綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對黃瓜幼苗促生作用的影響

張欣玥，徐洪偉，周曉馥

(吉林師范大學(xué)/吉林省植物資源科學(xué)與綠色生產(chǎn)重點實驗室，吉林 四平 136000)

黃瓜(CucumissativusL.)也稱胡瓜、刺瓜，黃瓜屬(Cucumis)[1].目前，人們對黃瓜的需求量逐年增長，自然狀態(tài)下黃瓜生長發(fā)育易受各種因素影響，導(dǎo)致品質(zhì)和產(chǎn)量降低，本研究主要探討綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對黃瓜幼苗促生作用的影響，以提高黃瓜的品質(zhì)，促進黃瓜生長.

綠色木霉(TrichodermaWiride)屬半知菌亞門木霉菌(Trichodemaspp.)，是一種高效的纖維素降解菌，廣泛存在于土壤和各種環(huán)境中，有著良好的生物適應(yīng)性，綠色木霉所產(chǎn)生的纖維素酶對作物有較強的降解作用[2].綠色木霉有著十分廣泛的應(yīng)用：1932年，WEINDLING W[3]發(fā)現(xiàn)木霉具有重寄生作用；1981年，周紅姿等[4]發(fā)現(xiàn)木霉菌對植物病原菌具有拮抗作用；2018年，有研究[5]發(fā)現(xiàn)綠色木霉和黑曲霉顯示出很高的纖維素酶活性，能夠有效降降解纖維素；2021年，宋明霞等[6]研究發(fā)現(xiàn)綠色木霉能促進番茄幼苗生長.

近年來，我國中醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展迅速，中藥渣的排放量也在逐年增加.據(jù)統(tǒng)計，目前我國中藥渣年排放量已經(jīng)超過6 000萬t[7].中藥渣中含有大量微量元素、粗纖維、寡糖、有機酸等生物活性成分[8]，不僅如此，它因質(zhì)輕、透氣性好，也被作為一種優(yōu)質(zhì)的有機肥原料.中藥渣中木質(zhì)素和纖維素的含量普遍較高[9]，所以降低其含量是其發(fā)酵的主要目標.生物發(fā)酵法主要是通過微生物代謝過程中釋放的水解酶來催化木質(zhì)纖維素，使其分解為可利用的小分子物質(zhì)[10]，中藥渣降解后具有反應(yīng)條件溫和、綠色環(huán)保等優(yōu)點，是將廢棄資源充分利用的有效方法[11].

基于上述研究現(xiàn)狀，本研究以綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物處理的黃瓜幼苗為主要研究對象，觀察其對植株的影響，并進一步探討綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對黃瓜生長發(fā)育的促進作用，為探討綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物在農(nóng)業(yè)發(fā)展中的作用提供理論依據(jù).

1 材料和方法

1.1 材 料

本研究以加入綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物為基質(zhì)培育的黃瓜幼苗作為實驗植株(TK)，以滅菌自然土培育的黃瓜幼苗作為對照植株(CK).

1.2 試驗設(shè)計

菌液制備：將綠色木霉菌種接種到PDA培養(yǎng)基中進行活化，再將挑取的分生孢子(計數(shù)，濃度為1.5×108cfu/mL)置入PDA培養(yǎng)基中，搖床中振蕩培養(yǎng)3 d，溫度為28 ℃，制成綠色木霉菌液，4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?

次級菌種的制備：將m(玉米面)∶m(麥麩)以3∶1的比例混勻，將濃度為1.5×108個孢子/mL的綠色木霉菌懸液按照20%的接種量接種于麥麩-玉米面培養(yǎng)基中，調(diào)節(jié)其含水量為60%，然后置于28 ℃的恒溫培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)10 d，將其適當(dāng)風(fēng)干、碾碎.

綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的制備：中藥渣經(jīng)烘箱75 ℃烘干48 h，由小型粉碎機處理，過篩備用；在初始料液比1∶1.5、自然pH、接種量比1∶1的條件下，利用綠色木霉次級菌種發(fā)酵中藥渣，溫度28 ℃發(fā)酵20 d.

采用溫室盆栽土培法：首先將600 g滅菌自然土置于塑料花盆內(nèi)(直徑28 cm，高25 cm)，然后將綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物100 g均勻施加于土壤表面，再倒入800 g滅菌土；對照植株施1 500 g自然滅菌土.每盆挖4個小穴，種子3～4粒/穴，每種處理3盆.澆水潤濕土壤.待種子萌發(fā)后，挑選長勢一致的黃瓜幼苗，每天定時澆水，通過稱重法控制土壤水分含量.每組處理進行3次重復(fù).

1.3 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

經(jīng)不同處理后各選3片黃瓜葉片，測定前對葉片進行暗處理30 min，充分暗適應(yīng)后，利用IMAGING-PAM調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)，測定暗適應(yīng)狀態(tài)下的最小熒光(Fo)、暗適應(yīng)狀態(tài)下的最大熒光(Fm)，并計算可變熒光(Fv=Fm-Fo)；打開測量光，設(shè)定光強(PAR)為280 mol/(m2·s)，獲得光適應(yīng)下熒光產(chǎn)率(Fs)的最小熒光(F′o)以及最大熒光(F′m)，以此計算光系統(tǒng)Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、潛在活性(Fv/Fo)、有效量子產(chǎn)量(F′v/F′m)和光合電子傳遞速率(ETR).

1.4 根系形態(tài)學(xué)指標的測定

將黃瓜幼苗根系用水沖洗干凈，放入儀器配帶的根盤中(20 cm×40 cm)，將根盤輕置于掃描儀上，在根盤中添加恰好沒過根系的蒸餾水，將根系完全鋪平展開后，使用遮光板覆蓋根盤，進行根系掃描.待根系分析儀掃描完成以后，將根系圖片保存，用于WinRHIZO2012b專業(yè)版根系分析軟件的根系形態(tài)學(xué)指標測量.通過軟件的系統(tǒng)分析可獲得總根長、平均根系直徑、總根表面積、根尖數(shù)、分支數(shù)、交叉數(shù)和總根體積等指標.

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié) 果

2.1 綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對實驗植株葉綠素?zé)晒獾挠绊?/h3>

葉綠素?zé)晒馐侨~綠素吸收了光能以后從激發(fā)態(tài)返回到基態(tài)過程中重新發(fā)射的光，葉綠素?zé)晒饪梢蕴峁┕庀到y(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)在植物體內(nèi)運作和調(diào)節(jié)的相關(guān)信息，也可用于探測光合作用代謝過程的活動.PSⅡ普遍存在于具有光合作用的陸地植物、真核藻類和藍細菌中，因此，葉綠素?zé)晒獾臏y量也具有廣泛的適用性.葉綠素?zé)晒鈪?shù)可以顯示光合性能強弱，能夠反映出光合作用的變化以及對逆境的響應(yīng)[12].表1顯示：用綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物處理后的黃瓜幼苗，其各項葉綠素?zé)晒鈪?shù)與對照植株比較均有明顯增高(P<0.05)，結(jié)果表明施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物能夠促進植株進行光合作用.

光系統(tǒng)Ⅱ的最大量子產(chǎn)量(Fv/Fm)反映了植物的潛在最大光合能力.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜葉片F(xiàn)v/Fm比對照植株增加了19.35%(P<0.05)，這說明施用綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜幼苗有較高的光能利用率.光系統(tǒng)Ⅱ的有效量子產(chǎn)量(F′v/F′m)反映的是開放的反應(yīng)中心原初光能的捕獲效率[13].施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜葉片F(xiàn)′v/F′m比對照植株增加了4.23%(P<0.05)，這說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物可以使黃瓜植株光系統(tǒng)Ⅱ的有效量子產(chǎn)量增加.在施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物后，黃瓜幼苗的光合能力增強，光能的轉(zhuǎn)化效率增強，可以提升植株的自我保護能力.

光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性(Fv/Fo)是光化學(xué)反應(yīng)中的重要參數(shù)之一.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物后，黃瓜的實驗植株Fv/Fo比對照植株增加了10.85%，這說明施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜幼苗有較高的潛在光合活性，能夠提高CO2同化速率.光合電子的傳遞速率(ETR)在光合作用過程中可直接影響到光合作用的效果，因此，黃瓜葉片的電子傳遞速率對黃瓜的產(chǎn)量至關(guān)重要.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物黃瓜實驗植株葉片ETR比對照植株增加了53.48%(P<0.05)，這說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物可以使黃瓜植株葉片的電子傳遞速率增加，葉片的光合能力增強.

在PSⅡ中最重要的一條能量流動途徑是光化學(xué)反應(yīng)，即光合作用，它發(fā)生在PSⅡ的反應(yīng)中心.另外一條重要的途徑是非光化學(xué)淬滅，發(fā)生在PSⅡ復(fù)合體的外圍色素中.光化學(xué)淬滅(qP)與非光化學(xué)淬滅(NPQ)表達的是對光的保護能力，與光化學(xué)淬滅比較，非光化學(xué)淬滅在機制上更加復(fù)雜多樣.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜葉片qP比對照植株增加了32%，NPQ降低了10.52%，這說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物可以使黃瓜植株的自我保護能力增強.

2.2 施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對黃瓜幼苗植株根系的影響

根系是作物的重要器官之一，它在吸收養(yǎng)分和水分的同時起到了固著和支撐植株的作用，根系功能的發(fā)揮與根系形態(tài)特征和生理特征密切相關(guān).由圖1可以看出，施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株根系發(fā)達，其根系活力要優(yōu)于對照植株，其根表面積、總投影面積、根尖數(shù)、分支數(shù)以及根系直徑等均有顯著增加，這說明施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物后黃瓜植株的根系形態(tài)優(yōu)于對照植株.

圖1 施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株與對照植株根系的掃描圖Fig.1 Roots scanning of cucumber plants and control group with Trichoderma viride solid fermentation products

表1 施用綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物黃瓜的實驗植株及對照植株的葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)Tab.1 Chlorophyll fluorescence parameters of cucumber seedlings and control plants treated with Trichoderma viride solid state fermentation

表2數(shù)據(jù)分析表明：施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株總根長比對照植株高55.21%，說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物對黃瓜植株根系的生長具有一定的促進作用.分支數(shù)和根尖數(shù)能夠很好地反映根系的生長活力，與對照植株比較，施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株根系分支數(shù)增加了60.47%，根尖數(shù)增加了48.64%，說明施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜幼苗須根數(shù)量多、生長活力強.植株根系交叉數(shù)的增多可以提高植株的抗逆能力，施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株根系交叉數(shù)比對照植株增加了107.45%，說明在綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物處理下黃瓜植株根系優(yōu)良，交叉數(shù)多，分枝茂盛.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株根系總根表面積比對照植株高出了83.69%，說明施加綠色木霉可以增加植株根系與土壤的接觸面積，有助于植物根系獲取更多的土壤養(yǎng)分.施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的植株與對照植株比較平均根系直徑增加了69.72%，說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物可促使黃瓜植株根系平均根系直徑增長，使植株根系粗壯.本研究結(jié)果顯示：施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物能夠提高黃瓜幼苗根的活性，增加植株根系空間分布.

表2 施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株及對照植株的根系形態(tài)學(xué)指標Tab.2 Root morphological indexes of cucumber plants and control plants with Trichoderma viridis solid fermentation

3 結(jié) 論

葉綠素?zé)晒馐侨~綠素分子的光學(xué)物理現(xiàn)象，已被證明是測量光合作用特別是光系統(tǒng)Ⅱ光能轉(zhuǎn)換的重要探針，越來越多的研究[14]表明植物體內(nèi)的葉綠素?zé)晒馓N藏著豐富的生物信息.本研究中，黃瓜幼苗施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物后，其葉綠素?zé)晒馓卣髅黠@高于對照組植株，這與劉暢等[15]的研究結(jié)果一致，說明綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物能夠通過提高葉片光合系統(tǒng)活性來促進植株的發(fā)育.

根系是植物的重要器官之一[16]，可以直接吸收水和礦物質(zhì)，并且可以最早產(chǎn)生與生長相應(yīng)的生理反應(yīng)[17]，并與地上部分光合作用一脈相連.根系與土壤的接觸增多，會吸收更多的水分與營養(yǎng)，滿足生長需求[18].本研究中，施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物的黃瓜植株其根系等各項指標與對照植株比較均顯著增高且增幅較大，其中交叉數(shù)甚至比對照植株高出了107 %，分支數(shù)與對照植株比較差異不顯著，但優(yōu)于對照植株，此結(jié)果與王禹佳等[19]的研究結(jié)果一致.

綜上所述，施加綠色木霉固態(tài)發(fā)酵物能夠提高黃瓜幼苗光合能力和根系活力，增加植株根系空間分布.