不同活性菌配方的丸化種衣劑對高粱生物學(xué)及生理的影響研究

樊娟，龍海江，閻夢，任明見，蔡洪靜，安柳，王言，胡安龍*

（1.貴陽人文科技學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院 貴州貴陽 550002；2.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院 貴州貴陽 550002）

高粱[Sorghum bicolor(L.) Moench]是我國重要的旱田作物之一，其具有多重抗性、光合效應(yīng)高且強大的雜種優(yōu)勢，是抗旱、防洪賑災(zāi)的主要作物[1]。在我國，高粱的播種面積較大，分布較廣，是我國北方和西南山區(qū)以及其他旱谷地區(qū)人民的主要糧食之一[2]。丸化種衣劑作為新型植物保護手段，可在種子表面形成可防治病蟲害、針對性給肥、促進植株生長及種子大粒化的緩釋層[3]，目前在煙草、芝麻、甜菜等種子上已有廣泛應(yīng)用[4]。生物型種衣劑能促進植株生長，誘導(dǎo)植株產(chǎn)生抗病性。Ramin 等人[5]使用熒光假單胞菌和哈茨木霉真菌包衣孜然種子，結(jié)果表明，在干旱脅迫環(huán)境下，包衣處理提高了孜然種子的性能，并在一定程度上緩解了干旱脅迫對種子萌發(fā)及幼苗生長帶來的不利影響。黑曲霉（Aspergillus niger）因其具有強大的聚合物降解酶系統(tǒng)、產(chǎn)酸能力及蛋白質(zhì)分泌能力而在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵[6]。此外，黑曲霉還可溶解土壤中的難溶鹽分[7]，改善土壤板結(jié)[8]，促進植株生長[9]，近年成為農(nóng)業(yè)上的新型研究熱點。粉紅粘帚菌（Clonostachys rosea）是一種具有生防作用的真菌，對番茄幼苗具有一定的促生作用[10]。黑曲霉和粉紅粘帚菌均適合開發(fā)為生物種衣劑，但目前關(guān)于將二者引入高粱丸化種衣劑中并探究最佳藥種比及對高粱生長影響的研究鮮有報道。本文研究了2種活性菌丸化種衣劑的不同藥種比對高粱種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以篩選出最佳的活性菌配方及包衣含量，為生物丸化種衣劑的開發(fā)和科學(xué)合理使用，以及高粱良種生產(chǎn)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022 年3 月在貴州省貴陽市花溪區(qū)貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院育苗溫室內(nèi)進行。

主要試驗材料為紅纓子高粱種子（河北漢青種業(yè)有限公司產(chǎn)品）。

主要試劑為1×1010cfu/g 黑曲霉孢子粉（山東和眾康源生物科技有限公司產(chǎn)品），1×1010cfu/g粉紅粘帚菌孢子粉（北京啟高生物科技有限公司產(chǎn)品），載體硅藻土、崩解劑羧甲基纖維素鈉、滑石粉、警戒色酸性大紅、成膜劑海藻酸鈉（均購于山東優(yōu)索化工科技有限公司產(chǎn)品）。

主要儀器設(shè)備為BY-300 包衣機（貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院任明見老師提供）。

1.2 試驗方法

1.2.1 高粱種子的精選

購買的種子置于1 000 mL 玻璃燒杯中，加入純水沒過種子表面，用玻璃棒攪拌，浸泡5 min后清除上層漂浮物，下層沉淀物瀝水后置于900 mL 0.1%的高錳酸鉀溶液中浸泡15 min 后取出，純水反復(fù)清洗3遍后自然風(fēng)干備用。

1.2.2 活性菌丸化種衣劑的制備

分別將黑曲霉孢子粉、載體硅藻土和崩解劑羧甲基纖維素鈉混合制成含菌硅藻土，使黑曲霉孢子粉包衣濃度分別為2×108、4×108、6×108、8×108、1×109cfu/g（分別記作HQ2、HQ4、HQ6、HQ8、HQ10），粉紅粘帚菌包衣濃度分別為1×106、2×106、4×106、8×106、1.6×107cfu/g（分別記作FH1、FH2、FH4、FH8、FH16）；警戒色酸性大紅與成膜劑海藻酸鈉混合制成1%的紅色膜液。

1.2.3 丸化高粱種子的制備

經(jīng)消毒、清洗、風(fēng)干后的種子置于BY-300 旋轉(zhuǎn)包衣機內(nèi)，啟動包衣機后不斷加入含菌硅藻土，待丸化種子粒徑達5 mm 后空轉(zhuǎn)3 min 取出，將粒徑不合格丸化種及雜質(zhì)去除，重新將粒徑達標丸化種放至包衣機內(nèi)，添加紅色膜液，待每一層膜液完全干透后再噴施第二層，如此反復(fù)，添加5層膜液后取出，35 ℃烘干即制成活性菌丸化高粱種。參照上述方法制備不含活性菌的空白丸化種。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 室內(nèi)發(fā)芽及出苗試驗

參照國家標準《農(nóng)作物種子檢驗規(guī)程》（GB/T 3543.1～7—1995）方法進行室內(nèi)發(fā)芽試驗。分別將20 粒活性菌丸化種置于底部有潤濕棉花的無菌培養(yǎng)皿上，加入無菌水至種子浸潤后置于恒溫恒濕培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)3 d后測定發(fā)芽勢，7 d后測定發(fā)芽率，15 d 后計算出苗率，設(shè)置空白丸化種（WH）及未包衣裸種（CK）為對照，各處理重復(fù)3次。

發(fā)芽勢（%）=發(fā)芽種子總數(shù)/種子總數(shù)×100

發(fā)芽率（%）=發(fā)芽種子總數(shù)/種子總數(shù)×100

出苗率（%）=出苗數(shù)/種子總數(shù)×100

1.3.2 盆栽幼苗素質(zhì)

播種土為貴陽人文科技學(xué)院花溪校區(qū)試驗田土與市購營養(yǎng)土1∶1混合，浸潤土壤后播種20?；钚跃杌N于塑質(zhì)花盆內(nèi)（φ=8 cm，h=10 cm），表面蓋薄細土，置于恒溫恒濕溫室內(nèi)進行培養(yǎng)，20 d后每個處理隨機選取10株測定幼苗素質(zhì)。根系活力、葉綠素含量、可溶性蛋白含量等測定參照李小方等使用的方法[11]。根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法；使用分光光度計定量測定高粱幼苗葉綠素含量；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍G-250染色法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05 做方差分析和顯著性檢驗，以α=0.5 為顯著水平。Microsoft Excel 2010 軟件數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱發(fā)芽及出苗的影響

由表1 可知，黑曲霉孢子粉包衣處理（HQ）高粱種子發(fā)芽及出苗平均水平高于粉紅粘帚菌包衣處理（FH）。FH1～FH16 發(fā)芽勢較CK 分別降低11.66%、21.66%、1.66%、35.00%和46.66%，較WH分別降低13.33%、23.33%、3.33%、36.67%和48.33%，除FH4與CK和WH發(fā)芽勢差異未達顯著水平外（α=0.05），其余處理均顯著降低高粱種子發(fā)芽勢（α=0.05）；HQ2、HQ6、HQ8 及HQ10 發(fā)芽勢較CK 分別降低3.33%、8.33%、16.66%和31.66%，較WH分別降低5.00%、10.00%、18.33%和33.33%，其中，HQ8 和HQ10 顯著降低高粱種子發(fā)芽勢（α=0.05）；FH8、FH16、HQ8 和HQ10顯著降低高粱種子發(fā)芽率（α=0.05）；FH4 出苗率較CK 和WH 提高5%，HQ4 較CK 和WH 提高6.66%，其余處理則使出苗率下降，且FH2、FH8、FH10、HQ8 和HQ10 均顯著降低種子出苗率（α=0.05）。

表1 不同活性菌配方包衣高粱對種子發(fā)芽及出苗的影響

2.2 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱幼苗素質(zhì)的影響

活性菌包衣對高粱幼苗根長、株高及單株鮮重有較明顯的影響。由圖1（圖中誤差線為標準誤差，圖2—圖5 同） 可知，F(xiàn)H1、FH2、FH8、FH16、HQ8 及HQ10 顯著抑制幼苗根系生長，使根長分別減少3.27、2.20、5.10、4.70、1.13 cm 和5.50 cm（α=0.05）；

圖2 不同活性菌配方包衣對高粱幼苗株高的影響

由圖2可知，除FH1外，其余處理均使高粱幼苗矮化，株高降低。FH2～FH16 使株高分別降低5.33、1.86、3.93、6.40 cm，HQ 處理使株高分別降低2.26、3.00、3.40、5.86、3.30 cm，其中FH2、FH16及HQ8的抑制作用達顯著水平（α=0.05）。

由圖3可知，F(xiàn)H處理后，以FH4處理的單株鮮重最高，為0.11 g，與CK處理、WH處理比較，分別增加了0.04、0.05 g；HQ處理后，以HQ4處理的最高為0.13 g，與CK處理、WH處理比較，分別增加了0.06、0.06 g，且差異顯著（α=0.05）。

圖3 不同活性菌配方包衣對高粱幼苗單株鮮重的影響

2.3 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱根系活力的影響

由表2 可知，除HQ10 和WH 外，其余處理均顯著提高了植株的根系活力（α=0.05）；FH 處理中，F(xiàn)H1、FH2、FH4、FH8 及FH16 使植株根系α-萘胺氧化量較CK 提高13.49、13.71、35.49、30.45、10.98 μg·g-1·h-1，以FH4提升根系活力作用最為顯著（α=0.05）；HQ處理中，各處理使植株根系α-萘胺氧化量分別提高10.48、32.62、28.95、19.02、2.37 μg·g-1·h-1，HQ4顯著增加植株根系活力（α=0.05）。

表2 不同活性菌配方包衣對高粱根系活力的影響

2.4 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱幼苗葉綠素含量的影響

由圖4（圖中誤差線為標準誤差，下圖同）可知，丸化及各活性菌丸化處理均能顯著增加高粱幼苗的葉綠素含量（α=0.05）。WH 使幼苗葉綠素含量提高4.1 mg/g；FH 各處理分別使幼苗葉綠素含量增加5.92、6.58、13.22、10.08、7.55 mg/g，其中以FH4提高葉綠素含量作用最為顯著（α=0.05）；HQ處理中，各處理使高粱幼苗葉綠素含量分別增加7.61、12.65、9.24、6.29 mg/g 及2.59 mg/g，以HQ4作用最為顯著（α=0.05），且HQ4處理后，隨著菌含量的上升，高粱幼苗葉綠素下降，且各處理之間差異達顯著水平（α=0.05）。

圖4 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱幼苗葉綠素含量的影響

2.5 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱幼苗可溶性蛋白含量的影響

由圖5可知，丸化及各活性菌丸化處理均能顯著增加高粱幼苗的可溶性蛋白含量（α=0.05）。WH 處理使可溶性蛋白含量增加0.045 mg/g；FH各處理分別可溶性蛋白含量分別增加0.064、0.080、0.117、0.075、0.063 mg/g；HQ各處理使可溶性蛋白含量分別增加0.096、0.174、0.153、0.105 mg/g和0.040 mg/g，其中以HQ4處理作用最為顯著，HQ6 次之，隨著菌含量的增加，幼苗可溶性蛋白含量逐漸減少，且HQ4、HQ6 與HQ8、HQ10之間差異顯著（α=0.05）。

圖5 不同活性菌配方丸化種衣劑對高粱幼苗可溶性蛋白含量的影響

3 討論與結(jié)論

在植株生長過程中，種子萌發(fā)源于水分的吸收，水分吸收是啟動種子萌發(fā)的關(guān)鍵觸發(fā)因素[12]。種子丸粒化處理是在種子外層包裹具有針對性功能的附著物，以達到種子大粒化、提供營養(yǎng)、減少病蟲害及增加植株抗逆性等目的[13]。蘆光新[14]等人研究指出，采用羊糞和黏土為主要填充劑和粘合劑的包衣材料制作4種牧草丸化種子，經(jīng)丸化處理的牧草種子萌發(fā)期均有延遲，發(fā)芽勢、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)等指標均顯著降低。而在本研究中，使用以硅藻土及羧甲基纖維素鈉為主要填充劑及粘合劑的丸化包衣材料處理高粱種子后，未添加活性菌的丸化種子與裸種發(fā)芽勢、發(fā)芽率及出苗率均無顯著差異，丸化處理雖降低了種子的發(fā)芽勢，但未達到顯著水平。結(jié)果不一致的原因可能是填充劑、崩解劑及種子的不同導(dǎo)致種子萌發(fā)期間吸收水分的時間和能力產(chǎn)生差異，從而對種子發(fā)芽產(chǎn)生不一樣的影響。羅振亞[15]研究表明，在棉花丸化種衣劑中添加枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）YZ菌株原粉可防治棉花苗期病害，實現(xiàn)壯苗、發(fā)根效果。本研究證實，在丸化種衣劑中添加適量的粉紅粘帚菌和黑曲霉可提高種子發(fā)芽率及出苗率，但菌含量過量會導(dǎo)致高粱種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率及出苗率顯著降低。

Ramzan 等[16]用生防制劑將綠豆丸化后進行播種，可促進綠豆根系生長及定植。本研究表明，使用粉紅粘帚菌及黑曲霉丸化種衣劑處理高粱種子，可使高粱植株株高降低，根長伸長，單株鮮重增加。高粱莖稈較細，在生長過程中株高過長會使高粱植株的抗倒伏能力減弱。因此，本文中的丸化處理使高粱植株矮化，但結(jié)合根長和單株鮮重綜合分析得出，高粱幼苗生長良好，添加粉紅粘帚菌及黑曲霉菌的丸化種衣劑對高粱植株生長發(fā)育是有促進作用的。

熊海蓉[17]等研究指出，用丸化型種衣劑包衣水稻種子可使水稻的根系活力、脯氨酸含量、成秧率及葉綠素含量提高。陳紅剛[18]等人的研究也表明，丸化處理可使黨參植株幼苗葉綠素含量增加，增強其光合作用能力，使植株幼苗素質(zhì)增強。本文中，在丸化種衣劑中添加適量的粉紅粘帚菌和黑曲霉可提高植株幼苗根系活力、葉綠素及可溶性蛋白含量，但菌含量過量會導(dǎo)致高粱植株幼苗素質(zhì)降低。

因此，采用4×106cfu/g粉紅粘帚菌及4×108cfu/g黑曲霉丸化種衣劑包衣高粱種子，可使高粱生長發(fā)育健壯。其中，以4×106cfu/g 粉紅粘帚菌促進植株根長、根系活力及葉綠素含量效果最好，4×108cfu/g黑曲霉則對促進高粱種子萌發(fā)、出苗、植株單株鮮重及可溶性蛋白含量效果最佳。因此，在生產(chǎn)中，推薦使用4×108cfu/g 黑曲霉包衣高粱種子。