棉花是世界上主要经济作物,分布于全球150多个国家与地区。我国棉花有黄河流域、长江流域和西北内陆棉区,黄河流域棉区约1/3棉田遭受干旱胁迫。棉花种子萌发和早期幼苗建成是生长发育中的脆弱阶段,极易受到干旱胁迫的影响,因而提高棉花种子和苗期的抗旱能力具有重要理论和实践意义。褪黑素是具有生理调节功能的小分子物质,可诱导植物抵抗多种非生物胁迫。而褪黑素对干旱胁迫下棉花种子萌发和幼苗发育的调控研究较少。因此,本文以国欣9(GX9)和农大601(ND601)为材料,以筛选出的10%PEG和控制土壤相对含水量为45±5%以模拟干旱胁迫,通过测定棉花种子和幼苗的形态及生理特征,探索外源褪黑素对干旱胁迫下棉花种子萌发与幼苗发育的缓解效应,为褪黑素的开发利用和棉花抗旱研究提供理论依据。主要研究结论如下:1.褪黑素浸种对干旱胁迫下棉花种子萌发的影响(1)褪黑素浸种提高了干旱胁迫下棉花种子的萌发能力。干旱胁迫显著降低了棉花种子的发芽势、发芽率、胚根长度和鲜重。低浓度褪黑素(10 μM、50 μM)对棉花种子萌发的促进效应显著,而高浓度褪黑素(200 μM、500 μM)则抑制了种子萌发,当浓度在100μM处理下种子的发芽率最高。100 μM褪黑素浸种,种子的发芽势和发芽率分别较0 μM褪黑素处理提高了 8.9%和9.8%(2)褪黑素浸种提高了干旱胁迫下棉花种子的抗氧化酶活性,增强了活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)清除能力。在种子萌发过程中,干旱胁迫降低了棉种的抗氧化酶活性,加重了膜脂过氧化损伤。100 μM褪黑素处理后,则显著提高了棉种的POD、SOD、CAT活性。MT+DS处理的SOD和POD活性较W+DS分别增加了2.9%和 36.2%,且 CAT 增加达 46.08%。MT+DS 处理的 O2-、H2O2 和 MDA 含量较W+DS处理显著降低。(3)褪黑素浸种促进了干旱胁迫下棉花种子中脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白的合成。干旱胁迫增加了棉花种子的脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量。褪黑素浸种提高了干旱胁迫下棉花种子中渗透调节物质的含量。(P<0.05)。(4)褪黑素浸种调节干旱胁迫下棉种中激素含量。干旱降低了种子的ABA的分解和GA3的生物合成,进而抑制了棉花种子萌发。施加100μM褪黑素后,棉花种子中ABA含量降低,GA3含量明显上升。种子萌发至第4 d时,褪黑素浸种显著提高了干旱胁迫下种子中GA3含量,MT+DS处理较W+DS处理增加16.09%(P<0.05)。(5)褪黑素浸种通过改变干旱胁迫下棉花种皮气孔结构,进而促进种子萌发。与干燥种子和水浸种处理相比,褪黑素浸种增加了棉花种皮气孔的数量,加速了种皮气孔的开张,减轻了种皮的机械化程度,增强了种子吸水性能。2.褪黑素浸种对干旱胁迫下棉花幼苗生长发育的影响(1)褪黑素浸种提高了干旱胁迫下幼苗的株高、叶面积、叶绿素相对含量及茎叶生物量。干旱胁迫下,棉苗的株高、叶面积、SPAD值以及茎叶的物质积累量降低。外源褪黑素浸种后,2个棉花品种的株高、叶面积和SPAD及干物质积累量明显提高。在干旱胁迫前期(10 d),褪黑素处理对干旱胁迫下GX9的株高、叶面积和SPAD值的促进效果更显著,且在MT+DS处理下较W+DS处理分别显著增加了 5.51%、37.03%和12.09%。(2)褪黑素浸种提高干旱胁迫下棉花幼苗根系的生物量,增加了根系根长、表面积和体积。干旱胁迫抑制了棉花幼苗根系长度增加。褪黑素浸种处理后,幼苗的总根长、总表面积、体积和干物质积累量明显增加。尤其在第17 d时,与W+DS处理相比,GX9在MT+DS处理下的根长、表面积及体积分别显著增加26.84%、42.09%、67.47%;ND601在MT+DS处理下根长和表面积显著升高。(3)褪黑素浸种提高了干旱胁迫下棉花幼苗叶片光合性能。干旱胁迫下降低了棉花幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率,PSⅡ的最大光能转换效率(Fv/Fm)降低,J相的相对可变荧光(Vj)和K相的相对可变荧光(Wk)升高,反应中心捕获的激子推动电子传递到电子传递链超过QA的电子受体的概率(Ψo)和以吸收光能为基础的性能指数(PIabs)显著降低,致使光系统Ⅱ反应中心活性降低,光合作用受到抑制。在MT+DS处理下2个品种的Fv/Fm较W+DS处理呈现出显著增加,Wk和Vj显著降低,Ψo和PIabs增加,且在胁迫第10 d和17 d时尤为显著(P<0.05)。综上所述,褪黑素浸种通过增强棉种的抗氧化酶活性,降低了 ROS和MDA的积累量,提高了渗透调节物质含量,促进了 ABA分解和GA3合成,进而提高了干旱胁迫下棉花种子萌发率。外源褪黑素浸种能够促进干旱胁迫下棉花幼苗地上部和根系的生长发育,提高了幼苗叶片的光合性能,增强了棉花幼苗抵御干旱胁迫的能力。