棉纖維是由胚珠(馬上來(lái)的棉子)表皮壁上的細(xì)胞經(jīng)過(guò)伸長(zhǎng)和加厚而形成的。一個(gè)細(xì)胞長(zhǎng)成一根纖維,即每根棉纖維是一個(gè)植物單細(xì)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(shí)進(jìn)行。棉纖維的發(fā)育特點(diǎn)是先伸長(zhǎng),然后充實(shí)加厚細(xì)胞壁。整個(gè)棉纖維的形成過(guò)程,可以分為三個(gè)時(shí)期。
1.伸長(zhǎng)期
棉纖維發(fā)育的前半期是伸長(zhǎng)階段,表現(xiàn)為纖維細(xì)胞壁的伸長(zhǎng)和初生壁的形成。在開(kāi)花之前,胚珠的表皮細(xì)胞表面相當(dāng)平滑,在花冠開(kāi)放、胚珠未受精前,胚珠的表皮細(xì)胞有多處隆起,這表示有些表皮細(xì)胞已經(jīng)伸長(zhǎng),這些細(xì)胞就是纖維初生細(xì)胞。經(jīng)過(guò)一晝夜,初生細(xì)胞就可以伸長(zhǎng)為其寬度的2倍。胚珠受精后,纖維初生細(xì)胞就迅速伸長(zhǎng)。在伸長(zhǎng)的同時(shí),也加大細(xì)胞的寬度,細(xì)胞核也隨細(xì)胞向前移動(dòng)。這一時(shí)期稱為棉纖維的伸長(zhǎng)期,需25～30天。棉纖維一般在25天左右就可以伸長(zhǎng)到應(yīng)有的長(zhǎng)度,見(jiàn)表1-1。

棉纖維在伸長(zhǎng)期,幾乎不橫向發(fā)育,只在縱向延伸。由于生長(zhǎng)條件不同,伸長(zhǎng)速度不完全一致,所以,不同種子上的纖維長(zhǎng)度并不一樣。當(dāng)纖維達(dá)到各自的長(zhǎng)限度時(shí),停止延伸,結(jié)束伸長(zhǎng)期。但在構(gòu)造上仍只有一層初生細(xì)胞壁,內(nèi)部很少加厚,成為薄壁細(xì)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(wú)紡紗價(jià)值。
正常情況下,胚珠表皮細(xì)胞層中的細(xì)胞逐漸成為初生細(xì)胞,在開(kāi)花受精后l0天內(nèi)陸續(xù)發(fā)生,早發(fā)生的初生細(xì)胞發(fā)育良好,長(zhǎng)度較長(zhǎng),成為具有紡紗價(jià)值的棉纖維。開(kāi)花第三天以后,從胚珠表皮細(xì)胞層所發(fā)生的初生細(xì)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(gè)胚珠內(nèi)的卵細(xì)胞沒(méi)有受精,纖維初生細(xì)胞就逐漸停止生長(zhǎng),胚珠死亡,成為不孕子。原來(lái)在這個(gè)胚珠上開(kāi)始伸長(zhǎng)的表皮細(xì)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(dāng)纖維伸長(zhǎng)達(dá)到長(zhǎng)限度時(shí),就快速地增加胞壁厚度,日快夜慢地累積纖維素,使細(xì)胞壁加厚,中腔變小。這時(shí)纖維長(zhǎng)度很少再增加,外周長(zhǎng)也沒(méi)有多大變化,只是細(xì)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(xì)胞壁。后成為一根兩端較細(xì)、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(zhǎng)和環(huán)境溫度關(guān)系緊密。纖維素的沉積在溫度較高的時(shí)候進(jìn)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(huì)受到影響,溫度低于15℃,纖維加厚就會(huì)停止。由于白天和黑夜的溫差很大,纖維素沉積時(shí)快時(shí)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(xì)胞壁的加厚天數(shù)相同,從而形成棉纖維的生長(zhǎng)日輪?？梢?jiàn),棉纖維次生胞壁形成時(shí),纖維素沉積具有晝夜周期性。如果在棉纖維加厚時(shí)期保持不變的適宜溫度,就不會(huì)形成生長(zhǎng)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(qiáng)力、斷裂長(zhǎng)度、單位長(zhǎng)度重量逐漸增加。因此,纖維的成熟系數(shù)和強(qiáng)度說(shuō)明了棉花品質(zhì)的好壞。纖維的成熟系數(shù)高,標(biāo)志著胞壁厚、中腔小、強(qiáng)力高、顏色亮而發(fā)完,其品級(jí)就高;成熟系數(shù)低,則胞壁薄、中腔大、強(qiáng)力弱、顏色完亮不佳,品級(jí)就低。一般早期、中期棉花2級(jí)、3級(jí)棉較多,尾期棉花5級(jí)、6級(jí)、7級(jí)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(qiáng)力可達(dá)5.0cN或更高一些。纖維成熟系數(shù)的高低,或者說(shuō)胞壁加厚的程度,依賴于植株各部分的營(yíng)養(yǎng)供給。這就要求在前期生長(zhǎng)中,制造良好的條件,使植株長(zhǎng)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(kāi)始逐漸脫水,由于棉纖維的成熟而膨脹,棉鈴裂開(kāi)而吐絮。開(kāi)始棉纖維是管狀細(xì)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(xì)胞壁沉積纖維素時(shí)是以螺旋狀原纖形態(tài)層層分布的,螺旋方向時(shí)左時(shí)右,所以在纖維干涸收縮時(shí),胞壁發(fā)生時(shí)左時(shí)右的螺旋形扭轉(zhuǎn),形成不規(guī)則的天然轉(zhuǎn)曲。這一時(shí)期為15～20天。形成天然轉(zhuǎn)曲的時(shí)期一般在棉鈴開(kāi)始呈現(xiàn)裂縫后的3～4天。未成熟纖維的細(xì)胞壁薄,幾乎沒(méi)有轉(zhuǎn)曲;過(guò)成熟纖維雖然單纖維強(qiáng)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(kāi)裂后,纖維發(fā)育成熟,種子同時(shí)也發(fā)育成熟。種子發(fā)育成熟的過(guò)程,就是質(zhì)量改變的過(guò)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(kāi)花后25天含油量為1.5%～2%,以后迅速增加,到完全成熟時(shí),含油量可達(dá)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(jiǎn)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(jí)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(biāo)。衣指高,衣分高,單產(chǎn)高,品種優(yōu)良;子指高,生命力強(qiáng),種性好。