腐熟菌糠成分測(cè)定與提取物植物促長(zhǎng)研究

張光祥,司小卉,范濤,吳丹,王燕

(四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,四川成都610101)

我國(guó)食用菌年生產(chǎn)量達(dá)1.73×108～1.83× 108t[1-2],居世界前列,按生物學(xué)效率40%和食用菌培養(yǎng)料減重50%[3]計(jì)算,菌糠年產(chǎn)生量在2× 108t以上。食用菌菌糠的資源化利用已受到廣泛關(guān)注[1],從用作農(nóng)作物基肥[4-5]發(fā)展到制備活性炭[6]等新用途,已報(bào)道的利用途徑不下10種[1,7],但是大多數(shù)用途的研究還不夠深入,未在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛推廣。末次采菇后的新鮮菌糠可直接用于食用菌基料添加、畜禽魚(yú)飼料添加、產(chǎn)沼氣、提取植物營(yíng)養(yǎng)液和纖維素酶等[7]、生產(chǎn)微生物菌肥[8-12]。相對(duì)于含有大量菌絲體的新鮮菌糠,腐熟菌糠的理化性質(zhì)和成分含量相對(duì)更為穩(wěn)定。腐熟菌糠可用于無(wú)土栽培基質(zhì)[13-15]、飼養(yǎng)昆蟲(chóng)[9]或蚯蚓[16]、提取漆酶[7]等,還可用于環(huán)境修復(fù)或污水處理中吸附 Pb+2、降解多環(huán)芳烴類物質(zhì)(PAH)和造紙工業(yè)污染物2,4-二氯酚(DCP)等有機(jī)氯[7]。但對(duì)腐熟菌糠的資源化利用研究相對(duì)滯后,甚至腐熟菌糠的成份也還知之甚少。本研究旨在測(cè)定腐熟菌糠中的氮、磷、鉀含量,并對(duì)菌糠腐殖質(zhì)、水提物和醇溶物的植物促長(zhǎng)效果作一比較,為腐熟菌糠的高附加值利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

腐熟的平菇菌糠取自成都市龍泉驛區(qū)大面鎮(zhèn)附近的廢棄菌糠堆積處,曬干后研細(xì)備用。供試作物為“大白尖葉”萵筍、“彩糯668”玉米、“竹絲茄”(茄子)和“二早子”(黃瓜)。

1.2 試驗(yàn)方法

腐熟菌糠成份的提取測(cè)定方法：腐熟菌糠中N、P、K的測(cè)定：隨機(jī)抽取5個(gè)種植袋倒出腐熟菌糠壓碎后曬干,再次壓碎后充分混勻,充分研細(xì)后備用 (圖1)。測(cè)定前50℃烘干至恒重后取樣,按有機(jī)肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)NY525-2002規(guī)定的方法測(cè)定全氮、全磷和全鉀,分別測(cè)定4個(gè)、3個(gè)和9個(gè)重復(fù)樣。

水溶性物質(zhì)的提?。喝“辞笆龇椒ㄖ苽涞木贩?00g,用適量水在40℃下溶提1h,再以雙層紗布過(guò)濾,取濾渣與適量水在鋼筋鍋內(nèi)煮沸,沸騰1h后再次以雙層紗布過(guò)濾,將兩次獲得的濾液合并,離心(800r/min,10min)以取上清液,將上清液60℃烘干得到水溶物干物質(zhì)。

醇性物質(zhì)的提?。悍Q取菌糠粉400g菌糠,以適量乙醇溶液溶泡24h后,在40℃下水浴1h,并進(jìn)行超聲波處理三次,每次5min,然后四層紗布過(guò)濾,將上清液置于通風(fēng)櫥風(fēng)干得到膏狀醇溶物。

腐殖質(zhì)的提?。喝?00g烘干的菌糠粉于鋼鍋內(nèi),加入3L提取液(44.6g焦磷酸鈉與4.0g氫氧化鈉溶于水并定容至1L),溶泡1h后煮沸1h,放置過(guò)夜后兩層紗布過(guò)濾。將濾液 800rpm離心10min后取上清液于白磁盤(pán)中置鼓風(fēng)干燥箱50℃烘干。

不同提取物對(duì)作物的促長(zhǎng)試驗(yàn)：根據(jù)水提物、醇提物、腐殖質(zhì)的提取率分別配制成低、中、高三種噴施濃度,韋爾奇高科牌葉面肥“諾貝寧”(以蕓苔素、殼聚糖為主要成分,說(shuō)明書(shū)使用濃度為0.125%)的使用濃度。水提物的低、中、高三個(gè)濃度水平分別為0.1%、0.5%、2.5%(w/v)的藥劑,醇提物的低、中、高三個(gè)濃度水平分別為0.01%、0.05%、0.1%(w/v)的藥劑,腐殖質(zhì)的低、中、高三個(gè)濃度水平分別為0.2%、1.0%、5.0%(w/v)的藥劑。以主要活性成分為蕓苔素和殼聚糖的韋爾奇高科牌葉面肥“諾貝寧”(說(shuō)明書(shū)使用濃度為0.125%)為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照,也配成低(0.025%)、中(0.125%)、高(0.625% (w/v))三個(gè)噴施濃度。四種試驗(yàn)藥劑都設(shè)零濃度(只噴純凈水)的空白對(duì)照。

試驗(yàn)采用L16(45)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,重復(fù)兩次,因素水平見(jiàn)表1。于早春大棚溫室育苗,選12cm高的健壯苗移栽,移栽后一周開(kāi)始試驗(yàn)處理,處理前進(jìn)行一次株高和當(dāng)時(shí)最大葉片的長(zhǎng)度與葉寬調(diào)查,并掛牌編號(hào)。藥劑噴施處理4d,每天早晚在植株的葉面各噴施一次,以葉面濕潤(rùn)為度。停止葉面噴施處理后的第五天再次進(jìn)行一次株高和當(dāng)時(shí)最大葉片的長(zhǎng)度與葉寬測(cè)量。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 Factor levels of orthogonal test

2 結(jié)果與討論

2.1 腐熟菌糠中的氮、磷、鉀含量

測(cè)定結(jié)果顯示,平菇腐熟菌糠中全氮的含量為(2.100 0±0.114 3)mg/g,即0.21%;全磷含量(以P2O5計(jì))為(9.543 5±0.335 3)mg/g,即0.95%;全鉀含量(以K2O計(jì))為(6.155 2± 0.505 4)mg/g,即占0.62%。與平菇新鮮菌糠全氮含量0.53%～0.48%、全磷(以P2O5計(jì)) 0.55%～0.84%和全鉀(以K2O計(jì))0.62%～0.78%[17]相比,全鉀的含量相當(dāng),全磷含量偏高,但差異并不十分懸殊,然而全氮含量不及一半,說(shuō)明充滿新鮮菌糠的菌絲體的腐爛對(duì)氮的含量影響很大,全氮含量大幅減少。由于磷和鉀的含量一般不會(huì)因?yàn)榫犯爝^(guò)程而明顯損耗,按理應(yīng)該受新鮮菌糠中菌絲體等有機(jī)質(zhì)腐爛和腐殖化的減重影響而有所增加。但是食用菌培養(yǎng)料的配方不同會(huì)造成磷和鉀等成份初始含量的差異,從而導(dǎo)致不同菌糠間的含量差異[1]。

2.2 生物活性物的提取

用腐熟菌糠提取的腐殖質(zhì)溶液為橙黃色透明液,于鼓風(fēng)干燥箱50℃烘干后,磁盤(pán)中間為灰白色放射狀固形物,磁盤(pán)邊緣的固形物帶深淺不同的棕色(圖2)。每500g烘干菌糠粉得116.53g腐殖質(zhì),提取率為23.306%。腐殖質(zhì)含有豐富的芳香環(huán)、羧基、羥基、甲氧基等基團(tuán),具有較高的離子交換容量,對(duì)一些金屬離子、有機(jī)污染物和染料等具有絡(luò)合或螯合作用,對(duì)動(dòng)植物具有多種生理活性,用途十分廣泛[18]。腐熟菌糠中23.306%的腐殖質(zhì)提取率已經(jīng)接近風(fēng)化煤的腐植酸含量(27.68%)[19],也接近低腐植酸泥炭的腐植酸含量(15%～25%)的高限[20]。

從800g烘干的食用菌生產(chǎn)廢料提取到的水提物總量為32.42 g,提取率為4.0525%;從400g烘干的腐熟菌糠中共提取到醇提物1.25g,提取率為0.312 5%。這些提取物是否具有生理活性值得研究。

2.3 植物促長(zhǎng)試驗(yàn)結(jié)果

葉面噴施試驗(yàn)結(jié)果表明,以試驗(yàn)期間作物苗期最大葉片的長(zhǎng)度增量為指標(biāo)時(shí),腐殖質(zhì)、水溶性提取物、醇溶性提取物和葉面肥“諾貝寧”的促長(zhǎng)作用具有極顯著差異,不同濃度對(duì)作物葉片長(zhǎng)度的影響也達(dá)到了顯著水平。

用新復(fù)極差法對(duì)各因素的水平間差異進(jìn)行多重比較(表3),結(jié)果表明腐殖質(zhì)對(duì)作物葉片長(zhǎng)度的增長(zhǎng)量具有最大促進(jìn)作用,促長(zhǎng)效果是“諾貝寧”的1.48倍,與另外3種噴劑的作用達(dá)極顯著差異。醇提物和水提物的作用與葉面肥“諾貝寧”相當(dāng),三者之間無(wú)顯著差異。這些噴劑對(duì)葉片長(zhǎng)度的促進(jìn)作用隨濃度提高而增大,但只有試驗(yàn)中的最大濃度才顯著優(yōu)于噴純凈水的對(duì)照。

表2 不同因素對(duì)四種作物葉片長(zhǎng)度增量的正交試驗(yàn)方差分析Tab.2 Variance analysis of orthogonal experiment on influence of foliage spray with various extracts on leaf length of plants

表3 各因素的不同水平間差異多重比較Tab.3 Multi-comparison analysis of three experimental factors

表4 不同因素對(duì)四種作物葉片寬度增量的正交試驗(yàn)方差分析Tab.4 Variance analysis of orthogonal experiment on influence of foliage spray with various extracts on leaf width of plants

在試驗(yàn)期間不同作物的葉片長(zhǎng)度增量具有極顯著差異(表2),萵筍的葉片長(zhǎng)度增長(zhǎng)速度大大快于其它3種作物,黃瓜的葉片長(zhǎng)度增長(zhǎng)最慢(表3)。這種差異很可能只是不同作物的葉形和葉片生長(zhǎng)特性不同所致,因?yàn)樵谡辉囼?yàn)的方差分析中,模型誤差項(xiàng)并不顯著,說(shuō)明作物與噴劑種類之間以及噴劑的種類與濃度之間并不存在顯著的互作效應(yīng)(表2)。

當(dāng)以葉片寬度的增量為評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),不同作物間也存在極顯著差異(表4)。但是不同噴劑間的差異只達(dá)到顯著水平,不同濃度間的差異不顯著。這與葉片寬度的增長(zhǎng)速度比葉片長(zhǎng)度慢,試驗(yàn)觀察期不夠長(zhǎng)等因素有關(guān)。事實(shí)上,葉片寬度的全試驗(yàn)平均增量?jī)H為(17.187 5±12.731 6)mm,葉片長(zhǎng)度的平均增量達(dá)(48.187 5±33.916 8)mm,兩者相差懸殊。所以,葉片寬度增量對(duì)噴劑的反應(yīng)不及葉片長(zhǎng)度增量敏感,需要足夠長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)觀察期才能充分反映出噴劑的作用效果。而苗期最大葉片長(zhǎng)度的增量對(duì)葉面噴施生理活性物質(zhì)的反應(yīng)最為敏感,可在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)促長(zhǎng)效果做出評(píng)價(jià)。

腐殖質(zhì)具有促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收、增加細(xì)胞透性、調(diào)節(jié)體內(nèi)pH和離子平衡、增強(qiáng)酶活和代謝機(jī)能、激活和增強(qiáng)動(dòng)物免疫力以及類似生長(zhǎng)素的促長(zhǎng)活性等多方面的生理作用[21-23],雖然類似植物生長(zhǎng)素活性的作用機(jī)制還有不同說(shuō)法[21],但Nebbioso等人[24]利用腐殖質(zhì)組學(xué)(Humeomics)方法發(fā)現(xiàn)腐殖質(zhì)含甾體類物質(zhì)。天然甾類化合物大都具有重要生理作用,比如甾體類植物激素油菜素甾醇和拉肖皂苷等就具有明顯促長(zhǎng)作用[25]。本研究中腐熟菌糠腐殖質(zhì)的高提取率和極顯著的植物促長(zhǎng)效果說(shuō)明,菌糠也是一種具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的腐殖質(zhì)資源。腐殖質(zhì)在種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)以外也有很多高附加值利用途徑[18],而且還在不斷涌現(xiàn),比如可用于生產(chǎn)有機(jī)污染物的高靈敏傳感器[26]、復(fù)合高吸水性樹(shù)脂[27]、高能鋰電池陽(yáng)極材料LiFePO4/C[28]以及高效率的有機(jī)、無(wú)機(jī)染污物清除劑[29-30]。所以大量廢棄腐熟菌糠作為腐殖質(zhì)資源的綜合利用值得進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

1)栽培平菇產(chǎn)生的腐熟菌糠含全氮0.21%、全磷0.95%、全鉀0.62%。從腐熟菌糠干粉中提取腐殖質(zhì)、水溶性物質(zhì)和醇溶性物質(zhì)的提取率分別為23.306%、4.0525%和0.3125%。

2)從腐熟菌糠中提取的水溶性物質(zhì)和醇溶性物質(zhì)都對(duì)作物具有與諾貝寧相當(dāng)?shù)拇匍L(zhǎng)作用,但腐殖質(zhì)的促長(zhǎng)作用最大,對(duì)葉片長(zhǎng)度的促進(jìn)效果是葉面肥“諾貝寧”的1.48倍。

[1]衛(wèi)智濤,周國(guó)英,胡清秀.食用菌菌渣利用研究現(xiàn)狀[J].中國(guó)食用菌,2010,29(5)：3-6.

[2]夏友國(guó),黃勤樓,楊信,等.菌糠飼料開(kāi)發(fā)利用的研究進(jìn)展[J].家畜生態(tài)學(xué)報(bào),2010,31(4)：6-9.

[3]黃秀聲,翁伯琦黃勤樓,等.食用菌菌渣循環(huán)利用對(duì)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的影響與評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2010(22)：268-271.

[4]侯立娟,代祖艷,韓丹丹,等.菌糠的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及在栽培上的應(yīng)用[J].北方園藝,2008(7)：91-93.

[5]劉二偉,張晨曦.蘑菇渣基質(zhì)對(duì)大花蕙蘭和矮牽牛生長(zhǎng)的影響[J].河北林果研究,2010,25(3)：292-295.

[6]華堅(jiān),尹華強(qiáng),吳莉麗,等,利用廢棄食用菌渣制備活性炭的方法：中國(guó),200710049438[P].2008-01-30.

[7]王德漢,項(xiàng)錢彬,陳廣銀.蘑菇渣資源的生態(tài)高值化利用研究進(jìn)展[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2008,28(2-3)：262-266.

[8]劉潤(rùn)葉.食用菌菌渣生產(chǎn)水體緩釋肥的發(fā)酵技術(shù)研究[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,14(7)：42-44.

[10]劉雯雯,姚拓,孫麗娜,等.菌糠作為微生物肥料載體的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27(2)：787 -791.

[11]王艷榮,王鴻升,張海棠,等.平菇菌糠營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(4)：158-159.

[12]王玉軍,竇森,張晉京,等.農(nóng)業(yè)廢棄物堆肥過(guò)程中腐殖質(zhì)組成變化[J].東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,37 (8)：79-81.

[13]周慶,傅玉蘭,黃新,等.蘆薈有機(jī)生態(tài)型無(wú)土栽培基質(zhì)的研究[J].經(jīng)濟(jì)林研究,2005,23(3)：28-30.

[14]趙恒田,王新華.寒區(qū)草莓無(wú)土栽培品種與基質(zhì)篩選試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究,2001,17(4)：319-320.

[15]莫大旺.麝香百合切花無(wú)土栽培技術(shù)[J].林業(yè)實(shí)用技術(shù),2010(9)：51-52.

[16]李瑞哲,張紅壘,郭建偉,等.蘑菇底料等廢棄物對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)發(fā)育的影響[J].中國(guó)食用菌,2010,29(2)：32 -33.

[17]王建忠,王 穎.利用菌糠生產(chǎn)有機(jī)肥的可行性分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(5)：2568-2570.

[18]ALLREAD P,HARTUNG HA.腐植酸物質(zhì)在商業(yè)中的應(yīng)用-現(xiàn)今世界文獻(xiàn)綜評(píng)[J].腐植酸,2001(3)：7-8.

[19]曹鵬,李華,李永青,等.兩種測(cè)定風(fēng)化煤與土壤腐殖酸含量方法的比較[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2007,23 (1)：277-279.

[20]馬秀欣,李欣.腐植酸資源開(kāi)發(fā)前景廣闊[J].中國(guó)煤炭,2000,26(10)：34-35.

[21]SARA TREVISAN,ORNELLA FRANCIOSO,SILVIA QUAGGIOTTI,et al.Humic substances biological activity at the plant-soil interface[J].Plant Signaling&Behavior,2010,5(6)：635-643.

[22]康萍,劉福柱,劉敏.腐植酸在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用[J].中國(guó)飼料,2003(24)：17-18.

[23]VETVICKA V,BAIGORRI R,ZAMARRE?O AM,et al. Glucan and humic acid：synergistic effects on the immune system[J].J Med Food.2010,13(4)：863-869.

[24]NEBBIOSO A,PICCOLO A.Basis of a Humeomics science：chemical fractionation and molecular characterization of humic biosuprastructures[J].Biomacromolecules,2011, 12(4)：1187-1199.

[25]郭杰,管樺,張存莉,等.拉肖皂苷元和拉肖皂苷C對(duì)油菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J].北方園藝, 2010(24)：12-14.

[26]CRESPILHO FN,ZUCOLOTTO V,SIQUEIRA JR JR,et al.Immobilization of humic acid in nanostructured layerby-layer films for sensing applications[J].Environ Sci Technol.2005,39(14)：5385-5389.

[27]馬敬昆,蔣淑麗,蔣慶哲,等.改性腐植酸鹽-丙烯酰胺-丙烯酸復(fù)合吸水樹(shù)脂制備及性能研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(7)：1675-1680.

[28]周學(xué)酬,劉永梅,楊同歡,等.以腐殖酸為還原劑合成LiFePO4/C的性能[J].電池,2009,39(2)：85-87.

[29]CERVANTES F J,GONZALEZ ESTRELLA J,MáRQUEZ A,et al.Immobilized humic substances on an anion exchange resin and their role on the redox biotransformation of contaminants[J].Bioresour Technol,2011,102(2)：2097 -100.

[30]李成吾,李勇,高景龍,等.環(huán)氧樹(shù)脂-腐殖酸復(fù)合材料的制備及其吸附Cr(Ⅵ)性能[J].電鍍與精飾, 2010,32(12)：42-44.