劉濤，寧毅，馮乃杰，鄭殿峰，陳文浩，張盼盼，石英，劉洋，龔屾，劉春娟，趙晶晶

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶163319；2.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司賓縣玉米生產(chǎn)分公司；3.國家雜糧工程技術(shù)研究中心；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院）

不同播深對玉米出苗、胚芽鞘特性及幼苗活力的影響

劉濤1，寧毅2，馮乃杰1，鄭殿峰1，陳文浩4，張盼盼3，石英1，劉洋1，龔屾1，劉春娟1，趙晶晶1

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，大慶163319；2.北大荒墾豐種業(yè)股份有限公司賓縣玉米生產(chǎn)分公司；3.國家雜糧工程技術(shù)研究中心；4.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院）

試驗(yàn)以玉米德美亞1號、鄭單958及龍單49為研究材料，采用盆栽試驗(yàn)，研究了5個不同播種深度對玉米出苗情況、幼苗活力、胚芽鞘特性及顯微結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：不同供試玉米品種，播種深度為4 cm時，出苗最好，玉米幼苗活力最高。伴隨播種深度的增加，胚芽鞘特性改良效果更加顯著。生產(chǎn)實(shí)踐中，在最佳播深情況下，胚芽鞘特性未能得到完全發(fā)揮，需要通過使用其他化學(xué)或物理方法來改善胚芽鞘建成，增強(qiáng)其保護(hù)幼苗的功能。

玉米；胚芽鞘；顯微結(jié)構(gòu)；幼苗活力

玉米是重要的糧食產(chǎn)物，在黑龍江種植面積截至2013年已近676.2萬hm2，位居黑龍江省糧食作物產(chǎn)量的首位［1］。但黑龍江春旱現(xiàn)象發(fā)生頻率過高嚴(yán)重危害玉米的萌發(fā)和出苗。幼苗高出苗勢、出苗率是玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)保障［2］。保證玉米幼苗正常及時破土，玉米胚芽鞘及幼苗活力有著極其重要的作用。胚芽鞘是單子葉植物萌發(fā)后形成的第一片鞘狀葉，包裹植物的胚芽，首先穿出地面，保護(hù)胚芽出土?xí)r不受損傷［3］。胚芽鞘的尖端可合成植物生長素，對于幼苗的出土同樣至關(guān)重要［4］。幼苗出土以后，胚芽鞘內(nèi)所含的葉綠體即可進(jìn)行光合作用，對幼苗的獨(dú)立生活起著極其重要的作用［5］。胚芽鞘是作物幼苗正常生長發(fā)育的起點(diǎn)。

玉米出苗后，幼苗活力泛指在大田條件下種子迅速整齊出苗及幼苗正常生長的潛在能力［6］。幼苗活力高的植株表現(xiàn)為田間出苗率高、生育期縮短，玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，植株的抗逆能力有效提高［7］。因此有必要對幼苗活力的相關(guān)性狀進(jìn)行深入的研究。從20世紀(jì)六七十年代，人們就開始探索如何通過物理或環(huán)境因素來調(diào)節(jié)胚芽鞘細(xì)胞機(jī)構(gòu)強(qiáng)度，燕麥［8］、玉米［9-10］、小麥［11-14］、水稻［15-16］都得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來，Mohan A、Arne Saatkamp和錢雪婭通過不同播深對小麥胚芽鞘長度進(jìn)行了一定的科學(xué)研究［17-19］。除此之外，不同播深對胚芽鞘形態(tài)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)及幼苗活力影響領(lǐng)域的研究還比較缺乏，有待進(jìn)一步擴(kuò)充補(bǔ)足。試驗(yàn)以德美亞1號、鄭單958及龍單49，3個不同供試玉米品種，通過5個不同播深處理，對玉米幼苗出苗情況、胚芽鞘的生長發(fā)育及幼苗活力進(jìn)行了探究，并對胚芽鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)拍攝。以期可以進(jìn)一步了解不同播種深度對玉米幼苗生長發(fā)育及胚芽鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，為玉米實(shí)際生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)，豐富胚芽鞘研究內(nèi)容。

1　材料與方法

1.1供試品種

德美亞1、鄭單958、龍單49

1.2處理方法

室內(nèi)不同播深試驗(yàn)，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，使用30 cm×28 cm一次性培養(yǎng)缽，3種玉米按2、4、6、8、10 cm共5個播深進(jìn)行處理，當(dāng)裝土到相應(yīng)的播深時，選擇外觀形態(tài)相同的種子均勻播種到土表面，每盆20粒，進(jìn)行分層覆土，直至盆內(nèi)總土壤深度達(dá)到20 cm。1個品種，5個播深處理，每處理設(shè)定4次重復(fù)，共60盆。盆栽一次澆透，試驗(yàn)期間不澆水，室內(nèi)溫度設(shè)定為25℃。

1.3調(diào)查指標(biāo)

1.3.1出苗勢及最終出苗數(shù)

以幼苗出土2 cm為出苗標(biāo)準(zhǔn)，每天統(tǒng)計(jì)出苗數(shù)，結(jié)束后計(jì)算出苗勢、出苗率及出苗時間［20］。

出苗勢（%）=（第6天出苗數(shù)/播種數(shù)）×100%；

出苗率（%）=（第8天出苗數(shù)/播種數(shù)）×100%；

出苗時間（d）為出苗率達(dá)到50%的天數(shù)。

1.3.2胚芽鞘形態(tài)指標(biāo)

出土率達(dá)到50%后進(jìn)行取樣，每盆5株，觀測胚芽鞘長度、粗度（游標(biāo)卡尺）、重量（萬分之一天平）、韌性（取胚芽鞘進(jìn)行兩端固定，用數(shù)字拉力計(jì)進(jìn)行拉伸，測定記錄胚芽鞘發(fā)生明顯斷折的數(shù)據(jù)）。

1.3.3胚芽鞘的顯微結(jié)構(gòu)

植株出土2 cm時進(jìn)行取樣，選取胚芽鞘頂端，在靠近尖端的1/4處取材（長約5 mm）做石蠟切片，用標(biāo)準(zhǔn)固定液（FAA）固定保存，用酒精和二甲苯系列脫水，石蠟包埋，橫切片厚度10 μm，番紅-固綠二重整染，甘油封片。在Motic BA310 digital顯微鏡下，測量組織橫切面維管束面積，縱切面單位長度（400 μm）內(nèi)的細(xì)胞數(shù)及相同單位長度下的細(xì)胞壁細(xì)胞的細(xì)胞數(shù)。每個處理觀測10個視野，取均值，同時進(jìn)行顯微照相。

1.3.4幼苗活力的測定

各處理全部出苗后，對該處理進(jìn)行取樣，隨機(jī)取10株，測定seeding vigor（幼苗活力）［21］：測定根干重（萬分之一天平）幼苗苗長（直尺）、苗干重、中胚軸干重等。

1.4統(tǒng)計(jì)分析

應(yīng)用Microsoft Excel 2003處理數(shù)據(jù)并作圖；在SPSS中完成統(tǒng)計(jì)分析；用Imagej2X進(jìn)行細(xì)胞圖像的處理。

2　結(jié)果與分析

2.1不同播深對玉米出苗的影響

供試玉米品種出苗勢隨播種深度增加逐漸降低（圖1），且不同品種出苗勢播深4 cm和播深6 cm存在極顯著差異。德美亞1號出苗勢中，6 cm播深處理比4 cm播深處理降低了69.2%，鄭單958和龍單49則分別降低30.8%和30.0%。相同播種深度處理下各供試品種出苗勢存在差異性，其中德美亞1號2 cm播深出苗勢最高，10 cm播深出苗勢最低。

圖1　不同播深濃度處理下玉米品種的出苗勢Fig.1The seedling emergence potential of three maize varieties under different sowing depth treatments

從表1可以看出不同供試品種出苗率隨播種深度增加逐漸下降。其中，10 cm播深處理的各供試品種玉米的出芽率低于其他播深處理，并與2～4 cm播深處理達(dá)到極顯著差異。同時，德美亞1號10 cm播深處理出苗率普遍低于50%。不同播深處理下，玉米出苗時間呈現(xiàn)與出苗勢相反趨勢，隨播種深度增加逐漸增大（表2）。其中，8 cm和10 cm播深處理下，出苗時間均比4 cm播深處理下延后了1～2 d，且與2～4 cm播深處理存在顯著性差異。

表1　不同播種深度處理下玉米品種的平均出苗率（%）Table 1The seedling emergence rate of three maize varieties under different sowing depth treatments

表2　不同播種深度處理下玉米品種的平均出苗時間（天）Table 2The seedling emergence time of three maize varieties under different sowing depth treatments

2.2不同播深對玉米胚芽鞘形態(tài)的影響

隨播種深度的增加，玉米胚芽鞘形態(tài)指標(biāo)呈現(xiàn)不同趨勢，供試品種胚芽鞘隨播種深度的增加，胚芽鞘長度及重量均得到穩(wěn)步升高，即處理10 cm＞8 cm＞6 cm＞4 cm＞2 cm；胚芽鞘粗度有處理4 cm＞2 cm＞10 cm＞8 cm＞6 cm，即結(jié)至5 cm，胚芽鞘粗度隨播種深度增加而加粗，6 cm附近出現(xiàn)顯著變化，重新出現(xiàn)最小值，后繼續(xù)增重。

圖2　不同播種深度對胚芽鞘長度的影響Fig.2Effect of different sowing depth on coleoptile's legth

圖3　不同播種深度對胚芽鞘粗度的影響Fig.3Effect of different sowing depth on coleoptile's width

圖4　不同播種深度對胚芽鞘重量的影響Fig.4 Effect of different depth on coleoptile's weight

2.3不同播深對玉米胚芽鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響

2.3.1不同播深對玉米胚芽鞘維管束面積的影響

圖5　玉米胚芽鞘的維管束面積Fig.5The vascular bundle area of maize coleoptile

維管束在植物胚芽鞘中具有輸導(dǎo)水分、無機(jī)鹽及有機(jī)物的作用，同時還具有有效支撐功能。維管束橫截面面積在一定程度上可以有效反映出維管束的輸送及支持能力。從表3，我們可以看出隨播種深度的增加，胚芽鞘橫截面的維管束面積逐漸增大。各品種表現(xiàn)情況略有差異但總體趨勢相同。其中，各供試品種的6、8、10 cm播深處理均與2 cm播深處理呈現(xiàn)極顯著差異，德美亞1號與鄭單958的6 cm和10 cm處理彼此之間存在顯著差異。

表3　不同播種深度對胚芽鞘橫截面維管束面積的影響Table 3Effect of different sowing depth on vascular bundle area of coleoptile's cross section

2.3.2不同播深對玉米胚芽鞘橫切面細(xì)胞壁單位長度細(xì)胞數(shù)的影響

胚芽鞘壁細(xì)胞的密集度在一定程度上對胚芽鞘保護(hù)幼苗有著直接的影響。以6 cm播深處理為對照，對供試品種胚芽鞘壁細(xì)胞的密集程度作分析比較，觀察不同播深處理對玉米胚芽鞘壁細(xì)胞密集程度的影響（圖6）。從表4，可以看出在胚芽鞘壁細(xì)胞密集程度上，供試玉米品種之間存在一定差異性。德美亞1號和龍單49中有4 cm播深處理一定程度上增加了胚芽鞘壁細(xì)胞的密集度，在鄭單958中則顯示播深8 cm可以有效增加此指標(biāo)。

2.3.3不同播深對玉米胚芽縱切面單位長度細(xì)胞數(shù)的影響

胚芽鞘細(xì)胞薄壁細(xì)胞長短一定程度上決定了胚芽鞘破土能力，縱切中細(xì)胞越長相對于短細(xì)胞，更容易發(fā)生彎折。以6 cm播深為對照，觀察三個供試玉米品種薄壁細(xì)胞的縱切長度。通過表5，可以看出隨播種深度的增加，供試玉米胚芽鞘薄壁細(xì)胞都得到了一定程度的縮短，保障了其有效地破土能力，即薄壁細(xì)胞縱切長度有2 cm＞4 cm＞6 cm＞8 cm＞10 cm的規(guī)律。

圖6　玉米胚芽鞘的鞘壁細(xì)胞橫切圖Fig.6The sheath cell transaction of maize coleoptile

表4　不同播種深度對胚芽鞘橫截面細(xì)胞壁單位長度細(xì)胞數(shù)的影響Table 4Effect of different sowing depth on the cellnumbers in unit length of cell wall of coleoptile transection

圖7　玉米胚芽鞘的縱切圖Fig.7The longitudinal diagram of maize coleoptile

2.4不同播深對玉米幼苗活力及幼苗干物質(zhì)積累的影響

各播深處理均達(dá)到出苗標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行一次性取樣，分析結(jié)果表明，玉米各部位干重在不同播深處理下略有差異，但并非全部顯著。從表6可以看出，2 cm、4 cm播深處理的苗長、苗干重、根干重優(yōu)于其他播深處理，為較優(yōu)播深。中胚軸長度則顯示10 cm播種深度優(yōu)于其他播深處理。

3　結(jié)論與討論

（1）玉米幼苗出苗情況中有不同播種深度對種子出苗率、出苗勢及出苗時間均有一定的影響，總體表現(xiàn)為隨播種深度的增加出苗率、出苗勢逐漸降低，出苗時間逐漸延后。這與Maun M，T.Knappenberger等［22-23］研究的不同播深處理影響玉米出苗情況的結(jié)果相符。

表5　不同播種深度對胚芽鞘縱切面單位長度中細(xì)胞數(shù)的影響Table 5Effect of different sowing depth on the cell number in unit length of coleoptile longitudinal section

表6　不同播種深度處理下玉米幼苗的各部分干重的影響Table 6Effect of different sowing depth treatments on dry weight of different parts of maize seedlings

（2）胚芽鞘形態(tài)方面，隨播種深度的增加，玉米胚芽鞘干重逐漸增加，粗度呈現(xiàn)增大趨勢。這說明玉米種子破土期間，運(yùn)轉(zhuǎn)到胚芽鞘的種子貯藏物質(zhì)在不斷增加，從而為胚芽鞘出苗提供更好的物質(zhì)保障。這與吳海燕等［24］的研究結(jié)果一致，同時，不同品種間玉米胚芽鞘長度、重量差異表現(xiàn)略有差異，鄭單958、龍單49表現(xiàn)的差異性更為顯著。

（3）不同播深處理對玉米胚芽鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響在研究中首次出現(xiàn)，研究結(jié)果表明，伴隨播種深度的增加，胚芽鞘維管束增粗，胚芽鞘壁細(xì)胞密度先增后減，薄壁細(xì)胞長度縮短，其原因是維管束增粗、細(xì)胞長度縮短更有利于增加胚芽鞘破土能力，是胚芽鞘適應(yīng)環(huán)境的一種體現(xiàn)。

（4）實(shí)驗(yàn)中，通過最終統(tǒng)一取樣的供試品種總干重，可以看出2 cm、4 cm播深處理的苗長、苗干重、根干重優(yōu)于其他播深處理，為較優(yōu)播深。與Molatudi. R［25］等研究結(jié)果一致。

出苗情況及幼苗活力是評價玉米耐深播的重要指標(biāo)，是由多個幼苗性狀共同作用的，同時受到環(huán)境因素的影響。從結(jié)果中可以看出，2、4 cm播深是大部分供試玉米品種盆栽種植的最優(yōu)播深，但現(xiàn)實(shí)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，2 cm播深過淺，不符合實(shí)際生產(chǎn)需要。播深對玉米胚芽鞘有一定的影響作用，但隨播深的增加，胚芽鞘相關(guān)指標(biāo)會產(chǎn)生相關(guān)適應(yīng)性變化，保證玉米幼苗的順利出土。因此，在保證玉米最佳出苗率及高幼苗活力的最佳播深4 cm下，我們可以通過其他方法來對玉米胚芽鞘相關(guān)性狀進(jìn)行調(diào)控，從而進(jìn)一步提高玉米幼苗生長發(fā)育及抗逆能力，達(dá)到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目的。玉米是黑龍江省重要的糧食、經(jīng)濟(jì)作物，其產(chǎn)量高低對該省具有重大影響［26］，化學(xué)及物理方法調(diào)控幼苗可作為下一步研究玉米的重點(diǎn)方向。

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Effect of Different Sowing Depth on Seedlings Emergence，Coleoptile Properties and Seedling Vigor of Maize

Liu Tao1，Ning Yi2，F(xiàn)eng Naijie1，Zheng Dianfeng1，Chen Wenhao4，Zhang Panpan3，Shi Ying1，Liu Yang1，Gong Shen1，Liu Chunjuan1，Zhao Jingjing1
（1.College of Agronomy，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.The Binxian Corn Production Branch of Beidahuang Kenfeng Seed Limited Company；3.National Side Crop and Miscellaneous Cereals Engineering Technology Research Center；4.College of Agriculture and Biotechnology，China Agricultural University）

Three maize varieties，Demeiya1，Zhengdan958 and Longdan49 were used as pot experiment materials to study the effect of different sowing depths on emergence force，seedling vigor，coleoptile properties and microstructure.The result showed that 4 cm was the optimal sowing depth at which the emergence force and seedling vigor was the best in the different maize varieties.Along with the increase of sowing depth，the characteristics of coleoptiles improved significantly.In the pratical production，coleoptile properties failed to completely play their role under the optimum sowing depth.Other chemical or physical methods were required to improve the formation of coleoptile，as well as to enhance the protective function of seedlings.

maize；coleoptile；microstructure；seedling vigor

S513

A

1002-2090（2016）02-0005-07

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.002

2015-03-10

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12541599）；黑龍江省普通高等學(xué)校寒地作物種質(zhì)改良與栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題（2012005）。

劉濤（1988-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院2012級碩士研究生。

鄭殿峰，男，教授，博士研究生導(dǎo)師，E-mail：zdffnj@263.net。