王 禹，易鎮(zhèn)邪，王學(xué)華，易自力

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽條件的研究

王 禹1，易鎮(zhèn)邪1，王學(xué)華1，易自力2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

以人工遠(yuǎn)緣雜交新品種湘雜芒2號(hào)(Miscanthussinensis×lutarioriparia)為材料，研究了溫度、發(fā)芽床、光照、貯藏條件、帶穎殼與去穎殼等處理對(duì)芒屬植物種子發(fā)芽的影響。結(jié)果表明，湘雜芒2號(hào)種子在15和45 ℃條件下不發(fā)芽，在變溫條件下(20 ℃/30 ℃)發(fā)芽率最高，為96%；紙上發(fā)芽的平均發(fā)芽率最高，為94%；在光照和黑暗條件下發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)差異均不顯著；在4 ℃的冰箱冷凍和在室溫下非密封保存1年后，平均發(fā)芽率超過(guò)85%，而在-20 ℃條件下保存1年后萌發(fā)率為0；種子去穎殼后發(fā)芽率由66%提高到86%。該結(jié)果能為芒屬植物種苗繁殖體系的建立提供基礎(chǔ)。

生物能源；芒屬植物；湘雜芒2號(hào)；育苗技術(shù)

芒屬植物(Miscanthus)又名芒草，屬禾本科芒屬，為多年生高大C4草本植物[1-2]，用于造紙和飼用牧草。近年來(lái)，由于化石能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重，生物質(zhì)能源的利用與新型能源植物的開(kāi)發(fā)受到了廣泛關(guān)注。芒屬植物具有生物質(zhì)產(chǎn)量高、纖維素含量高、燃燒性能好、適應(yīng)性強(qiáng)、生態(tài)效益高、可持續(xù)發(fā)展利用等特點(diǎn)，符合發(fā)展生物能源“不與人爭(zhēng)糧，不與糧爭(zhēng)地”的基本原則，被認(rèn)為是最具應(yīng)用前景的能源植物之一[3-4]。

湘雜芒2號(hào)(M.sinensis×lutarioriparia)是湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)芒屬植物研究所以野生的南荻(M.lutarioriparius)和芒(M.sinensis)為親本，通過(guò)人工遠(yuǎn)緣雜交培育出的芒屬植物種間雜交新品種，2010年通過(guò)湖南省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，為世界首例芒屬植物人工遠(yuǎn)緣雜交新品種[5]。湘雜芒2號(hào)不但具有芒屬能源植物的一般特征，還集合了其親本芒和南荻的諸多優(yōu)點(diǎn)：叢生、株型緊湊、每單株有多個(gè)節(jié)且節(jié)間具有可繁殖的腋芽。多年栽培試驗(yàn)表明[5]，其性狀與野生親本有明顯區(qū)別，且遺傳性狀穩(wěn)定，每667 m2干物質(zhì)產(chǎn)量可達(dá)2.5 t。湘雜芒2號(hào)的推廣應(yīng)用，將對(duì)我國(guó)芒屬能源植物開(kāi)發(fā)利用及生物質(zhì)能源的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

高效、廉價(jià)的繁殖技術(shù)是能源植物大規(guī)模推廣應(yīng)用的重要技術(shù)基礎(chǔ)。目前，芒屬植物種子苗人工繁殖技術(shù)體系還不成熟，其繁殖多采用分蔸繁殖方式，這樣既費(fèi)時(shí)、費(fèi)工，又存在繁殖系數(shù)低等缺點(diǎn)，將影響芒屬能源植物的大規(guī)模推廣應(yīng)用。因此，本研究特以湘雜芒2號(hào)種子為材料，對(duì)其萌發(fā)條件進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以期為建立種子苗高效繁殖技術(shù)體系，加速芒屬能源植物的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料 以湘雜芒2號(hào)種子為試驗(yàn)材料，種子收獲于2010年11月。經(jīng)測(cè)定，種子千粒重為0.674 g，含水量為7.52%。

1.2方法

1.2.1主要試驗(yàn)儀器 光照培養(yǎng)箱(PYX-300G-B)，玻璃培養(yǎng)皿(90 mm)，濾紙，沙子(pH值6.0～7.5，直徑0.05～0.80 mm，洗凈后160 ℃高溫消毒2 h，使用時(shí)用無(wú)菌水拌成濕沙，手捏成團(tuán)，放手即散開(kāi))，無(wú)土基質(zhì)(主要成分為椰子殼，使用前用120 ℃高溫消毒2 h)。

1.2.2發(fā)芽計(jì)數(shù)時(shí)間 根據(jù)對(duì)種子萌發(fā)過(guò)程的觀察，湘雜芒2號(hào)種子在最適的萌發(fā)條件下，第2天開(kāi)始萌發(fā)，第4天即可達(dá)到發(fā)芽高峰，第9天種子完全萌發(fā)。因此，確定湘雜芒2號(hào)種子初次記數(shù)時(shí)間為發(fā)芽后第2天，末次記數(shù)時(shí)間為發(fā)芽后第9天。

1.2.3發(fā)芽溫度 試驗(yàn)采用去穎殼種子，設(shè)15、20、25、30、35、40和45 ℃恒溫及20 ℃/30 ℃變溫8個(gè)溫度處理，每處理重復(fù)3次，每次30粒。變溫處理時(shí)，采用高溫8 h，低溫16 h，發(fā)芽床采用墊有兩層濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿，放入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，試驗(yàn)過(guò)程中加水?dāng)?shù)次，以保持濾紙濕潤(rùn)，每天記錄種子發(fā)芽數(shù)[6]。

1.2.4發(fā)芽床 根據(jù)溫度試驗(yàn)選擇最適發(fā)芽溫度，進(jìn)行了不同發(fā)芽床(紙上、紙間、沙上、沙間、無(wú)土基質(zhì)上、無(wú)土基質(zhì)間)發(fā)芽試驗(yàn)。試驗(yàn)采用去穎殼種子，試驗(yàn)過(guò)程管理同上。各處理如下：

紙上(TP)：在培養(yǎng)皿中鋪兩層濕潤(rùn)的濾紙，然后置種；紙間(BP)：在培養(yǎng)皿中鋪兩層濕潤(rùn)的濾紙，置種后在種子上面再鋪一層濕潤(rùn)濾紙；沙上(TS)：在培養(yǎng)皿中鋪1 cm濕沙，再將種子壓入沙表層；沙間(BS)：在培養(yǎng)皿中鋪1 cm濕沙，置種后再覆上厚度約5 mm的濕潤(rùn)細(xì)沙；無(wú)土基質(zhì)上(TM)：在培養(yǎng)皿中鋪1 cm濕潤(rùn)無(wú)土基質(zhì)，再將種子壓入表層；無(wú)土基質(zhì)間(BM)：在培養(yǎng)皿中鋪1 cm濕潤(rùn)無(wú)土基質(zhì)，置種后再覆上厚度約5 mm的濕潤(rùn)無(wú)土基質(zhì)。

1.2.5光照條件 選擇最適的發(fā)芽溫度與發(fā)芽床，設(shè)光照時(shí)間完全黑暗(0 h)和光照12 h/黑暗12 h兩個(gè)處理，每處理重復(fù)3次，試驗(yàn)采用去穎殼種子，每次30粒。試驗(yàn)過(guò)程管理同上。

1.2.6帶/去穎殼發(fā)芽 選擇上述試驗(yàn)確定的最佳溫度、發(fā)芽床和光照條件進(jìn)行帶/去穎殼發(fā)芽試驗(yàn)，設(shè)帶穎殼發(fā)芽和去穎殼發(fā)芽?jī)蓚€(gè)處理。試驗(yàn)過(guò)程管理同上。

1.2.7貯藏條件 將湘雜芒2號(hào)種子去穎殼后放在干燥非密封的玻璃瓶中，分別保存在-20 ℃、4 ℃和室溫條件下一年后，選擇上述試驗(yàn)確定的最佳溫度、發(fā)芽床和光照條件進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法 種子的新鮮胚根伸出與種子等長(zhǎng)視為發(fā)芽[7]，各指標(biāo)的計(jì)算公式如下：

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt).

式中,Gt為第t天的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)[8]。

苗高和根長(zhǎng)測(cè)定方法：試驗(yàn)進(jìn)行9 d后，自每個(gè)處理的3個(gè)重復(fù)中分別隨機(jī)抽取幼苗10株，測(cè)定苗高、根長(zhǎng)，計(jì)算平均值。

數(shù)據(jù)采用Excel 2003做基本數(shù)據(jù)處理，DPS 6.5 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1溫度對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽的影響 湘雜芒2號(hào)種子在15和45 ℃的條件下不發(fā)芽，在20 ℃/30 ℃變溫條件下的發(fā)芽率最高，達(dá)到96%，其發(fā)芽指數(shù)也最高，達(dá)到55.81，顯著高于其他處理(圖1、表1)。在20～40 ℃恒溫條件下，發(fā)芽率、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)均呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，30 ℃恒溫條件時(shí)達(dá)到最高值；20～35 ℃條件下的平均發(fā)芽率差異不顯著，均在80%以上，顯著高于40 ℃條件下的發(fā)芽率(60%)(Plt;0.05)；種苗在30 ℃條件下生長(zhǎng)最健壯，平均根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)最長(zhǎng)，分別為41.99和23.93 mm，與其他各溫度下的根長(zhǎng)差異顯著，在40 ℃高溫條件下的種苗最弱，平均根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)最小，分別為2.77和3.24 mm。可見(jiàn)，溫度對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽影響顯著，20 ℃/30 ℃的變溫條件對(duì)提高種子發(fā)芽率最有利，而30 ℃的恒溫條件更有利于種苗生長(zhǎng)。

2.2發(fā)芽床對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽的影響 湘雜芒2號(hào)種子在紙上、紙間、沙上和基質(zhì)上的發(fā)芽率均高于各發(fā)芽床間，均在80%以上，其中紙上處理發(fā)芽率最高(94%)，顯著高于其他發(fā)芽床(Plt;0.05)；紙間處理根長(zhǎng)最長(zhǎng)(16 mm)，顯著高于其他處理；紙上、沙上和基質(zhì)上芽長(zhǎng)差異不顯著，與紙間、沙間和基質(zhì)間的芽長(zhǎng)差異達(dá)到顯著水平；紙上處理的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)均高于其他處理，沙間和基質(zhì)間處理的發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)最低(圖2、表2)。綜合來(lái)看，湘雜芒2號(hào)最適合的發(fā)芽床為紙上，其次為沙上。

圖1 湘雜芒2號(hào)種子在不同溫度條件下的發(fā)芽率Fig.1 Germination rate of M.sinensis×lutarioriparia seeds under different temperature conditions

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(Plt;0.05)。下同。

Note:Different lower case letters indicate significant difference among treatments at 0.05 level. The same below.

表1 湘雜芒2號(hào)種子在不同溫度條件下的發(fā)芽情況Table 1 The germination indexes of M.sinensis×lutarioriparia seeds under different temperature conditions

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(Plt;0.05)。下同。

Note:Different lower case letters within the same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level. The same below.

2.3光照條件對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽的影響 在完全黑暗和光照12 h/黑暗12 h的條件下，湘雜芒2號(hào)種子的平均發(fā)芽率差異不顯著，均在86%左右，光照12 h/黑暗12 h條件下的平均根長(zhǎng)(42 mm)顯著高于黑暗條件下平均根長(zhǎng)(18 mm)，而黑暗條件下的平均芽長(zhǎng)顯著高于光照12 h/黑暗12 h(Plt;0.05)；光照12 h黑暗12 h的發(fā)芽勢(shì)顯著高于黑暗條件下，兩處理間的發(fā)芽指數(shù)差異不顯著(表3)。

2.4帶/去穎殼發(fā)芽對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽的影響 湘雜芒2號(hào)去穎殼種子各項(xiàng)發(fā)芽指標(biāo)均高于帶穎殼發(fā)芽處理，其中平均發(fā)芽率、根長(zhǎng)、發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢(shì)的差異均顯著(Plt;0.05)，平均芽長(zhǎng)差異不顯著；種子平均發(fā)芽率從66%顯著提高到86%(表3)。說(shuō)明，去穎殼條件更有利種子的發(fā)芽和種苗的生長(zhǎng)。

2.5貯藏條件對(duì)湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽的影響 在-20 ℃條件下保存1年后湘雜芒2號(hào)種子萌發(fā)率為0，4 ℃和室溫條件下保存1年后萌發(fā)情況良好；室溫保存1年后種子發(fā)芽率最高，為91%，室溫、4 ℃保存1年后與剛收獲即進(jìn)行發(fā)芽處理之間的平均發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)差異不顯著，但平均根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)較剛收獲處理顯著降低(表3)。

圖2 湘雜芒2號(hào)種子在不同發(fā)牙床條件下的發(fā)芽率Fig.2 Germination rate of M.sinensis×lutarioriparia seeds under different germination beds

發(fā)芽床Germinationbed根長(zhǎng)Rootlength/mm芽長(zhǎng)Budlength/mm發(fā)芽指數(shù)Germinationindex發(fā)芽勢(shì)Germinationpotential/%紙上TP13．29±1．82b18．67±2．00a73．65±4．75a77±3a紙間BP16．12±0．45a13．39±1．11b64．15±3．39ab62±5b沙上TS12．32±0．53b18．97±2．04a69．16±6．41ab71±4a沙間BS9．43±1．54c11．10±1．67b1．56±0．67c22±3c基質(zhì)上TM9．87±0．47c19．03±1．54a61．95±3．43b64±3b基質(zhì)間BM8．34±1．27c13．24±2．74b2．45±3．55c17±3c

表3 不同處理?xiàng)l件下湘雜芒2號(hào)種子發(fā)芽情況Table 3 The germination of M.sinensis×lutarioriparia seeds under different treatments

3 討論與小結(jié)

溫度是影響種子發(fā)芽的重要因素之一[9]，顯著影響種子的發(fā)芽率、發(fā)芽速率和幼苗生長(zhǎng)。而發(fā)芽床是提供種子發(fā)芽所需水分和承載種子質(zhì)量的襯墊，發(fā)芽床和發(fā)芽方式對(duì)種子的發(fā)芽率和發(fā)芽速率影響顯著。變溫能夠促進(jìn)種子發(fā)芽的機(jī)制，一般認(rèn)為變溫能促進(jìn)酶的活性，有利于貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)種皮發(fā)生機(jī)械變化而有利于透氣透水，從而促進(jìn)種子發(fā)芽[10]。湘雜芒2號(hào)種子在(20 ℃/30 ℃)變溫條件下平均發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)最高，與柳枝稷(Panicumvirgatum)的最適發(fā)芽溫度范圍(30～35 ℃)基本一致[11]。種子在各發(fā)芽床上的發(fā)芽率均高于發(fā)芽床間的發(fā)芽率，可能是種子在發(fā)芽床上的空氣通透性和發(fā)芽空間較優(yōu)所致。種子發(fā)芽對(duì)光照不敏感，在黑暗條件下發(fā)芽狀況良好，但長(zhǎng)時(shí)間遮光易使種苗黃化，生長(zhǎng)過(guò)快且長(zhǎng)勢(shì)不齊。

湘雜芒2號(hào)種子外面包裹著一層穎殼，難以去除，生產(chǎn)上為了簡(jiǎn)化繁殖過(guò)程和節(jié)約成本一般不對(duì)種子進(jìn)行去穎殼處理。但本研究表明,去穎殼后，發(fā)芽率、發(fā)芽速率和幼苗生長(zhǎng)情況都優(yōu)于帶穎殼種子，可能是種子在去穎殼過(guò)程中對(duì)種皮造成了輕度的機(jī)械損傷，促進(jìn)了種子的發(fā)芽，而穎殼的包裹則阻礙了種子發(fā)芽。種子在-20 ℃條件下保存1年后發(fā)芽率為0，其原因可能是低溫破壞了種子內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，也可能是種子在低溫逆境環(huán)境下進(jìn)入了休眠狀態(tài)所致；在4 ℃和室溫條件下保存1年后，平均發(fā)芽率均在85%以上，但由于長(zhǎng)時(shí)間的保存，種子胚中養(yǎng)分不斷消耗，導(dǎo)致平均根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)顯著降低。

在種苗繁殖時(shí)可優(yōu)先采用(20 ℃/30 ℃)變溫條件，以保證較高的出苗率和發(fā)芽速率；也可以采用30 ℃恒溫條件進(jìn)行育苗，以培養(yǎng)整齊、健壯的幼苗，并以紙上先催芽后播種或者在沙上直播的方式繁殖種苗為好。在繁殖過(guò)程中應(yīng)補(bǔ)充光源，以保證幼苗正常生長(zhǎng)。盡量去除穎殼，而有關(guān)簡(jiǎn)便有效的去穎殼方法，可做進(jìn)一步研究。湘雜芒2號(hào)種子可以采用4 ℃和室溫條件下短時(shí)間貯藏，但種苗繁殖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分。

《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》[12]中尚未有芒屬植物種子的檢驗(yàn)規(guī)定，本研究旨在為建立芒種子的檢驗(yàn)規(guī)程提供理論參考，同時(shí)為芒屬植物種苗繁殖技術(shù)體系的建立提供基礎(chǔ)。湘雜芒2號(hào)種子結(jié)實(shí)率高、籽粒飽滿、種子的發(fā)芽率高、發(fā)芽速度快，通過(guò)種子繁殖可以大幅度提高湘雜芒2號(hào)的繁殖系數(shù)，解決材料繁殖的季節(jié)性約束，節(jié)約繁殖成本。本研究?jī)H對(duì)種子發(fā)芽條件進(jìn)行了研究，但并未核算生產(chǎn)上的能量投入，對(duì)種苗的養(yǎng)分需求情況也未做具體的研究分析，對(duì)大田種苗繁殖的成苗率和種苗移栽后的成活率也未做相應(yīng)的試驗(yàn)，因此，有關(guān)種苗生產(chǎn)的繁殖系數(shù)、成本投入和具體的種苗管理措施，有待進(jìn)一步研究。

[1] 鄧果特,劉清波,易自力,等.芒屬植物染色體核型研究進(jìn)展[J].作物研究，2011,25(3):292-294.

[2] 胡婷春,熊興耀.新型能源植物——芒的研究進(jìn)展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工·學(xué)刊,2010(5):23-26.

[3] Faix O，Meier D，Beinhoff O.Analysis of lignocelluloses and lignins fromArundodonaxL. andMiscanthussinensisAnderss and hydroliquefactionMiscanthus[J].Biomass，1989，18:109-126.

[4] 劉明稀,蔣建雄,易自力.細(xì)胞工程技術(shù)在芒屬能源作物上的應(yīng)用[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2011,20(4):261-269.

[5] 讓鄉(xiāng)間野草成為能源植物明星[EB/OL].(2010-10-30)[2011-12-21].http://hnndxb.cuepa.cn/show_more.php?tkey=amp;bkey=amp;doc_id =375511.

[6] 田宏,劉洋,張鶴山,等.扁穗雀麥種子萌發(fā)條件的研究[J].草業(yè)科學(xué)，2009,26(7):88-93.

[7] 馮巖,衛(wèi)增泉,李文建,等.沿重離子貫穿深度的番茄干種子輻射生物學(xué)效應(yīng)研究[J].激光生物學(xué)報(bào),2002,11(6):442-449.

[8] 顏啟傳.種子學(xué)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2001.

[9] 劉文，劉坤，張春輝，等.種子萌發(fā)的積溫效應(yīng)——以青藏高原東緣的12種菊科植物為例[J].植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011,35(7):751-758.

[10] 光照及溫度對(duì)不同種植物種子發(fā)芽的影響[EB/OL].(2011-05-24)[2011-12-21].http://www.zgny17.com/jishu/News20115/news_ 76934.html.

[11] 范希峰,侯新村,武菊英,等.北京地區(qū)新收獲柳枝稷種子的萌發(fā)和出苗特性[J].草業(yè)科學(xué)，2011，28(9): 1636-1639.

[12] 國(guó)際種子檢驗(yàn)協(xié)會(huì).國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1996.

Studyonseedgerminationconditionsof“M.sinensis×lutarioriparia”

WANG Yu1, YI Zhen-xie1, WANG Xue-hua1, YI Zi-li2

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

This study aimed to investigate the effects of temperature, germinating bed, light, storage condition and glume on seed germination ofMiscanthussinensis×lutarioripariawhich is a new cultivar selected from distant hybridization inMiscanthus. The results showed that seeds didn’t germinate under 15 ℃ and 45 ℃ condition, and the highest germination rate of 96% was observed under variable temperature conditions (20 ℃/30 ℃). Germination rate ofM.sinensis×lutarioripariaseeds were higher with 94% on the top of paper than that on other seed bed. There was no significant difference in germination rate and germination index under between light and dark conditions. The germination rate of seeds could reach 85% after one year storage at 4 ℃ and room temperature, while it was zero after one year storage at -20 ℃. Germination of naked seeds was 86%, but glumes 66%. These results provided the foundation for construction of seedling reproductive system ofMiscanthus.

biological energy;Miscsanthus;M.sinensis×lutarioriparia; seedling reproductive technology

YI Zi-li E-mail:yizili889@163.com

2012-03-22接受日期：2012-08-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30971832)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃區(qū)域重大專項(xiàng)(2011AA100209-3)

王禹(1986-)，男，湖南湘潭人，碩士，主要從事能源植物栽培研究。E-mail:yyuu205@126.com

易自力(1959-)，男，湖南瀏陽(yáng)人，教授，博士，研究方向?yàn)槊倌茉粗参镩_(kāi)發(fā)與利用。E-mail:yizili889@163.com

S816;Q945.34

A

1001-0629(2013)01-0069-05