鄭 鋮,肖 亮,陳智勇,易自力,3

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學 生物科學技術(shù)學院,湖南 長沙 410128； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學 生物質(zhì)醇類燃料湖南省工程實驗室,湖南 長沙 410128; 3.湖南農(nóng)業(yè)大學 芒屬植物生態(tài)應用技術(shù)湖南省工程實驗室,湖南 長沙 410128)

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4種環(huán)境因子對芒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

鄭 鋮1,肖 亮2,3,陳智勇1,易自力1,3

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學 生物科學技術(shù)學院,湖南 長沙 410128； 2.湖南農(nóng)業(yè)大學 生物質(zhì)醇類燃料湖南省工程實驗室,湖南 長沙 410128; 3.湖南農(nóng)業(yè)大學 芒屬植物生態(tài)應用技術(shù)湖南省工程實驗室,湖南 長沙 410128)

為研究芒(Miscanthussinensis)種子的萌發(fā)特性，探究了不同溫度、光照時間、土壤含水量和播種深度對芒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響。結(jié)果表明，1)25 ℃為芒種子的最適萌發(fā)溫度，低于10 ℃時，抑制其種子萌發(fā)及幼苗生長；2)光照時間對芒種子萌發(fā)率無影響，但對萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)及幼苗生長有顯著(P<0.05)影響，光照12 h為最適光照時間；3)芒種子最適宜的土壤含水量為10%，土壤含水量25%時，芒種子萌發(fā)受到顯著(P<0.05)抑制；4)播種深度對芒種子出苗與建植影響較大，3 mm播種深度最為適宜。綜上所述，本研究為芒進行溫室育苗與大田建植提供了科學依據(jù)。

芒；溫度；光照時間；土壤含水量；播種深度；種子萌發(fā)

芒(Miscanthussinensis)為禾本科多年生C4草本植物，廣泛分布于東亞、東南亞及太平洋島嶼，中國是芒屬植物資源分布的中心[1]。近年來，為確保能源安全、減緩溫室氣體排放和滿足世界能源需求。芒作為第二代生物能源植物，因其生物量大、纖維素和半纖維素含量高、抗逆性強等優(yōu)勢引起了廣泛關(guān)注[2-3]。

芒在應用與推廣的過程中，育苗是芒雜交育種與規(guī)?；N植亟需解決的問題?，F(xiàn)階段芒種苗繁殖多采用無性繁殖[4-6]，但存在成本高、無法規(guī)?；葐栴}。通過比較多種芒屬種苗繁殖與種植方式的優(yōu)缺點，發(fā)現(xiàn)種子育苗與直播是芒屬規(guī)?；N植的主要方式[7]。但是，在芒種子育苗與直播過程中，出現(xiàn)種子萌發(fā)率低，成苗困難，容易受到環(huán)境因素影響等缺點。關(guān)于PEG、鹽脅迫環(huán)境對芒種子萌發(fā)的影響已有研究[8-9]，但是與之建植相關(guān)的環(huán)境因素對其影響的研究較少。因此，本研究探究溫度、光照、土壤水分和播種深度等因子對芒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為芒種子育苗與直播提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

芒種子于2014年12月采自于湖南農(nóng)業(yè)大學芒屬植物種質(zhì)資源圃。將收獲的種子帶回實驗室自然風干，脫粒后清選籽粒飽滿的種子供試。

1.2 試驗方法

每個處理設3個重復，每重復50粒種子。溫度、光照試驗用培養(yǎng)皿濾紙上培養(yǎng)，土壤水分和播深試驗在沙中培養(yǎng)，試驗條件由人工氣候培養(yǎng)箱控制。

1.2.1 溫度和光照設置 設置6個溫度水平，分別為10、15、20、25、30和35 ℃，種子均勻置于鋪有兩層濕潤濾紙、直徑50 mm的培養(yǎng)皿中，每天補充0.5 mL蒸餾水，以保持濾紙濕潤，12 h/12 h明暗處理,光照強度為8 000 xl。

光照時間設置5個明/暗處理，分別為24 h/0 h、18 h/6 h、12 h/12 h、6 h/18 h和0 h/24 h，光照強度8 000 xl,溫度25 ℃。

1.2.2 土壤水分含量設置 將過篩后高溫消毒的沙，加入蒸餾水，使沙中含水量分別為5%、10%、15%、20%和25%。種子均勻置于50 mm培養(yǎng)皿底部，將處理后的沙以0.5 cm覆蓋厚度鋪置于種子上。將培養(yǎng)皿置于人工氣候箱中，光照強度8 000 xl,溫度25 ℃。培養(yǎng)期間每天稱量，補充因蒸發(fā)而喪失的水分，使之保持恒定水分含量。具體方法參照參考文獻[10]。

1.2.3 播種深度設置 在培養(yǎng)盒內(nèi)盛入過篩高溫消毒的沙，用蒸餾水保持沙濕潤。將芒種子以0、3、5、10、15和20 mm的深度點播。光照強度8 000 xl，溫度25 ℃。培養(yǎng)期間，每天稱量培養(yǎng)盒的質(zhì)量，補充蒸發(fā)的水分。具體方法參照參考文獻[11]。

1.3 測定指標

種子萌發(fā)以胚根生長至種長一半為標準，逐日統(tǒng)計種子萌發(fā)數(shù)，直到種子不再萌發(fā)。計算萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)。

萌發(fā)率=n/N×100%；

萌發(fā)指數(shù)=∑Gt/Dt；

活力指數(shù)=GI×S。

式中:n為種子萌發(fā)的數(shù)量，N為供試種子數(shù)量，Gt為在第t天當天的萌發(fā)數(shù),Dt為相應的萌發(fā)天數(shù)，S為幼苗平均長度[12]。胚芽、胚根生長量測定：待試驗結(jié)束后每個重復隨機抽取3株幼苗，用游標卡尺測量胚芽和胚根的長度，精確到0.01 mm。

處理后，每天觀察出苗數(shù)，直到無出苗為止。

出苗率=m/M×100%.

式中：m為出苗數(shù)，M為供試種子數(shù)[13]。幼苗高和幼根長測量與胚芽和胚根方法一致。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用SPSS 21.0軟件對所測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用平均值和標準誤表示測定結(jié)果。分別對不同測量指標在不同處理間進行單因素方差分析，用Tukey法對測量數(shù)據(jù)多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響

萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長和胚芽長隨溫度升高，均先增加后減少(表1)。在10 ℃低溫下無法萌發(fā)。在35 ℃高溫下，與25 ℃相比，雖然萌發(fā)率無顯著降低(P>0.05)，但是幼苗的胚芽和胚根的生長受到顯著(P<0.05)抑制。25 ℃和30 ℃下胚芽和胚根長無顯著差異。綜合結(jié)果表明，25 ℃條件下，芒種子萌發(fā)率(98.67)最高，胚芽長(38.93)和胚根長(20.56)最長，有利于芒種子萌發(fā)及幼苗生長。

2.2 光照對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響

不同光照時間下，芒種子萌發(fā)率無顯著差異(P>0.05)(表2)。萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)，光照6和18 h顯著(P<0.05)低于0和12 h。光照12 h時，活力指數(shù)顯著高于其它處理。光照12 h時，胚根長顯著(P<0.05)高于其它處理。光照24 h時，胚芽長顯著高于其它處理。

2.3 土壤含水量對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響

萌發(fā)率、萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)隨土壤含水量增加都呈下降趨勢，胚芽長和胚根長呈先升高后下降趨勢(表 3)。土壤含水量為10%時，其芒種子萌發(fā)率與5%和15%間無顯著差異(P>0.05)，但顯著高于20%和25%(P<0.05)。土壤含水量為5%時，其萌發(fā)指數(shù)顯著高于15%～25%。土壤含水量為5%和10%時，其活力指數(shù)顯著高于其它處理。土壤含水量10%時，胚根和胚芽生長最好，分別達到20.83和26.19 mm。

2.4 播種深度對芒種子萌及幼苗的影響

隨播種深度增加,芒種子的出苗率呈下降趨勢(表4)。0 mm播種出苗率最高，但是隨著培養(yǎng)天數(shù)的增加,第5天幼苗出現(xiàn)倒伏，無法正常生長。播種深度為20 mm時最低。除去表面播種,芒種子幼苗高和根長,隨播種深度增加都呈下降趨勢。

表1 溫度對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響Table 1 Seed germination and seedling grooth in M. sinensis under different temperatures

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同。

Note: Different lower case letters within same row were significant difference at 0.05 level.The same below.

表2 光照時間對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響Table 2 Seed germination and seedling growth in M. sinensis under different light times

表3 土壤含水量對芒種子萌發(fā)及幼苗的影響Table 3 Seed germination and seedling growth in M. sinensis under different soil water contents

表4 播種深度對芒出苗的影響Table 4 Seed emergence and seedling growth in M. sinensis under different sowing depths

3 討論

種子萌發(fā)需要適宜的外界環(huán)境，其中溫度影響種子萌發(fā)過程所需酶的活性[14-15]，溫度過高或者過低都不利于種子萌發(fā)。綜合分析表明，芒種子萌發(fā)指標及胚根和胚芽的生長量隨溫度升高，呈先升高后降低趨勢。芒種子低溫(10 ℃)下無法萌發(fā)，高于一定溫度(30 ℃)萌發(fā)率降低，幼苗無法正常生長。此研究結(jié)果與玉米(Zeamays)種子對萌發(fā)溫度的要求相似[16]。根據(jù)不同種子萌發(fā)對溫度的需求，可將種子分成了不同類型，芒種子為25 ℃適溫型[17]。以芒為父本培育的湘雜芒2號種子萌發(fā)有所不同，其在15 ℃下不萌發(fā)[18]。在歐洲有研究表明，16 ℃為芒種子最適萌發(fā)溫度，5.3 ℃不萌發(fā)[19]。說明不同種或不同地區(qū)芒種子對萌發(fā)溫度要求可能不同。

光照時間對芒種子萌發(fā)率無顯著影響，但是對萌發(fā)指數(shù)、活力指數(shù)等其它指標影響較大。萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)與萌發(fā)快慢有關(guān)，表明在萌發(fā)初期光照時間影響芒種子萌發(fā)速率。值得一提的是萌發(fā)指數(shù)和活力指數(shù)與胚根生長量，光照6和18 h顯著(P<0.05)低于0、12 h，此抑制芒種子萌發(fā)的機制有待研究。種子萌發(fā)后，光照時間還影響植物生長物質(zhì)分配，從而調(diào)節(jié)幼苗生長[20]。通過綜合比較光照12 h相比其它處理效果更好。種子萌發(fā)不僅與光照時間有關(guān)，還與光照強度有關(guān)[21]。芒種子對光照強度的響應有待研究。

種子在含水量過低或過高的土壤中都無法萌發(fā)[21]。芒種子萌發(fā)受土壤含水量影響較大，芒自然播種與種子丸化后播種相比較，后者有利于田間建植[22]。芒種子萌發(fā)對土壤含水量的響應與其它禾本科植物種子相似[23]。綜合萌發(fā)指標和幼苗生長情況表明，在土壤含水量為10%時種子萌發(fā)與幼苗生長效果最好，土壤含水量為25%時顯著抑制芒種子萌發(fā)。故在生產(chǎn)實踐中應該特別關(guān)注土壤水分含量。

播種深度影響芒種子出苗及幼苗生長。播種深度影響作物建植，是植物生態(tài)適應性和農(nóng)業(yè)播種栽培研究的重要問題，播種過淺或過深都會影響種子出苗[21]。播種深度增加，植物為適應環(huán)境通過調(diào)節(jié)物質(zhì)分配減少根的生長為代價，從而確保胚芽能盡早出土[24]。本研究結(jié)果與此結(jié)論一致，隨著播種深度增加，芒幼根逐漸縮短。結(jié)果顯示，雖然芒種子不適合深播，但是如果只是散播在土壤表面，幼苗生長較弱容易倒伏，對幼苗生長不利。因此，芒種子適合淺播，播種過程中覆土3 mm為宜。

4 結(jié)論

芒種子最適萌發(fā)溫度為25 ℃，為適溫型萌發(fā)種子；光照12 h為芒種子萌發(fā)最適光照時間；土壤含水量為10%時對芒種子萌發(fā)與幼苗生長效果最好；芒種子播種深度3 mm為宜。

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(責任編輯 茍燕妮)

Effects of four environmental factors on the seed germination and seedling growth ofMiscanthussinensis

Zheng Cheng1, Xiao Liang2,3, Chen Zhi-yong1, Yi Zi-li1,3

(1.College of Bioscience and Biotechnology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;2.Biomass Alcohol Fuel Engineering Laboratory of Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China; 3.Hunan Engineering Laboratory for Ecological Applications of Miscanthus Resource, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

In order to study the germination characteristics ofMiscanthussinensisseeds, the influence of temperature, light time, soil water content and sowing depth on the seed germination and seedling growth were studied. The results indicated that the optimal temperature forM.sinensisseed germination was 25 ℃, and seed germination and seedling growth were inhibited under less than 10 ℃ treatment. The light time significantly influenced (P<0.05) the germination index, vigor index and seedling growth, and the optimal light time was 12 h although it had no effects on the germination rate. The most optimal soil water content was 10%, andM.sinensisseed germination were seriously inhibited (P<0.05) under 25% soil water content treatment. 4)Sowing depth had significantly (P<0.05) influence on the emergence rate and seedling growth. The most appropriate sowing depth was 3 mm. These results presented the information of theM.sinensisseed germination in the greenhouse and field.

Miscanthussinensis；temperature；light time；soil water content；sowing depth；seed germination

Yi Zi-li E-mail：yizili889@163.com

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0028

2016-01-14 接受日期：2016-07-13

作物種質(zhì)創(chuàng)新與資源利用國家重點實驗室培育基地開放項目(15KFXM02)；國家科技支撐計劃(2013BAD22B01)

鄭鋮(1989-)，男(土家族)，湖北恩施人，在讀博士生,研究方向為芒屬繁育技術(shù)及耐鹽育種研究。E-mail：1187384697@qq.com

易自力(1959-)，男，湖南瀏陽人，教授，博導，博士，研究方向為芒屬能源植物的開發(fā)與利用。E-mail：yizili889@163.com

S540.37;Q945.34

A

1001-0629(2016)11-2254-05*

鄭鋮,肖亮,陳智勇,易自力.4種環(huán)境因子對芒種子萌發(fā)及幼苗生長的影響.草業(yè)科學,2016,33(11)：2254-2258.

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