黑曲霉发酵液对石灰性土壤中小麦幼苗生长的影响

吕 靖,田霄鸿,闫 辉,曹翠玲

(西北农林科技大学 a 生命科学学院，b 资源环境学院，陕西 杨凌 712100)

黑曲霉发酵液对石灰性土壤中小麦幼苗生长的影响

吕 靖a,田霄鸿b,闫 辉a,曹翠玲a

(西北农林科技大学 a 生命科学学院，b 资源环境学院，陕西 杨凌 712100)

【目的】 研究不同稀释度黑曲霉发酵液对石灰性土壤中苗期小麦生长的影响。【方法】 采用盆栽试验，以小偃22号为供试小麦品种，设置种植和不种植小麦2个试验组，待盆栽小麦生长3周后， 2个试验组均依次浇灌3种不同稀释度(分别稀释50，100，200倍)黑曲霉发酵液，以浇灌清水作为对照，分别测定不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦叶绿素含量、叶片及根系硝酸还原酶活性、小麦组织磷含量和生物量等的影响，并测定种植小麦和不种植小麦条件下不同稀释度黑曲霉发酵液对土壤pH、磷酸酶(酸性磷酸酶(ACP)、中性磷酸酶(NeP)、碱性磷酸酶(ALP))活性及无机磷形态和含量的影响。【结果】 在种植小麦的条件下，与对照相比，稀释100倍的黑曲霉发酵液明显增加了小麦叶片叶绿素总含量，显著提高了叶片及根系中硝酸还原酶活性以及小麦幼苗地上部分和根系的全磷含量，使得地上部分生物量显著增加。无论是在种植小麦或不种植小麦的条件下，当浇灌的黑曲霉发酵液稀释度相同时，土壤ACP活性最高， NeP活性次之， ALP活性最低。浇入相同稀释度的黑曲霉发酵液后，种植小麦处理的土壤ACP活性比不种小麦处理均有所提高。浇灌黑曲霉发酵液后,石灰性土壤中Ca2-P、Ca8-P和O-P含量增加，而Fe-P、Al-P、和Ca10-P含量降低。【结论】 适宜稀释度的黑曲霉发酵液能明显促进小麦的生长，活化土壤中难溶性磷，提高土壤有效磷含量。

石灰性土壤；黑曲霉发酵液；小麦；叶绿素；磷酸酶；无机磷

植物生长所需要的磷素主要来源于土壤，土壤中磷素的丰缺及供给状况直接影响着植物的生产水平[1]。我国北方土壤类型多为石灰性土壤，这类土壤含水量低，磷素移动性差[2]，无机磷组分以Ca-P为主，其占磷素总量的70%以上[3]。土壤溶液中的钙、镁离子对磷酸根有很强的固定作用[4]，因此石灰性土壤中可供植物吸收利用的有效磷含量很低。外施磷肥可以在一定程度上缓解植物的磷素亏缺，但由于石灰性土壤特定的理化性质及磷酸盐的化学行为，会导致土壤中总磷含量增加，而有效磷含量依旧很低[5-7]。因而开发利用石灰性土壤自身磷源，活化其难溶磷素以供给植物吸收利用是解决该类土壤磷素缺乏的有效途径[8]。

杨绍琼等[9]在室内培养的条件下，利用草酸处理石灰性土壤，其速效磷含量明显增加；刘丽等[10]发现，低分子质量有机酸的浓度与其活化土壤磷的强度呈正相关，不同种类的有机酸，对土壤磷的活化强度不同，柠檬酸活化能力要强于苹果酸[9]；郭劲松等[11]利用盆栽试验，对茄子叶面喷施有机酸，结果发现茄子的单果质量较对照组显著增加，植株的生长发育情况也得到改善；王向阳等[12]发现，对小麦叶面喷施一定浓度的水杨酸、琥珀酸等低分子质量有机酸可以延缓叶片的衰老，增加小麦产量；李迟园等[13]在低磷土壤中添加不同种类的低分子质量有机酸(柠檬酸、苹果酸、草酸)后发现，玉米单株生物量的积累均较对照组显著增加。上述试验中的有机酸均为分析纯的化学试剂，虽然对作物的产量增加及磷素的活化起到了积极的作用，但成本颇高，不适用于农田推广使用。

本试验利用纯化的黑曲霉菌种发酵玉米淀粉[14]，得到了以柠檬酸、酒石酸、草酸为主的混合有机酸，分析这种天然混合有机酸对石灰性土壤中磷素利用以及小麦幼苗生长的影响，以期为避免农业过量施用磷肥、促进石灰性土壤中磷素利用、减少磷源污染提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2012-05在西北农林科技大学进行。供试小麦品种为小偃22号。供试土壤取自西北农林科技大学北校区药用植物园，为连续多年未施肥的石灰性土壤，其养分含量为全磷565 mg/kg，速效磷7.01 mg/kg，含水量16.2%，pH约为7.2。

发酵所用黑曲霉菌株由西北农林科技大学微生物实验室提供，将菌株活化后[15]，接种玉米淀粉液体培养基中发酵72 h[15]。过滤，滤液于115 ℃下灭菌15 min，利用BREEZE型液相色谱仪测定发酵原液中有机酸的含量与种类[16]，主要检测到柠檬酸、酒石酸、草酸3种有机酸，其体积比为2∶1.5∶1。

试验采用的盆钵为塑料营养钵(直径18 cm，高15 cm)，每钵装土1.6 kg，共计72钵，分为2组，1组种植小麦(60钵)，每钵种20株；另1组不种植小麦(12钵)。当小麦幼苗长至1叶1心期(3周)时，将发酵原液分别稀释 50，100，200倍浇入2组试验盆钵中(浇入总量为300 mL，分3次浇入，浇灌时间分别为小麦生长的第24，26和28天)，以浇灌自来水的处理为对照，相应的种植小麦的处理分别为 T50-W、T100-W、T200-W、CK-W，不种植小麦的处理分别为T50、T100、T200、CK。种植小麦组中每处理重复15次，不种植小麦组中每处理重复3次。

1.2 测定项目与方法

于浇灌发酵液的3周后采样，测定以下指标。

1.2.1 小麦幼苗叶绿素含量、硝酸还原酶(NR)及根系活力的测定 叶绿素含量采用乙醇与80%丙酮混合液(V(乙醇)∶V(80%丙酮)=1∶1)浸提后，分别在646和663 nm波长下用比色法测定，并计算叶绿素总含量[17]；叶片和根系的硝酸还原酶(Nitrate reductase,NR)活性采用活体法[17]测定；小麦根系活力用TTC法[17]测定。

1.2.2 小麦生物量的测定 取完整小麦植株，用去离子水洗净后于105 ℃下杀青，85 ℃烘干至质量恒定，记录小麦各部分的干、鲜质量，并计算根冠比。

1.2.3 小麦植株P含量的测定 将植株干样用H2SO4-H2O2消化后，用钒钼黄比色法测定小麦地上部分和根系的磷含量，计算小麦全株磷含量[17]。

1.2.4 土壤pH值及磷酸酶活性的测定 土壤pH值用PHS-3C型pH仪测定。采用对硝基苯磷酸盐法[18]，分别测定酸性磷酸酶(ACP)、中性磷酸酶(NeP)、碱性磷酸酶(ALP)活性，相应的缓冲液分别为pH 5.0醋酸盐、pH 7.0柠檬酸、pH 9.6硼酸缓冲液，酶活性单位用1 h每g土产生对硝基酚的微克数(μg)表示[19]。

1.2.5 土壤无机磷种类与含量的测定 按照顾益初等[20]的方法，将土壤无机磷划分为Ca2-P、Ca8-P、O-P、Al-P、Fe-P和Ca10-P 6种。6种无机磷分别用不同试剂提取后，用钼蓝比色法[17]测定。

2 结果与分析

2.1 不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦幼苗叶绿素含量的影响

结果如图1所示。

由图1可看出，T100-W处理小麦总叶绿素含量最高，较CK-W处理增加了17%；T100-W处理还可促进叶绿素b合成，其叶绿素b含量较CK-W增加了31%。

2.2 不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦幼苗叶片及根系NR活性的影响

由图2可知，当浇灌的黑曲霉发酵液稀释度相同时，小麦幼苗根系的NR活性均高于叶片，说明小麦幼苗期氮素的同化在根部和叶片同时进行；黑曲霉发酵液对小麦叶片和根系的NR活性均有促进作用；随着黑曲霉发酵液稀释倍数的增加，叶片和根系NR活性均呈先增加后降低趋势。T100-W处理小麦叶片和根系NR活性均最高，显著高于其他处理(P<0.05)；其次是T200-W和T50-W处理，其叶片NR活性与CK-W处理差异不显著，而T200-W处理根系NR活性显著高于CK-W和T50-W处理。

2.3 不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦根系活力的影响

由图3可以看出，由于土壤磷供给不足，因此CK-W处理小麦幼苗根系活力较高，以获取足够的磷供给地上部分的生长。浇灌3种不同稀释度的黑曲霉发酵液后，小麦幼苗的根系活力均降低，其中T200-W处理小麦根系活力的降低幅度最大，其次是T50-W处理， T100-W处理降幅最小。这可能是因为黑曲霉发酵液中的有机酸溶解了土壤中的部分难溶磷，使得小麦根际土壤中的磷含量高于CK-W处理，导致小麦的地上部分生长强度大于根系生长，根系的竞争能力弱于地上部分，小麦根系活力降低。

2.4 不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦生物量的影响

由表1可知，向石灰性土壤中施加3种不同稀释度的黑曲霉发酵液均能显著促进小麦地上部分的生长，其促进能力依次为T100-W>T200-W>T50-W。与CK-W处理相比，3种黑曲霉发酵液处理小麦根系干质量都显著降低。从小麦幼苗全株的干质量来看，T100-W处理的促进效果最好，T200-W处理的次之，而T50-W处理的效果最差。CK-W处理小麦的根冠比最大，表明磷素优先供给根系生长；浇灌黑曲霉发酵液后小麦根冠比明显降低，说明黑曲霉发酵液改善了小麦根际的磷供应状况。

注：同列数据后标不同小写字母者表示差异显著(P<0.05)。下表同。

Note:Different letters on the same line indicate significant differences (P<0.05).The following is the same.

2.5 不同稀释度黑曲霉发酵液对小麦组织磷含量的影响

表2显示，3个黑曲霉发酵液处理中，T100-W处理小麦地上部分和根系的磷含量均最高，分别较CK-W处理显著增加了171%和63%(P<0.05)，其次为T200-W处理，T50-W处理均最低。与CK-W处理相比，施用不同稀释度黑曲霉发酵液均可明显增加小麦地上部分和根系磷含量。浇灌黑曲霉发酵液后，4个处理的小麦全株磷含量排序为T100-W>T200-W>T50-W>CK-W，且3个黑曲霉发酵液处理的小麦全株磷含量与对照差异均达显著水平(P<0.05)。CK-W处理的地上部分与根系磷含量比值最低，这可能是因为其土壤中可供小麦根系利用的磷含量极低，因此小麦地上部分的磷素向根系转移所致。

2.6 不同稀释度黑曲霉发酵液对土壤pH值及土壤磷酸酶活性的影响

表3显示，在浇入不同稀释度黑曲霉发酵液之后，种植小麦处理和不种植小麦处理土壤pH值均较不种植小麦对照组(CK)有所下降，呈弱酸性；种植和不种植小麦处理的土壤中，ACP活性最高， NeP活性次之， ALP活性最低。

表3显示，浇入相同稀释度的黑曲霉发酵液后，种植小麦处理的土壤ACP活性比不种小麦处理均有所提高，这是因为植物本身也能向土壤中分泌酸性磷酸酶及有机酸所致[21]。浇入不同稀释度的黑曲霉发酵液后，不种植小麦处理土壤的ACP活性排序为T50>T100>CK>T200；而种植小麦处理的土壤ACP则表现为 T100-W>T50-W>T200-W>CK-W。

2.7 不同稀释度黑曲霉发酵液对土壤无机磷形态及含量的影响

表4显示，浇灌不同稀释度的黑曲霉发酵液后，种植和不种植小麦处理，土壤中Ca2-P、Ca8-P、O-P含量均较各自对照组(CK-W、CK)有不同程度的增加，其中Ca2-P和Ca8-P含量增幅较大，而O-P处理增幅较小。当浇灌黑曲霉发酵液稀释度相同时，种植小麦处理土壤中的Ca2-P、Ca8-P、O-P含量均低于不种小麦处理。不种植小麦时，黑曲霉发酵液稀释度越大，其活化Ca2-P、Ca8-P、O-P的能力越强，土壤中Ca2-P、Ca8-P、O-P含量就越高；种植小麦后，不同稀释度的黑曲霉发酵液对Ca2-P、Ca8-P、O-P 3种无机磷的活化效果依次为T50-W>T200-W>T100-W>CK-W。这可能是由于种植小麦后，小麦根系也分泌不同的有机酸所致。

表4还显示，浇灌不同稀释度黑曲霉发酵液，种植和不种植小麦土壤中的Al-P、Fe-P、Ca10-P含量较各自对照组(CK、CK-W)均有所减少，且随着黑曲霉发酵液稀释度的增加，减少幅度变小。

3 讨论与结论

本试验中，黑曲霉发酵液是含有柠檬酸、草酸、酒石酸等的混合天然有机酸，稀释成不同稀释度浇灌小麦根围后，能明显促进小麦幼苗的生长，特别是将其稀释100倍后，对小麦生物量积累有明显的促进作用，这主要是因其不仅促进了小麦对土壤磷的吸收，而且还促进小麦植株中磷素向地上部分转移，保证小麦苗期生长的磷素供给，增加小麦叶片中叶绿素的含量，从而提高了光合速率，促进了地上部分对碳同化产物的积累[22]。此外，浇灌稀释100倍黑曲霉发酵液后，小麦地上部分以及根系中NR活性显著提高，加强了植株对氮素的同化过程，增加植物体内蛋白质的含量，从而促进了小麦地上部分的生长[23]。

本研究中，当不种植小麦时，黑曲霉发酵液中的有机酸使供试土壤中Ca10-P、Fe-P、Al-P含量下降，使植物可直接吸收利用的Ca2-P、Ca8-P含量上升，同时促进了闭蓄态磷O-P含量[24-25]的增加，且黑曲霉发酵液浓度越高，促进作用越明显。黑曲霉发酵液中的有机酸通过酸溶解作用，或者与Fe、Al、Ca等金属离子间竞争络合位点，促进了土壤不溶性无机磷转化为植物可吸收的水溶性磷素[26-27]。浇灌相同稀释度黑曲霉发酵液时，种植小麦处理土壤中无机磷各组分含量均低于不种植小麦处理，这是由于小麦幼苗吸收了水溶性磷所致。可知，向石灰性土壤中施用适宜浓度的黑曲霉发酵液能活化土壤难溶磷，提高土壤有效磷含量。本试验中所用的黑曲霉发酵液，制备工艺简单，所需时间短，易于操作，能够降低农业投资成本，适用于农田大规模推广使用。

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Effect ofAspergillusnigerfermentation liquid on the growth of wheat seedlings in calcareous soil

LÜ Jinga,TIAN Xiao-hongb,YAN Huia,CAO Cui-linga

(aCollegeofLifeScience,bCollegeofNaturalResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

【Objective】 This experiment aim to study the effects of different concentrations ofAspergillusnigerfermentation liquor on wheat seedling stage growth in calcareous soil.【Method】 Through potted wheat,use Xiaoyan 22 wheat as experimental material,set up two experimental groups (grow and do not grow wheat),after 3 weeks,irrigate the two treatment groups with 3 different concentrations (diluted 50,100,200 times,respectively) ofAspergillusnigerfermentation products.Determination the effect of different concentration ofAspergillusnigerfermentation products on wheat chlorophyll content,leaf and root nitrate reductase,phosphorus content in wheat and biomass,as well as under the condition of grow or not grow wheat,the effect of different concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor on soil pH,phosphatase activity (ACP,NeP and ALP),and inorganic phosphorus forms and content.【Result】 Diluted 100 times fermentation liquid is good for wheat seedling growth,especially in increasing the wheat leaf chlorophyll content;Activity of nitrate reductase in leaves and roots;total phosphorus content in the wheat seedling.Hence the ground biomass increased significantly.Whether grow wheat or not,when treat with the same concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor,the ACP of soil is the highest,NeP activity take the second place,the ALP activity is the lowest.Using the same concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor,the soil grow with wheat has higher ACP activity than pure soil.After usingAspergillusnigerfermentation liquor,Ca2-P,Ca8-P,and O-P in calcareous soil were increased,while the Fe-P,Al-P,Ca10-P content were decreased.【Conclusion】 Appropriate concentration ofAspergillusnigerfermentation liquor can obviously promote the growth of wheat,activate difficult capacitive phosphorus in the soil,and increase the content of available P in soil.

calcareous soil;Aspergillusnigerfermentation liquid;wheat;chlorophyll;phosphatase;inorganic phosphorus

2013-11-27

吕 靖(1988-)，女，河南南阳人，在读硕士，主要从事植物磷素营养研究。E-mail：luing_06144@126.com

曹翠玲(1960-)，女，陕西眉县人，教授，博士，硕士生导师，主要从事植物养分生理及抗旱生理研究。 E-mail:cuilingcao@163.com

时间:2015-04-13 12:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.05.003

S512.162

A

1671-9387(2015)05-0100-07

网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150413.1259.003.html