引用本文
郑铖, 肖亮, 陈智勇, 易自力. 4种环境因子对芒种子萌发及幼苗生长的影响. 草业科学, 2016,33(11):2254-2258
Zheng Cheng, Xiao Liang, Chen Zhi-yong, Yi Zi-li. Effects of four environmental factors on the seed germination and seedling growth of Miscanthus sinensis . Pratacultural Science,2016,33(11): 2254-2258  
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《草业科学》编辑部
4种环境因子对芒种子萌发及幼苗生长的影响
郑铖1, 肖亮2,3, 陈智勇1, 易自力1,3
1.湖南农业大学 生物科学技术学院,湖南 长沙 410128
2.湖南农业大学 生物质醇类燃料湖南省工程实验室,湖南 长沙 410128
3.湖南农业大学 芒属植物生态应用技术湖南省工程实验室,湖南 长沙 410128
通讯作者:易自力(1959-),男,湖南浏阳人,教授,博导,博士,研究方向为芒属能源植物的开发与利用。E-mail:[email protected]

第一作者:郑铖(1989-),男(土家族),湖北恩施人,在读博士生,研究方向为芒属繁育技术及耐盐育种研究。E-mail:[email protected]

收稿日期: 2016-07-13
基金: 作物种质创新与资源利用国家重点实验室培育基地开放项目(15KFXM02); 国家科技支撑计划(2013BAD22B01)
摘要

为研究芒( Miscanthus sinensis)种子的萌发特性,探究了不同温度、光照时间、土壤含水量和播种深度对芒种子萌发及幼苗生长的影响。结果表明,1)25 ℃为芒种子的最适萌发温度,低于10 ℃时,抑制其种子萌发及幼苗生长;2)光照时间对芒种子萌发率无影响,但对萌发指数、活力指数及幼苗生长有显著( P<0.05)影响,光照12 h为最适光照时间;3)芒种子最适宜的土壤含水量为10%,土壤含水量25%时,芒种子萌发受到显著( P<0.05)抑制;4)播种深度对芒种子出苗与建植影响较大,3 mm播种深度最为适宜。综上所述,本研究为芒进行温室育苗与大田建植提供了科学依据。

关键词: 芒; 温度; 光照时间; 土壤含水量; 播种深度; 种子萌发
中图分类号:S540.37 文献标志码:A 文章编号:1001-0629(2016)11-2254-05 doi: 10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0028
Effects of four environmental factors on the seed germination and seedling growth of Miscanthus sinensis
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
Corresponding author:Yi Zi-li E-mail:[email protected]
Abstract

In order to study the germination characteristics of Miscanthus sinensis seeds, 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 for M. sinensis seed 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%, and M. sinensis seed 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 the M. sinensis seed germination in the greenhouse and field.

Keyword: Miscanthus sinensis; temperature; light time; soil water content; sowing depth; seed germination

芒(Miscanthus sinensis)为禾本科多年生C4草本植物, 广泛分布于东亚、东南亚及太平洋岛屿, 中国是芒属植物资源分布的中心[1]。近年来, 为确保能源安全、减缓温室气体排放和满足世界能源需求。芒作为第二代生物能源植物, 因其生物量大、纤维素和半纤维素含量高、抗逆性强等优势引起了广泛关注[2, 3]。

芒在应用与推广的过程中, 育苗是芒杂交育种与规模化种植亟需解决的问题。现阶段芒种苗繁殖多采用无性繁殖[4, 5, 6], 但存在成本高、无法规模化等问题。通过比较多种芒属种苗繁殖与种植方式的优缺点, 发现种子育苗与直播是芒属规模化种植的主要方式[7]。但是, 在芒种子育苗与直播过程中, 出现种子萌发率低, 成苗困难, 容易受到环境因素影响等缺点。关于PEG、盐胁迫环境对芒种子萌发的影响已有研究[8, 9], 但是与之建植相关的环境因素对其影响的研究较少。因此, 本研究探究温度、光照、土壤水分和播种深度等因子对芒种子萌发及幼苗生长的影响, 以期为芒种子育苗与直播提供参考依据。

1 材料与方法
1.1 试验材料

芒种子于2014年12月采自于湖南农业大学芒属植物种质资源圃。将收获的种子带回实验室自然风干, 脱粒后清选籽粒饱满的种子供试。

1.2 试验方法

每个处理设3个重复, 每重复50粒种子。温度、光照试验用培养皿滤纸上培养, 土壤水分和播深试验在沙中培养, 试验条件由人工气候培养箱控制。

1.2.1 温度和光照设置 设置6个温度水平, 分别为10、15、20、25、30和35 ℃, 种子均匀置于铺有两层湿润滤纸、直径50 mm的培养皿中, 每天补充0.5 mL蒸馏水, 以保持滤纸湿润, 12 h/12 h明暗处理, 光照强度为8 000 xl。

光照时间设置5个明/暗处理, 分别为24 h/0 h、18 h/6 h、12 h/12 h、6 h/18 h和0 h/24 h, 光照强度8 000 xl, 温度25 ℃。

1.2.2 土壤水分含量设置 将过筛后高温消毒的沙, 加入蒸馏水, 使沙中含水量分别为5%、10%、15%、20%和25%。种子均匀置于50 mm培养皿底部, 将处理后的沙以0.5 cm覆盖厚度铺置于种子上。将培养皿置于人工气候箱中, 光照强度8 000 xl, 温度25 ℃。培养期间每天称量, 补充因蒸发而丧失的水分, 使之保持恒定水分含量。具体方法参照参考文献[10]。

1.2.3 播种深度设置 在培养盒内盛入过筛高温消毒的沙, 用蒸馏水保持沙湿润。将芒种子以0、3、5、10、15和20 mm的深度点播。光照强度8 000 xl, 温度25 ℃。培养期间, 每天称量培养盒的质量, 补充蒸发的水分。具体方法参照参考文献[11]。

1.3 测定指标

种子萌发以胚根生长至种长一半为标准, 逐日统计种子萌发数, 直到种子不再萌发。计算萌发率、萌发指数和活力指数。

萌发率=n/N× 100%;

萌发指数=∑ Gt/Dt;

活力指数=GI× S。

式中:n为种子萌发的数量, N为供试种子数量, Gt为在第t天当天的萌发数, Dt为相应的萌发天数, S为幼苗平均长度[12]。胚芽、胚根生长量测定:待试验结束后每个重复随机抽取3株幼苗, 用游标卡尺测量胚芽和胚根的长度, 精确到0.01 mm。

处理后, 每天观察出苗数, 直到无出苗为止。

出苗率=m/M× 100%.

式中:m为出苗数, M为供试种子数[13]。幼苗高和幼根长测量与胚芽和胚根方法一致。

1.4 数据处理及统计分析

采用SPSS 21.0软件对所测数据统计分析, 用平均值和标准误表示测定结果。分别对不同测量指标在不同处理间进行单因素方差分析, 用Tukey法对测量数据多重比较。

2 结果与分析
2.1 温度对芒种子萌发及幼苗的影响

萌发率、萌发指数、活力指数、胚根长和胚芽长随温度升高, 均先增加后减少(表1)。在10 ℃低温下无法萌发。在35 ℃高温下, 与25 ℃相比, 虽然萌发率无显著降低(P> 0.05), 但是幼苗的胚芽和胚根的生长受到显著(P< 0.05)抑制。25 ℃和30 ℃下胚芽和胚根长无显著差异。综合结果表明, 25 ℃条件下, 芒种子萌发率(98.67)最高, 胚芽长(38.93)和胚根长(20.56)最长, 有利于芒种子萌发及幼苗生长。

表1 温度对芒种子萌发及幼苗的影响 Table 1 Seed germination and seedling grooth in M. sinensis under different temperatures
2.2 光照对芒种子萌发及幼苗的影响

不同光照时间下, 芒种子萌发率无显著差异(P> 0.05)(表2)。萌发指数和活力指数, 光照6和18 h显著(P< 0.05)低于0和12 h。光照12 h时, 活力指数显著高于其它处理。光照12 h时, 胚根长显著(P< 0.05)高于其它处理。光照24 h时, 胚芽长显著高于其它处理。

表2 光照时间对芒种子萌发及幼苗的影响 Table 2 Seed germination and seedling growth in M. sinensis under different light times
2.3 土壤含水量对芒种子萌发及幼苗的影响

萌发率、萌发指数和活力指数随土壤含水量增加都呈下降趋势, 胚芽长和胚根长呈先升高后下降趋势(表 3)。土壤含水量为10%时, 其芒种子萌发率与5%和15%间无显著差异(P> 0.05), 但显著高于20%和25%(P< 0.05)。土壤含水量为5%时, 其萌发指数显著高于15%~25%。土壤含水量为5%和10%时, 其活力指数显著高于其它处理。土壤含水量10%时, 胚根和胚芽生长最好, 分别达到20.83和26.19 mm。

表3 土壤含水量对芒种子萌发及幼苗的影响 Table 3 Seed germination and seedling growth in M. sinensis under different soil water contents
2.4 播种深度对芒种子萌及幼苗的影响

随播种深度增加, 芒种子的出苗率呈下降趋势(表4)。0 mm播种出苗率最高, 但是随着培养天数的增加, 第5天幼苗出现倒伏, 无法正常生长。播种深度为20 mm时最低。除去表面播种, 芒种子幼苗高和根长, 随播种深度增加都呈下降趋势。

表4 播种深度对芒出苗的影响 Table 4 Seed emergence and seedling growth in M. sinensis under different sowing depths
3 讨论

种子萌发需要适宜的外界环境, 其中温度影响种子萌发过程所需酶的活性[14, 15], 温度过高或者过低都不利于种子萌发。综合分析表明, 芒种子萌发指标及胚根和胚芽的生长量随温度升高, 呈先升高后降低趋势。芒种子低温(10 ℃)下无法萌发, 高于一定温度(30 ℃)萌发率降低, 幼苗无法正常生长。此研究结果与玉米(Zea mays)种子对萌发温度的要求相似[16]。根据不同种子萌发对温度的需求, 可将种子分成了不同类型, 芒种子为25 ℃适温型[17]。以芒为父本培育的湘杂芒2号种子萌发有所不同, 其在15 ℃下不萌发[18]。在欧洲有研究表明, 16 ℃为芒种子最适萌发温度, 5.3 ℃不萌发[19]。说明不同种或不同地区芒种子对萌发温度要求可能不同。

光照时间对芒种子萌发率无显著影响, 但是对萌发指数、活力指数等其它指标影响较大。萌发指数和活力指数与萌发快慢有关, 表明在萌发初期光照时间影响芒种子萌发速率。值得一提的是萌发指数和活力指数与胚根生长量, 光照6和18 h显著(P< 0.05)低于0、12 h, 此抑制芒种子萌发的机制有待研究。种子萌发后, 光照时间还影响植物生长物质分配, 从而调节幼苗生长[20]。通过综合比较光照12 h相比其它处理效果更好。种子萌发不仅与光照时间有关, 还与光照强度有关[21]。芒种子对光照强度的响应有待研究。

种子在含水量过低或过高的土壤中都无法萌发[21]。芒种子萌发受土壤含水量影响较大, 芒自然播种与种子丸化后播种相比较, 后者有利于田间建植[22]。芒种子萌发对土壤含水量的响应与其它禾本科植物种子相似[23]。综合萌发指标和幼苗生长情况表明, 在土壤含水量为10%时种子萌发与幼苗生长效果最好, 土壤含水量为25%时显著抑制芒种子萌发。故在生产实践中应该特别关注土壤水分含量。

播种深度影响芒种子出苗及幼苗生长。播种深度影响作物建植, 是植物生态适应性和农业播种栽培研究的重要问题, 播种过浅或过深都会影响种子出苗[21]。播种深度增加, 植物为适应环境通过调节物质分配减少根的生长为代价, 从而确保胚芽能尽早出土[24]。本研究结果与此结论一致, 随着播种深度增加, 芒幼根逐渐缩短。结果显示, 虽然芒种子不适合深播, 但是如果只是散播在土壤表面, 幼苗生长较弱容易倒伏, 对幼苗生长不利。因此, 芒种子适合浅播, 播种过程中覆土3 mm为宜。

4 结论

芒种子最适萌发温度为25 ℃, 为适温型萌发种子; 光照12 h为芒种子萌发最适光照时间; 土壤含水量为10%时对芒种子萌发与幼苗生长效果最好; 芒种子播种深度3 mm为宜。

The authors have declared that no competing interests exist.

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