枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米植株生长和养分吸收的影响

作者:未知

  摘要 采用盆栽试验研究枯草芽孢杆菌发酵上清液冲施对玉米植株生长和养分吸收的影响。结果表明,不同用量上清液冲施均能明显地促进玉米生长,增加干物质累积量,促进植株对氮、磷、钾的吸收和利用。其中30 000 L/hm2冲施处理表现最好,与对照相比,可使玉米株高增加10.9%,茎粗增加10.0%,叶绿素SPAD值增加29.2%,地上部干重增加27.4%,根系干重增加51.1%,玉米地上部氮、磷、钾含量增加15.1%、25.1%、32.9%;根系氮、磷、钾含量增加30.6%、38.4%和22.1%。由此可见,枯草芽孢杆菌发酵上清液在作物生长期内可以作为一种肥料进行冲施,既能促进作物生长,又能实现资源的再利用。
  关键词 玉米;枯草芽孢杆菌;发酵上清液;生长;养分吸收
  中图分类号 S144文献标识码 A
  文章编号 0517-6611(2019)10-0138-03
  Abstract A potted trial was carried out to study the effects of rushing liquid supernatant in the fermentation of Bacillus subtilis on growth and nutrients uptake of maize. Results showed that rushing different dosages of liquid supernatant all could  obviously promote the growth character,increase dry weight accumulation ,promote the absorption and utilization of nitrogen, phosphorus and potassium. Among them,rushing by 30 000 L/hm2 showed the most significant promotion effects. This treatment enhanced the plant height by 10.9%,stem diameter by 10.0%,chlorophyll SPAD value by 29.2%,aboveground dry weight by 27.4%,the root dry weight by 51.1%,the content of nitrogen, phosphorus and potassium by 15.1%, 25.1% and 32.9% of  aboveground;and the content of nitrogen, phosphorus and potassium by 30.6%,38.4% and 22.1% of  root, respectively compared with control treatment.So this research  showed that the liquid supernatant in the fermentation of Bacillus subtilis could be used as a fertilizer in the growing period of crops. It could not only promote the growth of crops, but also realize the reuse of resources.
  Key words Maize;Bacillus subtilis;Liquid supernatant;Growth;Nutrients uptake
  枯草芽孢杆菌作为一种环境友好型微生物,具有改善土壤微环境、促进作物生长、提高作物产量、防治病害的作用[1-5]。枯草芽孢杆菌在发酵过程中會产生多种次生代谢产物,包括抗生素、细菌素、几丁质酶、葡聚糖类、抗菌蛋白、植物激素等。国内外在发酵枯草芽孢杆菌生产上后处理以得到芽孢为目的,一般采用离心浓缩干燥技术得到芽孢后,含有大量次生代谢产物的离心上清液并未合理充分的利用[6]。近年来,部分学者对枯草发酵上清液代谢产物的生防效果进行了研究。夏彦飞等[7]研究发现,枯草芽孢杆菌OKB105的发酵上清液对4种标靶线虫表现较好的防治效果。而关于上清液对作物的促生研究较少。段海明等[8]研究表明解淀粉芽孢杆菌gfj-4的发酵上清液对葡萄白腐病具有较强的抑制作用,最高可达90.0%。魏林等[9]研究哈茨木霉T2-16的发酵产物对豇豆枯萎病的防治效果,结果表明木霉 T2-16发酵产物浸种处理后,豇豆幼苗枯萎病的发病率为 16.7%,极显著低于清水浸种处理的发病率(63.3%)。
  领先生物农业股份有限公司发酵生产枯草芽孢杆菌后处理得到的上清液中含有丰富的有机质,多种作物生长所必需的营养元素(钙、镁、锰、钾、磷),以及发酵过程中产生的有机代谢物(脂类、多糖、蛋白质等物质),这些营养物质是潜在的肥料资源。笔者旨在将枯草发酵液离心后得到的上清液变废为宝,探究其对作物生长的影响,实现其在农业种植领域中的再利用,避免排放后对环境的污染,实现发酵工业的可持续发展,为实现清洁生产的目标提供切实可行的途径。
  1 材料与方法
  1.1 试验地概况
  试验地位于河北省秦皇岛市领先生物农业股份有限公司温室内。供试土壤采自公司园区的裸荒地,基本理化性状:有机质10.30 g/kg,碱解氮64.75 mg/kg,有效磷70.40 mg/kg,速效钾141.00 mg/kg,pH 6.56。土壤样品过2 mm筛后风干备用。
  1.2 试验材料   供试枯草芽孢杆菌发酵上清液由河北省领先生物农业股份有限公司发酵车间提供。供试作物为玉米,品种为郑单958。
  1.3 试验设计
  试验以盆栽方式进行,盆栽塑料花盆尺寸为130 mm × 88 mm × 115 mm,每盆装风干土1.5 kg。称取复合肥(15-15-15)0.1 g/kg土作为底肥。将土样与固体肥料搅拌均匀,倒入塑料盆中。玉米于2018年8月10日进行播种,每盆4株,玉米两叶一心期间苗,每盆定苗3株。于9月20日收获,生长周期为40 d。为了避免光线异同,每3 d调换一次位置。试验期间其他管理栽培措施按照常规方法进行。
  试验共设置6个冲施处理:750、1 500、7 500、15 000、30 000 L/hm2冲施处理,空白对照(CK)为清水冲施。每个处理设3个重复,随机区组排列。
  1.4 测定项目与方法
  株高:用直尺测量,从露出土壤根部至顶端距离。 茎粗:为茎基部直径,用游标卡尺测得。 植株叶片叶绿素SPAD值[10]:玉米生长期间,采用 SPAD–502 叶绿素测定仪分别测定各处理植株倒数第3片叶。植物干物质质量:收获时将玉米地上部和地下部分开,冲洗干净后105 ℃杀青1 h,然后80 ℃ 烘干至恒重,并称质量。植株地上部和根系氮、磷、钾含量:地上部和根系烘干后粉碎所得样品采用H2SO4-H2O2法消解,凯氏定氮仪测定氮含量,火焰光度法测定钾含量,钼蓝比色法测定土壤磷含量。以上方法均参照《土壤农化分析》[11]中相关方法进行。
  1.5 数据分析
  试验数据采用 Microsoft Excel 2010 和SAS 9.2软件进行数据分析。
  2 结果与分析
  2.1 枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米生长发育的影响
  株高和茎粗是枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米生长影响最直观的指标。通过分析各处理的株高和茎粗发现,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液处理具有增加玉米株高和促进玉米茎秆粗壮的作用。由图1可知,各处理玉米株高差异显著,玉米株高随着枯草芽孢杆菌发酵上清液冲施用量的增加而增加。750~15 000 L/hm2冲施处理与对照间差异不显著,而30 000 L/hm2冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液处理的玉米株高显著高于对照,为37.9 cm,较对照增加10.9%。冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液各处理虽能增加玉米植株茎粗,但与对照间未达显著差异,增幅为5.1%~10.0%。其中表现最好的为30 000 L/hm2处理,茎粗为0.79 cm。可见30 000 L/hm2冲施处理对玉米植株生长具有明显的促进作用。
  2.3 枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米干物质累积的影响
  地上部干物质积累是玉米产量形成的物质基础,增加干物质产量对实现玉米高产具有重要意义[13]。由图3可知,不同枯草芽孢杆菌发酵上清液冲施处理下玉米苗期地上部干物质的积累表现为30 000 L/hm2>15 000 L/hm2>7 500 L/hm2>1 500 L/hm2>750 L/hm2,即冲施用量为30 000 L/hm2时地上部干重最大,为0.827 g/株。其中15 000  L/hm2和30 000 L/hm2显著高于对照(0.649 g/株)。
  根系是作物重要的吸收器官,在植物生长发育和产量形成中起着重要作用。根系的发达与否直接决定作物的长势,因此根系干重也是衡量玉米生长的一个重要指标[14]。由图3可以看出,枯草芽孢杆菌发酵上清液冲施的玉米单株根干重均高于对照,且差异达显著水平(P<0.05),表现最好的是30 000L/hm2处理(1.133 g/株),较不冲施处理(CK)增加51.1%;15 000 L/hm2次之,较不冲施处理(CK)增加27.5%。可能是因为高冲施用量处理带入土壤的养分多,有利于根系吸收更多的养分,促进根系的生长,同时将这些养分运输到地上部同化,既增加了地上部干重,同时也为后期玉米生殖生长奠定了基础。
  2.4 枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米植株养分吸收利用的影响
  由表1可知,与CK相比,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液后植株地上部和根系氮、磷、钾养分含量均有不同程度的增加,且均表现为随着冲施用量的增加含量和累积量越大的规律。地上部氮含量表现为30 000 L/hm2处理显著高于对照和750、1 500、15 000 L/hm2处理,其中较对照增加15.1%。玉米植株地上部磷含量30 000 L/hm2处理最高为4.49 mg/kg,显著高于对照,较对照(3.71 mg/kg)高21.1%。地上部钾含量各处理间未达显著差异,其中表现最好的同样是30 000 L/hm2处理,较对照增加了32.9%。根系氮、磷、钾含量各处理间均达显著差异(P<0.05)。30 000 L/hm2处理根系氮、磷、钾含量分别为13.83、1.47和20.63 mg/kg,分别比对照增加了30.6%、38.4%和22.1%。枯草芽孢杆菌发酵上清液冲施用量越大,带给土壤的养分越丰富,根系吸收的养分越多,从而运输到地上部的养分也相应增多。
  3 结论与讨论
  枯草芽孢杆菌发酵离心后处理得到的上清液中含有丰富的次级代谢产物以及培养基残留物等营养物质。目前,大部分发酵工厂发酵后将其作为废水进行排放,有效利用的报道不多。在该试验中,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液对玉米幼苗的生长具有明显的促进作用,直观表现为植株更高,茎秆更粗壮,根系更发达。其中冲施30 000 L/hm2处理对玉米的促生作用最明显,可使玉米株高增加10.9%,茎粗增加10.0%,地上部干重增加27.4%,根系干重增加51.1%,产生这种良好的促生效果的原因,一方面是次生代谢产物中包含植物激素、细胞分裂素、赤霉素等生长因子,这些物质在适宜的用量下可以从生理和形态上调节植物的生长[15]。可促进植物根系有效地吸收土壤中的水分和养分,以促进植物的生长发育,同时对植物体其他生命活动进行调控[16-17];另一方面在于上清液中含有培养基中残留的无机和有机营养成分,这也能很好地供给植物营养,促进其健康生长。
  SPAD 值代表作物叶片叶绿素相对含量,叶绿素是植物代谢过程中进行光合作用、同化作用的基础,提高叶片SPAD 值,可以提高光合速率,加速光合产物的积累,更好地促进作物生长[18]。该试验结果表明,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液后玉米叶片浓绿,叶绿素相对含量增加。其中表现最好的为30 000 L/hm2处理,良好的光合作用更好地促进了玉米的生长。
  充足的养分供应是作物高产的基础。该研究发现,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液有利于促进玉米植株氮、磷、钾的吸收与利用。冲施30 000 L/hm2处理玉米地上部氮、磷、钾含量分别较对照增加15.1%、25.1%、32.9%,根系氮、磷、钾含量分别较对照增加30.6%,38.4%和22.1%。
  综上所述,冲施枯草芽孢杆菌发酵上清液有利于促进玉米苗期的生长、地上部和地下部干物质积累以及养分的吸收利用,且表现为施用量越大促進作用越明显。该研究为枯草芽孢杆菌发酵上清液在农业中的应用推广提供参考。
  参考文献
  [1] 蔡学清,林彩萍,何红,等.内生枯草芽孢杆菌BS-2对水稻苗生长的效应[J].福建农业大学学报,2005,34(2):189-194.
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  [3] 张中鸽,彭于发,陈善铭.小麦全蚀病的发生现状及防治措施探讨[J].植物保护,1991(1):19-20.
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  [5] TANG W H.Advances in biological control of plant diseases[C]//Proceeding of the international workshop on biological control of plant diseases.Beijing:China Agricultual University Press,1996.
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