种植密度与打顶时间对短果枝棉源库特性及光合碳生产的影响

《Journal of Cotton Research》：Effects of planting density and topping time on the source-sink tributes and photosynthetic carbon production in short-fruiting branch cotton

　　

短果枝棉（SFBC）主茎生长正常，但果枝生长因短缩的合轴节间（2–5 cm）而受限，使其适宜于高密度种植制度。增加植物群体密度（PPD）结合晚打顶（LT）已被证明可提高SFBC产量，但其潜在生理机制仍不清楚。研究人员采用SFBC品系P4D，于2023年和2024年研究了盛花期（PF）至吐絮期（BO）期间顶端向下第四主茎叶的源库属性动态和叶片碳代谢。试验采用两水平PPD（LD：5.33株·m^?2，HD：8株·m^?2）和两水平打顶时间（ET：早打顶，保留10个合轴分枝；LT：晚打顶，保留15个合轴分枝）的析因设计。与其他三种组合相比，HD与LT的组合（HDLT）通过提高生物产量和铃密度获得了更高的皮棉和籽棉产量。在PF至BO阶段及两个年度的平均值中，HDLT的叶面积指数（LAI）和单位土地面积生殖生物量（RBGA）均最高，LAI较其他处理增加46.30%–78.52%，RBGA增加6.77%–40.18%。此外，HDLT表现出最低的单位叶面积生殖生物量（RBLA），降低幅度为15.20%–42.74%。上述结果表明，在四种处理中，HDLT具有最强的源、库强度和最强的抗衰老能力。与ET相比，LT提高了腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和蔗糖磷酸合酶（SPS）的活性，进而提高了两年PF至BO阶段的叶片淀粉和总非结构性碳水化合物（TNC）浓度。相对于HD，LD表现出更高的淀粉和TNC水平。因此，LT与LD的组合（LDLT）实现了最高的淀粉和TNC浓度，HDLT次之。HDLT可通过同时增强源库能力、延缓叶片衰老和提高碳生产能力来实现较高的棉花产量。对于SFBC，增加种植密度并配合晚打顶是中国江西省及其他相似生态区可持续棉花生产的有前景的替代方案。

短果枝棉（SFBC）主茎生长正常，但果枝因短缩的合轴节间（2–5 cm）而水平扩展受限，适于高密度种植。棉花具有无限生长习性，生产上常需通过缩节胺（MC）化学调控塑造紧凑株型以利于密植，但该方法成本较高且效果受基因型、天气和剂量等因素影响。合理密植和适时打顶是协调棉花群体与个体、营养与生殖生长的重要农艺措施。高密度可提高铃密度和生物产量，但过度密植会加剧竞争，导致蕾铃脱落；早打顶易诱发衰老，晚打顶则可能因新生器官消耗养分而影响有效产量。源库平衡对棉花高产至关重要，源库失衡会导致早衰或晚熟。前期研究发现，SFBC采用高种植密度结合晚打顶具有明显产量优势，但其生理机制尚不清楚。为此，研究人员以SFBC品系P4D为材料，于2023年和2024年在江西农业大学农业科技园（酸性红壤）开展田间试验，旨在明确种植密度和打顶时间对源库动态和叶片碳生产的影响。该研究发表于《Journal of Cotton Research》。

试验采用随机完全区组设计，设低密度（LD，5.33株·m^?2）和高密度（HD，8株·m^?2），以及早打顶（ET，留10个合轴分枝）和晚打顶（LT，留15个合轴分枝）共四种组合。在盛花期（PF）、盛铃期（PB）和吐絮期（BO）取样测定叶面积指数（LAI）、单位土地面积生殖生物量（RBGA）、单位叶面积生殖生物量（RBLA），并分析顶端第四主茎叶中非结构性碳水化合物（蔗糖、己糖、淀粉和总非结构性碳水化合物TNC）含量及蔗糖合酶（SuSy）、蔗糖磷酸合酶（SPS）、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（AGPase）和核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）活性，成熟期测定产量及构成因子。样本来源为江西农业大学农业科技园，品种为P4D，两年田间试验。

**产量与产量构成**：种植密度和打顶时间显著影响籽棉产量、皮棉产量和生物产量，且二者互作显著影响生物产量和收获指数。与LD相比，HD使铃密度、籽棉产量、皮棉产量和生物产量分别提高27.49%、6.59%、8.59%和43.33%，但收获指数降低11.54%。LT较ET使籽棉、皮棉和生物产量显著提高13.05%、10.28%和24.08%。四种组合中，HDLT的籽棉、皮棉和生物产量最高，较其他组合皮棉产量提高11.85%–19.42%。这表明HDLT通过提高生物产量和铃密度实现增产。

**库源指标**：LAI随密度增加和打顶推迟而增大。HDLT在生育中后期LAI显著高于其他处理，两年平均增加46.30%–78.52%。RBGA方面，HDLT在吐絮期最高，较其他组合提高6.77%–40.18%。而RBLA在HDLT中最低，降低15.20%–42.74%。这说明HDLT具有最强的源（LAI）和库（RBGA）强度，同时源库比（RBLA）最低，有利于延缓叶片衰老。方差分析表明，密度和打顶时间及互作对各生育期源库指标有显著影响。

**非结构性碳水化合物浓度**：晚打顶（LT）显著提高了PF至BO阶段叶片淀粉和TNC浓度，而高密度（HD）则使淀粉和TNC水平降低。四种组合中，LDLT的淀粉和TNC浓度最高，HDLT次之。与ET相比，LT处理在两年中均表现出更高的淀粉和TNC浓度，这与LT提高了叶片碳同化产物积累有关。密度效应方面，LD较HD具有更高的淀粉和TNC水平，这可能与HD下群体竞争加剧、叶片光合产物向生殖器官分配更多有关。

**碳水化合物代谢酶活性**：LT显著提高了PF至BO阶段SPS和AGPase活性，尤其是在吐絮期。HDLT在处理间表现出最高的AGPase活性，而LDLT的SPS活性最高。Rubisco活性受密度和打顶时间影响，在吐絮期HDLT活性最高。SuSy活性在早期以HDLT较高，后期以LDLT较高。这些酶活性的变化与叶片淀粉和TNC积累趋势部分一致，表明LT通过增强碳代谢酶活性促进光合碳生产。

讨论指出，HDLT的增产源于源库强度的协同提高。高密度增加了单位土地面积的铃数和叶面积，晚打顶保证了后期足够的源叶数量和功能期。同时，HDLT的源库比（RBLA）最低，意味着单位叶面积负担的生殖器官较少，有利于维持光合能力和延缓叶片衰老。LT通过上调SPS和AGPase活性促进蔗糖合成和淀粉积累，从而增强叶片碳生产。此外，江西地区棉花生长后期光温资源充足，晚打顶可充分利用热量资源，促进晚生铃正常成熟。因此，高密度结合晚打顶是适用于SFBC的高产栽培途径。

结论：SFBC中高种植密度结合晚打顶（HDLT）较其他三种组合获得更高的皮棉和籽棉产量，其表现为PF至BO阶段平均LAI和RBGA最高、RBLA最低。与ET相比，LT提高了AGPase和SPS活性，从而提高了两年中PF至BO阶段顶端第四主茎叶的淀粉和TNC浓度；与HD相比，LD具有更高的淀粉和TNC水平。因此，LDLT实现了最高的淀粉和TNC浓度，HDLT次之。总之，HDLT通过同时增强源库能力、延缓叶片衰老和提高碳生产能力实现棉花增产。对于SFBC，增加种植密度并结合晚打顶是中国江西省及相似生态区可持续棉花生产的有前景的栽培措施。