彩色棉是天然纤维带有色彩的生态棉,其在加工过程中无需染色等环节,符合现代社会对环保的要求。磷素是植物必须的大量无机营养元素,是植物的重要组分。研究彩色棉与白棉产量品质差异的机理及其对磷素利用状况对于促进彩色棉的高产及品质栽培的推广具有重要意义。本项研究针对彩色棉产量品质较低的现状,以4种纤维颜色不同的棉花品种为材料,研究彩色棉与白棉在不同磷素水平条件下产量品质差异及其生长发育特点、生理生化代谢机制、光合能力差异、干物质积累及养分分配等内容,主要研究结果如下:1.水培条件下,以彩棉品种中棉所51(浅棕)、中棉所81(深棕)、中棉所82(深绿)和普通白棉品种国欣3为材料,研究3个不同的磷素(无磷0 mmol·L-1KH2P2O5,低磷0.5 mmol·L-1 KH2P2O5,适磷1 mmol·L-1KH2P2O5)水平对不同棉花品种苗期根系形态、根冠比、叶片生理活性的影响。结果表明:低磷显著提高了棉花总根长和根表面积,在处理后10天,棉花总根长、根表面积、根体积、根冠比均以白棉提高的最多,在处理后20天则以浅棕棉提高的最多;无磷胁迫下,白棉和深棕棉在处理后20 d根系生长受到的抑制程度相比于处理后10 d加重,而其他品种则随着胁迫时间的延长,抑制程度减轻。在处理后20天,白棉主茎叶叶绿素(a+b)含量、叶绿素a/b值、POD、SOD活性、光饱和点、最大净光合速率随着磷素水平的降低逐渐降低;浅棕棉主茎叶叶绿素a/b值、脯氨酸含量、SOD活性、光饱和点在低磷胁迫下均得到显著提高;深棕棉和深绿棉主茎叶叶绿素a/b值、脯氨酸含量、MDA含量在低磷胁迫下显著提高,深棕棉光饱和点也得到显著提高。无磷显著降低了各个品种叶绿素(a+b)含量、叶绿素a/b值、POD、SOD活性、最大净光合速率,脯氨酸含量也得到了显著提高。低磷处理后20天,棉花总根长、根冠比与地上部指标无显著相关性;根表面积与叶绿素a/b值显著正相关;根体积与主茎叶叶绿素(a+b)含量、可溶性糖含量、光饱和点显著正相关,与最大净光合速率显著负相关;叶绿素(a+b)含量与可溶性糖、光饱和点、最大净光合速率显著正相关。说明苗期白棉对短期磷素胁迫的适应调节能力最强,但是不耐长期磷素胁迫;浅棕棉和深绿棉能耐受长期的磷素胁迫,以浅棕棉耐受能力最强,为磷高效品种;深棕棉对磷素胁迫的耐受力居中。2.在大田试验条件下,研究不同基因型(纤维颜色)棉花品种在施磷和不施磷条件下棉花产量品质、形态特征、生理生化特征、干物质积累与分配的差异,结果表明:在施磷条件下,浅棕棉单株结铃数和单铃重最高,籽棉产量最高;虽然白棉单株结铃数与深棕棉和深绿棉差异不大,但是其单铃重较高,使得其籽棉产量也较高。这是不同基因型棉花籽棉产量产生差异的直接原因。通过对与产量构成因素显著相关的脱落率和干物质积累的调查发现,深绿棉脱落率显著高于其他品种,浅棕棉脱落率最低,白棉与深棕棉差异不大;白棉干物质积累总量和生殖器官分配率显著高于深色彩棉品种,浅棕棉干物质积累总量和生殖器官分配率与白棉差异不大。说明深色彩棉干物质总积累量少,营养生长过旺使得产量器官分配率过低。本研究还表明,吐絮中期时主茎叶生理活性与单铃重、生殖器官分配率、脱落率显著相关,各品种主茎叶POD活性、SOD活性、可溶性蛋白质含量的差异表现为:浅棕棉>白棉>深棕棉>深绿棉,MDA含量则以深绿棉最高。说明在棉花结铃后期,不同基因型品种间主茎叶保护酶系统活性的差异能导致产量和干物质积累发生变化,浅棕棉由于在该时期主茎叶叶绿素含量和保护酶系统活性最高,使得其叶片生理活性较高,而深色彩棉品种由于保护酶系统活性差,叶片膜结构受到影响,不利于光合产物的积累。同时,主茎叶GA3、ZR、IAA含量也与棉花单铃重和脱落率显著相关。浅棕棉主茎叶ZR、IAA含量最高,白棉次之,深绿棉含量最低。不同品种氮、磷、钾养分积累情况表现出与内源激素类似的规律。说明不同品种叶片内源激素含量的差异会导致棉花干物质积累强度不同,进而影响养分的积累。在棉花纤维上半部平均长度、断裂比强度、整齐度上,浅棕棉最高,白棉次之,深绿棉最低;深绿棉马克隆值达到A级,白棉仅仅为C级。浅棕棉三桃比例较合理,白棉和深色彩棉伏前桃比例均较低,但是白棉伏桃比例高于深色彩棉。说明彩棉品种晚发的特点使得其三桃比例较不合理,影响了其整体纤维品质。对不同品种棉铃的养分状况进行分析发现:白棉和浅棕棉棉铃氮、磷、钾养分含量最高,深绿棉最低,这就影响了棉铃在发育过程中养分供给。通过对不同品种同日铃各器官生理活性的研究发现:深色彩棉品种在纤维发育各个时期铃壳、铃籽、棉纤维中GA3、ZR、IAA含量低于白棉和浅棕棉,且ABA含量较高,这就不利于纤维细胞的初生壁形成以及纤维素在次生壁的累积。同时,深色彩棉品种在花后10 d时棉籽MDA含量显著高于白棉,铃壳和棉籽POD、SOD活性较白棉低,这就会影响纤维细胞在初生壁形成时非纤维素的糖类物质的累积,影响纤维初生壁的形成;在棉花纤维发育后期,深绿棉品种铃壳、棉籽相对较差的保护酶系统活性促进了色素物质想纤维次生壁的沉积,但是色素类物质会竞争纤维素合成所需的碳水化合物,从而使得纤维成熟度、整齐度下降。在研究棉纤维中纤维发育相关酶活性和纤维素累积特性时发现,白棉和浅棕棉β-1,3-葡聚糖酶和蔗糖合酶活性显著高于深色彩棉;且白棉和浅棕棉纤维素快速累积持续时间较深色彩棉品种长,纤维素快速累积开始期早,纤维素最大累积速率较平缓。这就促进了纤维素在棉纤维的均匀累积,同时较高的纤维发育相关酶活性能较多的为纤维素合成提供底物物质。本试验条件下,不施磷对棉花纤维品质未造成显著影响,但是对棉花三桃比例及产量有影响。不施磷显著提高了常规彩棉品种伏前桃数量和比例,并降低了秋桃比例,伏桃比例也得到一定提高。说明常规彩棉品种在不施磷土壤磷素水平下早发,生殖生长提前。同时低磷还降低了白棉和浅棕棉的总果节数,提高了浅棕棉的脱落率,这就使得浅棕棉单株结铃数降低。各品种叶面积指数在低磷条件下均下降,在盛蕾期时以白棉降低的最多,在盛铃期时以深棕棉降低的最多。说明白棉在面对低磷胁迫的调节作用在盛蕾期时已开始下降。不施磷还降低了棉花干物质积累总量和根冠比,白棉和浅棕棉生殖器官分配率也降低,而深色彩棉品种生殖器官分配率则在低磷条件下得到提高。说明深色彩棉品种在不施磷土壤磷素水平下促进了干物质向棉铃的分配。在棉花生长前期,低磷诱导了主茎叶保护酶系统活性提高,减轻了胁迫的影响,同时还使得ABA和IAA浓度增加,降低了叶片光合能力。在棉花生长后期,低磷使得白棉POD、SOD活性显著下降,除浅棕棉外的其他品种MDA含量显著提高。同时叶片内GA3、ZR、IAA浓度降低,ABA含量增加。说明低磷会诱导棉花早衰,进而影响产量的形成。