热带作物学报2020, 41(12): 2467 2473
Chine Journal of Tropical Crops
氮素形态与吡虫啉对甘蔗根系和地上部生长的影响
和锐敏1,2，张兴兴1，赖鉴添1,3，王鑫1,2，邵丹青1,2，何琴1,3，钟国华2，卢颖林1*
1. 广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所）/广东省药肥工程技术研究中心，广东广州 510316；
2. 华南农业大学农学院，广东广州 510642；
3. 仲恺农业工程学院，广东广州 510225
摘要：本研究通过水培的方式，探究不同形态氮素以及不同形态氮素和新烟碱类杀虫剂吡虫啉（IMI）处理对甘蔗生长、根系伤流强度和根系形态的影响。研究结果显示：与缺氮（CK）相比，添加铵态氮（A）、硝态氮（N）或铵态硝态氮（AN）能够显著提高甘蔗植株的株高和茎径（P<0.05），其中株高增高了大约3倍，茎径增粗2~3倍，与硝态氮相比，铵态氮能促进甘蔗茎径变粗、鲜重增加以及侧根和不定根的形成；硝态氮为氮源可促进甘蔗根系的纵向生长；铵态氮和硝态氮共存时甘蔗根系总长、根表面积、根系体积以及伤流液强度大于单一氮源处理。添加吡虫啉促进了缺氮条件下甘蔗的生长；与对应的
氮素处理组相比，吡虫啉和氮素共处理组甘蔗的鲜重均增加，其中A+IMI处理比A处理增加17.69%，N+IMI处理比N处理增加46.19%，AN+IMI处理比AN处理增加29.43%，在硝态氮存在时差异达到显著水平（P<0.05）；此外，吡虫啉和硝态氮共存显著提高了甘蔗根系总长、根表面积和伤流液强度（P<0.05）。结果表明铵态氮和吡虫啉共施对甘蔗整体的生长最为有利，吡虫啉和硝态氮共施可促进甘蔗鲜重增加以及根系的生长。本研究为甘蔗氮肥施用以及吡虫啉和氮肥在甘蔗中的共施提供重要的理论依据，同时，为“药肥一体化”技术在甘蔗上的应用提供借鉴。
关键词：甘蔗；氮素；吡虫啉；根系形态
中图分类号：S566.1 文献标识码：A
Effects of Nitrogen and Imidacloprid on Growth and Root System of Sugarcane
HE Ruimin1,2, ZHANG Xingxing1, LAI Jiantian1,3, WANG Xin1,2, SHAO Danqing1,2, HE Qin1,3,
ZHONG Guohua2, LU Yinglin1*
1. Guangdong Provincial Bioengineering Institute (Guangzhou Sugarcane Industry Rearch Institute) / Guangdong Province Phar-maceutical Fertilizer Engineering Technology Rearch Center, Guangzhou, Guangdong 510316, China;
2. College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong 510642, China;
3. Zhongkai University of Agriculture and Engineer-ing, Guangzhou, Guangdong 510225, China
Abstract: Hydroponic experiment was conducted to explore the effects of different forms of nitrogen and the treatment with imidacloprid on sugarcane growth, root injury intensity, and root morphology. The treatment with different nitrogen forms, ammonium nitrogen (A), nitrate nitrogen (N) or ammonium nitrate nitrogen (AN), could significantly increa the plant height and stem diameter of sugarcane (P<0.05) when compared with nitrogen deficiency (CK), plant height incread by 3 times and stem diameter incread by 2-3 times. Compared with nitrate nitrogen treatment, ammonium nitrogen treatment could promote stem diameter, fresh weight and the formation of lateral and adventitious roots of sugarcane. In addition, the treatment with nitrate nitrogen could promote the longitudinal growth of sugarcane roots. 收稿日期 2019-10-15；修回日期 2020-02-20
基金项目 国家重点研发计划项目（No. 2018YFD0201100）；广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目（No.
2019GDASYL-0501004）；国家糖料产业技术体系项目（No. CARS-170306）。
作者简介 和锐敏（1994—），女，硕士研究生，研究方向：药肥互作与作物逆境生理。*通信作者（Corresponding author）：卢颖林（LU Yinglin），E-mail：********************。
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When the treatment with ammonium nitrogen and nitrate nitrogen, the total length, root surface area, root volume, and fluid strength of sugarcane were greater than tho of the single nitrogen source. Under nitrogen-deficient condition, the addition of imidacloprid could promote the growth of sugarcane. The fresh weight of sugarcane improved in the co-treated imidacloprid and nitrogen treatment groups when compared with the corresponding treatment (without imi-dacloprid added). The fresh weight of sugarcane treated with ammonium nitrogen and imidacloprid incread by 17.69% compared with the treatment with ammonium nitrogen alone. The fresh weight of sugarcane treated with nitrate nitrogen and imidacloprid incread by 46.19% compared with the treatment with ammonium nitrogen alone. The fresh weight of sugarcane treated with ammonia nitrogen, nitrate nitrogen and imidacloprid incread by 29.43% compared with the treatment of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen. In addition, the difference reached a significant level when nitrate nitrogen was prent in the treatment (P<0.05). The total root length, root surface area, and effluent strength of sugar-cane incread significantly (P<0.05) with the treatment of imidacloprid and nitrate nitrogen. It
is concluded that co-application of ammonium nitrogen and imidacloprid is most beneficial to the overall growth of sugarcane, co-application of imidacloprid and nitrate nitrogen incread the fresh weight of sugarcane and root growth. This study would provide an important theoretical basis for the application of nitrogen fertilizer in sugarcane fields and the co-application of imidacloprid and nitrogen fertilizer in sugarcane.
Keywords: Saccharum sp.; nitrogen; imidacloprid; root morphology
DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.12.014
甘蔗（Saccharum sp. hybrid）是我国重要的经济作物之一，其产量稳定决定了我国食糖生产对消费市场的平衡供给。据统计，我国甘蔗种植面积近180万hm2，继巴西、印度之后居世界甘蔗种植面积第三位[1]。在实际生产中，重施氮肥是提高甘蔗产量的主要措施，但同样会引发农田土壤酸化，加剧病虫害的发生。土壤中能被植物利用的氮素主要是铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3‒-N）以及少量的有机氮[2]。铵态氮和硝态氮作为2种主要的无机氮源，这2种氮素会因植物种类的不同而在植物利用过程中存在差异[3]。Vinall[4]研究表明铵态氮与硝态氮同时存在，而铵态氮是甘蔗优先吸收利用的氮源。但是，Mariano 等[5]的研究显示以硝酸铵的形式添加氮源时，甘蔗的产量最高。不同氮素形态在甘蔗生长发育和增产中的具体作用还有待进一步研究。吡虫啉（imidaclopid, IMI）是一种新型高效氯
代烟碱类广谱杀虫剂，对甘蔗螟虫、甘蔗绵蚜、蓟马等蔗田常见害虫有较好的防治效果[6]。杜春秀[7]通过统计不同研究人员对吡虫啉防治效果，发现吡虫啉的防虫效果均超过95%。吡虫啉具极高的触杀和胃毒作用，主要作用于害虫的中枢神经系统，可通过植物的根和叶直接吸收传导[8]。同时，吡虫啉对环境安全，可推广应用于蔬菜、水果等农作物的生产[9]。冉阳[10]通过研究表明，烟碱类农药具有生物刺激素的作用，可提高作物的抗逆性。
“药肥一体化”技术是利用科技手段把保护植物生长的农药和养分供给的肥料科学组合，提高药效和肥效，同时将喷药和施肥2种农田操作合二为一，具有省时省工的特点，是未来甘蔗生产的发展方向。已有学者报道有关药肥制剂在甘蔗上的应用研究。罗应怡等[11]通过大田试验结果显示，0.3%辛硫磷药肥颗粒剂对甘蔗本身安全，能有效防治甘蔗蔗龟的同时可兼治甘蔗蔗螟、蓟马、象甲等蔗田害虫，药剂处理区甘蔗长势明显优于空白对照区；王双等[12]、李春红等[13]分别利用0.05%呋虫胺药肥混剂和0.15%噻虫嗪药肥混剂防治甘蔗害虫，结果表明，呋虫胺药肥混剂与噻虫嗪药肥混剂对甘蔗螟虫和蓟马均有较好的防治效果；谢江江等[14]对30%甜歌多功能药肥进行蔗田试验，研究表明30%甜歌多功能药肥兼具营养与杀虫双重功效，在有效控制常见蔗田害虫的同时，甘蔗产量与对照相比分别提高21.16%和22.14%。大多学者对药肥制剂处理甘蔗的研究关注点在其害虫的防效及甘蔗的产量，而对于甘蔗本身生理层面研究较少。
氮素利用率不高和缺少劳动力是制约我国蔗区甘蔗产业发展的重要因素，而农药的不合理使用给环境
带来压力的同时，作用靶标的抗性也逐步增强。农药和肥料共施的研究表明五氯苯酚和铵态氮肥或尿素混合施用于土壤可有效降低硝化作用对氮素的消耗，从而提高氮肥利用率[15]。关于不同形态氮素对作物生长、根系形态的影响有诸多报道，其机理已基本明晰[16-19]，但其和农药
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结合后，对作物生长影响方面的研究还鲜见报道。本研究采用水培的方式探讨了吡虫啉与不同形态的氮肥共处理对甘蔗生长、根系形态建成的影响，旨在为“药肥一体化”技术应用于甘蔗生产提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料
哈尔滨好吃的
试验选用甘蔗品种‘海蔗22号’（由广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场育成），除吡虫啉标准品（上海源叶生物有限公司，纯度≥98%）和多菌灵（四川国光农化股份有限公司）外，硫酸铵、硝酸钾、磷酸二氢钾等化学试剂均为国产分析纯。
1.2 方法
1.2.1 试验材料培养与设计（1）试验材料培养。材料培养于广东省生物工程研究所（广州甘蔗糖业研究所）玻璃日光温室，挑选长势均一的健康甘蔗种株，截成长短一致的单一种段，多菌灵500倍稀释液浸泡杀菌10~15 min，之后铺于填充石英砂的育苗盘中。待种苗长至20~25 cm高时转移至盛有基础营养液（改良的Hoagland营养液）的培养箱（410 mm×310 mm×145 mm）中，每个培养箱定植4株，缓苗1周，用含不同形态氮素的营养液培养甘蔗幼苗2周后在营养液中加入吡虫啉处理，营养液更换间隔期为5 d，用通气泵间歇通气（通气间隔时间为2 h，每次通气1 h）。女自拍
（2）试验设计。共设8个处理组，总体分为氮素处理（缺氮，CK；铵态氮，A；硝态氮，N；铵态氮+硝态氮，AN）与氮素和吡虫啉共处理（吡虫啉+缺氮，CK+IMI；吡虫啉+铵态氮，A+IMI；吡虫啉+硝态氮，N+IMI；铵态氮+硝态氮+吡虫啉，AN+IMI）两大组，每个处理设置4个重复，吡虫啉添加浓度为5 mg/L。营养液采用改良的1/2浓度Hoagland营养液，添加7 µmol/L双氰胺抑制硝化作用，用便携式pH计（PHBJ-260，上海雷磁）将pH调至6.0±0.1，具体试验设计及各元素用量见表1。
1.2.2 样品采集和测定方法（1）植株样品的采集营养液中加入吡虫啉5 d后进行甘蔗样品的采集，分别采集甘蔗植株地上部分和根系，用去离子水将样品冲洗干净、吸水纸擦干，用于测定甘蔗各部分鲜重及根系相关指标。
表1不同处理及营养液配方
Tab. 1 Different treatments and nutrient solution formula mL⋅L‒1处理 Treatments CK N A AN CK+IMI N+IMI A+IMI AN+IMI
1 mol⋅L‒1 (NH4)2SO4 0 0 4 4 0 0 4 4 1 mol⋅L‒1 KNO3 0
2 0 2 0 2 0 2 1 mol⋅L‒1 Ca(NO3)20
3 0 1 0 3 0 1 1 mol⋅L‒1 KCl 2 0 2 0 2 0 2 0 1 mol⋅L‒1 CaCl2 3 0 3 2 3 0 3 2 1 mol⋅L‒1 KH2PO
4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 mol⋅L‒1 MgSO4 1 1 1 1 1 1 1 1 7 mmol⋅L‒1 C2H4N4 1 1 1 1 1 1 1 1 微量元素 1 1 1 1 1 1 1 1 铁盐 2 2 2 2 2 2 2 2
5 mg⋅L‒1吡虫啉0 0 0 0 1 1 1 1
注：营养液中微量元素组成：46.26 μmol⋅L‒1H3BO3、9.15 μmol⋅L‒1 MnCl2·4H2O、0.32 μmol⋅L‒1 CuSO4·5H2O、0.77 μmol⋅L‒1 ZnSO4·7H2O、0.39 μmol⋅L‒1 (NH4)6Mo7O24·4H2O，铁盐的终浓度为20.0 µmol⋅L‒1。
Note: The concentration of trace elements in nutrient solution: 46.26 μmol⋅L‒1H3BO3, 9.15 μmol⋅L‒1 MnCl2·4H2O, 0.32 μmol⋅L‒1 CuSO4·5H2O, 0.77 μmol⋅L‒1 ZnSO4·7H2O, 0.39 μmol⋅L‒1 (NH4)6Mo7O24 4H2O. Final concentration of iron salt is 20.0 µmol⋅L‒1.
（2）植株鲜重和茎径测定。用电子天平（YP5002，上海佑科仪器）分别称量甘蔗完整植株、根系及地上部鲜重。株高测量范围为茎基部至最高可见肥厚带；甘蔗直径测定范围为距茎基部5 cm处，用游标卡尺测定。
（3）根系伤流强度测定。营养液加入吡虫啉24 h后，用无菌手术刀片在距根部5 cm处切除地上部分，纯水冲洗横截面，同时将填充有脱脂棉的塑料离心管套在切除部，收集时间为12 h（早8：00—晚8：00），为防止伤流液蒸发以及其他外部
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污染物进入离心管，离心管口均用保鲜膜包裹并用橡皮筋捆扎，根系伤流强度的测定采用差重法，计算公式：每小时伤流液量(mL/h) =(收集12 h后的离心管加脱脂棉的重量－收集前的重量)/12 h。
（4）根系形态指标测定。甘蔗根系形态参数采用根系扫描仪（EPSON expression 10000XL）进行扫描测定，并用根系扫描分析系统（Win RHIZO-LA2400, Canada）对根系总长度、表面积、体积及平均直径进行统计分析。
1.3 数据处理
采用IBM SPSS Statistics 20软件对试验数据进行统计学分析，采用LSD法（P<0.05）进行差异显著性
分析。
2结果与分析
2.1 不同氮素与吡虫啉处理对甘蔗株高和茎径的影响
氮素和吡虫啉对甘蔗株高和茎径的影响如表2，与缺氮（CK）相比，添加铵态氮（A）、硝态氮（N）或铵态硝态氮（AN）能显著增加甘蔗植株的株高和茎径（P<0.05），其中株高增高了大约3倍，茎径增粗2~3倍，铵态氮对甘蔗的茎粗增效最显著。添加吡虫啉不同程度地增加了甘蔗的株高，其中缺氮和铵态氮为唯一氮源的培养条件下添加吡虫啉，植株株高增加明显；添加吡虫啉对茎径的影响不显著。以上结果表明氮素对甘蔗的生长具有明显的促进作用，不同氮素之间无显著差异；在缺氮和铵态氮为唯一氮源条件下添加吡虫啉对甘蔗地上部的生长有一定的促进作用。
表2不同处理下的甘蔗生长情况
Tab. 2 Growth of sugarcane under different treatments 处理
Treatments
关于教养的作文株高
Plant height/cm
茎径
Stem diameter/mm CK77.37±3.28c 6.62±0.36d
A212.66±4.33b18.07±1.21a
N209.00±19.50b14.46±1.22bc
AN211.67±2.97b14.80±0.94bc
CK+IMI99.67±4.10c8.04±0.94d
A+IMI247.68±5.89a17.16±0.64ab
N+IMI215.00±11.93b13.57±0.47c
AN+IMI 213.66±6.93b16.70±1.36ab
注：表中数据均为平均值±标准误，同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05，LSD）。
Note: The data in the table are mean±standard errors, and dif-ferent lowerca letters in the same column indicate significant difference between treatments (P<0.05, LSD).
2.2 不同形态氮素与吡虫啉处理对甘蔗鲜重的影响
羊脂球从表3可以看出：添加不同形态氮素能显著提高甘蔗的根部和地上部的鲜重，降低根冠比；与硝态氮、铵态+硝态氮相比，铵态氮对促进甘蔗鲜重的提高更加明显。与未添加吡虫啉的处理相比，吡虫啉与氮素共存的处理更有利于甘蔗鲜重的增加，CK+IMI处理比CK处理增加了114%，A+IMI处理比A处理增加17.69%，N+IMI处理比N处理增加46.19%，AN+IMI处理比AN处理增加29.43%，不同氮素和吡虫啉共处理对甘蔗地上部和地下部鲜重的影响顺序为：铵态氮+吡虫啉处理＞铵态氮+硝态氮+吡虫啉处理>硝态氮+吡虫啉处理，且在根中差异达到显著水平（P< 0.05）。添加吡虫啉对甘蔗根冠比无显著影响。
表3不同处理下甘蔗各部位生物量
Tab. 3 Biomass of different parts of sugarcane under different treatments
鲜重Fresh weight/g
处理
Treatments 整株Complete plant/g地下部Underground/g 地上部Aboveground/g
根冠比Root to crown ratio
CK15.62±1.23e 6.14±0.88e 9.49±1.16e 0.68±0.16a
孔庆华
A 226.08±17.50ab 25.88±2.25bc 200.19±16.41ab 0.13±0.01b
N 160.45±20.98d 20.83±2.31c 139.61±19.79d 0.15±0.02b
AN 172.19±14.25cd 23.75±2.79bc 148.44±11.72cd 0.16±0.01b
CK+IMI 33.48±3.03e 14.20±1.58d 19.29±1.46
e 0.73±0.02a
A+IMI 266.08±14.92a 34.32±1.28a 231.76±16.20a 0.15±0.02b
N+IMI 207.13±10.32bc 28.19±1.84ab 178.94±11.04bcd 0.16±0.02b
AN+IMI 222.86±20.16ab 34.05±2.83a 188.82±17.35bc 0.18±0.01b
注：表中数据均为平均值±标准误，同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05，LSD）。
Note: The data in the table are mean±standard errors, and different lowerca letters in the same column indicate significant difference between treatments (P<0.05, LSD).
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2.3不同形态氮素与吡虫啉处理对甘蔗根系生长发育的影响
进一步分析不同氮素和吡虫啉对根表型和根系发育的影响表明，不同氮素对甘蔗根系形态建成的影响不同（图1）。在缺氮条件下，甘蔗根趋向于纵向生长，植株的根长明显大于其他氮素处理；营养液中存在铵态氮时，根系较短，但是不定根和侧根的数目多；与铵态氮相比，硝态氮为氮源时甘蔗根系较长，但不定根数目较少。添加吡虫啉的处理组甘蔗根系生长状况均优于其对应未添加吡虫啉的处理。利用根系扫描仪对甘蔗根系的总长、表面积、平均直径及根系的体积进行统计，结果显示缺氮条件下甘蔗根系各参数最小；铵态氮和硝态氮（AN）共同作为氮源时甘蔗根系总长、根表面积和根系体积大于铵态氮或硝态氮为唯一氮源时甘蔗根系总长、根表面积和根系体积（表4）。在缺氮（CK）和以铵态氮（A）为氮源时，添加吡虫啉对甘蔗根系生长没有影响；但是，在硝态氮存在的条件下（N, AN）添加吡虫啉显著增加了甘蔗根系总长和表面积（P<0.05）（表4）。以上结果表明，氮素形态影
响根系的形态建成，铵态氮和硝态氮共存有利于甘蔗根系生长；在硝态氮存在条件下吡虫啉能促进甘蔗的根系生长。
图1不同处理下甘蔗根系生长情况
Fig. 1 Growth of sugarcane roots under different
清湛treatments 2.4 不同形态氮素与吡虫啉处理对甘蔗根系伤流强度的影响
伤流液是由根压引起而流出的无色微酸性透明液体，根系伤流是根系活力的重要体现，伤流液的数量
和成分反映了根系吸收、转运物质的基本情况[20-21]。关于农药影响植物根系活力的研究，王馨仪[22]的研究结果表明，小麦幼苗在阿维菌素、噻虫嗪处理24 h后，其根系活力有上升的趋势，而高效氯氟氰菊酯和啶虫脒处理24 h后，小麦幼苗的根系活力下降。由图2可以看出：与供氮组相比，缺氮显著降低了甘蔗根部的伤流液强度，不同氮素供应对甘蔗伤流液强度没有影响。添加吡虫啉增加了根系伤流液强，其中，缺氮添加吡虫啉（CK+IMI）以及吡虫啉与铵态氮+硝态氮（AN+IMI）处理时甘蔗的伤流液强度显著大于缺氮（CK）和铵态氮+硝态氮（AN）处理。
不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05，LSD）。
Different lowerca letters in the figure indicate significant difference between treatments (P<0.05, LSD).
图2甘蔗根系伤流强度
Fig. 2 Sugarcane root injury fluid strength
表4不同形态氮素与吡虫啉处理下甘蔗的根系形态
苕粉怎么做好吃Tab. 4 Root morphology of sugarcane under different nitrogen and imidacloprid treatments
处理Treatments
根系总长
Total root length/m
根系表面积
Root surface area/cm2
平均直径
Average diameter/mm
根系体积
Root volume/cm3
CK15.27±0.74d118.30±4.47e0.25±0.01bcd 0.73±0.05d
A36.58±3.69c312.48±34.74bcd0.27±0.01abc 2.15±0.28bc
N 37.44±2.05c 285.84±20.41cd 0.24±0.01cd 1.76±0.18bc高蛋白食品
AN 45.02±2.29bc348.75±28.42bc 0.24±0.01cd 2.17±0.26bc
CK+IMI24.65±2.21d227.09±21.17d0.29±0.03a 1.69±0.19c
A+IMI40.85±1.90bc298.55±11.92cd0.23±0.02d 1.75±0.06bc
N+IMI49.77±3.96b395.38±36.53b0.25±0.01bcd 2.53±0.28b
AN+IMI62.94±6.13a546.30±56.41a0.28±0.02ab 3.83±0.45a 注：表中数据均为平均值±标准误，同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05，LSD）。
Note: The data in the table are mean±standard errors, and different lowerca letters in the same column indicate significant difference between treatments (P<0.05, LSD).
