什么是棉花?关于棉花的详细介绍

创闻科学2020-11-16 10:56:45

棉花是锦葵科棉属一年生亚灌木、多年生灌木或小乔木的统称,栽培种主要有陆地棉(细绒棉)、海岛棉(长绒棉)、非洲棉(草棉)和亚洲棉(中棉,粗绒棉)这 4种类型。棉花是重要的经济作物,蒴果称为棉铃,内有棉籽,可榨取棉籽油;棉籽的表皮毛是棉纤维,可织布裁衣。

起源

棉花原产于高温、干旱、短日照的热带和亚热带的荒漠草原,是多年生的亚灌木、灌木或小乔木。经过人类长期栽培驯化,才逐步成为栽培的一年生作物。根据棉花的形态学、细胞遗传学和植物地理学研究,Fryxell于 1992将棉属分为 4 亚属 50 种,其中有非洲棉(草棉,Gossypium herbaceum L. )、亚洲棉(中棉,粗绒棉,GossypiumarboreumL.)陆地棉(细绒棉,Gossypium hirsutumL.)和海岛棉(长绒棉,Gossypium barbadenseL.)4 个栽培种,其余均为野生种。

各种棉的染色体基数为x= 13,可分为二倍体和四倍体两大类群,根据其亲缘关系和地理分布,可划分为 A、B、C、D、E、F、G 七个染色体组。各染色体组的基因组相对大小顺序是 C>E>F>B>A>G>D;各染色体组的 DNA 相对含量顺序是 C>G>A>E>F>B>D。其中 D 染色体组的染色体相对大小和 DNA 相对含量都是最小的,因而普遍认为 D 染色体组是棉属进化中最原始的祖先。其他的染色体组可能都是通过 DNA 重复顺序的增加而由 D 染色体组衍生形成的。但也有人根据棉属内各染色体组间杂交所产生的杂种,在减数分裂过程中染色体配对时,观察到凡与 E 染色体组杂交产生的杂种出现单价染色体的频率均为最高,因而提出 E 染色体组可能是棉属最原始的祖先。

二倍体类群(染色体数2n = 2x = 26条)的地理分布不同,染色体组的染色体形态结构也各异。非洲棉(草棉)原产于非洲南部,是非洲大陆栽培和传播较早的棉种,亚洲棉(中棉)原产于印度大陆,在亚洲最早栽培和传播,因其棉绒粗短,俗称粗绒棉。二者均为二倍体类群(染色体数 2n = 26条),隶属于 A 染色体组,也被称为旧世界棉。

四倍体类群(染色体数2n = 4x=52条),均是由二倍体棉种的 A 染色体组和 D 染色体组合成的异源四倍体,即双二倍体 AADD。棉花种间杂种细胞学的研究进一步证明异源四倍体的 A 染色体组来自原产非洲的非洲棉,D 染色体组来自原产美洲的雷蒙德氏棉,关于这两个棉种如何相遇杂交目前尚无定论。陆地棉(细绒棉)和海岛棉(长绒棉)是四倍体类群的两个栽培种。陆地棉原产于中美洲墨西哥的高地及加勒比海地区,目前棉花生产上所栽培的品种绝大多数属于陆地棉。海岛棉原产于南美洲、中美洲、加勒比海群岛和加拉帕戈斯群岛,陆地棉和海岛棉被称为新世界棉。当前世界上栽培的棉花 98% 以上是陆地棉和海岛棉。

植物学特征

棉花根系属直根系,在土壤中呈网状倒圆锥形,由主根、侧根、支根(小根)、毛根(小支根)和根毛组成。主根深达 2m 左右,侧根横向扩展可达 0.6-1 m,根系网络主次分明。从种子萌发到现蕾,是根系发展期,棉苗以根系生长为中心,主根下扎速度明显快于地上部株高的增长速度。现蕾至开花是棉花根系生长盛期,主根和侧根生长旺盛,侧根和根毛的再生力强。开花后棉花根系进入吸收高峰期,主根和侧根生长减慢,到后期生长基本停止,地上部生长旺盛,根系吸收大量矿质营养和水分。吐絮期根系活动机能衰退,活动根数量大为减少,吸收矿物质的能力明显下降。

棉花主茎直立,由种子胚芽发育而来的,胚芽分生组织经过增殖、分化和生长逐渐形成主茎,茎色因表皮细胞内花青素的形成,将随棉株生长的老化而由绿色转为紫红色。主茎在初花期前后 7 天左右生长最快,成熟时高达 1-1.5m。主茎节上生有叶,所有叶的叶腋里都有 1 个腋芽,一级腋芽分化出的枝条上叶腋里的腋芽称为二级腋芽,腋芽发育形成叶枝(又称营养枝或木枝)和果枝。

叶枝多生长在主茎下部,一般有 2-4 个,斜直向上生长,不直接着生蕾铃。主茎子叶节和基部第 1-3 节的一级腋芽通常潜伏不发育,受特殊刺激(如主茎顶芽被危害时)可发育成叶枝,其上 3-5 节发育形成叶枝。果枝生长在主茎中、上部的节位,随着它的混合芽分化向外伸展,长出许多果节,每节花芽均能形成蕾铃。二级腋芽在下部各节多半潜伏,在中上部各节一般易长成赘芽,但在生态、营养条件优越的情况下,也可发育为亚果(无果节,铃柄直接着生于叶腋当中)或亚果枝(具有 2 个以上果节的次级果枝)。棉株成熟时一般有 10-16 个果枝,根据果枝的长短和分布,株形可分为塔形、筒形和倒塔形。

棉花果枝与叶枝的区别
果枝 叶枝
节间伸长 奇数节间不伸长,偶数节间伸长 第一节间不伸长,其余节间伸长
发生部位 一般在主茎中上部 5-7 节以上 一般在主茎中上部 5-7 节以下
蕾铃着生方式 直接现蕾、开花、结铃 间接着生在二级果枝上
枝条形态 合轴分枝 单轴分枝
与主茎夹角 夹角大,几乎成直角 夹角小,成锐角
叶的着生方式 左右对生 星螺旋形排列,8个叶子转 3周

棉叶有子叶、先出叶和真叶 3 种。棉子发芽后平展出两片肾形的叶片称为子叶,主要是在种子中储藏养料,发芽后也能进行光合作用,是棉苗长出真叶前主要的光合器官。先出叶也称为前叶,是所有腋芽分化的第一片叶,为不完全叶,叶小,多为披针形成长椭圆形。真叶为完全叶,主茎第 1真叶为完全叶,面积小,出生慢;第 2 真叶略现缺刻;第 3 真叶以后有明显的掌状裂片。叶枝上叶的出生速度与主茎叶类似,果枝上真叶的出生间隔一般为主茎叶间隔期的 2 倍以上。真叶一般有 3-5 个裂片,裂口深浅和裂片宽窄因棉种和品种不同而异。一般陆地棉的叶片裂刻较浅,海岛棉的叶片裂刻较深。叶片裂刻深度接近叶柄,裂片狭窄形似鸡爪的,称为鸡脚叶;形似柳叶的,称为超鸡脚叶。在叶片和叶柄连接处为中脉与几条侧脉的汇集点,称为叶枕,或称叶基点。叶枕处薄壁细胞可因光照强弱不同而发生相应的变化,使叶片能作向日性转动,亚洲棉的感光反应一般比陆地棉敏感。

棉花是连续开花植物,棉株上的幼小花芽,称为蕾,其外包被三片苞叶,呈三角锥形。苞叶对花有保护作用,并能进行光合作用,制造养分,供应花和铃发育。一般肉眼可见苞叶基部约3毫米宽时,称为现蕾,出苗至现蕾需要 42-64 天。第一果枝现蕾,标志棉株已由营养生长进入与生殖生长同步进行的时期。从现蕾到开花的天数称为蕾期,陆地棉的蕾期一般为22-26 天。随着幼蕾长大,花发育逐渐完成。

花大,单生于枝端叶腋,为两性花,小苞片3-7,叶状,分离或连合,分裂或呈流苏状,花瓣 5 片;陆地棉花瓣一般为乳白色;海岛棉为黄色,基部有紫斑,凋萎时常变色。围绕花冠基部有顶部呈波浪形的花萼,杯状,近平截或 5 裂。雄蕊数目很多(60-100 个),花丝基部联合成管状,包被花柱和子房,称为雄蕊管。每个花药含有很多花粉。棉花是常异花授粉作物,其天然杂交率为 3-20%。雌蕊由柱头、花柱和子房 3 部分组成。子房含有 3-5 个心皮,形成 3-5 室;每室着生 7-11 个胚珠,每一胚珠受精后,将发育为一粒棉籽。

棉花开花期 7-9 月,泌蜜期自 7 月上中旬至 8 月中下旬,历时 40 多天。棉花具花内蜜腺和花外蜜腺,花内蜜腺位于花萼基部,花外蜜腺位于叶片背面的主脉上,长圆形,周缘窿起,中央凹入,蜜腺组织为乳头状,三片苞叶外面基部也各有蜜腺一个,能引诱昆虫。棉叶停止生长便开始泌蜜,随叶片衰老泌蜜减少。一个蜜腺一次泌蜜约 2-5 微升。

棉花现蕾开花具有一定的顺序性。以第一果枝基部为中心,从第一果节开始呈螺旋曲线由内围向外围出现。相邻果枝上相同节位的现蕾或开花间隔日数为 2-4天;同一果枝上相邻节位的现蕾或开花间隔日数为 4-6 天。棉花由出苗到开花适宜温度为 25-30℃,不足 19℃ 不现蕾,高于 30℃ 现蕾开花迟。泌蜜适温 35-38℃。

果实、种子

棉花的花朵开花受精后,其子房发育为蒴果,称为铃;蒴果圆球形或椭圆形,状如桃,俗称棉桃;室背开裂,自开花到棉铃成熟开裂吐絮的天数,称为铃期,陆地棉一般铃期为 45-55 天。随着棉铃的发育,种子也迅速发育成熟。棉花种子的种壳着生纤维和短绒,总称之为子棉。纤维是受精后胚珠的表皮细胞伸长加厚形成的表皮毛。纤维品质因棉种和品种不同而有很大差异。

在四个栽培棉种中,陆地棉和海岛棉的纤维品质显著优于亚洲棉和非洲棉。子棉轧去纤维后,种子表面大多数还密集着生一层短粗纤维,称为短绒。陆地棉种子外壳大都被有短绒,称为毛子;外壳没有短绒形成的,称为光子。海岛棉的种子大多为光子,或仅在种子一端稍有短绒。

生产意义

棉花是我国重要的经济作物,棉纤维、棉籽、棉短绒、棉子壳、棉秆、棉酚等都有各自的用途,棉花也是很好的蜜源,可以对棉花及其产品进行综合利用:

  1. 棉纤维是纺织工业的重要原料,棉纺织品具有吸潮性强、透气性好、保暖性优、着色稳定、手感柔软、穿着舒适等化纤织品所不具备的优点。在我国纺织工业中,棉纤维一度占纺织工业原料的 60% 以上。因此棉花生产的丰歉直接关系到纺织工业的发展。

  2. 棉籽仁含有丰富的油脂和蛋白质,含油率高达 35%-46%,蛋白质含量高达 30%-35%,是重要的食用油来源,棉子饼脱毒(出去棉酚)后是良好的饲料或食品工业原料。

  3. 棉短绒由短纤维和断纤维组成,可生产棉毯、绒衣等纺织品,以及蜡纸、铜版纸等高级纸张,制成硝酸纤维素,用于生产无烟火药或推动火箭的固体燃料,生产黏胶纤维等。

  4. 棉子壳是生产多种食用菌和药用菌的天然培养基,经加工可生产出糠醛、丙酮、酒精、甘油、植物激素等十多种产品。棉秆可制造火药、纤维板、牛皮纸和箱板纸。棉酚是一种多酚化合物,游离的棉酚对人和单胃动物有毒,但可用于生产药物。棉根可用来制造止咳药。

生产概况

全世界共有 150 多个国家植棉,主要集中在亚洲和美洲,印度、中国、美国、巴基斯坦和巴西是世界5 个产棉大国,我国已有 2000 多年的植棉历史,中国的棉花栽培大致划分为 5 个棉区:黄河流域棉区、长江流域棉区、西北内陆棉区、北部特早熟棉区和华南棉区。陆地棉为中国黄河、长江中下游地区秋季主要蜜源植物。