不同播深对玉米出苗、胚芽鞘特性及幼苗活力的影响

刘涛，宁毅，冯乃杰，郑殿峰，陈文浩，张盼盼，石英，刘洋，龚屾，刘春娟，赵晶晶

（1.黑龙江八一农垦大学农学院，大庆163319；2.北大荒垦丰种业股份有限公司宾县玉米生产分公司；3.国家杂粮工程技术研究中心；4.中国农业大学农学与生物技术学院）

不同播深对玉米出苗、胚芽鞘特性及幼苗活力的影响

刘涛1，宁毅2，冯乃杰1，郑殿峰1，陈文浩4，张盼盼3，石英1，刘洋1，龚屾1，刘春娟1，赵晶晶1

（1.黑龙江八一农垦大学农学院，大庆163319；2.北大荒垦丰种业股份有限公司宾县玉米生产分公司；3.国家杂粮工程技术研究中心；4.中国农业大学农学与生物技术学院）

试验以玉米德美亚1号、郑单958及龙单49为研究材料，采用盆栽试验，研究了5个不同播种深度对玉米出苗情况、幼苗活力、胚芽鞘特性及显微结构的影响。结果表明：不同供试玉米品种，播种深度为4 cm时，出苗最好，玉米幼苗活力最高。伴随播种深度的增加，胚芽鞘特性改良效果更加显著。生产实践中，在最佳播深情况下，胚芽鞘特性未能得到完全发挥，需要通过使用其他化学或物理方法来改善胚芽鞘建成，增强其保护幼苗的功能。

玉米；胚芽鞘；显微结构；幼苗活力

玉米是重要的粮食产物，在黑龙江种植面积截至2013年已近676.2万hm2，位居黑龙江省粮食作物产量的首位［1］。但黑龙江春旱现象发生频率过高严重危害玉米的萌发和出苗。幼苗高出苗势、出苗率是玉米高产稳产的基础保障［2］。保证玉米幼苗正常及时破土，玉米胚芽鞘及幼苗活力有着极其重要的作用。胚芽鞘是单子叶植物萌发后形成的第一片鞘状叶，包裹植物的胚芽，首先穿出地面，保护胚芽出土时不受损伤［3］。胚芽鞘的尖端可合成植物生长素，对于幼苗的出土同样至关重要［4］。幼苗出土以后，胚芽鞘内所含的叶绿体即可进行光合作用，对幼苗的独立生活起着极其重要的作用［5］。胚芽鞘是作物幼苗正常生长发育的起点。

玉米出苗后，幼苗活力泛指在大田条件下种子迅速整齐出苗及幼苗正常生长的潜在能力［6］。幼苗活力高的植株表现为田间出苗率高、生育期缩短，玉米高产稳产，植株的抗逆能力有效提高［7］。因此有必要对幼苗活力的相关性状进行深入的研究。从20世纪六七十年代，人们就开始探索如何通过物理或环境因素来调节胚芽鞘细胞机构强度，燕麦［8］、玉米［9-10］、小麦［11-14］、水稻［15-16］都得到了国内外学者的广泛关注。近年来，Mohan A、Arne Saatkamp和钱雪娅通过不同播深对小麦胚芽鞘长度进行了一定的科学研究［17-19］。除此之外，不同播深对胚芽鞘形态、细胞结构及幼苗活力影响领域的研究还比较缺乏，有待进一步扩充补足。试验以德美亚1号、郑单958及龙单49，3个不同供试玉米品种，通过5个不同播深处理，对玉米幼苗出苗情况、胚芽鞘的生长发育及幼苗活力进行了探究，并对胚芽鞘细胞结构进行了显微结构拍摄。以期可以进一步了解不同播种深度对玉米幼苗生长发育及胚芽鞘细胞结构产生的影响，为玉米实际生产提供理论指导，丰富胚芽鞘研究内容。

1　材料与方法

1.1供试品种

德美亚1、郑单958、龙单49

1.2处理方法

室内不同播深试验，试验采用完全随机设计，使用30 cm×28 cm一次性培养钵，3种玉米按2、4、6、8、10 cm共5个播深进行处理，当装土到相应的播深时，选择外观形态相同的种子均匀播种到土表面，每盆20粒，进行分层覆土，直至盆内总土壤深度达到20 cm。1个品种，5个播深处理，每处理设定4次重复，共60盆。盆栽一次浇透，试验期间不浇水，室内温度设定为25℃。

1.3调查指标

1.3.1出苗势及最终出苗数

以幼苗出土2 cm为出苗标准，每天统计出苗数，结束后计算出苗势、出苗率及出苗时间［20］。

出苗势（%）=（第6天出苗数/播种数）×100%；

出苗率（%）=（第8天出苗数/播种数）×100%；

出苗时间（d）为出苗率达到50%的天数。

1.3.2胚芽鞘形态指标

出土率达到50%后进行取样，每盆5株，观测胚芽鞘长度、粗度（游标卡尺）、重量（万分之一天平）、韧性（取胚芽鞘进行两端固定，用数字拉力计进行拉伸，测定记录胚芽鞘发生明显断折的数据）。

1.3.3胚芽鞘的显微结构

植株出土2 cm时进行取样，选取胚芽鞘顶端，在靠近尖端的1/4处取材（长约5 mm）做石蜡切片，用标准固定液（FAA）固定保存，用酒精和二甲苯系列脱水，石蜡包埋，横切片厚度10 μm，番红-固绿二重整染，甘油封片。在Motic BA310 digital显微镜下，测量组织横切面维管束面积，纵切面单位长度（400 μm）内的细胞数及相同单位长度下的细胞壁细胞的细胞数。每个处理观测10个视野，取均值，同时进行显微照相。

1.3.4幼苗活力的测定

各处理全部出苗后，对该处理进行取样，随机取10株，测定seeding vigor（幼苗活力）［21］：测定根干重（万分之一天平）幼苗苗长（直尺）、苗干重、中胚轴干重等。

1.4统计分析

应用Microsoft Excel 2003处理数据并作图；在SPSS中完成统计分析；用Imagej2X进行细胞图像的处理。

2　结果与分析

2.1不同播深对玉米出苗的影响

供试玉米品种出苗势随播种深度增加逐渐降低（图1），且不同品种出苗势播深4 cm和播深6 cm存在极显著差异。德美亚1号出苗势中，6 cm播深处理比4 cm播深处理降低了69.2%，郑单958和龙单49则分别降低30.8%和30.0%。相同播种深度处理下各供试品种出苗势存在差异性，其中德美亚1号2 cm播深出苗势最高，10 cm播深出苗势最低。

图1　不同播深浓度处理下玉米品种的出苗势Fig.1The seedling emergence potential of three maize varieties under different sowing depth treatments

从表1可以看出不同供试品种出苗率随播种深度增加逐渐下降。其中，10 cm播深处理的各供试品种玉米的出芽率低于其他播深处理，并与2～4 cm播深处理达到极显著差异。同时，德美亚1号10 cm播深处理出苗率普遍低于50%。不同播深处理下，玉米出苗时间呈现与出苗势相反趋势，随播种深度增加逐渐增大（表2）。其中，8 cm和10 cm播深处理下，出苗时间均比4 cm播深处理下延后了1～2 d，且与2～4 cm播深处理存在显著性差异。

表1　不同播种深度处理下玉米品种的平均出苗率（%）Table 1The seedling emergence rate of three maize varieties under different sowing depth treatments

表2　不同播种深度处理下玉米品种的平均出苗时间（天）Table 2The seedling emergence time of three maize varieties under different sowing depth treatments

2.2不同播深对玉米胚芽鞘形态的影响

随播种深度的增加，玉米胚芽鞘形态指标呈现不同趋势，供试品种胚芽鞘随播种深度的增加，胚芽鞘长度及重量均得到稳步升高，即处理10 cm＞8 cm＞6 cm＞4 cm＞2 cm；胚芽鞘粗度有处理4 cm＞2 cm＞10 cm＞8 cm＞6 cm，即结至5 cm，胚芽鞘粗度随播种深度增加而加粗，6 cm附近出现显著变化，重新出现最小值，后继续增重。

图2　不同播种深度对胚芽鞘长度的影响Fig.2Effect of different sowing depth on coleoptile's legth

图3　不同播种深度对胚芽鞘粗度的影响Fig.3Effect of different sowing depth on coleoptile's width

图4　不同播种深度对胚芽鞘重量的影响Fig.4 Effect of different depth on coleoptile's weight

2.3不同播深对玉米胚芽鞘细胞结构的影响

2.3.1不同播深对玉米胚芽鞘维管束面积的影响

图5　玉米胚芽鞘的维管束面积Fig.5The vascular bundle area of maize coleoptile

维管束在植物胚芽鞘中具有输导水分、无机盐及有机物的作用，同时还具有有效支撑功能。维管束横截面面积在一定程度上可以有效反映出维管束的输送及支持能力。从表3，我们可以看出随播种深度的增加，胚芽鞘横截面的维管束面积逐渐增大。各品种表现情况略有差异但总体趋势相同。其中，各供试品种的6、8、10 cm播深处理均与2 cm播深处理呈现极显著差异，德美亚1号与郑单958的6 cm和10 cm处理彼此之间存在显著差异。

表3　不同播种深度对胚芽鞘横截面维管束面积的影响Table 3Effect of different sowing depth on vascular bundle area of coleoptile's cross section

2.3.2不同播深对玉米胚芽鞘横切面细胞壁单位长度细胞数的影响

胚芽鞘壁细胞的密集度在一定程度上对胚芽鞘保护幼苗有着直接的影响。以6 cm播深处理为对照，对供试品种胚芽鞘壁细胞的密集程度作分析比较，观察不同播深处理对玉米胚芽鞘壁细胞密集程度的影响（图6）。从表4，可以看出在胚芽鞘壁细胞密集程度上，供试玉米品种之间存在一定差异性。德美亚1号和龙单49中有4 cm播深处理一定程度上增加了胚芽鞘壁细胞的密集度，在郑单958中则显示播深8 cm可以有效增加此指标。

2.3.3不同播深对玉米胚芽纵切面单位长度细胞数的影响

胚芽鞘细胞薄壁细胞长短一定程度上决定了胚芽鞘破土能力，纵切中细胞越长相对于短细胞，更容易发生弯折。以6 cm播深为对照，观察三个供试玉米品种薄壁细胞的纵切长度。通过表5，可以看出随播种深度的增加，供试玉米胚芽鞘薄壁细胞都得到了一定程度的缩短，保障了其有效地破土能力，即薄壁细胞纵切长度有2 cm＞4 cm＞6 cm＞8 cm＞10 cm的规律。

图6　玉米胚芽鞘的鞘壁细胞横切图Fig.6The sheath cell transaction of maize coleoptile

表4　不同播种深度对胚芽鞘横截面细胞壁单位长度细胞数的影响Table 4Effect of different sowing depth on the cellnumbers in unit length of cell wall of coleoptile transection

图7　玉米胚芽鞘的纵切图Fig.7The longitudinal diagram of maize coleoptile

2.4不同播深对玉米幼苗活力及幼苗干物质积累的影响

各播深处理均达到出苗标准后进行一次性取样，分析结果表明，玉米各部位干重在不同播深处理下略有差异，但并非全部显著。从表6可以看出，2 cm、4 cm播深处理的苗长、苗干重、根干重优于其他播深处理，为较优播深。中胚轴长度则显示10 cm播种深度优于其他播深处理。

3　结论与讨论

（1）玉米幼苗出苗情况中有不同播种深度对种子出苗率、出苗势及出苗时间均有一定的影响，总体表现为随播种深度的增加出苗率、出苗势逐渐降低，出苗时间逐渐延后。这与Maun M，T.Knappenberger等［22-23］研究的不同播深处理影响玉米出苗情况的结果相符。

表5　不同播种深度对胚芽鞘纵切面单位长度中细胞数的影响Table 5Effect of different sowing depth on the cell number in unit length of coleoptile longitudinal section

表6　不同播种深度处理下玉米幼苗的各部分干重的影响Table 6Effect of different sowing depth treatments on dry weight of different parts of maize seedlings

（2）胚芽鞘形态方面，随播种深度的增加，玉米胚芽鞘干重逐渐增加，粗度呈现增大趋势。这说明玉米种子破土期间，运转到胚芽鞘的种子贮藏物质在不断增加，从而为胚芽鞘出苗提供更好的物质保障。这与吴海燕等［24］的研究结果一致，同时，不同品种间玉米胚芽鞘长度、重量差异表现略有差异，郑单958、龙单49表现的差异性更为显著。

（3）不同播深处理对玉米胚芽鞘细胞结构的影响在研究中首次出现，研究结果表明，伴随播种深度的增加，胚芽鞘维管束增粗，胚芽鞘壁细胞密度先增后减，薄壁细胞长度缩短，其原因是维管束增粗、细胞长度缩短更有利于增加胚芽鞘破土能力，是胚芽鞘适应环境的一种体现。

（4）实验中，通过最终统一取样的供试品种总干重，可以看出2 cm、4 cm播深处理的苗长、苗干重、根干重优于其他播深处理，为较优播深。与Molatudi. R［25］等研究结果一致。

出苗情况及幼苗活力是评价玉米耐深播的重要指标，是由多个幼苗性状共同作用的，同时受到环境因素的影响。从结果中可以看出，2、4 cm播深是大部分供试玉米品种盆栽种植的最优播深，但现实农业生产中，2 cm播深过浅，不符合实际生产需要。播深对玉米胚芽鞘有一定的影响作用，但随播深的增加，胚芽鞘相关指标会产生相关适应性变化，保证玉米幼苗的顺利出土。因此，在保证玉米最佳出苗率及高幼苗活力的最佳播深4 cm下，我们可以通过其他方法来对玉米胚芽鞘相关性状进行调控，从而进一步提高玉米幼苗生长发育及抗逆能力，达到高产稳产的目的。玉米是黑龙江省重要的粮食、经济作物，其产量高低对该省具有重大影响［26］，化学及物理方法调控幼苗可作为下一步研究玉米的重点方向。

［1］潘旭琳，曹龙奎. 玉米蛋白粉研究进展［J］. 黑龙江八一农垦大学学报，2013，25（4）：53-57.

［2］Bullied W J，Van Acker R C，Bullock P R. Hydrothermal modeling of seedling emergence timing across topography and soil depth［J］. Agronomy Journal，2012，104（2）：423-436.

［3］Darwin C R. The power of movement in plants［M］. England：C..ambridge University Press，1880.

［4］Opik H. Some observations on coleoptile cell ultrastructure in ungerminated grains of rice（ Oryza sativa L）［J］. Planta，1971，102（1）：61-71.

［5］Hiromi S，Ai O，Akane K. Blue-light regulation of Zm-PHOT1 and ZmPHOT2 gene expression and the possible involvement of Zmphot1 in phototropism in maize coleoptiles［J］. Planta，2014，240：251-261.

［6］曹立勇，朱军，任立飞，等. 水稻幼苗活力相关性状的QTLs定位和上位性分析［J］. 作物学报，2002，28（6）：809-815.

［7］岳丽杰，文涛，杨勤，等. 不同播种深度对玉米出苗的影响［J］. 玉米科学，2012，20（5）：88-93.

［8］Cosgrove D J. Expansive growth of plant cell walls［J］. Plant Physiology and Biochemistry，2000，38（1）：109-124.

［9］Haga K，Iino M. Auxin-growth relationships in maize coleoptiles and pea internodes and control by auxin of the tissue sensitivity to auxin［J］. Plant Physiology，1998，117（4）：1473-1486.

［10］高灿红，胡晋，郑昀晔，等. 玉米幼苗抗氧化酶活性、脯氨酸含量变化及与其耐寒性的关系［J］. 应用生态学报，2006，17（6）：1045-1050.

［11］Trethowan R M，Singh R P，Huerta-Espino J，et al. Coleoptile length variation of near-isogenic Rht lines of modern CIMMYT bread and durum wheats［J］. Field Crops Research，2001，70（3）：167-176.

［12］张杰，郑根昌，张瑞富，等.肥料用量与种植密度对春玉米产量及效益的影响［J］. 内蒙古民族大学学报：自然科学版，2015（1）：235-239.

［13］王玮，邹琦，杨军，等. 水分胁迫条件下抗旱性不同小麦品种芽鞘生长的动态分析［J］. 植物生理学通讯，1999，35（5）：359-362.

［14］邹琦，王玮，杨兴洪，等. 冬小麦抗旱性鉴定的新方法——低水势下胚芽鞘长度法［J］. 中国农学通报，2000，16（5）：23-28.

［15］胡颂平，杨华，邹桂花，等. 水稻胚芽鞘长度与抗旱性的关系及QTL定位［J］. 中国水稻科学，2006，20（1）：19-24.

［16］San K H，Suge H，Rappaport L，et al. Stimulation of rice coleoptile growth by ethylene［J］. Planta，1970，90（4）：333-339.

［17］Saatkamp A，Affre L，Baumberger T，et al. Soil depth detection by seeds and diurnally fluctuating temperatures：different dynamics in 10 annual plants［J］. Plant and Soil，2011，349（1-2）：331-340.

［18］Mohan A，Schillinger W F，Gill K S. Wheat seedling emergence from deep planting depths and its relationship with coleoptile length［J］. PloSone，2013（9）：73314.

［19］钱雪娅，景蕊莲，王辉，等. 不同处理条件下小麦胚芽鞘长的遗传分析［J］. 西北植物学报，2008，28（12）：2436-2441.

［20］宫赫阳，李鹏，吴委林，等. 玉米高蛋氨酸蛋白基因d z s 1 8 的克隆及其原核表达载体构建［J］. 延边大学农学学报，2015（3）：183-187.

［21］Cui K，Peng S，Xing Y，et al. Molecular dissection of seedling-vigor and associated physiological traits in rice［J］. Theoretical and Applied Genetics，2002，105（5）：745-753.

［22］Maun M，Riach S. Morphology of earyopsis，seedlings and seedling emergence of the grass Calimovilfa longifolia from various depths in Sand［J］. Ecology，1981，49：137-142.

［23］Knappenberger T，K ller K O Spatial.Assessment of the correlation of seeding depth with emergence and yield of corn［J］. Precision Agriculture，2012，13（2）：163-180.

［24］吴海燕，崔彦宏，孙昌凤. 不同类型玉米杂交种播种深度与出苗相关性的研究［J］. 玉米科学，2011，19（2）：109-113.

［25］Molatudi R L，Mariga I K. The effect of maize seed size and depth of planting on seedling emergence and seedling vigour［J］. Journal of Applied Sciences Research，2009，5（12）：2234-2237.

［26］张宏天，张吉利，王宁，等. 不同施氮方式对玉米各器官养分含量的影响［J］. 黑龙江八一农垦大学学报，2014，26（1）：9-13.

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

Liu Tao1，Ning Yi2，Feng 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

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12541599）；黑龙江省普通高等学校寒地作物种质改良与栽培重点实验室开放课题（2012005）。

刘涛（1988-），男，黑龙江八一农垦大学农学院2012级硕士研究生。

郑殿峰，男，教授，博士研究生导师，E-mail：zdffnj@263.net。