为节水省肥轻简化植棉贡献“鲁棉”智慧——山东棉花研究中心高效轻简化植棉研究取得新突破

发表日期：2019-05-14 11:06PM 阅览次数：

5月11日，Plant Physiology在线发表了山东棉花研究中心董合忠团队完成的“Leaf-derived jasmonate mediates water uptake from hydrated cotton roots under partial root-zone irrigation”论文，首次发现叶源茉莉酸作为长距离运输信号调控棉花根系吸水的规律，进一步阐明了部分根区灌溉的节水机理。副研究员罗振博士、研究员孔祥强博士为论文共同第一作者，董合忠研究员为通讯作者。在此基础上，该团队还建立了膜下分区交替滴灌与水肥一体化有机融合的水肥协同管理技术，较传统技术节水20~30%、省肥10~20%（发表在Field Crops Research等刊物上），成为干旱地区植棉节水省肥的重要突破性技术，为我国绿色轻简化植棉贡献了“鲁棉”智慧和方案。

一是首次发现叶源茉莉酸作为长距离运输信号调控棉花根系吸水的规律，阐明了部分根区灌溉提高棉花水分利用率的机理。部分根区灌溉是干旱缺水地区作物节水、提高水分利用率的重要途径。系指通过一定措施，形成根区土壤水分不均匀分布，利用干旱区域根系因渗透胁迫而产生的根源信号，调节叶片气孔开度，减少作物蒸腾耗水，保证正常光合生产的灌溉技术。前人研究表明，受旱根区产生的ABA信号调节叶片气孔导度，减少了作物蒸腾耗水，但部分根区灌溉条件下作物如何充分吸收和利用灌水区水分的机制却一直不明。该团队通过棉苗嫁接、下胚轴环割和基因沉默等手段，发现部分根区灌溉条件下，干旱区根系受渗透胁迫后不仅合成大量ABA调控叶片气孔开关，而且诱导叶片合成大量茉莉酸，这些叶源茉莉酸经韧皮部运输到灌水区根系，提高了根系PIP蛋白含量与活性，增强了该侧根系的吸水能力。叶源茉莉酸作为长距离信号增强根系吸水规律的发现，连同前人关于ABA信号调控气孔开关减少水分蒸腾耗散的机制，进一步阐明了部分根区灌溉的节水机理。在此基础上，该团队与石河子大学张旺锋课题组、新疆农科院田立文课题组合作研究发现，部分根区灌溉显著提高了光合产物向产量品质形成器官的分配比例，非叶绿色光合器官的光合生产能力和产量贡献率也相应提高，保证了节水省肥条件下棉花经济产量的相对稳定，为部分根区灌溉提供了充足的理论依据。

二是因地制宜研发出干旱地区膜下分区交替灌溉技术，并与传统水肥一体化技术有机融合创建棉花水肥协同高效管理技术，实现了棉花节水省肥。基于部分根区灌溉理论机制的突破，研发出干旱地区膜下滴灌棉花的分区交替灌溉技术：通过调整滴灌带布局和灌水量实现膜下分区交替灌溉，即由“1膜6行2带”改为“1膜6行3带”或“1膜3行3带”，灌水次数由5~6次改为10~12次；由每次饱和滴灌改为饱和滴灌与亏缺滴灌交替。在此基础上，与水肥一体化技术有机融合，创建水肥协同高效管理技术：即实行膜下分区交替灌溉、施肥量与灌水量协同并与棉花需肥规律匹配，合理调减施N量，提前灌水终止日，实现了水肥协同高效管理；发明了促进灌水区根系合成茉莉酸进而增强PIP基因表达的液体肥料，进一步提高了水肥协同管理的效果，在棉花产量不减或略有增产的前提下，较传统水肥管理技术节水20~30%、节省氮肥15~20%，取得灌水和氮肥利用率提高20%以上的显著成效。同时，棉花脱叶率提高2~5个百分点，也为机械采摘、降低机采棉含杂率提供了保障。

董合忠团队成立于1996年，20多年来致力于棉花耕作栽培和生理生态研究，在棉花熟相调控、盐碱地植棉和高效轻简化植棉等研究领域取得一系列有重要影响的科研成果，主持获得省部级科技成果一等奖5项，主持和参与获得国家科技进步二等奖4项，获2014-2015年中华农业科技奖优秀创新团队奖，为我国棉花产业发展做出了重要贡献。

高效轻简化植棉研究得到国家重点研发计划、国家现代农业产业技术体系、国家自然科学基金、农业农村部杰出人才与创新团队、泰山学者攀登计划和山东省农科院创新工程等项目的支持。

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