發(fā)酵中藥渣對小麥幼苗生長及抗氧化性能的研究

周玉平,喬宏萍，蘇瑞軍，武曉英

(太原師范學院生物系，山西 晉中 030619)

我國是中草藥的發(fā)源地，資源分布廣泛，種類繁多，產量可觀，在生產加工過程中會產生大量的廢棄物藥渣.這些藥渣主要來源于中藥材的加工與炮制、原料藥的生產、中成藥的生產以及含中藥成分的輕化工產品生產等，其中以中成藥產生的藥渣量最大，約占藥渣總量的70%[1].傳統(tǒng)的中藥渣的處理方法通常將其作為垃圾進行填埋、焚燒、固定區(qū)域堆放等.這種處理方法不僅會嚴重污染自然環(huán)境，而且會耗費大量人力物力，增加企業(yè)生產成本，造成自然資源的浪費.因此，在提倡低碳環(huán)保、節(jié)能減排的當代社會，我們在開發(fā)利用中藥資源的同時，合理處理和利用中藥藥渣顯得尤為重要.如何有效地對中藥藥渣進行處理，減少或消除其帶來的環(huán)境污染和安全隱患，同時對其進行合理的資源化利用、變廢為寶，節(jié)約中藥生產成本，為制藥企業(yè)帶來經濟效益，加強藥渣安全監(jiān)控，已成為中藥制藥企業(yè)亟不可待需要解決的問題.近年來出現了許多學者對中藥渣變廢為寶的研究,如飼料添加劑、生產綠色無污染有機肥、處理廢水、開發(fā)利用生物質能源、用于栽培食用菌等[2-4].中藥渣中含有大量的纖維素和木質素等成分，直接作為生物肥料很難很快被植物所吸收利用，因此本試驗將中藥渣通過微生物發(fā)酵后作為生物肥料，研究其對農作物的作用效果.

本實驗室與山西瑞象生物藥業(yè)有限公司合作，將其生產的清瘟解毒口服液殘余的藥渣，通過發(fā)酵后，小麥作為供試作物，以幼苗生長性能和抗氧化酶活性為指標測定其作用效果，為進一步研究在農業(yè)生產中的應用和中藥藥渣變廢為寶提供了重要的理論依據和實際意義.

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

中藥藥渣：清瘟解毒口服液中藥藥渣,由山西瑞象生物藥業(yè)有限公司提供.

某品牌小麥種子和某品牌生物有機肥：市場購買.

菌株：里氏木霉CZ-F、乳酸菌XXW菌和DYR菌，由太原師范學院微生物實驗室分離獲得.PDA和MRS培養(yǎng)基，北京索萊寶科技有限公司購買.

1.2 試驗方法

將藥廠取回來的藥渣曬干、粉碎，取200 g加入2%的葡萄糖，1.5倍蒸餾水混勻，裝入發(fā)酵袋中，121 ℃、滅菌40 min.將滅好菌的藥渣中加入5%PDA活化的里氏木霉CZ-F、5%MRS活化的乳酸菌XXW和DYR混合菌液，放入30 ℃恒溫培養(yǎng)箱發(fā)酵7 d.發(fā)酵好的藥渣加入在土壤中,使其濃度分別為1%、5%、10%，攪拌混勻，作為三個不同處理A、B、C，土壤中加入1%市售生物肥料為對照組D，土壤中不加任何肥料的為空白組E.分別取50顆飽滿圓潤的小麥種子均勻放入花盆中，室溫培養(yǎng)，每個處理設3個重復.每天觀察出苗數并記錄，出苗14天測量幼苗的干濕重與株高，取幼苗地上部分測定各項抗氧化指標.

1.3 測定指標及方法

通過每天統(tǒng)計的出苗數最后計算出苗率.14 d后測量株高、干重和鮮重，計算每個處理平均值.每個處理取1 g組織，冷凍勻漿，4 ℃下4 000 r/min離心10 min，取上清液進行抗氧化指標的測定，包括總蛋白含量、丙二醛MDA、過氧化氫酶CAT、過氧化物酶POD和總超氧化歧化酶T-SOD，均采用南京建成生物工程研究所試劑盒測定.

1.4 統(tǒng)計方法

用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進行數據統(tǒng)計及單因素方差分析.

2 試驗結果與分析

2.1 不同處理條件對小麥幼苗生長性能的影響

土壤中加入不同濃度的藥渣對小麥出苗率、株高、鮮重和干重都有不同程度的增加，見表1.從出苗率結果可以看出高濃度的發(fā)酵藥渣(5%和10%)顯著(P<0.05)高于其他處理，二者沒有明顯的差異.對小麥幼苗株高的影響5%藥渣、10%藥渣與空白對照相比，差異顯著(P<0.05)，加入5%的藥渣后與空白比較株高增加了6.2%，與肥料組差異不明顯(P>0.05)，表明添加一定濃度的發(fā)酵藥渣后可以明顯促進小麥植株的生長.土壤中加入5%與10%的藥渣后對小麥幼苗鮮重和干重與空白比較，都有所增加，尤其是干重分別增加了20%和22.1%，而施1%生物肥料土壤中幼苗干重僅僅增加了10.4%.

表1 不同處理條件對小麥出苗率、株高、鮮重和干重的影響

表1中數值為平均值±標準誤差(n=3)，同列數據不同大寫字母表示P<0.05水平，下圖同此.

2.2 不同處理條件對小麥幼苗丙二醛(MDA)含量的影響

丙二醛MDA是脂質過氧化的最終產物,能間接反映植物細胞過氧化的程度，其產生能加劇膜的損傷，因此在植物抗性生理研究中是常用的一個指標[5].本研究測定了不同濃度發(fā)酵中藥渣栽培小麥后，是否對幼苗產生損傷，由圖1結果可以看出，只有加了肥料種植的小麥幼苗的MDA含量明顯高于藥渣組和空白組，對細胞有一定的毒性，可達1.941 9 nmol/g，可能與實驗肥料施加濃度高有關系.不同濃度的藥渣組MDA含量與空白組沒有顯著差異(P>0.05)，從而可以說明土壤中加入藥渣后對小麥幼苗沒有損傷.

圖1 不同培養(yǎng)條件下對小麥幼苗MDA含量的影響

2.3 不同處理條件對小麥幼苗過氧化氫酶(CAT)含量的影響

過氧化氫酶CAT是植物體內含量比較高的一種酶，存在于過氧化物酶體中，對細胞起保護作用[6].本研究測定的CAT結果由圖2可以看出，三個不同濃度的藥渣組與空白組有顯著的差異(P<0.05)，CAT酶的活性都高于對照，10%藥渣組與對照相比增加了2.8%.D肥料組CAT活力顯著高于其他四組，可達4.06 U/mgprot.

圖2 不同培養(yǎng)條件下對小麥幼苗CAT含量的影響

2.4 不同處理條件對小麥幼苗過氧化物酶(POD)含量的影響

過氧化物酶POD植物體內的一類氧化還原酶，具有消除過氧化氫和解毒的雙重作用.由圖3測定結果可看出，D組(肥料組)POD活力與其他組對比有顯著性差異(P<0.05)，最高可達6.642 U/mgpro.E組(空白組)POD活力顯著低于其他組(P<0.05)，藥渣組POD活力雖然略低于D組，但明顯高于空白組，10%藥渣組最高可比空白組高4.1 U/mgprot.

圖3 不同培養(yǎng)條件下對小麥幼苗POD含量的影響

2.5 不同處理條件對小麥幼苗總超氧化物歧化酶(T-SOD)含量的影響

超氧化物歧化酶(SOD)植物體產生的能消除生物體在新陳代謝過程中產生有害物質的一種保護酶[7].由圖4可以看出，處理C(10%藥渣)與D(1%肥料)顯著高于其他處理(P<0.05)，1%和5%藥渣組SOD的含量也顯著高于空白對照(P<0.05)、土壤中添加10%的藥渣組的酶活性可以達到175 U/g，比空白對照59.3 U/g高2.95倍,與肥料組沒有顯著性差異(P<0.05).

圖4 不同培養(yǎng)條件下對小麥幼苗T-SOD含量的影響

3 討論

國家發(fā)改委印發(fā)的《“十四五”循環(huán)經濟發(fā)展規(guī)劃》要求，大力發(fā)展循環(huán)經濟和廢舊物資循環(huán)利用體系.中藥渣作為中藥加工業(yè)的廢棄物，其中富含纖維素、蛋白和多糖等有機物質，含有氮磷鉀等礦物質營養(yǎng)，直接廢棄造成資源的絕對浪費，因此近些年出現了一些將藥渣直接作為肥料的研究.如常義軍等[8]以不同配比的中藥渣施于土壤種植春、秋兩季玉米，發(fā)現按 1∶1、1∶2、1∶3 的比例添加可使土壤有機質含量顯著增加，春、秋玉米產量分別提高 81.2%和 28.9%.江蘇省南京市蔬菜研究所利用中藥渣原料，成功研制適合蔬菜有機栽培的藥渣有機肥，此肥料與適量無機肥相配合的使用，大大減少了肥料的用量，降低了經濟成本，在一般的土地可增產20%～30%[9].而本研究是將藥渣進行微生物發(fā)酵降解來促進植物的吸收，在通過對小麥幼苗生長效果的測定中發(fā)現對幼苗的出苗率、幼苗生物量都有明顯的促進作用.SOD、CAT和POD組成的活性氧化酶可以清除系統(tǒng)在作物生長過程產生的有毒有害物質，對細胞起保護作用，通過發(fā)酵藥渣栽培小麥后，三種酶的活性與空白對照比較有明顯的提高，與市售生物肥料比較效果相當，因此可以看出發(fā)酵藥渣可以作為生物肥料種植小麥，這樣不僅可以解決藥渣資源再利用的問題，同時還可以為生物肥料代替化學肥料提供更好的思路，但是此研究僅僅集中在小麥幼苗期進行試驗，后續(xù)對產量的影響、作用機理等還有待于進一步完善.

4 結論

通過微生物乳酸菌和木霉菌混合對中藥渣發(fā)酵后,將其作為生物肥料，對小麥幼苗生長量具有明顯的促進作用，還可以提高SOD、CAT和POD三種酶的活性，此研究結果可以為中藥渣的回收再利用提供理論參考.