馬爽,馮乃杰,鄭殿峰,何天明,王騰
(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院,大慶163319;2.國家雜糧工程技術研究中心/黑龍江八一農(nóng)墾大學)
不同播種深度對黎小豆萌發(fā)、代謝及產(chǎn)量的影響
馬爽1,馮乃杰1,鄭殿峰2,何天明1,王騰1
(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院,大慶163319;2.國家雜糧工程技術研究中心/黑龍江八一農(nóng)墾大學)
為了明確不同播種深度對黎小豆萌發(fā)、代謝及產(chǎn)量的影響,采用盆栽方式研究了黎小豆LJ-1在5個不同播種深度處理下的出苗率、上胚軸長度、干物質(zhì)積累動態(tài)以及子葉生理代謝和產(chǎn)量的變化。結果表明:隨著播種深度的增加,黎小豆的出苗率和幼苗生長量呈降低趨勢,而上胚軸長度則呈增加趨勢。播種深度為4 cm和6 cm處理子葉可溶性糖含量的最大值所處時期恰好與高的出苗率對應,尤其是4 cm的處理。黎小豆在不同的播種深度下理論產(chǎn)量存在著很大差異,整體趨勢為:4 cm>6 cm>8 cm>10 cm>2 cm。綜合分析表明,4 cm和6 cm的處理出苗率、子葉可溶性糖含量和產(chǎn)量較高,為黎小豆最適播種深度。
黎小豆;播種深度;萌發(fā);代謝;產(chǎn)量
黎小豆起源于日本,傳入中國已有近百年歷史,為我國重要出口產(chǎn)品之一;種皮為大理石花紋,屬雙子葉植物。黎小豆屬于小豆的一種,兼具小豆的營養(yǎng)特性。黎小豆中含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、粗纖維、鈣、磷、鉀、鐵、維生素B1、維生素B2、硫胺素、核黃素、尼克酸等物質(zhì)[1]。黎小豆是極具特色的雜糧作物,雖然雜糧在糧食安全中處于輔助地位,但由于其品種具有生長期短、耐旱耐澇等特點,在彌補自然災害所導致的大宗糧食減產(chǎn)方面有著不可替代的作用,同時也是維持中國糧食供求平衡的重要組成部分[2-4]。
播種深度對種子萌發(fā)具有非常重要的影響,不同的播種深度將改變種子萌發(fā)和幼苗出土的基礎條件,從而改變植物的生理和形態(tài),并最終影響到幼苗的生長和形態(tài)建成[5-8]。播種的深淺直接影響種子發(fā)芽后能否成功出苗。播種太淺,種子發(fā)芽后因高溫而被灼傷,根系也無法伸展。然而,如播種太深,種子發(fā)芽后又不易出土,影響出苗率[9]。劉桂霞等[10]研究表明:播種深度增加顯著降低了出苗率和出苗速率,種苗首次出土時間也隨著播種深度的增加而延長[11];超過一定播種深度,一些植物種子雖然能萌發(fā),但種苗就不能出土[12]。Larst等[13]認為,植物種子具有適宜的播種深度,當超過適宜深度或不足適宜深度時都會對種子的萌發(fā)、出苗和幼苗的生長帶來不利影響。謝皓等[14]研究表明,大豆種子播種深度越深則出苗時間越長,最終出苗率越低。王進等[15]研究表明,播深增加不利于幼苗生長,構成了土層脅迫,在這種脅迫下,種子通過某種生理響應機制調(diào)整了能量分配,以減少根的生長為代價而確保胚芽盡早出土。種子深度不僅影響到出土的時間和幼苗出土率,也影響到種苗生長發(fā)育的質(zhì)量[16]。種子萌發(fā)初始階段,幼胚中各種生理活動都需能量來支持,新器官和新組織的合成也需要大量的原料[17]。該階段中可溶性糖、淀粉、可溶性蛋白等貯藏物質(zhì)在相關酶的作用下水解生成易被子葉吸收的小分子物質(zhì),并從子葉運送到胚軸,為胚細胞的生命活動提供C源和N源,引起胚的迅速生長[18]。因此,研究種子適宜的播種深度對正確認識植物的建植規(guī)律具有十分重要的意義。試驗通過研究播種深度對黎小豆種子萌發(fā)過程中的形態(tài)指標和子葉物質(zhì)變化,明確種子萌發(fā)出土的適宜播種深度,為制定正確的栽培技術、提高生產(chǎn)率及指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
1.1實驗材料
供試品種:黎小豆LJ-1。
1.2試驗設計
試驗于2014年6月5日在黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院盆栽場內(nèi)進行,盆栽土壤為黑鈣土。將土風干過5 mm篩,分層裝入箱(長45 cm、寬40 cm、高30 cm)中,每箱裝風干土20 kg,箱內(nèi)土壤容重上下一致。精選大小均勻、飽滿無損的黎小豆種子,蒸餾水沖洗4次,25℃下浸種24 h。按2、4、6、8、10 cm 5個播深水平,不同播深各種植20箱,每箱100粒,選擇萌發(fā)一致的種子等距播種到相應播深。整個試驗期間各處理水分含量保持一致。
1.3取樣、測定項目及方法
1.3.1取樣方法
試驗于6月11日開始取樣,以后24 h取一次樣,共取5次。每次各處理取40株,其中20株取下子葉裝入取樣袋中,立即用液氮速凍30 min,然后取出置于-40℃低溫冰柜內(nèi),用于生理指標的測定;另外20株用于幼苗形態(tài)指標和干物質(zhì)積累量的測定。
1.3.2測定項目和方法
出苗率測定:出苗率為出苗株數(shù)占應出苗株數(shù)的百分比(%),以幼苗出土2 cm左右為出苗標準,每24 h統(tǒng)計出苗率。
形態(tài)指標測定:植株分為真葉、莖、子葉、根部位,先在105℃下殺青30 min,然后80℃恒溫烘至恒重,稱取干物質(zhì)重量。上胚軸的長度用直尺直接測量。
子葉內(nèi)含物生理代謝指標的測定:測試指標包括蔗糖、可溶性糖、淀粉、蛋白質(zhì),其中子葉蔗糖、可溶性糖、淀粉測定采用高俊鳳[19]的方法,子葉蛋白質(zhì)測定參照張憲政[20]的方法并略有改動。
產(chǎn)量的測定:完熟期各處理選具有代表性的植株10株,用于測產(chǎn)。
產(chǎn)量計算公式為:產(chǎn)量(kg)=密度×株粒數(shù)×百粒重(g)/10-5
1.4數(shù)據(jù)處理與分析
用SPSS19.0進行統(tǒng)計分析,用Excel2007進行數(shù)據(jù)的處理、分析及繪圖。
2.1不同播種深度對黎小豆出苗率的影響
種子的播種品質(zhì),是決定作物產(chǎn)量的第一個因素[21]。播種深度適宜,種子的出苗率高,不僅在齊苗方面起決定性的作用。而且有利于作物對雜草的競爭,和對日光、水分和營養(yǎng)條件的利用。如圖1所示,播種深度為2、4、6 cm的處理萌發(fā)時間早、出苗率高;8、10 cm的處理萌發(fā)時間晚、出苗率低。播種后6 d,2、4、6 cm的處理已經(jīng)出苗,出苗率分別為77.29%、43.23%、0.83%;播種后7 d,8、10 cm的處理開始出苗,出苗率為26.04%、3.75%;播種后8~9 d,5個播深處理的出苗率相差不大,2、4、6 cm處理出苗率在87%~97%之間,而8、10 cm在41%~92%左右;播種后10 d各處理的出苗率均達90%。播種深度每增加2 cm,出苗率為90%的日期依次推遲兩天,其中以4、6 cm處理的出苗率最高,播種后10 d的出苗率分別為98.75%和96.97%。
圖1 不同播種深度對黎小豆出苗率的影響Fig.1Effect of different sowing depths on Li adzuki bean germination rate
2.2不同播種深度對黎小豆萌發(fā)過程中上胚軸長度的影響
種子萌發(fā)時需要消耗一定量的營養(yǎng)物質(zhì),而在不同的播種深度時,種子出苗所消耗營養(yǎng)物質(zhì)的量不同[22]。當播種過深時,由于種子的營養(yǎng)物質(zhì)耗盡,而幼苗尚未見光死于土壤內(nèi),或者即使出土,也因幼苗生活力弱,其生長發(fā)育都處于不良狀態(tài)[23-25]。在黎小豆種子萌發(fā)過程中,由子葉提供所需養(yǎng)分。從圖2可以看出,各處理上胚軸伸長速度為:10 cm>8 cm>6 cm>4 cm>2 cm。上胚軸長度的增加消耗的營養(yǎng)物質(zhì)也隨之增加,8、10 cm處理的上胚軸長度值最大,萌發(fā)出苗所消耗的營養(yǎng)物質(zhì)最多。
圖2 不同播種深度對黎小豆上胚軸長度的影響Fig.2Effect of different sowing depths on Li adzuki bean epicotyl length
2.3不同播種深度對黎小豆萌發(fā)過程中植株不同部位干物質(zhì)積累的影響
如表1所示,黎小豆各播深處理的莖干重趨勢為10 cm>8 cm>6 cm>4 cm>2 cm,莖干重隨著播種深度的增加而增加,根、真葉、子葉和整株干重的趨勢卻與之相反。8、10 cm處理的子葉干重、根干重和真葉干重均低于其他處理,而莖干重則高于其他處理。由此可見8、10 cm處理的子葉上胚軸伸長所消耗的營養(yǎng)物質(zhì)要高于其他處理。
表1 不同播種深度對黎小豆干物質(zhì)積累的影響(播種后10 d)Table 1Effect of different sowing depths on dry matter accumulation of Li adzuki bean
2.4不同播種深度對黎小豆萌發(fā)過程中子葉內(nèi)可溶性糖含量和淀粉含量的影響
可溶性糖含量反映了體內(nèi)作為有效態(tài)營養(yǎng)物的碳水化合物和能量水平,如圖3所示,各處理在萌發(fā)后子葉可溶性糖含量降低并且萌發(fā)后期子葉可溶性糖含量普遍高于萌發(fā)前期。播種深度為2 cm的處理,在播種后6 d出苗率80%時子葉可溶性糖含量最高;播種深度為4 cm的處理,在播種后10 d出苗率為98.75%時子葉可溶性糖含量最高;播種深度為6 cm的處理,在播種后9 d出苗率為92%時子葉可溶性糖含量最高;播種深度為8 cm的處理,在播種后8 d出苗率為75.31%時子葉可溶性糖含量最高;播種深度為10 cm的處理,在播種后9 d出苗率為88.00%時子葉可溶性糖含量最高。如圖4所示,隨著黎小豆播種時間的推移各處理的子葉淀粉含量均降低。其中播種后6~8 d,4 cm處理的子葉淀粉含量一直處于較高水平;播種后9 d,8 cm與10 cm處理的子葉淀粉含量較高,至播種后10 d各處理子葉淀粉含量均降到最低點,這與子葉內(nèi)淀粉分解成小分子的糖類物質(zhì)用于苗建成有關。
圖3 不同播種深度對黎小豆子葉可溶性糖含量的影響Fig.3Effect of different sowing depths on soluble sugar content of Li adzuki bean cotyledon
圖4 不同播種深度對黎小豆子葉淀粉含量的影響Fig.4Effect of different sowing depths on starch content of Li adzuki bean cotyledon
2.5不同播種深度對黎小豆萌發(fā)過程中子葉內(nèi)蔗糖含量的影響
蔗糖是植物儲藏、積累和運輸糖分的主要形式,貯藏于子葉細胞中,待需要時分解加以利用。如圖5所示,隨著萌發(fā)時間的延長,子葉中的蔗糖含量逐漸增加,播種后10 d各處理子葉蔗糖含量有所下降。播種后6 d與10 d各處理間子葉蔗糖含量變化趨勢一致:8 cm>4 cm>6 cm>10 cm>2 cm,播種后7~9 d各處理間變化不大。
圖5 不同播種深度對黎小豆子葉蔗糖含量的影響Fig.5Effect of different sowing depths on sucrose content of Li adzuki bean cotyledon
2.6不同播種深度對黎小豆萌發(fā)過程中子葉蛋白質(zhì)含量的影響
黎小豆種子萌發(fā)過程中蛋白含量的動態(tài)變化如圖6所示,整個萌發(fā)階段子葉蛋白質(zhì)總量逐漸減少,播種深度為2 cm、4 cm、6 cm、8 cm和10 cm處理的降解幅度分別為39.77%、14.35%、12.07%、21.63%和24.57%。播種深度為2 cm、8 cm和10 cm處理的子葉蛋白質(zhì)降解幅度較大,播種深度為4 cm和6 cm的處理子葉蛋白質(zhì)的降解幅度較小。播種過淺萌發(fā)較快,幼苗光形態(tài)建成會消耗大量蛋白質(zhì);播種過深萌發(fā)需要大量氨基酸進入代謝,導致蛋白質(zhì)大量降解。播種深度為4 cm和6 cm的處理子葉蛋白質(zhì)降解幅度小,物質(zhì)形成緩慢有利于形成壯苗。
圖6 不同播種深度對黎小豆子葉蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的影響Fig.6Effect of different sowing depths on protein content of Li adzuki bean cotyledon
從表2可以看出,黎小豆在不同的播種深度下理論產(chǎn)量存在著很大的差異,整體趨勢為:4 cm>6 cm>8 cm>10 cm>2 cm,播種深度為8、10 cm的處理理論產(chǎn)量差異不顯著,其余各處理間差異均極顯著。經(jīng)方差分析可以得出,播種深度4~6 cm時黎小豆產(chǎn)量較高,為黎小豆適宜播種深度。
表2 不同播種深度對黎小豆產(chǎn)量的影響Table 2Effect of different sowing depths on yield of Li adzuki bean
植物種子萌發(fā)和出苗需要適宜的播種深度,超過或不足,都會影響種子的出苗和幼苗的生長發(fā)育。幼苗生長伸出地面需要一定的時間,播種深度增加,導致幼苗出苗晚,出土時間長,完成出苗所需時間長。通過對不同播深下幼苗的觀察發(fā)現(xiàn),幼苗在適宜播種深度4 cm和6 cm間,地上部分長勢好,苗長苗壯,出土部分粗壯,顏色綠白;淺播下地上部分長勢弱,苗短苗細;深播下幼苗黃弱,出土部分細弱彎曲,顏色呈黃白色。試驗結果表明,播種深度增加,黎小豆出苗時間推遲,最終出苗率低。播種深度對種子出苗后幼苗的生長也有影響。隨著播種深度增加,各品種幼苗地上部分生長量降低,胚軸長度增加,這可能與深播種子出土時,消耗大量貯藏物質(zhì)用于胚軸伸長,突破土層脅迫,而用于幼苗生長的能量及物質(zhì)減少有關。研究結果同前人對玉米[26-28]、小麥[29]、高粱[30]、牧草[31-32]等種子的研究結果一致。
蛋白質(zhì)是種子內(nèi)貯藏的重要營養(yǎng)物質(zhì),可為種子萌發(fā)和幼苗的生長提供氮素營養(yǎng)。另外,植物體內(nèi)的可溶性蛋白部分是參與各種代謝的酶類,其含量是植物代謝狀況的一個重要指標。王占紅等[33]研究認為,隨著萌發(fā)時間的延長,種子內(nèi)蛋白質(zhì)和可溶性糖含量增加,淀粉含量降低。研究認為,黎小豆播種深度增加,子葉蛋白質(zhì)降解幅度也在增加,而子葉蔗糖含量降低。隨著播種后天數(shù)的增加,各處理子葉可溶性糖含量普遍升高,這可能由于萌發(fā)過程中,難溶的大分子淀粉降解為小分子水溶性糖類,導致可溶性糖含量增加。子葉中淀粉含量在萌發(fā)后期減少,這就進一步證實了子葉可溶性糖含量在萌發(fā)后期增加是由于子葉中淀粉降解所致[34],這與前人研究結果一致。播種深度4~6 cm時,黎小豆產(chǎn)量較高,為黎小豆最適宜播種深度。
播種深度的增加幼苗出苗速度減慢,播深每增加2 cm,出苗天數(shù)就增加1 d。隨著播種深度的增加,黎小豆的出苗率不斷降低,4 cm和6 cm出苗率較高,為黎小豆最適播種深度。隨著播種深度增加,幼苗生長量降低,上胚軸長度增加。各處理萌發(fā)后期可溶性糖含量普遍升高,淀粉含量降低。播種深度4~6 cm時,黎小豆產(chǎn)量較高。
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Effect of Different Sowing Depths on Germination,Metabolism and Yield of Li adzuki Bean
Ma Shuang1,F(xiàn)eng Naijie1,Zheng Dianfeng2,He Tianming1,Wang Teng1
(1.College of Agronomy,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319;2.National Coarse Cereals Engineering Research Center,Heilongjiang Bayi Agricultural University)
In order to study the effect of different sowing depth on germination,metabolism and yield of Li adzuki bean,pot culture LJ-1 was used under 5 different sowing depths to test germination rate,epicotyl length,dry matter accumulation dynamic and cotyledon physiological metabolism and the change of the yield.Results showed that with the increase of depth,Li adzuki bean seedling germination and seedling growth showed a lower trend,while epicotyl length increased.Period of cotyledon soluble sugar maximum content corresponded to high germination rate in 4 cm and 6 cm sowing depths,especially 4 cm.There were differences in Li adzuki bean theoretical yield under different sowing depths,the overall trend was 4 cm>6 cm>8 cm>10 cm>2 cm.Comprehensive analysis showed that seedling germination,cotyledon soluble sugar content and yield of 4 cm and 6 cm sowing depths were higher,which was the optimal sowing depth for Li adzuki bean.
Li adzuki bean;sowing depth;germination;metabolism;yield
S312
A
1002-2090(2016)02-0012-05
10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.003
2015-06-20
國家科技計劃項目(國家雜糧工程技術研究中心組建項目:2011FU125X07);高效經(jīng)濟作物產(chǎn)業(yè)化技術創(chuàng)新與示范(HNK125B-02-01);雜豆高效生產(chǎn)關鍵技術研究與示范(2014BAD07B05)。
馬爽(1989-),女,黑龍江八一農(nóng)墾大學農(nóng)學院2013級碩士研究生。
馮乃杰,教授,博士研究生導師,E-mail:dqfnj@126.com。