轉基因抗蟲棉新品種的產量效應研究

轉基因抗蟲棉新品種的產量效應研究

自1997年開始使用bt廣播抗蟲棉以來，該棉花區(qū)已經擴大，現(xiàn)在占大陸棉花種植面積的60%以上（不包括新疆）。轉Bt基因棉花一方面能有效地抵抗棉鈴蟲的危害,減少農藥的使用量和成本,節(jié)省了用工,增加了產量和收入;另一方面能減少農藥對環(huán)境的污染,產生良好的生態(tài)效益。但由于導入的Bt基因在構建時結構不同,受體棉花的遺傳基礎不同,Bt棉品種的生育特性和棉株性狀都發(fā)生了一些變化,生產上如仍按常規(guī)栽培,品種的產量潛力往往得不到正常發(fā)揮,甚至降低。筆者通過2年的研究,并結合江蘇棉花大田生產實踐,探索了在育苗移栽條件下發(fā)揮轉基因抗蟲雜交棉產量潛力,進一步提高皮棉產量的高產栽培途徑,以期為江蘇乃至全國的抗蟲棉花的高產栽培提供技術參考。1材料和方法1.1種植群體試驗設計試驗于2001-2002年度在揚州大學江蘇省栽培生理開放實驗室進行,并以江蘇省主要棉區(qū)大面積栽培相驗證。供試品種為江蘇省主栽抗蟲棉雜交種中棉所29和魯棉研15,2001年設2.25、3.0、3.75和4.5萬株·hm-2共4個水平的密度試驗,小區(qū)面積27m2,重復3次。種植方式采用育苗移栽。2002年設計2個試驗,一是以中29為供試品種,設3.0萬株·hm-2,施氮345kg·hm-2;4.5萬株·hm-2,施氮225kg·hm-2兩個密肥處理組合,創(chuàng)造群體果節(jié)量相近(340萬·hm-2左右)的2個群體。二是仍以2個抗蟲雜交種為供試品種,每品種設3個處理,分別為Ⅰ:施純氮225kg·hm-2,氧化鉀90kg·hm-2;Ⅱ:純氮345kg·hm-2,氧化鉀180kg·hm-2;Ⅲ:純氮465kg·hm-2,氧化鉀270kg·hm-2。密度為3.75萬株·hm-2,小區(qū)面積27m2,重復3次。過磷酸鈣施用量相同,均為600kg·hm-2。施肥時期和比例為移栽肥施氮20%,磷、鉀各50%;促花肥(第1次花鈴肥)氮20%,磷、鉀各50%;保花肥(第2次花鈴肥)氮45%,桃肥氮15%。生長調節(jié)劑縮節(jié)安的施用和其他管理措施按高產管理要求進行。1.2成鈴率、鈴重分布及密度1.2.1葉面積指數(shù)(LAI)盛花后每隔5d應用干重法每小區(qū)取樣5株測定葉面積,獲得最大LAI。1.2.2成鈴分布于9月20日每小區(qū)定株10株,調查果枝、果節(jié)數(shù),并按果枝調查成鈴數(shù),計算成鈴率。1.2.3鈴重分布成熟期將每小區(qū)的10個定點棉株按成鈴部位分收開裂鈴,風干后稱重并計算鈴重分布。1.2.4吐絮期按小區(qū)實收計產。2結果與分析2.1果實產量與發(fā)票數(shù)量和產量之間的關系2.1.1個抗蟲棉2.3.表1表明,當群體果節(jié)量增大時,最大LAI也隨之增大,總果節(jié)量和LAI呈極顯著的正相關(r=0.922**)。總果節(jié)量與結鈴率的關系則表現(xiàn)為負相關(r=-0.938**),隨著總果節(jié)量的增大,結鈴率相應呈下降趨勢,尤其是在總果節(jié)量增加到一定數(shù)量后,成鈴率下降速度加快?？傗彅?shù)、皮棉產量與群體總果節(jié)量均呈二次方程關系。Y鈴=-0.0036X2+2.1669X-209.18(R2=0.9177**);Y皮=-0.062X2+37.779X-3839.6(R2=0.9034**)以上關系一致表明,群體果節(jié)量都是在300萬個·hm-2時,總鈴數(shù)和皮棉產量達到最大值,說明群體(每公頃)最佳果節(jié)量是300萬個左右。表1也說明,2個抗蟲棉雜交種在果節(jié)量較低(213～232.5萬個·hm-2)時結鈴率雖較高,達到41.5%～42.3%,但總鈴數(shù)不高,只有90.45～90.7萬個·hm-2;在較高的總果節(jié)量的條件下(370.5～378.0萬個·hm-2),由于群體葉面積指數(shù)過大(4.78～4.96),成鈴率低,僅為25.2%～25.6%,因而總鈴數(shù)也只有93.7～96.75萬個·hm-2。在果節(jié)量291～346.5萬個·hm-2時,總鈴數(shù)最高,達110.1～117.9萬個·hm-2,此時群體最大LAI在3.58～4.19范圍內,比較適宜。2.1.2壯棉株在果枝成鈴率和結鈴數(shù)之間的關系表2表明,總果節(jié)量相近(342萬個和348萬個·hm-2)的2個群體,由于密度和施氮量不同,有效果枝臺數(shù)不一樣。3.0萬株·hm-2時,果枝可以達到20臺左右(處理1),4.5萬株·hm-2時,果枝僅16臺左右(處理2)。在果枝臺數(shù)20及16情況下都容納340萬個·hm-2總果節(jié)量,前者空間條件顯然比后者好。前者成鈴率明顯提高,以7～16臺果枝的成鈴數(shù)增多最為明顯,表明在群體總果節(jié)量相同時,果枝臺數(shù)多的壯個體能促進結鈴率和結鈴數(shù)的增加?；貧w分析表明,壯棉株各果枝成鈴數(shù)的累積頻率的概率單位(P,各果枝成鈴率累積量的概率轉換值)(莫惠棟,1983)和果枝序數(shù)(X)的對數(shù)呈極顯著的正相關,其回歸方程為P=2.1709+3.3232lgX(r=0.9349**),果枝臺數(shù)少的個體為P=2.8014+2.9894lgX(r=0.8852**)。由以上關系統(tǒng)計表明,果枝臺數(shù)多的壯棉株以第8果枝為中心,第4～15臺果枝是優(yōu)勢結鈴果枝;而小棉株則以第6果枝為中心,3～12果枝為優(yōu)勢結鈴果枝。因此,抗蟲棉雜交種通過適當減少種植株數(shù),可優(yōu)化群體,在群體總果節(jié)量相同的情況下,每個果節(jié)所占有的空間得到改善,從而有利于結鈴,提高成鈴率,促進產量的提高。2.2不同密度群體的鈴重分布2.2.1不同密度群體棉株的縱向成鈴分布從表3可看出,3.0～3.75萬株·hm-2的群體,棉株中上部成鈴數(shù)和成鈴率明顯高于4.5萬株·hm-2的棉株,方差分析達顯著水平(中部F=3.45*,上部F=3.12*)。如中棉所293.0萬株·hm-2的群體中部成鈴數(shù)比4.5萬株·hm-2高8.7個,成鈴率提高17.5%,上部成鈴數(shù)多3.9個,成鈴率提高11.6%,群體總鈴數(shù)可達110萬個·hm-2以上。大群體(4.5萬株·hm-2)雖然密度提高,總鈴數(shù)不高,僅為95萬個·hm-2左右,單株果枝只有16臺,單株果節(jié)只有78.5個,雖群體總果節(jié)量多達370萬個·hm-2以上,但結鈴率只有25%。魯棉研15表現(xiàn)同樣的趨勢?？梢?適當控制群體發(fā)展可促進果枝數(shù)增加,改善成鈴結構和空間分布,有效地發(fā)揮棉株增產潛力。2.2.2不同密度群體的棉株鈴重分布表4表明,2個雜交種的鈴重在縱向上均隨果枝節(jié)位的上升呈現(xiàn)兩頭低、中間高的狀況。但中部果枝的鈴重差異不大,上、下兩部位相差較大,其中又以密度在3.0～3.75萬株·hm-2時上、下部位的鈴重明顯提高(方差分析,下部F=2.96*,上部F=4.45**)。2個品種的中部單鈴重在5g左右(4.81～5.20g),單鈴重變異系數(shù)為7.82(指10株中部所有鈴,下同);下部鈴重在4.26～4.86g,單鈴重變異系數(shù)為15.8,上部的鈴重在4.18～4.72g,單鈴重變異系數(shù)為24.5。表明在縱向分布上,上部棉鈴的鈴重可調性最大。單鈴重在橫向則隨著果節(jié)位外延,單鈴重呈線性下降趨勢,但密度在3.0～3.75萬株·hm-2時可顯著提高外圍4～5果節(jié)位的鈴重。經進一步分析表明,不同果節(jié)位鈴重的變異系數(shù)也不一樣,第1～4果節(jié)位依次為2.58、5.6、6.5和16.2。表明前3個果節(jié)位的鈴重變異不大,從第4果節(jié)向外,鈴重的變化具有很大的可調性。表4和表3資料說明,通過提高單株結鈴數(shù)及上層和外圍結鈴數(shù),可以提高群體的平均鈴重。如中棉所293.0萬株·hm-2的群體,單株結鈴數(shù)高達38.0個,群體總結鈴達114萬個·hm-2,平均鈴重最高,為4.90g。而4.5萬株·hm-2的群體,單株結鈴分別只有20.8個,群體總鈴數(shù)只有93.6萬個·hm-2,中下層鈴和內圍鈴占的比例高,但平均鈴重低,只有4.19g。2.3不同處理的鈴重分布2.3.1不同肥料運籌的棉株成鈴模式由不同肥料運籌的棉鈴分布來看(表5),隨氮鉀施肥量的增加,處理Ⅱ單株結鈴數(shù)明顯高于其他2個處理(方差分析F=3.52*),表現(xiàn)為群體中下部鈴的比例減小,上部鈴的比例增加。由中下部鈴所占比例為主(73%～74%)變?yōu)榛揪鶆蚍植?上、中、下部大約各占1/3)。內圍第1、2果節(jié)的比例由占70%以上變?yōu)?0%左右。表明增加鈴數(shù)是通過增加上層鈴和外圍鈴實現(xiàn)的。表6進一步表明,在3.75萬株·hm-2條件下,適當提高氮鉀施用量的處理Ⅱ能明顯地提高鈴重(方差分析F=3.51*),在縱向上尤以上部最為明顯;在橫向上,以外圍第3～5果節(jié)位鈴重較多。如中棉所29處理Ⅱ上部鈴重比處理Ⅰ、Ⅲ分別高0.73g和0.21g,外圍4～5果節(jié)位比處理Ⅰ、Ⅲ分別高1.27～1.53g,0.58～0.63g。施氮345kg·hm-2、氧化鉀180kg·hm-2能培育壯棉株,提高其各部位鈴重,特別是上部和外圍鈴重。3討論3.1結鈴率、栽植密度和產量我國棉花生產從20世紀50年代起,根據(jù)棉花植株內圍比外圍成鈴率高、鈴重高、吐絮早、中下部果枝鈴比上部鈴重高等規(guī)律,主張在生產上依靠內圍鈴和中下部鈴,走大群體、小個體的密植增產栽培途徑。這種途徑在南方棉區(qū)一直應用到80年代初。當時主要以大田直播為主,一般單株有效果枝14～15臺,單株有效果節(jié)50個左右,種植密度達7.5～9.0萬株·hm-2,總果節(jié)量在375萬個·hm-2以上。少數(shù)采用育苗移栽的棉花,單株有效果枝15～16臺,單株有效果節(jié)70個以上,密度在6.0萬株·hm-2左右,總果節(jié)量在420萬個·hm-2以上,高的甚至達到450萬個·hm-2以上。以上無論哪種情況,單株結鈴率都較低,一般在25%以下,總鈴數(shù)只有45～60萬個·hm-2,即使是高產田塊,總鈴數(shù)也只有75萬個·hm-2左右。20世紀80年代以后,由于育苗移栽和地膜覆蓋栽培技術在棉花上的推廣應用,南方棉區(qū)的有效果枝最高可達18臺以上,單株有效果節(jié)平均80個左右(70～90個),移栽密度逐漸下降。如江蘇省在80年代后期為6.0萬株·hm-2到90年代的5.25萬株·hm-2,至1995年以后,平均密度只有4.5萬株·hm-2左右。近年來抗蟲棉雜交種的應用,密度進一步下降,低的只有3.0萬株·hm-2左右,群體的有效果節(jié)也由80年代初的450萬個·hm-2左右降至現(xiàn)在的300萬個·hm-2左右。但成鈴率卻在逐漸提高,由80年代的25%左右提高到現(xiàn)在的35%左右,高產田塊已達40%以上,個別最高產田塊達45%以上?？傗彅?shù)已由80年代的80萬個·hm-2增加至現(xiàn)在的90～100萬個·hm-2左右,高產田塊已達120～150萬個,大面積皮棉產量也由900kg·hm-2增至1200kg·hm-2,高產水平也由1500kg·hm-2增至現(xiàn)在的1800～2250kg·hm-2。因而形成了成熟的小群體、壯個體的高產栽培途徑。本研究從抗蟲雜交種在不同的密度、氮鉀肥料下高產成鈴特點出發(fā),并結合生產上豐產方的群體密度、果節(jié)量、成鈴率和產量的驗證(表7),進一步明確了優(yōu)化群體、壯個體的途徑,這一途徑稱為“優(yōu)壯高”途徑。這里的“優(yōu)”,一是指群體的總果節(jié)量(300萬·hm-2左右)比以往的375～450萬個·hm-2相對優(yōu)化;二是指在滿足群體適宜總果節(jié)量的前提下,盡可能降低群體起點,優(yōu)化密度?！皦选笔侵冈谟行L期內,充分發(fā)展個體,盡可能提高果枝臺數(shù)和單株果節(jié)數(shù),用壯個體達到群體適宜總果節(jié)量和適宜LAI的要求。“高”是指結鈴期群體有高的成鈴率和高的產量器官積累量。3.2對成鈴率和鈴重的影響本文的結果表明,應用優(yōu)化群體、壯個體的栽培途徑,抗蟲棉雜交種的高產潛力從3個方面上得以充分表現(xiàn):(1)發(fā)揮壯個體充分利用空間的優(yōu)勢。即適當減少群體株數(shù),培育壯個體棉株,能