7.2%萎锈灵处理提高棉花耐低温冷害胁迫能力的综合影响最佳，8.7%萎锈灵处理提高棉花耐低温冷害胁迫能力的综合影响次之。表2

表2 不同处理下棉花耐低温冷害能力综合评价Table 2 Comprehensive effect of different treatments on cotton under chilling stress

3 讨 论

春季低温冷害是新疆棉花生产中常见的逆境环境灾害，种子萌发期遇到低温冷害，常导致棉花种子烂种、烂芽、甚至死苗。研究结果表明，萎锈灵杀菌剂处理后对冷胁迫下棉种发芽率、出苗影响较大，与空白对照和参比对照相比，萎锈灵各包衣处理的棉种发芽率、出苗率、株高、茎粗、棉苗鲜重及干重均有不同程度的增加，萎锈灵对冷胁迫条件下棉种出苗具有促进作用，这与李星星等[3]研究结果一致。但是，不同的种衣剂药剂成分和含量对不同作物的生长发育影响也不尽相同。许海涛等[11]研究表明，20%福·克悬浮种衣剂促进玉米地上部生长和植株的抗倒能力增强。李纪白等[12]的研究也表明，经20%克百威·福美双种衣剂和27%克百威·吡虫啉·福美双种衣剂处理后，玉米苗期的株高、根长、鲜重、叶面积均有不同程度的增加，但干重变化不大。研究发现，萎锈灵配制的种衣剂包衣棉花，适量能增加棉花的株高、茎粗和干鲜重，但当萎锈灵剂量过高时会抑制棉花的生长发育，随着萎锈灵剂量的增加，棉苗株高、茎粗、干鲜重有降低趋势，这与王汉芳等[13]报道的高浓度戊唑醇包衣春小麦后对根的影响比较大，根的长度、数量、干重和鲜重都会降低的结论基本一致。

光合作用是棉花体内十分复杂的生理生化过程，棉花耐低温冷害胁迫也依赖于叶片光合速率的提高。试验结果表明，萎锈灵杀菌剂处理可以增强棉花叶片的光合能力，维持高净光合速率时间较长，有利于光合产物的积累，萎锈灵可以诱导内部调节产生有利于耐低温冷害胁迫能力提高的应激性反应。这与李星星等[14]研究结果一致。这是因为萎锈灵在保护和维持了冷胁迫下棉花叶片的功能结构发挥了重要作用，调节气孔开度以及光合作用的功能，诱导所吸收光合能量合理分配，维持冷胁迫下光合器官对光能的正常吸收、捕获、转化状况，为周围其他细胞提供了物质和能量基础，在一定程度上减轻细胞膜在冷胁迫下遭受的伤害，增强了细胞的保水和持水能力，增强对冷胁迫下棉花幼苗的保护作用，这可能是光合速率提高后，棉苗长势良好，改变了棉苗体内一些生理变化所致。其提高棉苗耐低温冷害胁迫能力生理机制、分子机制尚待进一步深入研究。

植物受到冷胁迫后，将通过复杂的生理生态的调控机制来保护机体，减少损伤，其耐受性受本身遗传特性、生理构造及形态学指标的综合影响，不同物种对冷胁迫的反应也不同[15]。因而，难以用单一指标来评价其对棉花耐低温冷害胁迫的影响，只有通过对多项指标的综合评价，才能客观地反映出棉花的抗性。

4 结 论

4.1 萎锈灵杀菌剂处理棉种，与空白对照和参比对照比较，不仅提高室内棉花种子发芽率和田间出苗率，增强田间保苗效果，而且提高棉花幼苗叶片净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度，调节光合作用，促进棉花生长、壮苗，尤其对株高、茎粗和干物质积累有显著效果，提高了棉花幼苗耐低温冷害胁迫的能力。

4.2 以低温胁迫下棉花的各指标作为评价因子，进行棉花生长的综合影响评价。在7.2%和8.7%萎锈灵对棉花的综合评价分别排在1和2位，且评分均大于1；而在4.2%、5.7%和10.2%萎锈灵对棉花的综合评价分别排在5、4和3位，且评分均小于1。

4.3 不同的萎锈灵浓度处理的结果也存在差异，其中7.2%萎锈灵处理提高棉花幼苗耐低温胁迫能力的综合效果最好，其次为8.7%萎锈灵。