呂 靖,田霄鴻,閆 輝,曹翠玲

(西北農(nóng)林科技大學(xué) a 生命科學(xué)學(xué)院，b 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

黑曲霉發(fā)酵液對(duì)石灰性土壤中小麥幼苗生長(zhǎng)的影響

呂 靖a,田霄鴻b,閆 輝a,曹翠玲a

(西北農(nóng)林科技大學(xué) a 生命科學(xué)學(xué)院，b 資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

【目的】 研究不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)石灰性土壤中苗期小麥生長(zhǎng)的影響?！痉椒ā?采用盆栽試驗(yàn)，以小偃22號(hào)為供試小麥品種，設(shè)置種植和不種植小麥2個(gè)試驗(yàn)組，待盆栽小麥生長(zhǎng)3周后， 2個(gè)試驗(yàn)組均依次澆灌3種不同稀釋度(分別稀釋50，100，200倍)黑曲霉發(fā)酵液，以澆灌清水作為對(duì)照，分別測(cè)定不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥葉綠素含量、葉片及根系硝酸還原酶活性、小麥組織磷含量和生物量等的影響，并測(cè)定種植小麥和不種植小麥條件下不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)土壤pH、磷酸酶(酸性磷酸酶(ACP)、中性磷酸酶(NeP)、堿性磷酸酶(ALP))活性及無(wú)機(jī)磷形態(tài)和含量的影響?！窘Y(jié)果】 在種植小麥的條件下，與對(duì)照相比，稀釋100倍的黑曲霉發(fā)酵液明顯增加了小麥葉片葉綠素總含量，顯著提高了葉片及根系中硝酸還原酶活性以及小麥幼苗地上部分和根系的全磷含量，使得地上部分生物量顯著增加。無(wú)論是在種植小麥或不種植小麥的條件下，當(dāng)澆灌的黑曲霉發(fā)酵液稀釋度相同時(shí)，土壤ACP活性最高， NeP活性次之， ALP活性最低。澆入相同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液后，種植小麥處理的土壤ACP活性比不種小麥處理均有所提高。澆灌黑曲霉發(fā)酵液后,石灰性土壤中Ca2-P、Ca8-P和O-P含量增加，而Fe-P、Al-P、和Ca10-P含量降低?！窘Y(jié)論】 適宜稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液能明顯促進(jìn)小麥的生長(zhǎng)，活化土壤中難溶性磷，提高土壤有效磷含量。

石灰性土壤；黑曲霉發(fā)酵液；小麥；葉綠素；磷酸酶；無(wú)機(jī)磷

植物生長(zhǎng)所需要的磷素主要來(lái)源于土壤，土壤中磷素的豐缺及供給狀況直接影響著植物的生產(chǎn)水平[1]。我國(guó)北方土壤類(lèi)型多為石灰性土壤，這類(lèi)土壤含水量低，磷素移動(dòng)性差[2]，無(wú)機(jī)磷組分以Ca-P為主，其占磷素總量的70%以上[3]。土壤溶液中的鈣、鎂離子對(duì)磷酸根有很強(qiáng)的固定作用[4]，因此石灰性土壤中可供植物吸收利用的有效磷含量很低。外施磷肥可以在一定程度上緩解植物的磷素虧缺，但由于石灰性土壤特定的理化性質(zhì)及磷酸鹽的化學(xué)行為，會(huì)導(dǎo)致土壤中總磷含量增加，而有效磷含量依舊很低[5-7]。因而開(kāi)發(fā)利用石灰性土壤自身磷源，活化其難溶磷素以供給植物吸收利用是解決該類(lèi)土壤磷素缺乏的有效途徑[8]。

楊紹瓊等[9]在室內(nèi)培養(yǎng)的條件下，利用草酸處理石灰性土壤，其速效磷含量明顯增加；劉麗等[10]發(fā)現(xiàn)，低分子質(zhì)量有機(jī)酸的濃度與其活化土壤磷的強(qiáng)度呈正相關(guān)，不同種類(lèi)的有機(jī)酸，對(duì)土壤磷的活化強(qiáng)度不同，檸檬酸活化能力要強(qiáng)于蘋(píng)果酸[9]；郭勁松等[11]利用盆栽試驗(yàn)，對(duì)茄子葉面噴施有機(jī)酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)茄子的單果質(zhì)量較對(duì)照組顯著增加，植株的生長(zhǎng)發(fā)育情況也得到改善；王向陽(yáng)等[12]發(fā)現(xiàn)，對(duì)小麥葉面噴施一定濃度的水楊酸、琥珀酸等低分子質(zhì)量有機(jī)酸可以延緩葉片的衰老，增加小麥產(chǎn)量；李遲園等[13]在低磷土壤中添加不同種類(lèi)的低分子質(zhì)量有機(jī)酸(檸檬酸、蘋(píng)果酸、草酸)后發(fā)現(xiàn)，玉米單株生物量的積累均較對(duì)照組顯著增加。上述試驗(yàn)中的有機(jī)酸均為分析純的化學(xué)試劑，雖然對(duì)作物的產(chǎn)量增加及磷素的活化起到了積極的作用，但成本頗高，不適用于農(nóng)田推廣使用。

本試驗(yàn)利用純化的黑曲霉菌種發(fā)酵玉米淀粉[14]，得到了以檸檬酸、酒石酸、草酸為主的混合有機(jī)酸，分析這種天然混合有機(jī)酸對(duì)石灰性土壤中磷素利用以及小麥幼苗生長(zhǎng)的影響，以期為避免農(nóng)業(yè)過(guò)量施用磷肥、促進(jìn)石灰性土壤中磷素利用、減少磷源污染提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012-05在西北農(nóng)林科技大學(xué)進(jìn)行。供試小麥品種為小偃22號(hào)。供試土壤取自西北農(nóng)林科技大學(xué)北校區(qū)藥用植物園，為連續(xù)多年未施肥的石灰性土壤，其養(yǎng)分含量為全磷565 mg/kg，速效磷7.01 mg/kg，含水量16.2%，pH約為7.2。

發(fā)酵所用黑曲霉菌株由西北農(nóng)林科技大學(xué)微生物實(shí)驗(yàn)室提供，將菌株活化后[15]，接種玉米淀粉液體培養(yǎng)基中發(fā)酵72 h[15]。過(guò)濾，濾液于115 ℃下滅菌15 min，利用BREEZE型液相色譜儀測(cè)定發(fā)酵原液中有機(jī)酸的含量與種類(lèi)[16]，主要檢測(cè)到檸檬酸、酒石酸、草酸3種有機(jī)酸，其體積比為2∶1.5∶1。

試驗(yàn)采用的盆缽為塑料營(yíng)養(yǎng)缽(直徑18 cm，高15 cm)，每缽裝土1.6 kg，共計(jì)72缽，分為2組，1組種植小麥(60缽)，每缽種20株；另1組不種植小麥(12缽)。當(dāng)小麥幼苗長(zhǎng)至1葉1心期(3周)時(shí)，將發(fā)酵原液分別稀釋 50，100，200倍澆入2組試驗(yàn)盆缽中(澆入總量為300 mL，分3次澆入，澆灌時(shí)間分別為小麥生長(zhǎng)的第24，26和28天)，以澆灌自來(lái)水的處理為對(duì)照，相應(yīng)的種植小麥的處理分別為 T50-W、T100-W、T200-W、CK-W，不種植小麥的處理分別為T(mén)50、T100、T200、CK。種植小麥組中每處理重復(fù)15次，不種植小麥組中每處理重復(fù)3次。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于澆灌發(fā)酵液的3周后采樣，測(cè)定以下指標(biāo)。

1.2.1 小麥幼苗葉綠素含量、硝酸還原酶(NR)及根系活力的測(cè)定 葉綠素含量采用乙醇與80%丙酮混合液(V(乙醇)∶V(80%丙酮)=1∶1)浸提后，分別在646和663 nm波長(zhǎng)下用比色法測(cè)定，并計(jì)算葉綠素總含量[17]；葉片和根系的硝酸還原酶(Nitrate reductase,NR)活性采用活體法[17]測(cè)定；小麥根系活力用TTC法[17]測(cè)定。

1.2.2 小麥生物量的測(cè)定 取完整小麥植株，用去離子水洗凈后于105 ℃下殺青，85 ℃烘干至質(zhì)量恒定，記錄小麥各部分的干、鮮質(zhì)量，并計(jì)算根冠比。

1.2.3 小麥植株P(guān)含量的測(cè)定 將植株干樣用H2SO4-H2O2消化后，用釩鉬黃比色法測(cè)定小麥地上部分和根系的磷含量，計(jì)算小麥全株磷含量[17]。

1.2.4 土壤pH值及磷酸酶活性的測(cè)定 土壤pH值用PHS-3C型pH儀測(cè)定。采用對(duì)硝基苯磷酸鹽法[18]，分別測(cè)定酸性磷酸酶(ACP)、中性磷酸酶(NeP)、堿性磷酸酶(ALP)活性，相應(yīng)的緩沖液分別為pH 5.0醋酸鹽、pH 7.0檸檬酸、pH 9.6硼酸緩沖液，酶活性單位用1 h每g土產(chǎn)生對(duì)硝基酚的微克數(shù)(μg)表示[19]。

1.2.5 土壤無(wú)機(jī)磷種類(lèi)與含量的測(cè)定 按照顧益初等[20]的方法，將土壤無(wú)機(jī)磷劃分為Ca2-P、Ca8-P、O-P、Al-P、Fe-P和Ca10-P 6種。6種無(wú)機(jī)磷分別用不同試劑提取后，用鉬藍(lán)比色法[17]測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥幼苗葉綠素含量的影響

結(jié)果如圖1所示。

由圖1可看出，T100-W處理小麥總?cè)~綠素含量最高，較CK-W處理增加了17%；T100-W處理還可促進(jìn)葉綠素b合成，其葉綠素b含量較CK-W增加了31%。

2.2 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥幼苗葉片及根系NR活性的影響

由圖2可知，當(dāng)澆灌的黑曲霉發(fā)酵液稀釋度相同時(shí)，小麥幼苗根系的NR活性均高于葉片，說(shuō)明小麥幼苗期氮素的同化在根部和葉片同時(shí)進(jìn)行；黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥葉片和根系的NR活性均有促進(jìn)作用；隨著黑曲霉發(fā)酵液稀釋倍數(shù)的增加，葉片和根系NR活性均呈先增加后降低趨勢(shì)。T100-W處理小麥葉片和根系NR活性均最高，顯著高于其他處理(P<0.05)；其次是T200-W和T50-W處理，其葉片NR活性與CK-W處理差異不顯著，而T200-W處理根系NR活性顯著高于CK-W和T50-W處理。

2.3 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥根系活力的影響

由圖3可以看出，由于土壤磷供給不足，因此CK-W處理小麥幼苗根系活力較高，以獲取足夠的磷供給地上部分的生長(zhǎng)。澆灌3種不同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液后，小麥幼苗的根系活力均降低，其中T200-W處理小麥根系活力的降低幅度最大，其次是T50-W處理， T100-W處理降幅最小。這可能是因?yàn)楹谇拱l(fā)酵液中的有機(jī)酸溶解了土壤中的部分難溶磷，使得小麥根際土壤中的磷含量高于CK-W處理，導(dǎo)致小麥的地上部分生長(zhǎng)強(qiáng)度大于根系生長(zhǎng)，根系的競(jìng)爭(zhēng)能力弱于地上部分，小麥根系活力降低。

2.4 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥生物量的影響

由表1可知，向石灰性土壤中施加3種不同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液均能顯著促進(jìn)小麥地上部分的生長(zhǎng)，其促進(jìn)能力依次為T(mén)100-W>T200-W>T50-W。與CK-W處理相比，3種黑曲霉發(fā)酵液處理小麥根系干質(zhì)量都顯著降低。從小麥幼苗全株的干質(zhì)量來(lái)看，T100-W處理的促進(jìn)效果最好，T200-W處理的次之，而T50-W處理的效果最差。CK-W處理小麥的根冠比最大，表明磷素優(yōu)先供給根系生長(zhǎng)；澆灌黑曲霉發(fā)酵液后小麥根冠比明顯降低，說(shuō)明黑曲霉發(fā)酵液改善了小麥根際的磷供應(yīng)狀況。

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同小寫(xiě)字母者表示差異顯著(P<0.05)。下表同。

Note:Different letters on the same line indicate significant differences (P<0.05).The following is the same.

2.5 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)小麥組織磷含量的影響

表2顯示，3個(gè)黑曲霉發(fā)酵液處理中，T100-W處理小麥地上部分和根系的磷含量均最高，分別較CK-W處理顯著增加了171%和63%(P<0.05)，其次為T(mén)200-W處理，T50-W處理均最低。與CK-W處理相比，施用不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液均可明顯增加小麥地上部分和根系磷含量。澆灌黑曲霉發(fā)酵液后，4個(gè)處理的小麥全株磷含量排序?yàn)門(mén)100-W>T200-W>T50-W>CK-W，且3個(gè)黑曲霉發(fā)酵液處理的小麥全株磷含量與對(duì)照差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)。CK-W處理的地上部分與根系磷含量比值最低，這可能是因?yàn)槠渫寥乐锌晒┬←湼道玫牧缀繕O低，因此小麥地上部分的磷素向根系轉(zhuǎn)移所致。

2.6 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)土壤pH值及土壤磷酸酶活性的影響

表3顯示，在澆入不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液之后，種植小麥處理和不種植小麥處理土壤pH值均較不種植小麥對(duì)照組(CK)有所下降，呈弱酸性；種植和不種植小麥處理的土壤中，ACP活性最高， NeP活性次之， ALP活性最低。

表3顯示，澆入相同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液后，種植小麥處理的土壤ACP活性比不種小麥處理均有所提高，這是因?yàn)橹参锉旧硪材芟蛲寥乐蟹置谒嵝粤姿崦讣坝袡C(jī)酸所致[21]。澆入不同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液后，不種植小麥處理土壤的ACP活性排序?yàn)門(mén)50>T100>CK>T200；而種植小麥處理的土壤ACP則表現(xiàn)為 T100-W>T50-W>T200-W>CK-W。

2.7 不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液對(duì)土壤無(wú)機(jī)磷形態(tài)及含量的影響

表4顯示，澆灌不同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液后，種植和不種植小麥處理，土壤中Ca2-P、Ca8-P、O-P含量均較各自對(duì)照組(CK-W、CK)有不同程度的增加，其中Ca2-P和Ca8-P含量增幅較大，而O-P處理增幅較小。當(dāng)澆灌黑曲霉發(fā)酵液稀釋度相同時(shí)，種植小麥處理土壤中的Ca2-P、Ca8-P、O-P含量均低于不種小麥處理。不種植小麥時(shí)，黑曲霉發(fā)酵液稀釋度越大，其活化Ca2-P、Ca8-P、O-P的能力越強(qiáng)，土壤中Ca2-P、Ca8-P、O-P含量就越高；種植小麥后，不同稀釋度的黑曲霉發(fā)酵液對(duì)Ca2-P、Ca8-P、O-P 3種無(wú)機(jī)磷的活化效果依次為T(mén)50-W>T200-W>T100-W>CK-W。這可能是由于種植小麥后，小麥根系也分泌不同的有機(jī)酸所致。

表4還顯示，澆灌不同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液，種植和不種植小麥土壤中的Al-P、Fe-P、Ca10-P含量較各自對(duì)照組(CK、CK-W)均有所減少，且隨著黑曲霉發(fā)酵液稀釋度的增加，減少幅度變小。

3 討論與結(jié)論

本試驗(yàn)中，黑曲霉發(fā)酵液是含有檸檬酸、草酸、酒石酸等的混合天然有機(jī)酸，稀釋成不同稀釋度澆灌小麥根圍后，能明顯促進(jìn)小麥幼苗的生長(zhǎng)，特別是將其稀釋100倍后，對(duì)小麥生物量積累有明顯的促進(jìn)作用，這主要是因其不僅促進(jìn)了小麥對(duì)土壤磷的吸收，而且還促進(jìn)小麥植株中磷素向地上部分轉(zhuǎn)移，保證小麥苗期生長(zhǎng)的磷素供給，增加小麥葉片中葉綠素的含量，從而提高了光合速率，促進(jìn)了地上部分對(duì)碳同化產(chǎn)物的積累[22]。此外，澆灌稀釋100倍黑曲霉發(fā)酵液后，小麥地上部分以及根系中NR活性顯著提高，加強(qiáng)了植株對(duì)氮素的同化過(guò)程，增加植物體內(nèi)蛋白質(zhì)的含量，從而促進(jìn)了小麥地上部分的生長(zhǎng)[23]。

本研究中，當(dāng)不種植小麥時(shí)，黑曲霉發(fā)酵液中的有機(jī)酸使供試土壤中Ca10-P、Fe-P、Al-P含量下降，使植物可直接吸收利用的Ca2-P、Ca8-P含量上升，同時(shí)促進(jìn)了閉蓄態(tài)磷O-P含量[24-25]的增加，且黑曲霉發(fā)酵液濃度越高，促進(jìn)作用越明顯。黑曲霉發(fā)酵液中的有機(jī)酸通過(guò)酸溶解作用，或者與Fe、Al、Ca等金屬離子間競(jìng)爭(zhēng)絡(luò)合位點(diǎn)，促進(jìn)了土壤不溶性無(wú)機(jī)磷轉(zhuǎn)化為植物可吸收的水溶性磷素[26-27]。澆灌相同稀釋度黑曲霉發(fā)酵液時(shí)，種植小麥處理土壤中無(wú)機(jī)磷各組分含量均低于不種植小麥處理，這是由于小麥幼苗吸收了水溶性磷所致。可知，向石灰性土壤中施用適宜濃度的黑曲霉發(fā)酵液能活化土壤難溶磷，提高土壤有效磷含量。本試驗(yàn)中所用的黑曲霉發(fā)酵液，制備工藝簡(jiǎn)單，所需時(shí)間短，易于操作，能夠降低農(nóng)業(yè)投資成本，適用于農(nóng)田大規(guī)模推廣使用。

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Effect ofAspergillusnigerfermentation liquid on the growth of wheat seedlings in calcareous soil

Lü Jinga,TIAN Xiao-hongb,YAN Huia,CAO Cui-linga

(aCollegeofLifeScience,bCollegeofNaturalResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This experiment aim to study the effects of different concentrations ofAspergillusnigerfermentation liquor on wheat seedling stage growth in calcareous soil.【Method】 Through potted wheat,use Xiaoyan 22 wheat as experimental material,set up two experimental groups (grow and do not grow wheat),after 3 weeks,irrigate the two treatment groups with 3 different concentrations (diluted 50,100,200 times,respectively) ofAspergillusnigerfermentation products.Determination the effect of different concentration ofAspergillusnigerfermentation products on wheat chlorophyll content,leaf and root nitrate reductase,phosphorus content in wheat and biomass,as well as under the condition of grow or not grow wheat,the effect of different concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor on soil pH,phosphatase activity (ACP,NeP and ALP),and inorganic phosphorus forms and content.【Result】 Diluted 100 times fermentation liquid is good for wheat seedling growth,especially in increasing the wheat leaf chlorophyll content;Activity of nitrate reductase in leaves and roots;total phosphorus content in the wheat seedling.Hence the ground biomass increased significantly.Whether grow wheat or not,when treat with the same concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor,the ACP of soil is the highest,NeP activity take the second place,the ALP activity is the lowest.Using the same concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor,the soil grow with wheat has higher ACP activity than pure soil.After usingAspergillusnigerfermentation liquor,Ca2-P,Ca8-P,and O-P in calcareous soil were increased,while the Fe-P,Al-P,Ca10-P content were decreased.【Conclusion】 Appropriate concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor can obviously promote the growth of wheat,activate difficult capacitive phosphorus in the soil,and increase the content of available P in soil.

calcareous soil;Aspergillusnigerfermentation liquid;wheat;chlorophyll;phosphatase;inorganic phosphorus

2013-11-27

呂 靖(1988-)，女，河南南陽(yáng)人，在讀碩士，主要從事植物磷素營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail：luing_06144@126.com

曹翠玲(1960-)，女，陜西眉縣人，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事植物養(yǎng)分生理及抗旱生理研究。 E-mail:cuilingcao@163.com

時(shí)間:2015-04-13 12:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.05.003

S512.162

A

1671-9387(2015)05-0100-07

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