甘蔗健康種子發(fā)芽率影響因素分析

楊　柳, 廖　芬, 梁永檢, 劉昔輝, 楊麗濤, 李楊瑞*

( 1. 廣西農業(yè)科學院 甘蔗研究所/中國農科院甘蔗研究中心/農業(yè)部甘蔗遺傳改良生物技術重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室， 南寧 530007； 2. 廣西大學 農學院, 南寧 530004 )

甘蔗健康種子發(fā)芽率影響因素分析

楊柳1, 廖芬1, 梁永檢2, 劉昔輝1, 楊麗濤2, 李楊瑞1*

( 1. 廣西農業(yè)科學院 甘蔗研究所/中國農科院甘蔗研究中心/農業(yè)部甘蔗遺傳改良生物技術重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室， 南寧 530007； 2. 廣西大學 農學院, 南寧 530004 )

摘要：該研究主要通過溫室沙培試驗，分析了甘蔗健康種子單芽材料各因素(單芽長度、不同芽位、泡水時間)及甘蔗基因型、種衣劑及保存天數(shù)三種因素對甘蔗健康種子發(fā)芽率的影響。結果表明：不同浸泡時間、不同單芽長度和芽位對健康種子單芽發(fā)芽率的影響極顯著。隨著單芽長度的增加，發(fā)芽率有明顯的提高；隨著泡水時間的增加，發(fā)芽率不斷降低，但各處理之間差異不顯著；頂部芽位的發(fā)芽率較高，但其他芽位之間發(fā)芽率的差異不明顯。甘蔗健康種子發(fā)芽率具有明顯的基因型差異，其中GT28和ROC22的發(fā)芽率較高，發(fā)芽率在70%左右。種衣劑包衣處可顯著提高甘蔗健康種子的發(fā)芽率，與其他種衣劑相比撲力猛包衣處理的甘蔗健康種子發(fā)芽率最高，且差異顯著。隨著保存天數(shù)的增加，甘蔗健康種子的發(fā)芽率不斷下降，且差異顯著，當保存時間超過8 d時，發(fā)芽率低于60%。

關鍵詞：甘蔗健康種子, 基因型, 種衣劑, 保存天數(shù), 發(fā)芽率

目前采用雙芽段(長30～40 cm)人工種植仍是發(fā)展中國家甘蔗種植的主要方式，這種種植方式的用種量占總收獲量的10%左右(6～7 t·hm-2)，蔗種在運輸、儲存、選種的過程中需要大量的勞力，有報道指出該方式的種植成本占甘蔗生產總成本的25%左右(Ravindra et al, 2013)，而且這種種植方式經常會發(fā)生由于芽點在運輸、儲存過程中易破損，從而導致發(fā)芽率較低的現(xiàn)象。因此，利用甘蔗單芽點包衣處理進行機械播種種植目前已成為主要的甘蔗種植國家的研究熱點(Ravindra et al, 2013; Radha et al, 2010, 2011; Annamalai et al, 2011)。

近年來，甘蔗莖尖脫毒健康種苗技術得到不斷發(fā)展和完善，已在世界上主要的甘蔗種植國家得到普遍應用(Lee & Bressan, 2005; Yang et al, 2010; 楊柳等, 2011)，而建立在甘蔗健康種苗技術基礎上的甘蔗健康種子技術目前已引起廣泛關注。甘蔗健康種子是指利用甘蔗莖尖脫毒種苗一代種莖單芽進行包衣處理的包衣種子。傳統(tǒng)的甘蔗種植方式為每50 cm一個雙芽段，而甘蔗“健康種子”利用甘蔗健康種苗的一代種莖單芽，直徑為1 cm，長度為4 cm左右，利用種衣劑進行包衣后，形成類似于可以機械播種種植的包衣種子，與傳統(tǒng)種植方式每公頃12～20 t下種量相比，甘蔗“健康種子”每公頃下種量為1～2 t。甘蔗健康種子最大的特點是能夠利用機械種植，而且單芽莖短小，儲存運輸方便。目前關于甘蔗健康種子技術的研究只有Syngenta公司有宣傳報道，而關于甘蔗健康種子技術方面的研究內容目前尚未見有報道。本研究主要通過溫室沙培試驗分析了甘蔗健康種子單芽材料各因素及甘蔗基因型、種衣劑及保存天數(shù)三種因素對甘蔗健康種子發(fā)芽率的影響，以期為甘蔗健康種子技術的研究和應用提供理論支撐。

1材料與方法

1.1 材料

單芽種莖的獲得：甘蔗單芽來自一代甘蔗健康種苗的種莖，利用假植40 d后的甘蔗脫毒組培苗，移栽至營養(yǎng)缽中進行單株栽培管理，一般待移栽后4個月單株有10個節(jié)間左右進行砍收。

1.2 試驗方法

試驗1設計：甘蔗品種為ROC22，利用三因素四水平的全水平試驗進行一級種莖單芽莖長度(1、2、3、4 cm)、一級種莖不同腋芽位置(頂部2芽,中上3芽,中下3芽,基部2芽)和退糖時間(0、12、24、48 h)對健康種子單芽莖發(fā)芽率的影響分析；健康種子按照試驗設計分批次進行溫室沙培(溫度為28～30 ℃)，于試驗45 d后統(tǒng)計發(fā)芽率。

試驗2設計：甘蔗品種為GT21、B8、GT28、ROC22；種衣劑為敵委丹、金阿普隆、適樂時、銳勝、高巧、滿適金、撲力猛、CK；健康種子保存天數(shù)為2、4、6、8、10 d，即包衣后沙培種植的起始時間；試驗每個甘蔗品種40個處理，每個處理50個單芽種子，每個處理重復3次。一代甘蔗健康種莖單芽包衣處理：一級種莖單芽莖段的直徑控制在1 cm左右，單芽長度參考試驗1的試驗結果； 將種衣劑按照說明書用法加水在容器中稀釋，拌入單芽種莖，充分混勻后，在通風陰涼處晾干；包衣后的健康種子按照試驗設計分批次進行溫室沙培(溫室溫度為28～30 ℃)，于試驗45 d后統(tǒng)計發(fā)芽率。

表 1　甘蔗健康種子單芽發(fā)芽率影響因素分析

表 2　甘蔗健康種子發(fā)芽率影響因素分析

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件Duncan新復極差法進行多因素方差分析，用Excel軟件進行作圖比較。

2結果與分析

3.1 甘蔗健康種子單芽發(fā)芽率影響因素分析

表1結果顯示，不同浸泡時間(Sig.<0.01)、不同單芽長度(Sig.<0.01)和芽位(Sig.<0.01)對健康種子單芽發(fā)芽率的影響極顯著，但各因素間的互作對發(fā)芽率的影響未達到極顯著，其中單芽長度與芽位的互作效應對發(fā)育率的影響差異顯著(Sig.=0.043<0.05)；甘蔗健康種子單芽長度對發(fā)芽率具有明顯的影響差異，隨著單芽長度的增加，發(fā)芽率也有明顯的提高，1～2 cm發(fā)芽率明顯較低，均低于40%，而單芽長度增加到3～4 cm時發(fā)芽率可明顯提高(在70%以上)(圖1)，這可能與單芽長短為種芽提供的營養(yǎng)物質量不同有關；圖2結果顯示，與泡水處理相比經過清水浸泡后的健康種莖單芽的發(fā)芽率有所降低且差異顯著，且隨著泡水時間的增加，發(fā)芽率不斷降低，但各處理直接差異不顯著；圖3結果顯示，頂部芽位的發(fā)芽率較高，但其他芽位之間發(fā)芽率的差異不明顯，這可能與健康種子種莖生長時間較短，各節(jié)間單芽的發(fā)芽活力差異較小有關。

圖 1　單芽長度對甘蔗健康種子單芽發(fā)芽率的影響Fig. 1　Influences of single bud length on single bud germination rate of clean cane seeds

圖 2　浸泡時間對甘蔗健康種子單芽發(fā)芽率的影響Fig. 2　Influences of immersion period on single bud germination rate of clean cane seeds

圖 3　芽位對甘蔗健康種子單芽發(fā)芽率的影響1. 頂部2位芽； 2. 中上部3位芽； 3. 中下部3位芽； 4. 基部2位芽。Fig. 3　Influences of different internodes buds on single bud germination rate of clean cane seeds　1. Top 2nd position; 2. Middle-upper 3rd position; 3. Middle-lower 3rd position; 4. Bottom 2nd position.

圖 4　不同甘蔗品種對甘蔗健康種子發(fā)芽率(SE=0.490)的影響Fig. 4　Influences of different varieties on germination rate of clean cane seeds

圖 5　不同種衣劑對甘蔗健康種子發(fā)芽率(SE=0.639)的影響1. 敵委丹； 2. 金阿普??； 3. 適樂時； 4. 銳勝； 5. 高巧； 6. 滿適金； 7. 撲力猛； 8. 對照。Fig. 5　Influences of different seed coating on germination rate of clean cane seeds　1. Difenoconazole; 2. Metalaxylm; 3. Fludiomil; 4. Thiamethoxam; 5. Imidacloprid; 6. Fludionil and Metalaxylm; 7. Tniticonazole; 8. CK.

圖 6　不同保存天數(shù)對甘蔗健康種子發(fā)芽率(SE=0.548)的影響Fig. 6　Influences of different storage period on germination rate of clean cane seeds

2.2 不同因素對甘蔗健康種子發(fā)芽率的影響分析

表2結果顯示，不同甘蔗品種(Sig.<0.01)、不同種衣劑(Sig.<0.01)和保存天數(shù)(Sig.<0.01)對健康種子發(fā)芽率的影響極顯著，且各因素間的互作對發(fā)芽率的影響也達到極顯著，但三種因素的互作效應對發(fā)育率的影響差異不顯著(Sig.=0.244>0.05)；甘蔗健康種子發(fā)芽率具有明顯的基因型差異，其中GT28和ROC22的發(fā)芽率較高，發(fā)芽率在70%左右，與其他品種相比，GT21發(fā)芽率最低，且差異顯著(圖4)；圖5結果顯示，經過種衣劑包衣處理后甘蔗健康種子的發(fā)芽率明顯高于對照，但不同種衣劑對甘蔗健康種子的發(fā)芽率影響有所不同，與其他種衣劑相比，撲力猛包衣處理的甘蔗健康種子發(fā)芽率最高，且差異顯著；隨著保存天數(shù)增加，甘蔗健康種子的發(fā)芽率不斷下降，且差異顯著(圖6)，說明保存天數(shù)對甘蔗健康種子的發(fā)芽率具有重要的影響，隨著保存時間的延長，甘蔗健康種子的發(fā)芽率不斷降低，當保存時間超過8 d后，發(fā)芽率低于60%。

3討論與結論

本研究主要分析了甘蔗基因型、種衣劑及保存天數(shù)三種因素及各因素的互作對甘蔗健康種子發(fā)芽率、株高及莖徑的影響。不同甘蔗品種、不同種衣劑和保存天數(shù)對健康種子發(fā)芽率和莖徑的影響極顯著，且各因素間的互作對發(fā)芽率的影響達到顯著水平。不同基因型甘蔗品種健康種子的發(fā)芽率及株高莖徑存在明顯差異，這種狀況主要是由于品種特性來決定，大量研究表明利用甘蔗單芽大田種植發(fā)現(xiàn)不同甘蔗品種的發(fā)芽率差異較大(Annamalai et al, 2011; Solomon et al, 1998; Tamil et al, 2006)。關于種衣劑包衣處理促進甘蔗單芽發(fā)芽率已有大量報道(Narendranath 1992; Prasad & Sreenivasan, 1996; Ramaiah et al, 1977; Iqbal et al, 2002)。本研究發(fā)現(xiàn)利用種衣劑進行包衣處理對提高單芽的發(fā)芽率和莖徑具有明顯的促進作用，但對株高的影響不大；Jain et al(2009)研究發(fā)現(xiàn)與對照相比包衣處理可提高甘蔗單芽發(fā)芽率13%～17%，認為這是由于種衣劑包衣處理提高了單芽的ATPase和淀粉酶活性，從而提高了發(fā)芽率。甘蔗健康種子的保存時間對發(fā)芽率具有重要的作用，隨著保存時間的延長，由于水分的損失及各種相關酶活性的下降從而導致發(fā)芽率的不斷降低，且在保存10 d后，發(fā)芽率已降低50%；與對照相比利用種衣劑進行包衣處理后的種子發(fā)芽率在相同保存時間的條件下，可明顯提高發(fā)芽率。

與世界上甘蔗產業(yè)發(fā)達國家相比，甘蔗種植成本居高不下是困擾我國甘蔗產業(yè)發(fā)展最主要的問題，如何降低甘蔗的種植成本已成為我國甘蔗產業(yè)發(fā)展的重要科學問題。與傳統(tǒng)甘蔗種植方法相比，甘蔗健康種子技術具有以下優(yōu)勢：第一，采用機械化種植，將會節(jié)省大量的人工成本，這對于解決日益增加的種植人工費用提供有效的手段；第二，甘蔗“健康種子”采用的是甘蔗健康種苗一代種莖的單芽莖進行種植，將會大大減少種植的用種量，降低種莖投入，從而增加甘蔗的總體產量和蔗糖的總產量；第三，甘蔗“健康種子”采用包衣處理，可有效提高種莖的發(fā)芽率，并在苗期提高種苗的抗病蟲害能力；第四，甘蔗莖尖脫毒健康種苗由于在生產應用中要經過一級種莖階段，很不容易被蔗農所接受，而甘蔗健康種子來源于莖尖脫毒健康種苗的一級種莖，種植后的產量不低于傳統(tǒng)種植方法，且在種植方式上采用機械播種，降低人工成本，容易被蔗農所接受，從而有利于推進甘蔗健康種苗的推廣，開辟甘蔗健康種苗推廣應用的新局面(李楊瑞等, 2013)。

我國甘蔗種植面積大約為153.33萬hm2，而廣西的甘蔗種植面積為106.67萬hm2，而每年的新植蔗面積約為26.67萬hm2。目前，全國甘蔗的種植方式為傳統(tǒng)的種莖種植，如果采用甘蔗健康種子技術進行種植，則每年可以節(jié)省甘蔗用量約300萬，可生產食糖約40萬。因此，機械化播種種植的方式，將會大大減少甘蔗種植所需的甘蔗種莖和種植所需的勞動成本，有效地增加甘蔗產量和蔗糖產量，從而有效地降低甘蔗生產成本。

參考文獻:

ANNAMALAI SJK, VIJAYAN NN, RAJENDRA PN, et al， 2011. Final project report on development of bud chipping machine for and mechanical planter for seedlings in polybags rose from sugarcane bud chips [M]. Bhopal: Central Institute of Agricultural Engineering: 125.

IQBAL MT, EUSUFZAL SUK, RUKSHANA F， 2002. Performance of sugarcane bud chip settlings [J]. Ind J Sugarc Technol, 17: 88.

JAIN R, SOLOMON S, LAL P,et al, 2009. Nutrient application improves stubble bud sprouting under low temperature conditions in sugarcane [J]. Sugar Technol, 11: 83-85.

LEE TSG, BRESSAN EA, 2005. Clean cane with nitrogen fixing bacteria [J]. Sug Technol, 7(1): 11-16.Li YR, Yang LT, Yang L,et al, 2013. Enlightenment of the development of Brazilian sugar and alcohol industry [J]. Sugar Crops Chin, 5(24): 58-62. [李楊瑞, 楊麗濤, 楊柳, 等, 2013. 巴西甘蔗糖酒精產業(yè)發(fā)展的啟示 [J]. 中國糖業(yè), 5(24): 58-62.]

LI YR, YANG LT, YANG L， et al, 2013. Enlightenment of Brazil’s sugarcane alcohol industry development [J]. Chin Sugar Crop, 5(24): 58-62.

NARENDRANATH M， 1992. Cost-effectiveness of transplanting nursery raised sugarcane bud chip plants on commercial sugar plantations [C]. Proc 11th Inter Soc Sugar Cane Technol, Poster Paper： 332.

PRASAD RN, SREENIVASAN TV, 1996. Developing technology for sugarcane varietal exchange through bud chips [J]. Ind J Sugarc Technol, 11: 25-28.

RADHA J, SOLOMONS, SHRIVASTAVA AK, et al, 2010. Sugarcane bud chips: a promising seed material [J]. Sug Technol, 12(1): 67-69.

RADHA J, SOLOMONS, SHRIVASTAVA AK, et al, 2011. Chandra effect of ethephon and calcium chloride on growth and biochemical attributes of sugarcane bud chips [J]. Acta Physiol Plant, 33: 905-910.

RAMAIAH BB, NARASIMHA RG, PRASAD GH, 1977. Elimination of internodes in sugarcane seed piece [J]. Proc Inter Soc Sugar Cane Technol: 1 509-1 513.

RAVINDRA SJK, VIJAYAN NN, RAJENDRA PN, 2013. Studies on mechanization of planting of sugarcane bud chip settlings raised in portrays [J]. Sugar Technol, 15(1): 27-35.

SOLOMON S, SINGH I, MADAN VK, 1998. Effect of 2-chloroethyl phosphonic acid on early growth and advancement of maturity in sugarcane [C]. Shimla: Proc 60th Annual Convention of the Sugar Technologists Association of India.

TAMIL N, 2006. Sugar cane response to chip bud method of planting [M]. Khon Kaen: Inter Soc Sugar Cane Technol, Agronomy Workshop: 23-26.

YANG L, ZAMBRANO Y, HU CJ, et al, 2010. Sugarcane metabolites produced in CO2-rich Temporary Immersion Bioreactors (TIBs) induce tomato (Lycopersicumesculentum) resistance against bacterial wilt (Ralstoniasolanacearum) [J].InVitroCell Dev Biol-Plant, 46(6): 558-568.YANG L, QIN G, YANG LT, et al, 2011. Optimization of sugarcane rapid propagation in temporary immersion bioreactors system [J]. J S Chin Agric Univ, 32(3): 37-42. [楊柳, 秦鋼, 楊麗濤, 等， 2011. 利用間歇浸沒式生物反應器(TIBs)進行甘蔗組織培養(yǎng)快繁研究 [J]. 華南農業(yè)大學學報, 32(3): 37-42.]

YANG L, QIN G，YANG LT, et al, 2011. Using temporary immersion bioreactor system for sugarcane rapid micro-propagation [J]. J S Chin Agric Univ, 32(3): 37-42.

Analysis on key influence factors of clean cane seed

YANG Liu1, LIAO Fen1, LIANG Yong-Jian2, LIU Xi-Hui1,YANG Li-Tao2, LI Yang-Rui1*

( 1.SugarcaneResearchInstitute,GuangxiAcademyofAgriculturalSciences/SugarcaneResearchCenter,ChineseAcademyofAgriculturalSciences/KeyLaboratoryofSugarcaneBiotechnologyandGeneticImprovement(Guangxi),MinistryofAgriculture/GuangxiKeyLaboratoryofSugarcaneGeneticImprovement, Nanning 530007,China； 2.CollegeofAgriculture,GuangxiUniversity, Nanning 530004, China )

Abstract:This study was mainly carried out to investigate single buds properties, sugarcane genotype, chemical seed coating and storage period effected on clean cane seed germination rate. An orthogonal experiment with three factors and four levels was designed to investigate the effects of single bud length (1, 2, 3, 4 cm), axillary bud position (top 2nd position, middle-upper 3rd position, middle-lower 3rd position and bottom 2nd position) and the time of single buds cane immersed in the clean water (0, 12, 24 and 48 h) on clean cane seed germination rate. The germination rate of 4 sugarcane varieties (GT21, B8, GT28 and ROC22) clean seed which was coated by 8 different eight chemical seed coatings with different storage time (2, 4, 6, 8 and 10 d) was determined after 45 d planted in sandy pot in greenhouse. The result showed that single bud length, different internodes and immersion period significantly influenced clean cane seed germination rate. The longer seed single bud obtained the higher germination rate, single bud length less than 2 cm resulted bellow 40% germination rate, while single bud length more than 4 cm got 80% germination rate. This should be the reason of longer single buds proved much more nutrients for bud germination. Extending single bud immersion period in clean water decreased germination rate, but no statistical difference was obtaind between different treatments. Different internodes buds had no significant effect on germination rate, this should be the reason of all buds had higher metabolic activity. Sugarcane genotype, chemical seed coating and storage period time significantly influenced clean cane seed germination rate and different varieties obtained different germination rate, GT 28 and ROC 22 obtained higher germination rate (>70%) among this varieties, GT21 got the lowest germination rate<50%. Chemical seed coatings obviously increased seed cane germination rate, but significantly statistical difference was obtained between different seed chemical coatings. Clean cane seed which was coated by tniticonazole obtained the highest germination rate>70%. The longer of clean cane seed was stored, the lower germination rate was resulted, and germination rate less than 60% was got when storage time extended more than 8 d. These results suggested that single bud with 3-4 cm length, immersed 24 h was better for clean cane seed germination. Tniticonazole was a good chemical seed coating to improve clean cane seed germination rate. Clean cane seed store period time should be less than 8 d. This finding would provide the basic information for clean cane seed technology.

Key words:clean cane seed， genotypes， seed coating， storage period， germination rate

DOI:10.11931/guihaia.gxzw201405001

收稿日期:2014-09-29修回日期： 2014-12-30

基金項目：廣西自然科學基金(2012jjBA30008)；廣西農科院基本業(yè)務費專項(桂農科2012YZ14)；廣西科技攻關項目(桂科攻1222009-1B)；廣西重點實驗室專項(2012)[Supported by the Natural Science Foundation of Guangxi(2012JJBA30008); Guangxi Special Fund for Basic Research of Academy of Agricultural Science(2012YZ14); Project of Guangxi Science and Technology Development(1222009-1B); Guangxi Special Fund for Key Laboratory(2012)]。

作者簡介：楊柳(1983-)，博士，副研究員，安徽宿州人，主要從事植物組織培養(yǎng)和甘蔗生理及分子生物學研究，(E-mail) yangliutibs@126. com。 *通訊作者： 李楊瑞，博士，教授，主要從事甘蔗育種及甘蔗生理生化方面的研究，(E-mail)lyr@gxaas. net。

中圖分類號：Q945.6; S435.661

文獻標識碼：A

文章編號：1000-3142(2016)03-0267-06

楊柳,廖芬,梁永檢，等. 甘蔗健康種子發(fā)芽率影響因素分析 [J]. 廣西植物， 2016， 36(3)：267-272

YANG L,LIAO F，LIANG YJ,et al. Analysis on key influence factors of clean cane seed [J]. Guihaia， 2016， 36(3)：267-272