高粱Sorghum bicolor (L.) Moench是一种生物能源作物，在维持区域农业生态系统服务功能和保障全球粮食安全等方面发挥着重要作用（Fulton-smith and Cotrufo，2019；李顺国等，2021；Mansour et al.，2021）。高粱通过发达的根系向土壤投入大量植物源碳而促进土壤有机质的积累，提升农田土壤碳汇功能（Schittenhelm and Schroetter，2013；Cotrufo et al.，2015）。同时，高粱作为食品、饲料和酿造等产业的原材料，根据用途可分为食用型、饲用型和酿酒型，是功能性食品来源的重要渠道（邹剑秋等，2020）。为满足酒企对高品质高粱的需求，酿酒高粱被选育并被广泛种植，但在种植过程中易受多种虫害影响，如玉米螟Ostrinia furnacalis在抽穗期和孕穗期危害叶片和茎杆，导致茎秆折断或作物倒伏，桃蛀螟Dichocrocis punctiferalis在抽穗期取食穗部，引起籽粒灌浆受阻、千粒重下降；高粱蚜虫Melanaphis sacchari则主要以成虫和若虫吸食叶片、茎秆、穗部等营养体的汁液，引起植株枯萎。

目前酿酒高粱生产过程对虫害的防治主要依赖于化学农药，但其对多种化学农药敏感，使用不当容易造成药害。同时酿酒高粱多为紧穗型品种，利于害虫躲藏，药剂较难作用于害虫，导致利用率低进而增加防治次数，农药在籽粒中残留风险增加，有研究表明农药防治虫害的酿酒高粱样品药剂残留超标率高达41.67%（王金萍等，2020）。因此，亟需寻找化学农药替代技术，以保证食品和生态安全。

种子丸粒化包衣是一种通过机械加工方式将特定物料（如植物生长调剂、药剂或肥料等）与种子有机结合在一起，形成质地均一、颗粒饱满、表面光滑的丸粒化种子技术（Pedrini et al.，2017）。这一手段既可满足当前机械化播种需求又能提升种苗品质，在推动农业现代化发展方面发挥着独特作用（Gilbert et al.，2009）。有研究指出，丸粒化中活性物质的加入对植物生理特性会产生一定影响（熊腾飞等，2022；陈云飞等，2023）。熊腾飞等（2022）发现种子丸粒化中加入植物生长调节剂可促进菜心苗的发芽率和根的伸长；陈云飞等（2023）发现丸粒化中ABT3、调环酸钙和CaO₂的加入能够有效缓解低氧胁迫，促进水稻种子萌发和幼苗生长。尽管种子丸粒化技术已在高粱中得到一定的应用，但多数研究重在解决高粱小种子的播种问题及丸粒化对高粱出苗率和幼苗生理特性的影响（樊娟等，2021；张民等，2023），针对酿酒高粱种子丸粒化后药剂消解、次生代谢物变化及对主要虫害防效的影响尚不明确。

本研究通过比较酿酒高粱种子丸粒化包衣、常规拌种处理、正常化学防治和裸种4种方式下，酿酒高粱不同生育期叶片中氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪残留量、叶片中次生代谢物质含量以及对酿酒高粱常见害虫的防治效果，探究丸粒化包衣技术在酿酒高粱主要虫害防控中的可行性，为酿酒高粱的绿色生产和科学管理提供理论参考。

1.   材料与方法

1.1   试验材料

本试验酿酒高粱裸种选用“洋绵9号”（原名“迁酿（梁）1号”，由江苏省农业科学院宿迁农科所与江苏洋河酒厂股份有限公司联合定向选育的酿酒专用糯高粱新品种）。丸粒化包衣过程中添加的活性物质为：200 g/L氯虫苯甲酰胺悬浮剂（SC）（美国富美实公司）和30%噻虫嗪悬浮剂SC（青岛金正农药有限公司）。丸粒化填充惰性物质为：粘土、凹凸棒土（河北泓耀矿产品加工有限公司）；色浆（杭州宏景涂料装饰材料）；羧甲基纤维素钠（河南万邦化工科技有限公司）。

1.2   试验处理

本试验共计设置4个处理，丸粒化包衣处理（T1）、常规拌种处理（T2）、正常化学防治处理（T3）、裸种对照处理（CK）。具体处理如下：

（1）丸粒化包衣处理T1：利用青岛润华农业科技有限公司生产的RH-325型丸粒化机器进行丸化处理，称取200 g精选后的高粱裸种加入机器中，将粘土和凹凸棒土的质量比为2∶3进行混拌均匀作为丸粒化粉使用。将200 g丸粒化粉加入加粉仓中，配制1%羧甲基纤维素作为粘着剂，设置机器转速为120 r/min，水泵进水速度为15 mL/min，待加粉仓中加入丸化粉，关闭进水闸门，将6 mL 200g/L氯虫苯甲酰胺SC和6.67 mL 30%噻虫嗪SC混合均匀缓慢加入机器中，待药剂均匀附着后，再往加粉仓中加入600 g丸粒化粉，按照上述条件继续丸化包衣。丸化包衣后，加入色浆使得种子均匀着色，再将丸粒化种子放入烘干机40℃烘干30 min。

（2）常规拌种处理T2：采用于居龙等（2020）的拌种方法，称取200 g精选后的高粱裸种置入30 cm × 60 cm加厚自封袋中，称取6 mL 200g/L氯虫苯甲酰胺SC和6.67 mL 30%噻虫嗪SC，加水稀释至20 mL，混合均匀倒入自封袋中，上下晃动直至药剂均匀附着在种子上，阴干备用。

（3）正常化学防治处理T3：对种子不进行包衣处理，仅采取茎叶喷雾化学防治，全生育期共计用药5次，用药情况详见表 1。

（4）裸种对照处理CK：播种后不进行任何药剂防治。

1.3   试验地点及田间试验安排

本研究试验地设置在江苏省宿迁市洋河新区酿酒原粮创新基地（33°78′N，118°44′E），实验地块土地平整，肥力均匀，田间管理一致。上述4个处理进行3个平行试验，共计12个小区，随机区组排列，各小区面积约为30 m²，行距50 cm，株距14 cm，小区之间均设置保护隔离带。

1.4   取样时间及测定方法

播种后第7、12、19、35、47、56、67和91天对T1、T2和对照进行取样，具体操作步骤为：在每个小区采用五点法取样，每个点每株高粱获取靠近顶端的叶片2~3张。高粱叶片中氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪的含量利用液相色谱-质谱联用法测定（许振岚等，2018）；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（Wang et al.，2019）；单宁含量采用紫外分光光度法测定（蔡林宏等，2012）；类黄酮含量采用紫外分光光度法测定（于居龙等，2019）。

1.5   调查方法

在高粱苗期（25 d）、拔节期（35 d）、孕穗期（55 d）、始穗期（65 d）和齐穗期（75 d）进行田间虫害调查。由于生产实际中玉米螟和桃蛀螟常混合发生，螟虫防效通过调查总株数和被害株数（包括花叶株数和蛀茎株数）计算被害率和防效，具体方法为采用小区随机5点取样法，每点调查20株，每小区共调查100株，计算公式为：

螟虫被害率（%）=被害植株数/总植株数×100

螟虫防治效果（%）=（对照区高粱被害率-处理区的高粱被害率）/对照区高粱被害率×100

蚜虫在每株调查上下6片叶，记录蚜虫发生数量，每个小区随机调查100株，计算公式为：

蚜虫防治效果（%）=（对照区活虫数-处理区活虫数）/对照区活虫数×100

1.6   数据处理

利用Microsoft Excel 2019将所有数据进行初步整理，通过R语言函数bartlett.test对初步处理数据进行方差齐性检验。针对同一处理不同时期氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪残留量的差异、不同处理之间生化物质含量的差异以及防虫效果的差异，均利用单因素方差分析和Tukey-HSD多重比较法统计，结果通过R语言aov函数和multcomp包的glht函数实现；采用配对样本T检验比较丸粒化包衣和常规拌种之间氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪残留量的差异，通过R语言t.test函数实现。本研究将α=0.05设定为显著水平，图表中的数据均为平均值和标准差。高粱叶片可溶性糖、单宁和类黄酮含量的统计结果导入Origin 2018软件作图呈现。

2.   结果与分析

2.1   酿酒高粱种子丸粒化包衣后药剂消解动态

播种后第7~19天，丸粒化包衣和常规拌种处理中的氯虫苯甲酰胺含量均在快速消解，且残留量呈显著下降趋势（表 2）。丸粒化包衣处理的氯虫苯甲酰胺含量从80.51 mg/kg（第7天）降至0.81 mg/kg（第19天），常规拌种处理的氯虫苯甲酰胺含量从107.02 mg/kg（第7天）降至2.34 mg/kg（第19天）。第7~56天，丸粒化包衣处理的氯虫苯甲酰胺含量显著低于常规拌种处理（P < 0.05）。第67~91天，各处理叶片中氯虫苯甲酰胺有效含量变化不大，丸粒化包衣和常规拌种处理之间差异不显著。

与氯虫苯甲酰胺结果类似，噻虫嗪有效含量在高粱生长的前中期呈显著下降趋势（第7~35天），同时期丸粒化包衣处理的噻虫嗪含量显著低于常规拌种处理（P < 0.05），播种后第35天，同时期丸粒化包衣处理的噻虫嗪含量（11.86 mg/kg）显著低于常规拌种处理（25.88 mg/kg）（P < 0.05），但47~91天的各处理叶片中噻虫嗪有效含量下降缓慢（表 3）。

2.2   酿酒高粱种子丸粒化包衣对叶片中次生代谢物质含量影响

与对照相比，丸粒化包衣和常规拌种处理均显著提高了酿酒高粱叶片可溶性糖和类黄酮含量，丸粒化包衣处理的可溶性糖和类黄酮含量均显著高于常规拌种处理（P < 0.05）（图 1-a，b）。然而，酿酒高粱叶片单宁检测结果显示，丸粒化包衣处理和常规拌种处理对高粱叶片单宁含量整体上无显著影响，仅丸粒化包衣处理的酿酒高粱在第7、47和91天的叶片中单宁含量显著增加（图 1-c）。

图  1  酿酒高粱叶片可溶性糖、单宁和类黄酮的含量

注：不同小写字母表示处理间存在显著性差异（P < 0.05）。

Fig.  1  Content of chemical composition (soluble sugar, tannin and flavonoid) in leaves of brewed sorghum

Note: Different lowercase letters meant significant difference in treatments at P < 0.05 level.

下载: 全尺寸图片

2.3   酿酒高粱种子丸化包衣后对主要害虫的防治效果

酿酒高粱种子丸粒化处理和常规拌种处理在酿酒高粱生长前中期（35 d之前）均可有效防治螟虫和蚜虫为害，防治效果与正常化学防治处理之间无显著性差异（表 4和表 5）。齐穗期（75 d）常规拌种处理对螟虫和蚜虫的防效分别降至85.84%和65.71%，低于丸粒化包衣处理和正常化学防治处理（表 4和表 5）。在酿酒高粱整个生育期，丸化包衣处理后对螟虫的防效达到90.58%~100%，与正常化学防治处理无显著差异；在高粱孕穗期（55 d）之前，丸粒化包衣处理对蚜虫的防治可达到85.40%~98.71%，与正常化学防治处理无显著性差异。

3.   结论与讨论

氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪是优异的内吸性杀虫剂，可通过根部吸收自下而上传导至植株全身（Lahm et al.，2009；Blacquiere et al.，2012；吴玉娥等，2017）。酿酒高粱种子药剂丸粒化包衣和常规拌种处理检测结果表明，叶片中氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪含量均在前期呈现快速下降的趋势（表 2和表 3）。熊腾飞等（2019）研究表明，种子丸化包衣后氟啶虫胺腈在菜薹根和叶中的浓度呈现先增加后降低的趋势。本研究中呈现药剂快速下降原因可能是药剂在多种环境因素影响下不断降解，同时随着酿酒高粱植株生物量的不断增加，通过根系吸收传导的药剂不断被稀释（李浩楠等，2020）；同时本研究中药剂含量测定间隔较长，无法明确药剂吸收的顶峰时间，所以呈现出持续下降的状态。本研究中，氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪通过丸粒化包衣和拌种方式进行种子处理，均使得药剂在植株叶片中得到一定的积累，但丸粒化处理方式相比于常规拌种处理叶片中药剂残留量更低，在播种后67 d前存在一定差异。前人研究表明丸粒化作为农药缓释的一种重要方式（周春江等，2005；Pedrini et al.，2017），可使药剂活性成分从丸粒化囊壳中缓慢释放出来。本研究中丸粒化粉主要是粘土和凹凸棒土，广泛应用于药物缓释系统中，但本研究前期药剂残留结果与前人研究相反，是否丸粒化填充材料对药剂的吸附能力较强而导致药剂前中期被根部吸收量降低，因此丸粒化填充材料对药剂吸附能力及种子周边土壤中药剂残留的检测还需进一步验证。

可溶性糖是植物生长发育过程中必要的能源物质，类黄酮是植物产生的次生代谢产物，两者均在酿酒高粱生命活动中发挥着关键作用（Harborne et al.，2000；李婷婷等，2018）。有研究指出，植物在受到外部干扰时会提高可溶性糖和次生代谢物等生化物质的分泌量从而进行化学抵抗（Gatehouse，2002；韩永强等，2017）。杀虫剂被种子吸附后，外源化学物质的刺激可能导致酿酒高粱种子在萌发和/或发育过程中促进可溶性糖和类黄酮的分泌和积累。本研究发现相较于常规拌种处理，丸粒化包衣处理显著增加了酿酒高粱叶片可溶性糖和类黄酮含量（图 1）。适当外部刺激可以更好地提高植物化学物质的分泌水平（王春丽等，2009），本试验常规拌种处理氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪直接作用于种子，过高水平的外源化学物质刺激可能导致高粱叶片中可溶性糖和次生代谢物的增加水平有所降低。单宁含量结果显示，丸粒化包衣和常规拌种处理对高粱叶片单宁含量几乎无显著影响（图 1）。本研究中酿酒高粱叶片单宁含量在某一时期的显著升高可能受植物遗传特性、生长发育阶段和环境的共同影响（蔡林宏等，2012），而非氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪作用导致。

氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪可有效防治多种农业害虫而被广泛应用于农业生产（董怀玉等，2018；刘佳悦等，2022），虽然茎叶喷雾可直接作用于害虫形成有效防治，但频繁的化学药剂喷施极易造成害虫抗药性和土壤面源污染的发生。种子处理由于其精准施药的特性，能大大减少农药的使用量，缓解上述问题的产生（吴凌云等，2007；于居龙等，2020）。本研究中，在酿酒高粱生长前中期，两种种子处理（常规拌种和丸粒化包衣）对螟虫和蚜虫的防效与化学防治无显著性差异，这可能是由于在酿酒高粱生长前中期，靶标害虫虫量低，种子处理使酿酒高粱植株内含有较高的药剂残留在防虫过程发挥着主导作用，同时诱导产生一定量的抗虫物质如类黄酮等，在此阶段可能对害虫起到较好的抵抗效果。因此，化学残留药剂及次生代谢物质协同参与抵御靶标虫害，这可能是此阶段酿酒高粱种子药剂处理后长效控制靶标害虫的原因。在酿酒高粱生长后期，丸化包衣对靶标害虫防效优于常规拌种处理，丸化包衣对螟虫的防效与化学防治无显著性差异，但对蚜虫的防效低于化学防治。一方面，有研究表明植物体内可溶性糖的增加可以提高自身抗虫能力（韩永强等，2017），而类黄酮是植物合成的一种抗虫次生物质，可对取食的害虫产生忌避或拒食反应（Harborne et al.，2000），酿酒高粱生长后期，残留药剂控害能力逐渐减弱，次生代谢物质控害作用显著。种子丸粒化包衣后，植株内抗虫物质如可溶性糖和类黄酮含量要显著高于常规拌种，说明药剂丸化包衣后可进一步刺激植株中具有抗虫能力的物质产生，导致酿酒高粱生长后期丸化包衣对靶标害虫防效要优于常规拌种处理。另一方面，害虫的生长、繁殖受气候等环境影响较大，本研究田间调查时间为2022年6月-10月，当年本地受高温干旱气候的影响，蚜虫发生普遍偏重，虽然在酿酒高粱生长后期次生代谢物质控害作用显著，但面对较大的虫口密度依然防效有限。因此，丸粒化包衣对酿酒高粱后期靶标害虫的防效还需进一步验证。通过本研究结果发现，在酿酒高粱生产过程中可利用丸粒化包衣替代苗期、拔节期之前的1~2次化学农药的施用，从而减少酿酒高粱前中期化学农药的用药量和用药次数，由传统“见虫打药”防治策略变为“携药等虫”。

本研究发现酿酒高粱种子利用氯虫苯甲酰胺和噻虫嗪丸粒化包衣后，可使酿酒高粱植株携药生长并诱导叶片中可溶性糖和类黄酮含量增加，有效抵抗螟虫和蚜虫对酿酒高粱的为害。尽管药剂丸粒化包衣对高粱虫害的防治效果在酿酒高粱生长中后期有所下降，但本研究结果表明药剂丸粒化包衣可以在酿酒高粱生长的前中期减施1~2次或不施化学农药，减轻化学药剂对作物和生态环境的负面影响，为酿酒高粱生产过程中病虫害防治提供新思路。