何媛媛,王宇楠,賀冰,胡春艷,楊宏斌,張作剛
(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院,山西 太谷 030801;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 科研管理部,山西 太原 030031;3.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,山西 太谷 030801)
黃粉蟲(chóng)糞是黃粉蟲(chóng)(Tenebrio Molitor L.)養(yǎng)殖過(guò)程中排泄的糞便,其糞便干燥、無(wú)異味、顆粒細(xì)小如沙[1]。黃粉蟲(chóng)屬于昆蟲(chóng)綱鞘翅目擬步行甲科[2]。如果單獨(dú)用100 kg麥麩飼養(yǎng)黃粉蟲(chóng),不僅可以得到30 kg左右的黃粉蟲(chóng),同時(shí)還可得到20 kg左右的黃粉蟲(chóng)糞[1]。經(jīng)測(cè)定,黃粉蟲(chóng)干糞中氮、磷、鉀的含量分別為3.66%、1.40%和1.62%,碳氮比值為9.860,因此,它是一種優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥[3-4]。一些學(xué)者探索了黃粉蟲(chóng)糞的漚制條件和肥效,如吳翔等[2]研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)小區(qū)試驗(yàn),土壤中添加適當(dāng)比例的黃粉蟲(chóng)糞可以提高番茄硝酸鹽含量和總酸度;劉懷如等[4]初步研究了黃粉蟲(chóng)糞的腐熟時(shí)間和作為基肥的施用要求;王子建等[5]研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵的黃粉蟲(chóng)糞沙能夠改善連作谷子的生長(zhǎng)情況,促進(jìn)谷子的生長(zhǎng)。駱洪義等[6]研究發(fā)現(xiàn),向土壤中加入土壤質(zhì)量的1.5%黃粉蟲(chóng)糞沙,能夠明顯提高油菜的產(chǎn)量。武帥等[7]研究發(fā)現(xiàn),黃粉蟲(chóng)糞肥能顯著提高萬(wàn)壽菊的花朵質(zhì)量,延長(zhǎng)花期,減少倒伏。現(xiàn)階段,黃粉蟲(chóng)糞主要用于配制動(dòng)物飼料[8-9]、栽培食用菌[10-11]和作為發(fā)熱材料[12-13],黃粉蟲(chóng)糞在種子萌發(fā)中的應(yīng)用研究較少,因此,開(kāi)展黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵物在促進(jìn)種子萌發(fā)上的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
西瓜(Citrullus lanatus)屬于葫蘆科西瓜屬1年生蔓生草本植物,原產(chǎn)于非洲,四、五世紀(jì)時(shí)由西域傳入中國(guó)[14-15]。西瓜因種植周期短、經(jīng)濟(jì)效益高,是我國(guó)種植的主要瓜果類(lèi)作物之一。據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年全國(guó)西瓜種植面積約151.79萬(wàn)hm2,產(chǎn)量達(dá)6 153.69萬(wàn)t[16-17]。西瓜種子萌發(fā)是西瓜成苗的第1個(gè)階段,其發(fā)育好壞直接決定當(dāng)年西瓜的產(chǎn)量以及肥料、農(nóng)藥、人工等輔助物資的支出[18]。因此,研究種子萌發(fā)具有重大意義。
枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、哈茨木霉NF9(Trichoderma harzianum)、EM菌劑、蟲(chóng)生真菌(Entomogenous fungi)都是常見(jiàn)的生防菌[19]。本試驗(yàn)通過(guò)種子萌發(fā)試驗(yàn),研究黃粉蟲(chóng)糞加入上述菌種的發(fā)酵物和自然發(fā)酵(不加菌種)對(duì)西瓜發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、整株鮮質(zhì)量等生理指標(biāo)的影響,旨在為黃粉蟲(chóng)糞促進(jìn)種子萌發(fā)提供理論依據(jù)。
黃粉蟲(chóng)糞由中陽(yáng)縣仁味仁農(nóng)產(chǎn)品加工有限公司提供。供試西瓜品種為西農(nóng)八號(hào),天津市津科力豐種苗有限公司提供。供試發(fā)酵菌種有枯草芽孢桿菌、哈茨木霉NF9、蟲(chóng)生真菌,均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)植物病理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保藏;EM菌劑由益加益生物工程有限公司提供。
1.2.1 發(fā)酵物的制備黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵配方如表1所示。首先,稱(chēng)取100 g EM菌劑,將枯草芽孢桿菌、哈茨木霉NF9、蟲(chóng)生真菌配制成孢子濃度為1.0×108cfu/mL的孢子懸浮液備用。其次,將發(fā)酵菌種和少量輔料玉米面、玉米秸稈粉攪拌混合均勻,然后與黃粉蟲(chóng)糞混合,邊混合邊按一定比例加紅糖水(用手握起成團(tuán)而不滲水,松手團(tuán)塊可散開(kāi)),直到把所有的輔料和蟲(chóng)糞攪拌混合均勻。最后,將發(fā)酵物放到28℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行恒溫暗處培養(yǎng),發(fā)酵20 d左右,觀察發(fā)酵產(chǎn)物是否有顏色加深或白色菌絲出現(xiàn),若出現(xiàn),則說(shuō)明黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵完成。
表1 黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵配方Tab.1 Fermentation formula of yellow mealworm excrement
1.2.2 浸提液的制備將發(fā)酵完的蟲(chóng)糞烘干至恒質(zhì)量,取200 g的蟲(chóng)糞加水1 000 mL,煮沸20 min后用4層紗布過(guò)濾,再用蒸餾水定容至1 000 mL,放到滅菌鍋中進(jìn)行滅菌,所得溶液即為100%浸提液。將100%浸提液配制成體積分?jǐn)?shù)分別為2%、4%、6%、8%的提取液備用,對(duì)照用蒸餾水處理。
試驗(yàn)共5種浸提液,分別為:浸提液1.不加菌種的黃粉蟲(chóng)糞自然發(fā)酵物浸提液;浸提液2.添加枯草芽孢桿菌的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液;浸提液3.添加哈茨木霉NF9的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液;浸提液4.添加EM菌劑的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液;浸提液5.添加蟲(chóng)生真菌的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液。
1.2.3 種子的預(yù)處理通過(guò)觀察種子形態(tài),選取顆粒飽滿、大小均勻的種子,然后將種子浸入預(yù)先準(zhǔn)備好的55℃左右的溫水中,水量以浸沒(méi)種子為宜,不停攪拌,直至水溫降至30℃即可停止攪拌,將種子浸泡在30℃水中5 h,浸泡結(jié)束后用蒸餾水反復(fù)沖洗種子,將種子表皮的黏液洗掉。
1.2.4 種子的發(fā)芽試驗(yàn)在準(zhǔn)備好的直徑9.5 cm的培養(yǎng)皿中放入2層大小適中的濾紙,放入滅菌鍋中高溫滅菌,然后在每個(gè)培養(yǎng)皿中倒入8 mL的浸提液,每個(gè)皿中放入西瓜種子15粒(保證每粒種子都有充足的空間)。以加入8 mL蒸餾水的培養(yǎng)皿為對(duì)照,每個(gè)濃度的浸提液設(shè)3次重復(fù)進(jìn)行對(duì)比,整個(gè)過(guò)程在無(wú)菌操作臺(tái)中進(jìn)行,完成后將培養(yǎng)皿放入28℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行暗培養(yǎng)。
種子放入培養(yǎng)箱后,每天21:00觀察并測(cè)量培養(yǎng)皿中的水體質(zhì)量,及時(shí)補(bǔ)充試驗(yàn)期間揮發(fā)掉的水分,保持培養(yǎng)皿中水體質(zhì)量的恒定。自種子發(fā)芽后,每天觀察種子的外部形態(tài),并記錄發(fā)芽種子數(shù)。經(jīng)過(guò)相同的培養(yǎng)周期,以6 d計(jì)算,統(tǒng)計(jì)不同體積分?jǐn)?shù)浸提液發(fā)芽的種子數(shù)。
種子萌發(fā)試驗(yàn)中,當(dāng)胚根突破種皮2 mm時(shí)為萌發(fā)。每24 h統(tǒng)計(jì)一次發(fā)芽數(shù),第3天計(jì)算發(fā)芽勢(shì),第6天終止種子萌發(fā)試驗(yàn),計(jì)算種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。并選取5株有代表性的發(fā)芽種子,用直尺測(cè)量芽苗的根長(zhǎng)(胚軸與根之間的過(guò)渡點(diǎn)開(kāi)始到根末端的長(zhǎng)度)、芽長(zhǎng)(胚軸與芽之間的過(guò)渡點(diǎn)開(kāi)始到芽末端的長(zhǎng)度),采用電子天平稱(chēng)取總質(zhì)量、根質(zhì)量、芽質(zhì)量。
式中,Gt為在t日的發(fā)芽數(shù);Dt為發(fā)芽天數(shù);S為芽的長(zhǎng)度。
試驗(yàn)利用Excel和SPSS 24.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并采用Duncan法進(jìn)行方差分析。
從圖1可以看出,在浸提液1、2中,體積分?jǐn)?shù)為2%時(shí)西瓜種子發(fā)芽率最大,都為80.0%,相比于CK提高了5.7%;浸提液1在不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異;浸提液2中,8%與0、2%間差異顯著(P<0.05)。浸提液4、5在4%時(shí)西瓜種子發(fā)芽率最大,分別為88.9%、80.0%,相比于CK分別提高了17.4%和5.7%;浸提液4、5在不同體積分?jǐn)?shù)間均無(wú)顯著差異。浸提液3中,0、2%與6%、8%間差異顯著,4%與8%間差異顯著;其中,2%、4%、6%、8%種子發(fā)芽率均低于或等于CK,因此,浸提液3抑制種子萌發(fā)。
圖1 不同浸提液對(duì)西瓜發(fā)芽率的影響Fig.1 Effects of different extracts on germination rate of watermelon
由圖2可知,西瓜種子的發(fā)芽勢(shì)隨著浸提液體積分?jǐn)?shù)的增加先增大后降低。浸提液1、2、3在2%時(shí)西瓜種子發(fā)芽勢(shì)均最大,分別為80.0%、80.0%、68.9%,相比于CK分別提高了19.9%、19.9%和3.3%;浸提液1中,不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異;浸提液2中,2%與8%間差異顯著;浸提液3中,6%、8%與0、2%、4%間差異顯著。浸提液4在4%時(shí)發(fā)芽勢(shì)最大,為82.2%,相比于CK提高了23.2%;其中,2%、4%與6%、8%間差異顯著。浸提液5在4%、6%時(shí),發(fā)芽勢(shì)相同且最大,均為77.8%,相比于CK提高了16.6%,不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異。發(fā)芽勢(shì)主要是衡量種子的活力高低,西瓜種子在2%時(shí),浸提液1、浸提液2的種子活力相同且最大;在4%時(shí),浸提液4的種子活力最大;在6%、8%時(shí),浸提液5的種子活力最大。
圖2 不同浸提液對(duì)西瓜發(fā)芽勢(shì)的影響Fig.2 Effects of different extracts on germination potential of watermelon
由圖3可知,西瓜種子的發(fā)芽指數(shù)隨著浸提液體積分?jǐn)?shù)的增加先增大后減少。浸提液1、2、3在2%時(shí)發(fā)芽指數(shù)均最大,分別為15.060、12.730、12.940,相比于CK分別提高 了21.2%、2.4%和4.1%;浸提液1中,2%與8%間差異顯著;浸提液2中,8%與0、2%、4%間差異顯著;浸提液3中,0、2%與6%、8%間差異顯 著,4%與8%間差異顯著。浸提液4在4%時(shí),發(fā)芽指數(shù)最大,為14.530,其中,8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液5在6%時(shí)發(fā)芽指數(shù)最大,為14.640,不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異。發(fā)芽指數(shù)是衡量種子發(fā)芽能力及活力的指標(biāo),西瓜種子在2%時(shí),浸提液1的種子發(fā)芽能力及活力最好;在4%時(shí),浸提液4的種子發(fā)芽能力及活力最好;在6%、8%時(shí),浸提液5的發(fā)芽能力及活力最好。
圖3 不同浸提液對(duì)西瓜發(fā)芽指數(shù)的影響Fig.3 Effects of different extracts on germination index of watermelon
由圖4可知,浸提液1、3在2%時(shí)西瓜活力指數(shù)均最大,分別為89.480、59.020,相比于CK分別提高了90.4%和25.6%;浸提液1中,0、8%與2%、4%、6%間差異顯著;浸提液3中,2%與0、4%、6%、8%間差異顯著,4%與8%間差異顯著。浸提液2、5在6%時(shí)活力指數(shù)均最大,分別為68.800、73.790;浸提液2中,8%與0、2%、4%、6%間差異顯著,0與6%間差異顯著;浸提液5中,0、8%與4%、6%間差異顯著。浸提液4中,2%、4%、6%、8%的活力指數(shù)均小于CK,因此,浸提液4抑制西瓜種子活性?;盍χ笖?shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映,西瓜種子在2%、4%、8%時(shí),浸提液1的種子綜合性能最好,在6%時(shí)浸提液5的種子綜合性能最好。
圖4 不同浸提液對(duì)西瓜活力指數(shù)的影響Fig.4 Effects of different extracts on watermelon vigor index
不同浸提液對(duì)西瓜整株鮮質(zhì)量的影響如圖5所示。
圖5 不同浸提液對(duì)西瓜整株鮮質(zhì)量的影響Fig.5 Effects of different extracts on whole fresh weight of watermelon
由圖5可知,浸提液1、5中,西瓜整株鮮質(zhì)量在4%時(shí)均最大,分別為0.554、0.506 g,相比于CK分別提高了42.1%和29.7%;浸提液1中,2%、4%與0、6%、8%間差異顯著;浸提液5中,不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著性差異。浸提液2中,2%、4%、6%、8%的西瓜種子整株鮮質(zhì)量均大于CK,說(shuō)明浸提液2促進(jìn)了西瓜種子的萌發(fā)生長(zhǎng),0、8%與2%、4%、6%間差異顯著。浸提液3中,西瓜種子的整株鮮質(zhì)量在2%時(shí)最大,為0.473 g,相比于CK提高了21.3%。浸提液4中,2%、4%、6%、8%的西瓜種子整株鮮重質(zhì)量均小于CK,說(shuō)明浸提液4抑制西瓜種子的生長(zhǎng)。
由圖6可知,西瓜根質(zhì)量隨浸提液體積分?jǐn)?shù)的增加先增大后減少,浸提液1、4在2%時(shí)根質(zhì)量均最大,分別為0.070、0.061 g/株,相比于CK分別提高了89.2%和64.9%;浸提液1中,0與2%、4%、6%間差異顯著,2%與8%間差異顯著;浸提液4中,8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液2、3、5在4%時(shí)根質(zhì)量均最大,相比于CK分別提高了24.3%、37.8%和70.3%;浸提液2中,8%與0、4%、6%間差異顯著;浸提液3中,不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異;浸提液4中,8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。
圖6 不同浸提液對(duì)西瓜根質(zhì)量的影響Fig.6 Effects of different extracts on root weight of watermelon
由圖7可知,西瓜芽質(zhì)量隨浸提液體積分?jǐn)?shù)的增加先增大后減少,浸提液1中,2%、4%與0、6%、8%間差異顯著,西瓜芽質(zhì)量在4%時(shí)最大,為0.481 g/株,相比于CK增加了51.7%。浸提液2中,0與2%、4%、6%間差異顯著,6%與8%間差異顯著;2%、4%、6%、8%芽質(zhì)量均大于CK,說(shuō)明浸提液2促進(jìn)了西瓜種子胚芽的生長(zhǎng)。浸提液3、4、5在不同體積分?jǐn)?shù)間無(wú)顯著差異,浸提液3在2%時(shí),芽質(zhì)量最大,為0.423 g/株;浸提液4中,2%、4%、6%、8%芽質(zhì)量均小于CK,說(shuō)明浸提液4抑制西瓜種子胚芽的生長(zhǎng);浸提液5在4%時(shí),芽質(zhì)量最大,為0.433 g/株。
圖7 不同浸提液對(duì)西瓜芽質(zhì)量的影響Fig.7 Effects of different extracts on watermelon bud weight
由圖8可知,浸提 液1中,0、8%與2%、4%、6%間差異顯著;2%、4%、6%西瓜胚根長(zhǎng)均高于CK,因此,浸提液1促進(jìn)西瓜根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)。浸提液2中,6%與8%間差異顯著;6%時(shí)西瓜根長(zhǎng)最長(zhǎng),為7.467 cm,相比于CK增加了43.6%。浸提液3中,4%與0、8%間差異顯著,6%與8%間差異顯著;西瓜根長(zhǎng)在4%時(shí)最長(zhǎng),為8.600 cm。浸提液4中,8%與0、2%、4%間差異顯著;2%、4%、6%、8%根長(zhǎng)均小于CK,說(shuō)明浸提液4抑制西瓜種子根長(zhǎng)的伸長(zhǎng)。浸提液5中,8%與2%、4%間差異顯著,4%時(shí)西瓜根長(zhǎng)最長(zhǎng),為7.900 cm,相比于CK增加了51.9%。
圖8 不同浸提液對(duì)西瓜胚根長(zhǎng)的影響Fig.8 Effects of different extracts on radicle length of watermelon
由圖9可知,浸提液1、3、5在4%時(shí)西瓜胚芽長(zhǎng)度最長(zhǎng),分別為5.943、5.033、5.167 cm,相比于CK分別增加了42.5%、20.7%和23.9%;浸提液1中不同體積分?jǐn)?shù)間差異不顯著;浸提液3中,4%與8%間差異顯著;浸提液5中,8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液2中,西瓜胚芽長(zhǎng)度在6%時(shí)最長(zhǎng),為6.367 cm,相比于CK增加了52.7%;浸提液4中,西瓜胚芽長(zhǎng)度隨著浸提液體積分?jǐn)?shù)的增加而減小,說(shuō)明浸提液4抑制西瓜胚芽的伸長(zhǎng)。
圖9 不同浸提液對(duì)西瓜胚芽長(zhǎng)的影響Fig.9 Effects of different extracts on germ length of watermelon
種子萌發(fā)需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的生命活動(dòng),是植株發(fā)育過(guò)程中的必經(jīng)階段,種子的萌發(fā)對(duì)植株后期的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量具有決定性的影響。添加不同菌種、不同體積分?jǐn)?shù)的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液對(duì)西瓜種子萌發(fā)特性的影響不同。
同一濃度下不同浸提液對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響效果不同。低濃度下浸提液1(不加菌劑的蟲(chóng)糞自然發(fā)酵浸提液)的西瓜活力指數(shù)、整株鮮質(zhì)量、根質(zhì)量、根長(zhǎng)都顯著高于其他浸提液;浸提液1、浸提液2(添加枯草芽孢桿菌的蟲(chóng)糞浸提液)的芽質(zhì)量、胚芽長(zhǎng)總體差別不大;浸提液4(添加EM菌劑的蟲(chóng)糞浸提液)的發(fā)芽率最好;浸提液1、4、5(添加蟲(chóng)生真菌的蟲(chóng)糞浸提液)發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)相差不大。同一浸提液不同濃度對(duì)西瓜種子萌發(fā)的影響效果不同,西瓜發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、整株鮮質(zhì)量、根質(zhì)量、根長(zhǎng)等指標(biāo)一般在2%、4%、6%時(shí)表現(xiàn)為最大值。浸提液1中,西瓜發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、根質(zhì)量、根長(zhǎng)在2%時(shí)測(cè)定值最大,分別為80.0%、80.0%、15.060、89.480、0.070 g/株、9.500 cm;發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、整株鮮質(zhì)量、根質(zhì)量和根長(zhǎng)比添加菌種的蟲(chóng)糞浸提液最大值分別高2.9%、21.3%、5.9%、11.1%和10.5%;西瓜整株鮮質(zhì)量、芽質(zhì)量、胚芽長(zhǎng)在4%時(shí)最大,分別為0.554、0.481 g/株和5.943 cm。因此,自然發(fā)酵的蟲(chóng)糞浸提液體積分?jǐn)?shù)在2%時(shí)對(duì)西瓜種子萌發(fā)和促進(jìn)作用最明顯。
添加枯草芽孢桿菌、EM菌劑、蟲(chóng)生真菌、哈茨木霉NF9和不加菌種的黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液不同用量對(duì)西瓜種子萌發(fā)表現(xiàn)出低濃度促進(jìn)、高濃度抑制的特性。這與高玉紅等[16]、呼鳳蘭[20]等的研究結(jié)果相類(lèi)似,高玉紅等[16]研究表明,不同濃度腐植酸處理均可不同程度提高根系活力、葉綠素含量,從而使種子萌發(fā)整齊,種子的活力指數(shù)提高,芽苗生長(zhǎng)粗壯。呼鳳蘭等[20]研究表明,適宜濃度的赤霉素處理西瓜種子后,能提高西瓜種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和發(fā)芽長(zhǎng)度,縮短了發(fā)芽的時(shí)間。因此,黃粉蟲(chóng)糞有類(lèi)似腐植酸、赤霉素的效果,在一定范圍內(nèi)能促進(jìn)種子萌發(fā)。添加EM菌劑的蟲(chóng)糞發(fā)酵物浸提液對(duì)西瓜種子萌發(fā)具有抑制作用,這可能與西瓜種子自身的遺傳特性有關(guān),還與黃粉蟲(chóng)糞發(fā)酵的不同菌種和浸提液的不同濃度有關(guān),菌種和濃度不同使得糞肥為種子萌發(fā)提供的營(yíng)養(yǎng)成分和含量不同[20-22],因此,當(dāng)黃粉蟲(chóng)糞應(yīng)用于種子萌發(fā)過(guò)程中,有必要進(jìn)一步研究不同植物種子萌發(fā)所需的合理施用濃度。