摘要: 目的：分析不同甲哌鎓施用剂量与芸苔素内酯进行复配对棉花生长发育及产量的影响，以期为长江流域夏播短季栽培棉花筛选出最优的甲哌鎓施用剂量及复配组合，并为长江流域棉花夏播短季栽培提供理论指导。方法：以杂交棉ZHM19为试验材料，设置甲哌鎓用量为150、210、270 g/hm
2三个用量梯度的D1、D2和D3处理以及在甲哌鎓三个用量梯度中分别复配21 g/hm
2芸苔素内酯的D1B、D2B和D3B处理，研究复配处理对棉花生长发育和产量的影响。结果：甲哌鎓复配芸苔素的处理D1B/D2B/D3B较单施甲哌鎓的处理D1/D2/D3，对棉花株高有更强的抑制作用，同时对棉花茎粗和叶片SPAD值有一定的促进作用，复配有利于塑造棉花合理的株型结构，提高植株叶绿素的相对含量，单株铃数在中等浓度复配中表现最高，为16.09个，单铃重则表现为在高浓度复配中最高，为5.76 g。结论：籽棉产量以D2B (210 g/hm
2 DPC + 21 g/hm
2 BR)处理最高，达到7191.16 kg/hm
2，以D1 (150 g/hm
2 DPC)处理产量最低，仅为5364.63 kg/hm
2。
Abstract: Objective: To analyze the effects of different application rates of mepiquat combined with brassinolide on cotton growth, development, and yield. This study aims to identify the optimal mepiquat application rate and combination for summer-sown short-season cotton cultivation in the Yangtze River Basin, providing theoretical guidance for cotton production in this region. Methods: Hybrid cotton ZHM19 was used as experimental material. Three methiocarb application rates (150, 210, and 270 g/hm2) were established as treatments D1, D2 and D3. Additionally, three methiocarb application rates were combined with 21 g/hm2 of brassinolide in each treatment. 270 g/hm2 D1, D2 and D3, and supplemented with 21 g/hm2 brassinolide in each of the three mepiquat concentration treatments (D1B, D2B and D3B). The effects of these combined treatments on cotton growth, development, and yield were investigated. Results: Compared to the D1/D2/D3 treatments with methiocarb alone, the D1B/D2B/D3B treatments combining methiocarb with brassinolide exhibited stronger suppression of cotton plant height. Simultaneously, they promoted stem thickness and leaf SPAD values. The combination treatment helped shape a reasonable plant architecture and increased the relative chlorophyll content. The number of bolls per plant peaked at 16.09 under the medium-concentration combination treatment, while the weight per boll reached its highest at 5.76 g under the high-concentration combination treatment. Conclusion: Lint yield was highest in the D2B treatment (210 g/hm2 DPC + 21 g/hm2 BR), reaching 7191.16 kg/hm2, while the lowest yield was observed in the D1 treatment (150 g/hm2 DPC), at only 5364.63 kg/hm2.
1. 引言
棉花(Gossypium hirsutum L.)是天然的工业纺织原料，是我国重要的经济战略作物[1]。我国棉花生产总产量达到了世界棉花生产比重的30% [2]，但在长江流域棉区仍面临着机械化与轻简化进程缓慢的困境[3]。通过增加密度、控制肥水、化学调控及适时催熟，来塑造理想的群体结构，从而提高成铃率，达到高产稳产的目的，是实现长江流域棉花生产机械化的重要保证[4]。其中，化学调控是为了解决棉花“无限生长”所造成的营养生长与生殖生长之间的矛盾，通过尽可能多地将养分运输转移至生殖器官，从而保证棉花优质和高产[5]。目前棉花主要施用的化学调控剂为甲哌鎓(Mepiquat chloride，又称缩节胺/DPC)，前人研究表明，甲哌鎓作为生长调节剂喷施在玉米、棉花等作物上能有效地防止徒长，塑造理想株型，提高田间透光，从而增强下部冠层光照[6] [7]；用量增加，能有效控制了叶面积，提高了总铃数，同时增加叶绿素含量，延缓叶片衰老，提高叶片光合速率[8] [9]，但是单一喷施甲哌鎓对产量效果不一致，Tung S A等[10]研究发现，棉花植株使用甲哌鎓后显著减少了棉花生殖器官的生物量；而刘翠[11]研究发现，甲哌鎓处理的棉花植株较对照处理，籽棉产量和皮棉产量得到了显著提升。由此我们将甲哌鎓进行复配期望解决这一问题。芸苔素内酯(Brassinolide，简称BR)作为一种植物内源调节剂，它具有促进植物生长，提高植物抗逆、抗病的能力，改善植物生长品质的功能[12]，前人研究大多以甲哌鎓和复硝酚钠、萘乙酸钠和芸苔素内酯复配之间作比较，单一化学生长调节剂在不同甲哌鎓剂量间的响应在长江流域研究较少。本研究目的为了在甲哌鎓施用不同剂量的基础上，通过与芸苔素内酯进行复配，研究其对棉花各项生长发育指标及产量指标的影响，以期为长江流域夏播短季栽培棉花筛选出最优的甲哌鎓施用剂量及复配芸苔素内酯的组合，并为长江流域棉花夏播短季栽培提供理论指导。
2. 材料与方法
2.1. 材料
供试棉花品种：ZHM19 (由湖南农业大学棉花研究所提供)为转抗虫基因中熟杂交棉品种，系长江流域棉区推广种植品种。
2.2. 供试试剂
本试验所用植物生长调节剂为甲哌鎓(DPC，有效含量98%的可溶粉剂，四川润尔科技)与芸苔素内酯(BR，有效含量0.15%的可溶粉剂，郑州银海化工)。二者均以原药形式在试验前现称现配，并通过背负式电动喷雾器对棉花植株实施人工叶面喷施。
2.3. 试验地点与时间
本试验于2025年在湖南省长沙市浏阳沿溪镇(28°18′N, 113°49′E)进行田间试验。该试验点为亚热带季风湿润气候，雨量和光热资源丰富，2025年浏阳试验点棉花试用点棉花生育期间日降雨量及日平均气温(见图1)。各试验点起始前表层土壤(0~20 cm)土壤基础养分(见表1)。
Figure 1. Daily temperature and precipitation during the cotton growth period at the Liuyang test site in 2025
图1. 2025年浏阳试验地棉花生育期内每日温度和降水量
Table 1. Soil nutrients of 0~20 cm in test site
表 1. 试验地0~20 cm土壤基础养分
试验地点 Test site |
酸碱度 pH |
全氮 Total nitrogen (g∙kg−1) |
全磷 Total phosphorus (g∙kg−1) |
全钾 Total potassium (g∙kg−1) |
有机质 Organic matter (g∙kg−1) |
长沙 Changsha |
5.29 |
0.195 |
0.820 |
19.5 |
32.0 |
2.4. 试验设计
本试验在湖南农业大学棉花研究所前人研究基础上，采用随机区组设计，设置甲哌鎓用量为150、210、270 g/hm2三个用量梯度处理和在甲哌鎓三个用量梯度中复配21 g/hm2芸苔素内酯的复配处理，为D1 (150 g/hm2 DPC)、D2 (210 g/hm2 DPC)、D3 (270 g/hm2 DPC)、D1B (150 g/hm2 DPC + 21 g/hm2 BR)、D2B (210 g/hm2 DPC + 21 g/hm2 BR)、D3B (270 g/hm2 DPC + 21 g/hm2 BR)共6个处理，重复3次(见表2)，6行区种植，小区面积22.5 m2 (4.5 m × 5 m)，行距76 cm，株距15 cm，密度为6000株/亩。5月23日播种，播种后全田喷施芽前除草剂封闭，6月10日间苗达到所需密度，7月5日一次性施入复合肥(N、P2O5、K2O质量比为19:9:19) 750 kg/hm2，8月15日人工打顶，9月19日喷施脱叶催熟剂。试验中播种、除草、打顶、收获均采用人工方式。
Table 2. Dosage of mepiquat chloride and design of compounding experiment (g/km2)
表2. 甲哌鎓用量与复配试验设计(g/km2)
处理 |
现蕾初期 |
盛蕾初花期 |
花铃盛期 |
打顶后 |
D1 |
DPC15 |
DPC30 |
DPC45 |
DPC60 |
D2 |
DPC30 |
DPC45 |
DPC60 |
DPC75 |
D3 |
DPC45 |
DPC60 |
DPC75 |
DPC90 |
D1B |
DPC15BR3 |
DPC30BR4.5 |
DPC45BR6 |
DPC60BR7.5 |
D2B |
DPC30BR3 |
DPC45BR4.5 |
DPC60BR6 |
DPC75BR7.5 |
D3B |
DPC45BR3 |
DPC60BR4.5 |
DPC75BR6 |
DPC90BR7.5 |
2.5. 调查内容及方法
于第一次施药前在各小区中间行标记生长整齐一致的5株棉株，分别在施药后第15 d、施药后第30 d、施药后第45 d、施药后第60 d和施药后第75 d进行测定。
株高：选用米尺测定5株定点棉花的株高，测量地面到主茎生长点(打顶后为主茎顶端)的距离。
茎粗：使用50分度格游标卡尺，精度0.01 mm，统计定点5株棉花子叶节上部1 cm处的棉株主茎直径。
SPAD值：在上述5个时期使用SPAD-502 PLUS便携式叶绿素测定仪，测定标记5株棉花倒4叶(打顶后为植株顶部最大叶片)的相对叶绿素含量。
产量：在成熟期每小区中间行选取具有代表性的连续10株棉花调查单株铃数，随后进行分小区收花，每小区采摘上部、中部和下部完全吐絮棉铃各10朵并混合收集，测定单铃重，最后计算籽棉产量。
2.6. 数据处理与分析方法
使用Excel 2010进行数据统计，运用SPSS 27.0.1软件进行数据分析，采用LSD最小显著差数法进行多重比较，通过Origin2024软件进行图形的绘制。
3. 结果与分析
3.1. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对夏播短季栽培棉花株高的影响
随着喷施药剂时间的推移，在首次施药后的30 d内生长速率达到峰值，随后在30 d至45 d期间，棉花株高的生长速率逐渐减缓，45 d至60 d由于进行人工打顶，此后株高基本停止增长(见图2)。在不同甲哌鎓用量处理下，株高随甲哌鎓用量的增加表现出下降的趋势，在施药后15~75 d株高始终表现为D1 > D2 > D3和D1B > D2B > D3B，施药后75 d，D1处理的最终株高比D2和D3高出了8.28%和18.24%，D1B处理的最终株高比D2B和D3B高出了7.01%和16.17%。在相同甲哌鎓用量处理下添加等量的芸苔素内酯，在施药后15~75 d，各复配处理的株高普遍低于单施甲哌鎓处理，施药后75 d，复配处理的D1B/D2B/D3B较D1/D2/D3的最终株高降低了3.06%、1.91%和1.35%，复配处理较单施处理间无显著差异性。各处理间最终株高表现为D1 > D1B > D2 > D2B > D3 > D3B。表明高浓度甲哌鎓处理对棉花株高抑制作用大于中低浓度，同时在相同浓度中复配芸苔素内酯对抑制棉花株高有增强作用。
Figure 2. Effect of metribuzin combined with brassinolide on plant height of cotton
图2. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对棉花株高的影响
3.2. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对夏播短季栽培棉花茎粗的影响
各处理在首次施药后的15 d到45 d茎粗的增长速率最快，其后棉花植株由营养生长转向生殖生长，60 d到75 d茎粗增长速率逐渐减缓，且在施药后15~30 d各处理间无显著差异性，施药后45~75 d各处理间差异性明显(见图3)。在不同甲哌鎓用量处理下，茎粗随甲哌鎓用量的增加表现出升高的趋势，各处理在施药后15~75 d株高始终表现为D3 > D2 > D3和D3B > D2B > D1B (除施药后第30 d的D1B处理)，施药后75 d，D3处理的最终茎粗比D1和D2高出了13.51%和10.47%，D3B处理的最终茎粗比D1B和D2B高出了13.24%和8.45%。在相同甲哌鎓用量处理下添加等量的芸苔素内酯，第75 d，在不同甲哌鎓浓度中添加芸苔素的处理(D3B/D2B/D1B)的茎粗较不添加芸苔素处理(D3/D2/D1)的茎粗分别提升2.98%、4.89%、3.22%。其最终茎粗表现为D3B > D3 > D2B > D1B > D2 > D1，分别为14.88 mm、14.45 mm、13.72 mm、13.14 mm、13.08 mm和12.73 mm。表明随甲哌鎓浓度的升高，棉花植株茎粗随之增加，同时复配芸苔素内酯的处理较单施甲哌鎓的处理能更好促进棉花茎粗的增加。
Figure 3. Effect of metribuzin combined with brassinolide on stem diamater of cotton
图3. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对棉花茎粗的影响
3.3. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对夏播短季栽培棉花SPAD值的影响
Figure 4. Effect of metribuzin combined with brassinolide on SPAD value of cotton
图4. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对棉花SPAD值的影响
各处理叶片SPAD值随施药时间的推移呈先上升后下降的趋势，各处理在施药后第45 d达到峰值，在施药后50~75 d棉花叶片SPAD值有所回落(见图4)。在不同甲哌鎓用量处理下，叶片SPAD值随甲哌鎓用量的增加表现出升高的趋势，基本呈现出D3 > D2 > D3和D3B > D2B > D1B，施药后第30 d，单施甲哌鎓处理差异性显著，D3处理的叶片SPAD值较D1处理的叶片SPAD值提高13.83%，在施药后第60 d，甲哌鎓复配芸苔素内酯的处理差异性显著，D3B处理的叶片SPAD值较D1B处理的叶片SPAD值提高6.6%，其他时期不同甲哌鎓用量处理下，单施甲哌鎓处理和复配处理无差异性不显著。在相同甲哌鎓用量处理下添加等量的芸苔素内酯，各处理叶片SPAD值基本呈现出D1B > D1、D2B > D2和D3B > D3的趋势，各处理全期平均叶片SPAD值表现为D3B > D3 > D2B > D1B > D2 > D1，分别为53.9、53.8、53.2、52.1、51.5、50.6。表明增加甲哌鎓的浓度可以提高叶片SPAD的数值，提高叶片叶绿素含量，同时甲哌鎓复配芸苔素内酯较单施甲哌鎓，有利于增强这一效果。
3.4. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对夏播短季栽培棉花产量及产量因素的影响
各处理间棉花单株铃数、单铃重和籽棉产量存在显著性差异。在不同甲哌鎓浓度下，单株铃数表现为先升高后降低的趋势，中浓度处理的D2和D2B高于低和高浓度下的甲哌鎓处理，分别为15.93个和16.9个(见表3)，表明增加甲哌鎓用量能提高棉花单株铃数，但超过一定浓度则会抑制，单铃重则表现为D3 > D2 > D1和D3B > D2B > D1B，随甲哌鎓浓度的提高单铃重也随之提高。复配处理的单株铃数表现为在中低浓度甲哌鎓中添加芸苔素内酯对单株铃数有促进作用，而高浓度甲哌鎓中添加芸苔素内酯对单株铃数有抑制作用，D1B和D2B较D1和D2提高18.13%和6.09%，则D3B较D3下降4.04%，单铃重表现为D1B > D1、D2B > D2和D3B > D3，分别提高5.03%、0.73%和5.11%。复配对籽棉产量也存在一定的影响，在不同甲哌鎓浓度下，籽棉产量随甲哌鎓浓度的提高呈升高后降低的趋势，这主要受到了单株铃数的影响。在相同甲哌鎓浓度中复配芸苔素内酯，复配处理的籽棉产量较单施甲哌鎓的处理有所提升，复配处理D2B产量最高，为7191.16 kg/hm2，单施处理D1产量最低，为5364.63 kg/hm2，复配处理D2B的籽棉产量较单施处理D2的籽棉产量提高7.81%。
Table 3. Effect of mepiquat chloride combined with brassinolide on cotton yield and yield components
表3. 甲哌鎓复配芸苔素内酯对棉花产量及产量构成的影响
试验处理 |
单株铃数(个) |
单铃重(g) |
籽棉产量(kg/hm2) |
D1 |
13.57 ± 0.72b |
5.17 ± 0.06b |
5364.63 ± 342.20b |
D2 |
15.93 ± 0.85ab |
5.47 ± 0.23ab |
6669.94 ± 562.13ab |
D3 |
14.10 ± 2.02ab |
5.48 ± 0.18ab |
5896.80 ± 770.09ab |
D1B |
16.03 ± 0.60ab |
5.43 ± 0.46ab |
6662.41 ± 680.82ab |
D2B |
16.90 ± 3.16a |
5.51 ± 0.47ab |
7191.16 ± 1858.66a |
D3B |
13.53 ± 0.55b |
5.76 ± 0.10a |
5958.68 ± 147.49ab |
4. 讨论
化学调控是调节夏播棉“源–库”关系的重要措施。夏播短季栽培棉花，播期较晚，苗期高温多雨易导致棉花徒长[4]。甲哌鎓作为一种棉花常见的生长延缓剂，通过抑制棉花植株内赤霉素的合成，打破内源激素原有的平衡，达到控制棉花的垂直生长的目的[13]。刘丽英[14]研究表明，喷施甲哌鎓能显著降低棉花的株高、增加茎粗和减少主茎节间数。本试验表明，随甲哌鎓施用剂量的增大，株高呈现出递减的趋势其中以D1株高表现最大；施药后75 d，D3处理的最终茎粗比D1和D2高出了13.51%和10.47%，D3B处理的最终茎粗比D1B和D2B高出了13.24%和8.45%，这与前人研究结果相似。但高振[15]则表示甲哌鎓复配芸苔素内酯较单施甲哌鎓对株高有促进作用，与本试验结果不一致，推测可能是因为不同种植地区和不同棉花品种的因素导致的。
SPAD值(叶绿素的相对含量)是影响光合作用的重要的指标[16]。叶片SPAD值随甲哌鎓用量的增加表现出升高的趋势[17] [18]，在本试验中，复配处理(D3B/D2B/D1B)全期平均SPAD值较单施处理分别提升了0.18%、2.11%和1.78%，这与前人关于复配处理能维持更高SPAD值的研究结果相似[19]。表明在“源”受限(株高降低)的情况下，复配剂通过提高单位叶面积的叶绿素含量，增强了叶片光合单元的效能，实现了“源”端由量向质的转变。
甲哌鎓复配14-羟基芸苔素能协调棉花营养生长与生殖生长，提高上中下部内外围铃的坐桃率，促进棉花早熟、提高棉花的产量[20]。本研究中，复配处理D2B产量达到峰值(7191.16 kg/hm2)，显著高于单施D1处理(5364.63 kg/hm2)，复配处理的单株铃数和单铃重均有所提升(除D3B)，这与Zheng C的研究结果相似[21]，甲哌鎓复配可以改善植株株型结构，促进同化物分配和转运和提高产量[22]，使夏播棉在较短的生育期内能够协调“源–库”关系，确保了光合产物向棉铃输送，最终在提高产量的同时，确保了棉花的适时早熟。
5. 结论
在甲哌鎓中复配芸苔素内酯的处理较单施甲哌鎓的处理，能较好的抑制株高，增加植株主茎直径，提高叶片SPAD值，为塑造理想的株型结构和实现机械化提供有利条件，同时中等浓度的甲哌鎓复配芸苔素内酯有更好的提高单株结铃数和籽棉产量的能力。生产上可以考虑D2B (210 g/hm2 DPC + 21 g/hm2 BR)处理这一方案，为长江流域棉花短季栽培实现机械化提供一定的科学依据。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。