本研究由石峰、李楠楠、Aziz Khan、林海荣、田雨、石晓娟、李俊红、田立文和罗宏海等人完成，主要作者来自石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室和新疆农业科学院经济作物研究所。该研究发表于《Field Crops Research》期刊2022年第282卷，文章编号108509，于2022年3月24日在线发表。

本研究的学术背景属于作物栽培学与生理学领域，重点关注棉花化学打顶技术的生理机制。棉花是世界上最重要的纤维和油料作物之一，中国新疆地区凭借优越的光热资源和“矮、密、早”地膜栽培技术，生产了全球约20%的棉花。然而传统人工打顶（manual topping，MT）占棉花生产劳动成本的40%–60%，且近年来劳动力成本不断上升。因此，探索替代人工打顶的化学打顶技术成为保障棉花产业可持续发展的重要课题。缩节胺（1,1-二甲基哌啶氯化物，DPC）作为一种植物生长调节剂，已在全球棉花生产中广泛使用，而加强型缩节胺（DPC+）在化学打顶中显示出应用潜力，但其作用机制尚不明确。本研究旨在探究DPC和DPC+对棉花主茎生长的抑制效应及其对产量的影响，并从顶端分生组织和叶片形态生理性状、内源激素含量以及干物质分配等方面揭示其作用机理。

本研究的试验于2019年和2020年在新疆农业科学院农垦科学院试验站进行，试验采用随机完全区组设计，以两个对DPC敏感性不同的早熟陆地棉品种新陆早60号（L60，对DPC不敏感）和金垦1402（JK1402，对DPC敏感）为材料，设置三种打顶方式：人工打顶（MT）、不打顶（NT）和化学打顶（包括DPC+和DPC两种化学药剂处理）。试验在棉花全生育期进行DPC化学调控，并在7月初进行化学打顶。研究中进行了多项观测和分析：在2020年处理后0、10、20和60天测量主茎上部、下部及全株主茎长度变化；利用扫描电子显微镜（SEM）观察处理后0、5和10天顶端分生组织和上部第一果枝叶的解剖结构，并测量叶片上表皮厚度（UST）、下表皮厚度（DST）、叶片总厚度（LT）、栅栏组织厚度（PT）和海绵组织厚度（ST）等指标；采用酶联免疫吸附法（ELISA）测定处理后0、5、10、20、30和40天顶端芽和功能叶中吲哚乙酸（IAA）、赤霉素（GA）和玉米素核苷（ZR）的含量；在处理后不同时期将棉株分为营养器官和生殖器官进行干物质积累与分配的测定；收获期测定单位面积铃数、单铃重和籽棉产量。数据分析采用SPSS软件进行方差分析和Duncan多重比较，并用Origin软件绘图，同时进行了相关分析和逐步回归分析。

研究结果显示，与NT处理相比，DPC+和DPC处理的株高降低了1.4%–13.6%，但比MT处理增加了3.8%–9.2%。在主茎上部长度方面，DPC+和DPC处理在20天后显著大于MT处理。解剖结构分析表明，处理后5天，NT处理的茎尖分生组织呈扁平状，而DPC+和DPC处理显著提高了茎尖分生组织的高长比，且JK1402的高长比高于L60。叶片解剖结构方面，DPC处理的叶片上表皮厚度、下表皮厚度、叶片总厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度在多数时间点均显著高于其他处理，表明DPC能促进叶片增厚和栅栏组织发育。激素含量测定显示，处理后10天，L60在DPC和DPC+处理下叶片IAA含量显著增加，而JK1402在DPC处理下叶片IAA含量高于DPC+处理。GA含量在不同品种和处理间表现复杂，但DPC处理在部分时间点显著提高叶片和顶芽的GA含量。ZR含量在DPC+和DPC处理下于处理后40天显著增加，最高可达NT处理的7.5倍，且L60的ZR含量普遍高于JK1402。干物质积累方面，DPC+和DPC处理下棉株总生物量和生殖器官生物量比NT处理增加2.0%–39.7%，DPC+处理显著提高了上部生殖器官干物质占总干物质的比例。产量分析表明，DPC+和DPC处理之间籽棉产量无显著差异，但JK1402在DPC+和DPC处理下的籽棉产量显著高于MT和NT处理9.5%–11.7%，L60在DPC+处理下2019年也显著高于NT和MT处理。单铃重在化学打顶处理下显著增加是产量提高的主要原因。相关分析和逐步回归分析表明，主茎长度与上部茎长和顶芽GA含量显著相关，叶片栅栏组织厚度和ZR含量与单铃重和籽棉产量显著正相关；顶芽ZR和GA含量、单铃重和铃数共同解释了籽棉产量变异的95.5%。

研究结论指出，DPC+和DPC通过提高茎尖分生组织高长比、增加叶片栅栏组织和海绵组织厚度、调节IAA、GA和ZR等内源激素水平，延缓了主茎上部生长，同时促进了光合产物向生殖器官的分配，提高了单铃重和籽棉产量。在DPC敏感品种上，价格更低的DPC可以作为DPC+的替代化学打顶剂，具有替代人工打顶的潜力。该研究的科学价值在于系统揭示了化学打顶调控棉花顶端优势和产量形成的形态生理与激素机制，为棉花化学调控提供了理论依据。应用价值方面，DPC作为化学打顶剂可显著降低劳动成本，推动棉花轻简化栽培技术的推广。研究的亮点包括同时比较了对DPC敏感性不同的两个品种，并整合了主茎生长、解剖结构、激素含量和干物质分配等多层次指标，建立了产量与关键生理参数之间的定量关系。此外，研究还指出化学打顶剂的应用需结合气候条件和植株生长状况进一步优化，以实现高效生产。