棉纖維是由胚珠(馬上來的棉子)表皮壁上的細胞經(jīng)過伸長和加厚而形成的。一個細胞長成一根纖維,即每根棉纖維是一個植物單細胞。纖維的一端著生于棉子表面,另一端成封閉狀。
棉纖維和棉鈴的發(fā)育同時進行。棉纖維的發(fā)育特點是先伸長,然后充實加厚細胞壁。整個棉纖維的形成過程,可以分為三個時期。
1.伸長期
棉纖維發(fā)育的前半期是伸長階段,表現(xiàn)為纖維細胞壁的伸長和初生壁的形成。在開花之前,胚珠的表皮細胞表面相當平滑,在花冠開放、胚珠未受精前,胚珠的表皮細胞有多處隆起,這表示有些表皮細胞已經(jīng)伸長,這些細胞就是纖維初生細胞。經(jīng)過一晝夜,初生細胞就可以伸長為其寬度的2倍。胚珠受精后,纖維初生細胞就迅速伸長。在伸長的同時,也加大細胞的寬度,細胞核也隨細胞向前移動。這一時期稱為棉纖維的伸長期,需25～30天。棉纖維一般在25天左右就可以伸長到應(yīng)有的長度,見表1-1。

棉纖維在伸長期,幾乎不橫向發(fā)育,只在縱向延伸。由于生長條件不同,伸長速度不完全一致,所以,不同種子上的纖維長度并不一樣。當纖維達到各自的長限度時,停止延伸,結(jié)束伸長期。但在構(gòu)造上仍只有一層初生細胞壁,內(nèi)部很少加厚,成為薄壁細管狀,壁厚約0.3μm,中腔很大,充滿原生質(zhì)。這種纖維,纖維素極少,毫無紡紗價值。
正常情況下,胚珠表皮細胞層中的細胞逐漸成為初生細胞,在開花受精后l0天內(nèi)陸續(xù)發(fā)生,早發(fā)生的初生細胞發(fā)育良好,長度較長,成為具有紡紗價值的棉纖維。開花第三天以后,從胚珠表皮細胞層所發(fā)生的初生細胞,往往不久即停止發(fā)育,因此短而密集,附在種子表面,成為短纖維,或稱棉短絨。如果這個胚珠內(nèi)的卵細胞沒有受精,纖維初生細胞就逐漸停止生長,胚珠死亡,成為不孕子。原來在這個胚珠上開始伸長的表皮細胞,則成為附在不孕子上的短纖維。
2.加厚期
棉纖維發(fā)育的后半期是加厚階段。當纖維伸長達到長限度時,就快速地增加胞壁厚度,日快夜慢地累積纖維素,使細胞壁加厚,中腔變小。這時纖維長度很少再增加,外周長也沒有多大變化,只是細胞壁由外向內(nèi)逐日積淀一層纖維素而逐漸增厚,形成次生細胞壁。后成為一根兩端較細、中間較粗的棉纖維。棉纖維加厚期為25～30天。
纖維的加厚生長和環(huán)境溫度關(guān)系緊密。纖維素的沉積在溫度較高的時候進行,在20～30℃內(nèi),溫度愈高,加厚愈快。如果溫度低于20℃,纖維素沉積就會受到影響,溫度低于15℃,纖維加厚就會停止。由于白天和黑夜的溫差很大,纖維素沉積時快時慢,因此在胞壁內(nèi)形成明顯的層次,層次的數(shù)目和纖維細胞壁的加厚天數(shù)相同,從而形成棉纖維的生長日輪?？梢?棉纖維次生胞壁形成時,纖維素沉積具有晝夜周期性。如果在棉纖維加厚時期保持不變的適宜溫度,就不會形成生長日輪。
棉纖維的成熟系數(shù)是指棉纖維中段截面回復(fù)圓形后相應(yīng)于雙層壁厚和外徑之比。隨著胞壁厚度的增加,纖維的中腔、闊度(外直徑)差逐漸縮小,纖維的強力、斷裂長度、單位長度重量逐漸增加。因此,纖維的成熟系數(shù)和強度說明了棉花品質(zhì)的好壞。纖維的成熟系數(shù)高,標志著胞壁厚、中腔小、強力高、顏色亮而發(fā)完,其品級就高;成熟系數(shù)低,則胞壁薄、中腔大、強力弱、顏色完亮不佳,品級就低。一般早期、中期棉花2級、3級棉較多,尾期棉花5級、6級、7級棉較多,產(chǎn)生這種差異的主要原因就是纖維的成熟度差異較大。
棉纖維平均成熟系數(shù)在2.2以上,單纖維平均強力可達5.0cN或更高一些。纖維成熟系數(shù)的高低,或者說胞壁加厚的程度,依賴于植株各部分的營養(yǎng)供給。這就要求在前期生長中,制造良好的條件,使植株長得粗壯。
3.轉(zhuǎn)曲期(成熟期)
棉纖維加厚期結(jié)束后,棉鈴殼開始逐漸脫水,由于棉纖維的成熟而膨脹,棉鈴裂開而吐絮。開始棉纖維是管狀細胞,吐絮后暴露在空氣中,纖維內(nèi)水分蒸發(fā)引起表面收縮。由于棉纖維細胞壁沉積纖維素時是以螺旋狀原纖形態(tài)層層分布的,螺旋方向時左時右,所以在纖維干涸收縮時,胞壁發(fā)生時左時右的螺旋形扭轉(zhuǎn),形成不規(guī)則的天然轉(zhuǎn)曲。這一時期為15～20天。形成天然轉(zhuǎn)曲的時期一般在棉鈴開始呈現(xiàn)裂縫后的3～4天。未成熟纖維的細胞壁薄,幾乎沒有轉(zhuǎn)曲;過成熟纖維雖然單纖維強力高,但天然轉(zhuǎn)曲少,棉花品質(zhì)不好。棉鈴?fù)滦跚昂罄w維的橫截面如圖1-1所示。

棉鈴充分開裂后,纖維發(fā)育成熟,種子同時也發(fā)育成熟。種子發(fā)育成熟的過程,就是質(zhì)量改變的過程。種子發(fā)育初期,重量增加速度較快,以后變慢。種子核仁所含油質(zhì),初期增加很少,開花后25天含油量為1.5%～2%,以后迅速增加,到完全成熟時,含油量可達20%左右。一般完全成熟陸地棉的種子,不易刮掉棉短絨,子殼呈黑色或棕色,浸入水中很快下沉,可以作種子用;不成熟的種子,簡單刮掉棉短絨,子殼呈黃褐色或嫩黃色,浸水下沉較慢或不沉入水底,不能作種子用。
這是選種方法之一?？筛鶕?jù)種子的這種特征,鑒別子棉成熟度的高低,以確定品級高低。
100粒子棉的棉纖維每平方米重量(g)叫做衣指。100粒棉子的每平方米重量(g)稱為子指。子指和衣指都是考核棉纖維品種優(yōu)良和否的指標。衣指高,衣分高,單產(chǎn)高,品種優(yōu)良;子指高,生命力強,種性好。

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