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甘蔗根系作为养分吸收和运输的器官,是土壤养分的直接吸收者和甘蔗产量的重要贡献者,在甘蔗的生长发育过程中起着重要的作用。而在甘蔗种植中容易出现因苗根生长慢、根系发育不良导致出苗率、分蘖率不高和产量低等问题,因此提高种茎生根质量变得尤为重要。甘蔗种茎包衣能够有效防治多种病虫害,提高甘蔗抗逆能力[14],对促进甘蔗生长、发育以及产量品质等具有重要的作用[15]。甘蔗种茎包衣技术研究报道大多集中在其对甘蔗萌芽、出苗、分蘖、产量及对病害的防治等影响的分析上[16,17],且应用还不是十分广泛[18]。促根剂属于植物生长调节剂,可促进种茎生根发根,促进甘蔗生长,提高甘蔗品质和产量,增加经济收益[19,20]。目前,促根剂在蔬菜[21]、水果[22]、棉花[23]、小麦[24]和烟草[25]等作物上应用较多,然而关于促根剂对甘蔗生长、品质及产量等影响的报道较少[26,27]。因此,通过前期桶栽试验对促根剂浓度进行初步筛选,以桂糖49号甘蔗单芽种茎为材料,研究促根剂对甘蔗农艺性状、生理生化指标、品质和产量等的影响,筛选效果较佳的促根剂浓度,为甘蔗单芽种茎稀植技术推广应用提供数据支撑和理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试材料为桂糖49号健康种苗种茎,采用高效可控精准气动甘蔗切种机切种[28],单芽种茎长度3cm。促根剂配制：按一定浓度配比将吲哚丁酸钾、萘乙酸与水混合,配制成50mg/L和100mg/L促根剂（详细配方已申报国家发明专利,申请专利号：202010068666.9）;包衣配制：咪鲜胺0.005%、多菌灵0.08%、苯醚甲环唑0.04%、代森锌0.06%与清水按1∶1制成。
1.2 试验设计
试验地设在广西农业科学院甘蔗研究所试验场。于2019年4月26日种植甘蔗。试验为随机区组设计,3次重复,5行小区,行长7m,小区面积42m2,下种量7芽/m。设置4个处理,分别为包衣+50mg/L促根剂（T1）、包衣+100mg/L促根剂（T2）、包衣（CK1）和不包衣（CK2）。
根据不同处理,将切好的甘蔗单芽种茎用网袋装好,浸种15~20min,CK2浸种用清水替代。将各处理后的甘蔗单芽种茎按“品”字形排放于行沟中,施基肥、盖土、覆盖地膜,出苗后揭膜、追肥和培土,各处理田间管理一致。
1.3 测定指标与测定方法
1.3.1 农艺性状指标 测定不同处理下甘蔗生长的相关农艺性状指标,包括出苗率、分蘖率和有效茎数等;伸长期每月定期和收获时定株测量20株甘蔗的株高和茎径。
1.3.3 甘蔗品质和产量 2020年1月9日砍收时取样,测定甘蔗相关指标,包括蔗汁重力纯度、蔗汁锤度、蔗汁糖分和甘蔗糖分,采用上海产WZZ-ZSS自动旋光仪测定蔗汁重力纯度和糖分等指标（GB/T 10498-2010）;测定小区田间产量,含糖量=产量×甘蔗糖分。
1.4 数据处理
所有数据均取3次重复平均值,利用Microsoft Office Excel 2010软件完成数据处理和作图,利用SPSS 18.0软件对数据进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 促根剂对甘蔗农艺性状的影响
试验结果（表1）表明,出苗率为T2>T1>CK1>CK2,T2出苗率（84.8%）显著高于其他处理,分别比T1、CK1和CK2提高6.5%、6.9%和9.1%,T2、T1和CK1之间差异不显著;分蘖率表现为T1>T2>CK1>CK2,T1、T2和CK1之间差异不显著,但极显著高于CK2,说明蔗种经包衣与促根剂处理后甘蔗分蘖率显著提高;株高表现为T2>T1>CK1>CK2,促根剂处理（T2和T1）显著高于非促根剂处理（CK1和CK2）;不同处理的甘蔗茎径差异不明显,T2略高于其他处理;有效茎数表现为T2>T1>CK1>CK2,T2分别比T1、CK1和CK2提高8.6%、10.4%和26.3%,显著高于T1和CK1,极显著高于CK2。以上结果说明,促根剂能有效提高甘蔗各农艺性状表现,促进甘蔗生长。
表1 不同处理下甘蔗生长农艺性状指标
Table 1
| 处理 Treatment | 出苗率(%) Germination rate | 分蘖率(%) Tillering rate | 株高(cm) Plant height | 茎径(cm) Stem diameter | 有效茎数（条/hm2） Millable stalks (tiao/hm2) |
|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 79.6±2.0abA | 216.9±30.7aA | 224.4±11.2abA | 2.56±0.48aA | 74 799±22.4aAB |
| T2 | 84.8±9.5aA | 213.7±4.2aA | 232.2±10.1aA | 2.60±0.03aA | 81 231±19.2aA |
| CK1 | 79.3±1.5abA | 189.8±14.6aA | 217.0±5.4bA | 2.53±1.16aA | 73 608±22.7aAB |
| CK2 | 77.7±9.0bA | 129.9±22.6bB | 215.6±4.2bA | 2.53±0.15aA | 64 317±22.7bB |
注：T1、T2、CK1和CK2分别为包衣+50mg/L促根剂、包衣+100mg/L促根剂、包衣和不包衣处理。数据为平均值±标准差;同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）,不同大写字母表示差异极显著（P<0.01）。下同
Note: T1, T2, CK1 and CK2 represent coating + 50mg/L root promoting agent, coating + 100mg/L root promoting agent, coating and uncoating, respectively. The data are expressed as average ± SE; Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level, different capital letters indicate extremely significant difference at 0.01 level. The same below
2.2 促根剂对甘蔗生长速度的影响
由图1可以看出,不同处理下甘蔗株高生长趋势表现为8-9月甘蔗伸长中期和10月至次年1月成熟期长势较快。其中,T2处理的甘蔗长势在整个生长期表现最佳,T1处理的甘蔗在伸长中期前与CK1和CK2差异不大,在后期长势比CK1和CK2略快;甘蔗成熟期株高生长趋势表现为T2>T1>CK1,CK1与CK2长势接近。由此得知,促根剂能促进甘蔗后期生长速度,有利于株高增长,其中促根剂浓度为100mg/L时表现略优。
图1
图1
不同处理下甘蔗株高动态
Fig.1
The dynamic of plant height of sugarcane under different treatments
由图2可以看出,各处理下甘蔗茎径生长为7-8月甘蔗伸长初期最快,伸长初期后,茎径长势较平缓,各处理间差异不大。
图2
图2
不同处理下甘蔗茎径动态
Fig.2
The dynamic of stem diameter of sugarcane under different treatments
2.3 促根剂对甘蔗伸长期生理生化指标的影响
由表2分析得出,甘蔗伸长期可溶性蛋白含量表现为T2>T1>CK1>CK2,其中T2比T1、CK1和CK2分别高4.0%、7.9%和8.2%,CK1与CK2差异较小;可溶性糖含量表现为T2>T1>CK1>CK2,其中T2比T1、CK1和CK2分别高6.8%、13.6%和22.0%;MDA含量表现为T2>CK1>CK2>T1,各处理间MDA含量无明显变化规律;脯氨酸含量表现为T2>T1>CK1>CK2,处理间脯氨酸含量差异不显著。不同处理下,4个甘蔗生理生化指标均未达到显著或极显著差异,其中T2对甘蔗内含物积累的促进作用最大。
表2 不同处理下甘蔗伸长期生理生化指标
Table 2
| 处理Treatment | 可溶性蛋白质Soluble protein (mg/g) | 可溶性糖Soluble sugar (%) | MDA (mmol/g) | 脯氨酸Pro (%) |
|---|---|---|---|---|
| T1 | 14.993±2.4aA | 4.851±1.8aA | 3.838±0.9aA | 0.0074±0.001aA |
| T2 | 15.588±1.4aA | 5.181±1.2aA | 4.445±0.3aA | 0.0104±0.007aA |
| CK1 | 14.451±0.5aA | 4.562±1.0aA | 4.037±1.0aA | 0.0076±0.001aA |
| CK2 | 14.406±1.7aA | 4.247±0.9aA | 3.929±1.1aA | 0.0073±0.065aA |
2.4 促根剂对甘蔗品质及产量的影响
品质和产量是甘蔗最重要的生产指标。由表3得知,甘蔗产量表现为T2>T1>CK2>CK1,其中T2比T1、CK1和CK2分别高16.8%、17.8%和27.5%,T2、T1和CK1之间未达到显著差异,但3个处理与CK2差异显著;产糖量表现为T2>T1>CK2>CK1,其中T2比T1、CK1和CK2分别高16.7%、17.7%和27.4%,T2、T1和CK1之间未达到显著差异,但3个处理与CK2差异显著。不同处理下甘蔗蔗汁重力纯度表现为T2>T1>CK2>CK1,且T2、T1、CK2与CK1达到显著或极显著差异;蔗汁锤度表现为T2>CK1>CK2>T1,各处理间蔗汁锤度未达到显著差异;各处理间蔗汁蔗糖分含量接近,未达到显著性差异;甘蔗糖分表现为T2>T1>CK2>CK1,但各处理间差异不显著（表3）。
表3 不同处理下甘蔗品质和产量表现
Table 3
| 处理 Treatment | 蔗汁重力纯度 Purity of sugarcane juice (%) | 蔗汁锤度 Sugarcane juice brix (°Bx) | 蔗汁蔗糖分 Sugarcane juice sucrose content (%) | 甘蔗糖分 Sugar content (%) | 产量 Yield (t/hm2) | 产糖量 Sugar yield (t/hm2) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | 90.83±1.08abA | 21.64±0.49aA | 21.05±0.12aA | 16.91±0.16aA | 78.2±1.71abA | 13.22±0.28abA |
| T2 | 91.28±0.16aA | 22.93±0.25aA | 21.06±0.40aA | 16.95±0.24aA | 91.3±13.24aA | 15.43±0.24aA |
| CK1 | 89.67±0.52bB | 22.31±0.21aA | 21.04±0.55aA | 16.89±0.12aA | 77.5±5.88abA | 13.11±0.99abA |
| CK2 | 90.46±0.75abA | 22.19±0.64aA | 21.05±0.55aA | 16.89±0.14aA | 71.6±8.446bA | 12.11±1.43bA |
3 讨论
甘蔗产量主要由单位面积有效茎数和单茎重决定,出苗率和分蘖率决定最终有效茎数,而株高、茎径又决定了甘蔗单茎重,因此,农艺性状优良是保证甘蔗产量的基础,对甘蔗产量的形成起决定性作用[33]。本研究表明,与CK2（不包衣）相比,T1（包衣+50mg/L促根剂）和T2（包衣+100mg/L促根剂）处理显著提高了甘蔗出苗率、分蘖率、株高和有效茎数,茎径略有增加。与CK1（包衣）相比,经促根剂处理的甘蔗各农艺性状指标表现均优于包衣对照。从株高来看,分蘖期后,促根剂能有效促进植株生长,伸长初期后表现尤为明显;甘蔗茎径在伸长初期生长较快,之后长势较平缓,这可能与甘蔗伸长后期受严重干旱影响有关。张晓娇[34]研究表明,施用促根剂能不同程度改善烟株的农艺性状,增加有效叶数,提高株高茎围,有利于烟株物理形态的建成,增加烟株的生物学产量。张国等[35]研究指出,施用促根剂对烤烟生长发育、产质量形成及内在化学成分协调具有明显影响。孙婷等[36]研究发现,不同生根粉对植物发芽和生长发育均有不同程度的促进作用。结合各农艺性状和甘蔗生长速度分析,促根剂能提高甘蔗农艺性状指标,促进甘蔗生长。
可溶性蛋白、可溶性糖、MDA和脯氨酸是植物生长的重要生理生化指标,在植物生长发育、环境胁迫、碳代谢、氮代谢及能量代谢方面发挥重要作用[37]。本研究表明,T1（包衣+50mg/L促根剂）和T2（包衣+100mg/L促根剂）处理与对照相比,可溶性糖和可溶性蛋白含量均有提高;T2处理MDA和脯氨酸含量最高,各处理间均未达到显著差异。本试验中,甘蔗伸长初期后,降雨少,甘蔗受旱严重,生长受到一定影响,可能导致了部分试验结果差异不大,但适宜浓度的促根剂对甘蔗内含物合成仍具有一定促进作用。檀小辉等[38]指出生根粉可促进叶绿素和可溶性糖合成,有利于瓜叶菊植株营养生长。黄毅等[39]研究得出,萘乙酸钠显著加快了黄瓜地下部、地上部干物质的积累,且黄瓜叶绿素含量、净光合速率、水分利用率和可溶性蛋白含量等均显著提高。
蔗糖分是原料蔗最重要的经济指标,而蔗汁重力纯度、蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分等是评价甘蔗品质的常用指标[40]。张晓娇[34]研究表明,不同促根剂下烤烟烟碱、蛋白质、还原糖、胡萝卜素及元素含量等较对照均有所上升,促根剂对烤烟化学成分的协调性具有较好的改善作用。本研究表明,包衣+100mg/L促根剂处理甘蔗蔗汁重力纯度、蔗汁锤度、蔗汁蔗糖分和甘蔗糖分最高,其他处理间结果接近,说明适宜浓度促根剂对甘蔗品质形成具有一定促进作用。促根剂处理较对照的产量和产糖量增加幅度最高,分别达27.5%和27.4%,可见促根剂能显著提高甘蔗产量和产糖量,这与前人在其他作物上的研究结果一致。有研究表明,促根剂对水稻具有一定增产效果,并且在氮肥用量大时效果更明显,促根剂处理比不添加促根剂处理增产5.79%,并达到显著性差异水平[41]。随着生根粉浓度的增加,不同芝麻品种（系）的生育期基本无差异,而初花期平均提前了2~4d,延长了生殖生长时期,有利于生物量的累积和产量的提高[42]。本试验由于甘蔗生长中后期受干旱影响严重,可能对甘蔗生长和产量产生了一定影响,因此,保留了甘蔗宿根,将通过新植试验进一步验证该结果。
4 结论
适宜浓度的促根剂能显著提高甘蔗出苗率、分蘖率、株高和有效茎数,同时促进甘蔗生长,提高甘蔗可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸含量,对甘蔗品质稍有提高,显著提高了甘蔗产量和产糖量。综上可知,促根剂能有效促进甘蔗生长,提高甘蔗产量及品质,其中包衣+100mg/L促根剂浓度对甘蔗单芽的促产效果最佳。
参考文献
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Breeding of Sugarcane
New APSIM-Sugar features and parameters required to account for high sugarcane yields in tropical environments
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Effect of dynamic change of activities of enzymatic in sugarcane field with different coating material
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