劉愛忠，洪德成，董合林，宋美珍，張 濤，時增凱**，李鵬程，鄭蒼松，孫 淼

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點實驗室，河南 安陽 455000；2.精河縣農(nóng)業(yè)局，新疆 精河 833000)

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料為鉀高效基因型棉花品種遼棉18號、冀棉958，鉀低效基因型棉花品種新棉99B。其中，遼棉18為非轉(zhuǎn)基因早熟品種，生育期120～125 d；冀棉958為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉中熟品種，生育期139 d；新棉99B為轉(zhuǎn)基因抗蟲棉中熟品種，生育期130 d，均由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所種質(zhì)資源庫提供。

供試肥料：尿素(N：46%)、硫酸銨(N：21%)、硝酸鈣(N：11.8%)、重過磷酸鈣(P2O5：42%)、硫酸鉀(K2O：50%)。

供試土壤為土沙混合土(輕壤土︰沙子=1∶1)，含有機質(zhì)5.49 g/kg、全氮0.37 g/kg、速效磷8.3 mg/kg、速效鉀38.0 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

試驗選用3個棉花品種遼棉18、冀棉958、新棉99B，采用黑色厚壁塑料大桶進行栽培試驗，桶高32 cm，桶口內(nèi)徑34 cm，桶底內(nèi)徑32 cm，每桶裝25 kg土沙混合土。設(shè)3個供鉀(K2O)水平，0 g/桶(K0，不供應(yīng)鉀肥，土壤速效鉀含量為38.0 mg/kg)、1.72 g/桶(K1，不充分供應(yīng)鉀肥，土壤速效鉀含量為95.1 mg/kg)、3.44 g/桶(K2，充分供應(yīng)鉀肥，土壤速效鉀含量為152.2 mg/kg)；開花期后追施2種氮素形態(tài)，銨態(tài)氮肥(硫酸銨)、硝態(tài)氮肥(硝酸鈣)，具體施肥情況見表1。共18個處理，每處理重復(fù)12桶，隨機排列。試驗于2015年4月11月在河南省安陽縣白璧鎮(zhèn)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所試驗場防雨棚中進行。4月15日，將基肥拌土施入，4月28日播種，三葉一心時定苗， 7月15日追施含等量純氮的銨態(tài)氮肥和硝態(tài)氮肥，果枝長至12臺左右統(tǒng)一打頂，看墑情和蟲害酌情澆水、打藥，陰雨天關(guān)閉遮雨棚，防止雨水浸入。

表1 不同處理施肥配方 g/桶

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉綠素含量 在追肥前1 d(7月14日)和吐絮期(8月23日)按照處理選取倒2葉，用去離子水洗滌3遍，擦拭干凈，剪去葉脈。用80%丙酮-20%乙醇密封避光浸提48 h，然后用紫外分光光度計測定663、645、475 nm波長處的吸光度值。

1.3.2 碳氮代謝 按照1.3.1所述方法采集葉片，一部分于105 ℃殺青30 min，然后70 ℃烘干至恒質(zhì)量，用機器粉碎后過0.1 mm篩，封閉儲存于聚乙烯自封袋中；另一部分浸入液氮中冷凍1 h，于-40 ℃低溫冰箱中儲存。用蒽酮比色法測定可溶性糖和淀粉含量，間苯二酚顯色法測定蔗糖含量，茚三酮顯色法測定游離氨基酸含量，考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量。

1.3.3 鉀含量 按照1.3.1所述方法采集葉片，105 ℃殺青30 min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，機器粉碎后過0.1 mm篩，烘干后封閉儲存于聚乙烯自封袋中，用混合酸消煮，然后采用火焰光度法測定功能葉中鉀含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel和DPS軟件進行處理分析，采用最小顯著差數(shù)(LSD)法進行差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉質(zhì)體色素含量的影響

由表2可知，與不施鉀肥K0處理相比，施用鉀肥可顯著提高遼棉18功能葉類胡蘿卜素含量；與K0和K1處理相比，K2處理可顯著提高新棉99B類胡蘿卜素含量；不同供鉀水平對冀棉958功能葉類胡蘿卜素含量無顯著影響。總體上，提高供鉀水平對提高棉花初花期功能葉類胡蘿卜素含量有積極作用。不同供鉀水平對棉花初花期功能葉葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量影響不大，處理間差異不顯著。由表3可知，供鉀水平對吐絮期功能葉葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量有顯著影響，隨著供鉀水平的提高功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量逐漸升高，說明提高供鉀水平可延緩葉片衰老，增強棉花生育后期的光合作用。

由表2和表3可知，不同鉀效率基因型棉花品種間葉綠素和類胡蘿卜素含量差別較大，總體上初花期新棉99B功能葉葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素含量最高，其次是冀棉958，遼棉18最低；吐絮期冀棉958功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量最高，其次是新棉99B，遼棉18功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量最低。吐絮期，不同鉀效率基因型棉花品種在不同供鉀水平下葉綠素含量表現(xiàn)不同，與不供鉀肥處理相比，充分供鉀肥條件下遼棉18和冀棉958總?cè)~綠素含量分別增加67.8%和69.4%，而新棉99B功能葉總?cè)~綠素含量增加97.7%。說明鉀高效基因型棉花品種在供鉀水平較低的情況下功能葉也能保持相對較高的葉綠素含量，以維持葉片的正常光合作用。不同鉀效率基因型棉花品種受不同形態(tài)氮肥影響不同，在不供鉀和不充分供鉀條件下，不同形態(tài)氮肥對遼棉18功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量影響不大，無顯著性差異；在充分供鉀肥條件下，追施硝態(tài)氮肥處理遼棉18功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量顯著高于追施銨態(tài)氮肥處理。冀棉958和新棉99B在不同供鉀水平條件下追施硝態(tài)氮肥處理功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量總體上均顯著高于追施銨態(tài)氮肥處理。說明與銨態(tài)氮肥相比，在棉花生長期間追施硝態(tài)氮肥更有利于棉花后期保持功能葉葉綠素含量，延緩葉片衰老。

表2 初花期不同供鉀水平對棉花功能葉質(zhì)體色素含量的影響 mg/g

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一品種不同處理間差異達到5%顯著水平，下同。

表3 吐絮期不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉質(zhì)體色素含量的影響 mg/g

2.2 不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉碳氮代謝的影響

由表4和表5可知，供鉀水平顯著影響棉花初花期和吐絮期功能葉碳氮代謝水平，隨著供鉀水平的提高功能葉片內(nèi)可溶性糖和游離氨基酸含量逐漸降低，而淀粉和可溶性蛋白含量逐漸增加，說明提高供鉀水平可促進淀粉和蛋白質(zhì)的合成。供鉀水平對棉花初花期功能葉蔗糖含量無顯著影響，對吐絮期功能葉蔗糖含量有顯著影響，吐絮期功能葉蔗糖含量隨供鉀水平的提高而逐漸升高。通過方差分析發(fā)現(xiàn)，初花期不同鉀效率基因型棉花品種間功能葉可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白含量存在顯著差異，吐絮期品種間功能葉可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白、游離氨基酸含量均存在顯著差異。氮素形態(tài)對功能葉蔗糖含量無顯著影響，對游離氨基酸和可溶性蛋白含量有極顯著影響；相比銨態(tài)氮肥，總體上追施硝態(tài)氮肥有利于功能葉游離氨基酸和可溶性蛋白的積累。氮素形態(tài)對可溶性糖和淀粉含量的影響較為復(fù)雜，遼棉18功能葉可溶性糖含量受氮素形態(tài)影響不顯著；在不供鉀和不充分供鉀條件下，追施硝態(tài)氮肥有利于冀棉958可溶性糖的積累，追施銨態(tài)氮肥有利于新棉99B可溶性糖的積累；在不供鉀條件下，追施銨態(tài)氮肥處理遼棉18、冀棉958和新棉99B較追施硝態(tài)氮肥處理功能葉淀粉含量分別顯著降低26.4%、24.7%和11.8%，在充分供鉀水平條件下，各品種功能葉淀粉含量受氮素形態(tài)影響較小，差異不顯著。說明在供鉀不足時，追施銨態(tài)氮肥不利于功能葉可溶性糖向淀粉轉(zhuǎn)化。

表4 初花期不同供鉀水平對棉花功能葉碳氮代謝的影響 mg/g

注：K表示供鉀水平， G表示基因型；**和*分別表示顯著性達到 1%和5%水平，下同。

表5 吐絮期不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉碳氮代謝的影響 mg/g

注：NF表示氮素形態(tài)。

2.3 不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉鉀含量的影響

由圖1和圖2可知，供鉀水平對棉花初花期、吐絮期功能葉鉀含量均有顯著影響，功能葉鉀含量隨著供鉀水平的提高而逐漸升高。隨著棉花生長功能葉鉀含量逐漸降低，與初花期相比，吐絮期不供鉀和不充分供鉀處理功能葉鉀含量分別降低64.4%和66.3%，而充分供鉀處理功能葉鉀含量降低39.2%，說明在棉花生育后期功能葉片中鉀元素會向其他器官轉(zhuǎn)移，當(dāng)供鉀不足時葉片鉀含量降低較為嚴(yán)重。追施不同形態(tài)氮肥對棉花吐絮期功能葉鉀含量無顯著影響。不同鉀效率基因型棉花品種間功能葉鉀含量無顯著差異(P>0.05)。

不同小寫字母表示同一品種不同處理之間差異顯著(P>0.05)，下同

圖2 吐絮期不同供鉀水平和氮素形態(tài)對棉花功能葉鉀含量的影響

3 結(jié)論與討論

在初花期功能葉葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量受供鉀水平影響較小，差異不顯著，但在吐絮期功能葉葉綠素和類胡蘿卜素受供鉀水平影響顯著，隨著供鉀水平的提高葉綠素和類胡籮卜素含量逐漸升高，這和前人研究結(jié)果一致[31-34]。在初花期和吐絮期可溶性糖和游離氨基酸含量隨供鉀水平的提高而逐漸降低，淀粉和可溶性蛋白含量隨供鉀水平的提高而逐漸升高，吐絮期功能葉蔗糖含量隨供鉀水平的提高而逐漸升高，這與前人研究結(jié)果一致[17，35-37]。棉花初花期、吐絮期功能葉鉀含量隨著供鉀水平的提高而逐漸升高，這與前人研究結(jié)果一致[38]。

吐絮期，追施銨態(tài)氮肥處理功能葉葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量普遍低于追施硝態(tài)氮肥處理。在水稻和烤煙上的研究表明，單硝態(tài)氮營養(yǎng)較單銨態(tài)氮營養(yǎng)下葉片中葉綠素含量高[24-25]；而Raab等[28]研究表明，銨態(tài)氮增大單位面積中甜菜葉綠素含量。氮素形態(tài)對功能葉蔗糖含量無顯著作用，相比銨態(tài)氮肥，追施硝態(tài)氮肥有利于功能葉游離氨基酸和可溶性蛋白的積累。這與Raab等[28]的研究結(jié)果不同，Raab等[28]研究表明，銨態(tài)氮可增加甜菜可溶性蛋白含量。在不供鉀或不充分供鉀條件下，追施硝態(tài)氮肥有利于增加功能葉淀粉含量，在充分供鉀水平條件下，各品種功能葉淀粉含量受氮素形態(tài)影響較小，差異不顯著。追施不同形態(tài)氮肥對棉花吐絮期功能葉鉀含量無顯著影響。

不同鉀效率基因型棉花品種間功能葉葉綠素和類胡蘿卜素含量不同，這可能是因為葉片的葉綠素含量受品種遺傳特性影響[39]，據(jù)現(xiàn)場觀察，遼棉18葉色較冀棉958和新棉99B淺，且遼棉18生育期較新棉99B和冀棉958短，吐絮期取樣時，遼棉18葉片已經(jīng)開始衰老。不同鉀效率基因型棉花品種在不同供鉀水平下葉綠素含量表現(xiàn)不同，鉀高效基因型棉花品種在供鉀水平較低的情況下功能葉也能保持相對較高的葉綠素含量，以維持葉片的光合作用，這與王寧等的研究結(jié)果相似[17]。不同鉀效率基因型棉花品種功能葉葉綠素含量受不同形態(tài)氮肥影響不同，在棉花吐絮期，遼棉18受氮素形態(tài)影響較小，冀棉958和新棉99B受氮素形態(tài)影響較大。不同鉀效率基因型棉花品種間功能葉可溶性糖、淀粉、游離氨基酸、可溶性蛋白含量存在顯著差異。遼棉18功能葉可溶性糖含量受氮素形態(tài)影響不顯著，在不供鉀和不充分供鉀條件下，追施硝態(tài)氮肥冀棉958可溶性糖含量較高，追施銨態(tài)氮肥新棉99B可溶性糖含量較高。在不供鉀和不充分供鉀條件下，追施硝態(tài)氮肥有利于功能葉淀粉含量的增加；在充分供鉀條件下，各品種功能葉淀粉含量受氮素形態(tài)影響較小，差異不顯著，說明在供鉀不充足時，追施銨態(tài)氮肥不利于葉片中可溶性糖向淀粉轉(zhuǎn)化。不同鉀效率基因型棉花品種間功能葉鉀含量無顯著差異。

本研究結(jié)果表明，提高供鉀水平可增加棉花功能葉鉀含量，提高功能葉葉綠素含量，促進光合產(chǎn)物向淀粉和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化。硝態(tài)氮肥處理有利于維持吐絮期功能葉葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量，預(yù)防早衰。在供鉀不足條件下追施銨態(tài)氮肥不利于葉片中可溶性糖向淀粉轉(zhuǎn)化。受品種遺傳特性的影響，不同鉀效率基因型棉花品種功能葉葉綠素、可溶性糖、淀粉、游離氨基酸、可溶性蛋白含量存在差異，在棉花生育后期鉀高效基因型棉花品種在供鉀水平較低的情況下功能葉能保持相對較高的葉綠素含量，可延緩葉片衰老。

參考文獻:

[1] Amtmann A,Troufflard S,Armengaud P.The effect of potassium nutrition on pest and disease resistance in plants[J].Physiologia Plantarum,2008,133(4):682-691.

[2] 李文嬈,范雨龍,馮世珍,等.水氮耦合對棉花幼苗根冠生長和水分利用效率的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,46(9):18-24.

[3] Sanjay K,Rana N S,Saini S K,etal.Effect of phosphorus and potassium application on growth,yield and quality of sugarcane[J].Indian Journal of Sugarcane Technology,2002,17(2):410-421.

[4] 王旭東,于振文,王東.鉀對小麥莖和葉鞘碳水化合物含量及籽粒淀粉積累的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2003,9(1):57-62.

[5] 李友軍,熊瑛,陳明燦,等.氮、磷、鉀對豫麥50旗葉蔗糖和籽粒淀粉積累的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2006,17(7):1196-1200.

[6] Skaggs T H,Trout T J,Rothfuss Y.Drip irrigation water distribution patterns:Effects of emitter rate,pulsing，and antecedent water[J].Soil Physics,2010,74(6):1886-1896.

[7] Stewart J M,Oosterhuis D M,Heitholt J J,etal.Physiology of Cotton Relation of growth and development to mineral nutrition[M].New York:Springer Publishing,2010:97-105.

[8] 孟祥松.河北威縣棉花的早衰與預(yù)防[J].江西棉花,2008,30(3):30-31.

[9] 高有偉.棉花發(fā)生早衰的原因及防治對策[J].安徽農(nóng)學(xué)通報,2008,14(13):88-89.

[10] Cassman K G,Kerby T A,RobertS B A,etal.Potassium nutrition effects on lint yield and fiber quality of acala cotton[J].Crop Sci,1990,30:672-677.

[11] 張志勇,王清連,李召虎，等．缺鉀對棉花幼苗根系生長的影響及其生理機制[J].作物學(xué)報,2009,35(4): 718-723.

[12] Wang N,Hua H B,Eneji E,etal.Genotypic variations in photosynthetic and physiological adjustment to potassium deficiency in cotton(GossypiumhirsutumL.)[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B:Biology,2012,110:1-8.

[13] 田曉莉,王剛衛(wèi),楊富強,等.棉花不同類型品種耐低鉀能力的差異[J].作物學(xué)報,2008,34(10):1770-1780.

[14] 姜存?zhèn)},高祥照,王運華,等.不同基因型棉花苗期鉀效率差異及其機制的研究[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2005,11(9):781-786.

[15] 陳波浪,盛建東,蔣平安,等.不同棉花品種鉀素吸收利用差異的比較[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2009，15(5)：1154-1159.

[16] 王剛衛(wèi),田曉莉,謝湘毅,等.土壤缺鉀對棉花鉀運轉(zhuǎn)和分配的影響[J].棉花學(xué)報,2007,19(3):173-178.

[17] Xia Y,Jiang C C,Chen F,etal.Differences in growth and potassium use efficiency of two cotton genotypes[J].Communications in Soil Science and Plant Analysis,2011,42(2):132-143.

[18] 李伶俐,房衛(wèi)平,謝德意,等.施氮量對雜交棉干物質(zhì)積累、分配和氮磷鉀吸收、分配與利用的影響[J].棉花學(xué)報,2010,22(4):347-353.

[19] 朱建芬,張永江,孫傳范,等.氮鉀營養(yǎng)對棉花主莖功能葉衰老的生理效應(yīng)研究[J].棉花學(xué)報,2010,22(4):454-359.

[20] 邢竹,申建波,郭建華,等.高產(chǎn)棉花營養(yǎng)吸收規(guī)律及鉀肥效果研究初報[J].土壤肥料,1994(4):26-28.

[21] 趙雙印.施氮對棉花養(yǎng)分吸收規(guī)律及產(chǎn)量品質(zhì)影響的研究[D].烏魯木齊:新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009:11-15.

[22] 鄭德明,姜益娟,王紅葉,等.南疆棉區(qū)雜交棉高產(chǎn)栽培優(yōu)化配方施肥技術(shù)研究[J].棉花學(xué)報,2011,23(4):353-358.

[23] 李存東,董海榮,李金才.不同形態(tài)氮比例對棉花苗期光合作用及碳水化合物代謝的影響[J].棉花學(xué)報,2003,15(2):87-90.

[24] 吳良?xì)g,陳峰,方萍,等.水稻葉片氮素營養(yǎng)對光合作用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1995,28(增刊):104-107.

[25] 郭培國,陳建軍,鄭燕玲.氮素形態(tài)對烤煙光合特性影響的研究[J].植物學(xué)通報,1999,16(3):262-267.

[26] 陳巍,羅金葵,姜慧梅,等.不同形態(tài)氮素比例對不同小白菜品種生物量和硝酸鹽含量的影響[J].土壤學(xué)報,2004,41(3):420-425.

[27] Steingrover E,Woldendorp J,Sijtsma L.Nitrate accumulation and its relation to leaf elongation in spinach leaves[J].Journal of Experimental Botany,1986,37(181):1093-1102.

[28] Raab T K,Terry N.Nitrogen source regulation of growth and photosynthesis inBetavulgarisL[J].Plant Physiol,1994,105:1159-1166.

[29] Rubio F,Nieves-Cordones M, Alemán F,etal.Relative contribution ofAtHAK5 andAtAKT1 to K+uptake in the high-affinity range of concentrations[J].Physiol Plant,2008,134:598-608.

[30] Rubio F,Alemán F,Manuel N,etal.Studies onArabidopsisathak5,atakt1 double mutants disclose the range of concentrations at whichAtHAK5,AtAKT1 and unknown systems mediate K+uptake[J].Physiol Plant,2010,134:598-608.

[31] 李伶俐,房衛(wèi)平,謝德意,等.鉀肥對麥后直播短季棉光合特性和產(chǎn)量品質(zhì)的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(2):48-50.

[32] 馬宗斌,李伶俐,朱偉,等.施鉀對不同基因型棉花光合特性及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2007,13(6):1129-1134.

[33] Lamrani Z,Belakbir A,Ruiz J M,etal.Influence of nitrogen, phosphorus, and potassium on pigment concentration in cucumber leaves[J].Communications in Soil Science& Plant Analysis,1996,27(5):1001-1012.

[34] Oosterhuis D M,Bednarz C W.Physiological changes during the development of potassium deficiency in cotton[J].Plant and Soil,1997,78：347-351.

[35] Pettigrew W T.Potassium deficiency increases specific leaf weights and leaf glucose levels in field grown cotton[J].Agron J,1999,91(6):962-968.

[36] 董合忠,李維江,唐薇,等.棉花生理性早衰研究進展[J].棉花學(xué)報,2005,17(1):56-60.

[37] 張立新,李生秀.水分脅迫下氮、鉀對不同基因型夏玉米氮代謝的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2007,13(4):554-560.

[38] 朱振亞，趙翔，王承華，等．棉花施鉀效應(yīng)研究[J]．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)，2000(1)：25-27．

[39] 張巨松,杜永猛.棉花葉片葉綠素含量消長動態(tài)的分析[J].新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2002,25(3):7-9.