頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液對黃瓜種子萌發(fā)的影響

饒 碩， 習(xí)彥花， 崔冠慧， 趙燕肖， 楊永會， 國 潔， 張麗萍， 程輝彩

(1．河北省科學(xué)院生物研究所， 石家莊 050081； 2.河北科技大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院， 石家莊 050018； 3.河北華藥環(huán)境保護研究所有限公司， 石家莊 050015)

頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液對黃瓜種子萌發(fā)的影響

饒 碩1,2， 習(xí)彥花1， 崔冠慧1， 趙燕肖1， 楊永會3， 國 潔2， 張麗萍1， 程輝彩1

(1．河北省科學(xué)院生物研究所， 石家莊 050081； 2.河北科技大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院， 石家莊 050018； 3.河北華藥環(huán)境保護研究所有限公司， 石家莊 050015)

為解決頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的大量沼液資源化利用問題，文章以黃瓜種子為供試材料，分別用不同稀釋濃度的沼液處理，通過浸種、催芽和壓板實驗，確定沼液對黃瓜種子萌發(fā)、芽和根生長的影響。結(jié)果表明：利用頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液對黃瓜種子浸種，只有原液對黃瓜種子萌發(fā)有顯著抑制作用，發(fā)芽率為83%，其余處理間差異不顯著響。直接對黃瓜種子催芽和培養(yǎng)，高濃度沼液對種子萌發(fā)和生長有抑制作用，隨著沼液稀釋倍數(shù)的增加，抑制作用逐漸解除，并且在稀釋100倍時，對種子萌發(fā)和生長有促進作用，尤其在利用沼液培養(yǎng)過程中，稀釋100倍沼液處理，芽長、根長和濕重與對照組相比分別提高了13.2%，24.0%和29.2%。

頭孢菌素C菌渣發(fā)酵沼液； 浸種； 黃瓜種子； 萌發(fā)

抗生素菌渣中殘留的培養(yǎng)基、抗生素母體及其降解物對生態(tài)環(huán)境和人類健康存在著潛在危害性，其導(dǎo)致的環(huán)境污染問題日益突出，尤其是抗生素菌渣的處置更是成為焦點問題。國家已經(jīng)將抗生素藥渣明確列為危險廢物，禁止用于飼料和肥料[1-3]。厭氧發(fā)酵技術(shù)是當(dāng)前大宗有機廢棄物無害化、資源化處理的有效途徑。

頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液經(jīng)HPLC和生物學(xué)方法檢測后，未檢測到有抗生素殘留。另外經(jīng)檢測其不僅含有N,P,K等營養(yǎng)元素，還含有豐富的腐殖酸、有機質(zhì)、生長激素、氨基酸、微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有營養(yǎng)元素種類全、肥料速緩效果兼有等特點，是生產(chǎn)高品位優(yōu)質(zhì)有機肥的來源。黃瓜種植面積大，產(chǎn)量高，是全國夏季最常見的蔬菜作物之一，因此，筆者以黃瓜種子為材料進行試驗，不僅為抗生素菌渣發(fā)酵沼液肥料化處理提供技術(shù)支持，還為蔬菜及大田作物種植中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

黃瓜種子：津優(yōu)1號，購自河北省農(nóng)科院。

沼液：頭孢菌素C厭氧發(fā)酵沼液，來自華北制藥厭氧發(fā)酵系統(tǒng)(見表1)。

表1 頭孢菌素C厭氧發(fā)酵沼液理化性質(zhì) (%)

1.2 實驗方法

1.2.1 沼液浸種

用沼液和去離子水配置8個濃度(V/V)，稀釋0，2，5，10，20，50，100，200倍以及不加沼液的清水作為對照；在9個平板(平板直徑12 cm)中分別加入40 mL處理液,不同濃度沼液浸泡黃瓜種子4 h，之后用清水沖洗干凈，放進鋪有2層濾紙的平板中，每個平板注入2 mL去離子水將濾紙浸濕，并且每個平板放置20粒種子，3次重復(fù)，25℃～30℃恒溫培養(yǎng);每天視平板中紗布的濕度噴灑適量清水，并統(tǒng)計發(fā)芽情況，計算發(fā)芽率,第3天測量種子濕重、芽、根的長度。其中：

發(fā)芽率(%) =n/N×100

式中：n為發(fā)芽數(shù)，N為種子總數(shù)。

1.2.2 沼液直接催芽

用沼液和去離子水配置8個濃度(V/V)，稀釋0，2，5，10，20，50，100，200倍以及不加沼液的清水作為對照；9個處理組每個做3個平行，每個平板鋪上兩層濾紙，注入6 mL處理液，放20粒黃瓜種子；每天視平板中紗布的濕度噴灑適量清水，并統(tǒng)計發(fā)芽情況，計算發(fā)芽率。第3天測量種子濕重、芽、根的長度。

1.2.3 沼液對黃瓜種子根芽生長影響

將預(yù)選好的黃瓜種子，用去離子水洗凈、浸濕，然后將種子放于鋪有兩層濾紙的平板中，每個平板注入2 mL去離子水將濾紙浸濕，25℃恒溫培養(yǎng)，待其種子萌發(fā)。取出進行壓板實驗，具體方法為：在40 cm×25 cm泡沫板的中央放置一張30 cm×30 cm見方的濾紙，濾紙上沿距泡沫板上沿3 cm，然后在距濾紙上沿4 cm處擺20顆黃瓜種子，種子放置時寬頭向上。將擺好種子的泡沫板上再蓋一張泡沫板，然后將夾好種子的兩層泡沫板固定好后豎直放置于已裝滿不同濃度沼液的托盤中(用沼液和去離子水配置8個濃度(V/V)為稀釋0，2，5，10，20，50，100，200倍以及不加沼液的清水作為對照)，將濾紙浸到液面以下。室溫培養(yǎng)7 d，然后測量各個處理種子芽、根長度及每個處理的評價濕重。

數(shù)據(jù)計算與統(tǒng)計分析：根據(jù)發(fā)芽試驗結(jié)果，計算種子發(fā)芽率、根長、莖長，用EXCEL進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 沼液浸種對黃瓜種子萌發(fā)影響

黃瓜種子經(jīng)頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液浸種后，沼液原液浸種的處理發(fā)芽率為83%，其余處理種子萌發(fā)率均在90%以上，結(jié)果見圖1，其中稀釋2～200倍沼液與對照相比，發(fā)芽率差異不顯著。從圖2可知，沼液稀釋100倍種子平均濕重最高，顯著高于對照組與其他組處理(P<0.05)。經(jīng)沼液浸種后，種子萌發(fā)芽長及根長變化趨勢一致(見圖3，圖4)，種子的根長、芽長隨沼液稀釋倍數(shù)的增大呈上升后降趨勢，原液和稀釋2倍處理組的根長和芽長顯著低于其它處理組和對照組(P<0.01)。沼液稀釋100倍時，浸種后種子芽長和根長都達最大值。因此，說明沼液原液浸種對黃瓜種子萌發(fā)生長有抑制作用，而在稀釋100倍時，沼液浸種可以促進黃瓜種子萌發(fā)及芽和根的生長。

圖1 沼液對種子發(fā)芽率影響

圖2 沼液對種子萌發(fā)平均濕重影響

圖3 沼液對種子萌發(fā)芽長影響

圖4 沼液對種子萌發(fā)根長影響

2.2 沼液催芽對黃瓜種子萌發(fā)影響

直接用沼液催芽(結(jié)果見圖5)，原液和2倍稀釋沼液處理種子，發(fā)芽率為0，沼液稀釋5倍處理，種子發(fā)芽率僅為47%，而對照組發(fā)芽率為92%。稀釋10倍以上沼液處理，發(fā)芽率在80%以上，經(jīng)顯著性分析(P>0.05)，與對照組差異不明顯。因此，高濃度沼液抑制種子萌發(fā)，稀釋10倍以上，可以解除對黃瓜種子發(fā)芽的抑制作用。

沼液處理黃瓜種子，其平均濕重、芽長、根長均呈先上升后下降趨勢(見圖6～圖9)，雖然沼液稀釋5倍種子萌發(fā)，但高濃度處理液對種子生長依然有很強的抑制性，其濕重、芽長及根長顯著低于對照，嚴重抑制了種子的萌發(fā)和生長。隨著沼液稀釋倍數(shù)的增加，其抑制作用逐漸降低，在100倍稀釋時，平均濕重、芽長和根長分別達最大值265 g，5.38 cm和8.49 cm，與對照組相比提高了5.58%，7.82%和12.45%。

圖5 沼液對種子發(fā)芽率影響

圖6 沼液對種子萌發(fā)平均濕重影響

圖7 沼液對種子萌發(fā)芽長影響

圖8 沼液對種子萌發(fā)根長影響

圖9 種子萌發(fā)圖片

與沼液浸種試驗相比，沼液催芽試驗中，高濃度沼液對種子萌發(fā)抑制作用更明顯，稀釋50倍以上才解除沼液的抑制作用。該結(jié)果與其他原料，如畜禽糞便厭氧發(fā)酵沼液對種子萌發(fā)的影響結(jié)果相一致，即高濃度沼液對種子的生長不利，隨著稀釋倍數(shù)的增大，不利影響逐漸減弱，甚至與對照相比出現(xiàn)了促進生長的最優(yōu)濃度。這主要是因為沼液含有作物種子所需的多種水溶性營養(yǎng)物質(zhì)，種子吸收后能刺激其生長，提高發(fā)芽率，加強了種子芽根的生長，但沼液濃度過高后，其中的成分可能就會起到不利影響，會出現(xiàn)燒壞種子的現(xiàn)象，產(chǎn)生嚴重的抑制作用，破壞作物的正常生長。當(dāng)濃度過低后，又不能夠?qū)ΨN子起到刺激生長的作用[4-7]。

2.3 沼液對黃瓜種子根芽生長影響

壓板實驗是在種子都處于萌發(fā)狀態(tài)下利用不同濃度沼液進行培養(yǎng)，對種子的生長更為直觀。結(jié)果如圖10～圖13所示，種子萌發(fā)后的芽長和根長隨著處理液稀釋倍數(shù)的增大呈現(xiàn)出先增后降的趨勢。高濃度沼液處理種子，芽長、根長都受到明顯抑制，稀釋5～10倍時，芽長、根長逐漸增長，沼液稀釋100倍時，芽長、根長和濕重都達到最大值，分別為8.42 cm，12.67 cm和0.28 g，與對照組相比提高了13.2%，24.0%和29.2%。進一步說明高濃度沼液抑制黃瓜種子萌發(fā)和生長，隨著沼液稀釋濃度的增加，抑制作用逐漸消除，并且在稀釋100倍時，對黃瓜種子萌發(fā)和生長還有一定的促進作用。與沼液對黃瓜種子浸種和催芽試驗結(jié)果相一致。表明利用該沼液對黃瓜種子催芽或者苗期施肥等效果要優(yōu)于浸種，為沼液研制生物有機肥及其施用提供技術(shù)支持。

圖10 沼液對種子萌發(fā)芽長影響

圖11 沼液對種子萌發(fā)根長影響

圖12 沼液對種子萌發(fā)濕重的影響

圖13 壓板試驗圖片

3 結(jié)論

利用頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液對黃瓜種子浸種、催芽及壓板試驗，結(jié)合發(fā)芽率、平均濕重、芽長、根長這4個指標，說明沼液短時間浸種，沼液原液對黃瓜種子萌發(fā)和生長有顯著抑制作用，其他處理間差異不顯著。利用沼液直接催芽和施用，對黃瓜種子萌發(fā)和生長影響顯著，高濃度沼液對種子萌發(fā)和生長有抑制作用，隨著沼液稀釋倍數(shù)的增加，抑制作用逐漸解除，并且在稀釋100倍時，對種子萌發(fā)和生長有促進作用。因此，將藥渣厭氧發(fā)酵殘留物肥料化處理，在合適的濃度范圍內(nèi)，既能促進種子的萌發(fā)、作物增產(chǎn)，而且可以解決頭孢菌素C菌渣厭氧發(fā)酵沼液后處理問題，減少環(huán)境污染，對制藥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

[1] 國家環(huán)境保護總局．GB 18597-2001 危險廢物貯存污染控制標準[M]．北京:中國標準出版社, 2002: 2-3.

[2] 艾 晗, 石 鵬, 王 輝, 等.抗生素制藥菌渣處理處置技術(shù)評價與分析[J].環(huán)境工程學(xué)報, 2016,10(2):906-914.

[3] 李再興，田寶闊，左劍惡，等.抗生素菌渣處理處置技術(shù)進展[J].環(huán)境工程,2012,30(2):72-75.

[4] 丁京濤, 沈玉君, 孟海波, 等.沼渣沼液養(yǎng)分含量及穩(wěn)定性分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報, 2016, 18(4):139-146.

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ApplicationEffectofSlurryofDigestedCephalosporinCResiduesonCucumberSeedGermination

RAOShuo1,2，XIYan-hua1，CUIGuan-hui1，ZHAOYan-xiao1，YANGYong-hui3,GUOJie2，ZHANGLi-ping1，CHENGHui-cai1

(1.Instituteofbiology,HebeiAcademyofSciences，Shijiazhuang050081，China; 2.SchoolofEnvironmentHebeiUniversityofScience&Technology，Shijiazhuang050018,China； 3.NCPCEnvironmentProtection&ResearchCoLT，Shijiazhuang050015，China)

In order to solve the problem of resources utilization of digested Cephalosporin C residue slurry, the paper analyzed the effects of different concentration of biogas slurry on the germination of cucumber seeds, bud and root growth.The results showed that biogas slurry without diluting had obvious inhibition on cucumber seed germination with a germination rate of 83%.There were no significant differences among the other treatments with germination rate above 90%.In the test of cucumber seed germination-accelerating and cultivation, it was found that the high concentration of biogas slurry on seed germination and growth had strong inhibition.With the increase of dilution ratio, the inhibition effect was gradually relieved.When the biogas slurry was diluted 100 times, it had promotion on seed germination and growth.Especially, in the cucumber seeds cultivation experiment, with 100 time diluted slurry, the bud length, root length and wet weight increased by 13.2%, 24% and 29.2% respectively comparing with the control.

slurry of digested Cephalosporin C residues; soaking seed; cucumber seed; germination

2016-11-09

2017-08-15

項目來源： 河北省科技支撐項目(15293805D； 17273806D)； 河北省高層次人才資助項目(E2015100006)

饒 碩(1994- ),女,河北廊坊人,碩士研究生,主要從事環(huán)境科學(xué)方面工作，E-mail: 1274053893@qq.com

程輝彩，E-mail: huicaicheng@163.com

S216.4; X787

A

1000-1166(2017)06-0010-05