农废热解液对植物病原菌的抑菌作用及稻苗生长的影响

杨超博 ， 李范洙 ， 边 雪， 崔 凡 ， 韩 玉 ， 李熙英*

(1.延边大学长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室；2.延边大学农学院:吉林 延吉 133002 )

农废热解液对植物病原菌的抑菌作用及稻苗生长的影响

杨超博1,2， 李范洙2， 边 雪2， 崔 凡2， 韩 玉2， 李熙英1,2*

(1.延边大学长白山生物资源与功能分子教育部重点实验室；2.延边大学农学院:吉林 延吉 133002 )

为探究农废热解液对植物病原菌的抑菌作用及对稻种发芽和稻苗生长的促进作用，采用纸片法进行室内抑菌试验,结果表明:农废热解液对供试的9种植物病菌均具有抑制作用，具有广谱性。由EC50可见，农废热解液对红景天立枯病菌的抑制作用最强，其次是红景天根腐病菌，再次为水稻纹枯病菌。农废热解液对稻苗生长促进作用及测定稻苗叶片内叶绿素含量和保护酶酶活性结果表明，不同浓度的农废热解液和不同处理方法均对稻苗生长及稻苗叶片中CAT、POD、SOD酶活性提高有明显的促进作用。其中,用2.5 mL/L农废热解液浸种后再配合叶面喷施对稻苗生长、稻苗叶片中CAT、POD、SOD酶活性的提高作用最明显。

农废热解液；植物病原菌；抑菌作用；水稻；稻苗素质

中国是传统的农业大国，也是世界上农业废弃物产量最大的国家，目前存在回收利用率低,污染程度高的难题，如何做到真正意义上的变“废”为“宝”，是学者专家们研究的热点。随着生物质热解技术的发展和成熟，农业废弃物快速热解有望成为农业废弃物的一种新的利用途径[1-5]。农废热解液(生物质热解液)是农业废弃物(秸秆、枯枝等)经干馏得到的烟气经冷凝获得的粗产物，经进一步精炼提纯得到pH值较低的淡黄色酸性透明溶液，含有有机酸、醇、酚、醛、酮、酯、烯烃、烷类等，其化学组成和性质类似于木醋液[5]。关于木醋液在农业上的应用有较多研究报道。如一定浓度木醋液可以促进蔬菜、作物及林木种子发芽,促进幼苗生长,提高作物产量和品质[5-10]；木醋液能够调节土壤微生物种类和数量，有效抑制植物虫害的危害[11-16]等。但有关农废热解液对植物病原菌的抑菌作用、水稻种子发芽以及稻苗生长的影响等方面的研究尚无报道。因水稻是我国主要的经济型作物[17-19]，本文在此方面进行探讨，为农废热解液在植物病害防治和水稻育苗上的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1) 供试植物病原菌：水稻纹枯病菌(Rhizoctoniasolani)、水稻恶苗病菌(Fusariummoniliforme)、辣椒疫病菌(phytophthoracapsici)、人参锈腐病菌(Cylindrocarpondestructans.)、人参灰霉病菌(Botrytiscinerea)、人参黑斑病菌(Alternariapanax)、高山红景天立枯病菌(Rhizoctoniasolani)、高山红景天根腐病菌(Fusariumoxysporum)、杨树腐烂病菌(Cytosporachrysosperm)。以上菌种均来自延边大学农学院植物病理研究室。

2) 供试培养基：PDA培养基。

3) 农业废弃物快速热解液(简称农废热解液)：由广州迪森集团购置的粗制农废热解液再由延边大学食品科学系进一步提纯精炼得到。

4) 供试稻种：吉粳81

5) 盆栽营养钵：H=7.5 cm、d上=7 cm、d下=5 cm

6) 盆栽基质：将旱田土过筛后置于120 ℃下5 h,灭菌后测得碱解氮53.45 mg/kg,速效磷7.1 mg/kg,速效钾122.3 mg/kg,pH值5.6。

1.2 农废热解液对植物病原菌的抑菌作用

农废热解液原液中加入无菌水配成浓度为50、100、200、400、600、800和1 000 mL/L的溶液备用。采用滤纸片法进行抑菌试验。具体方法如下：先在PDA平板中间放置直径5 mm的供试植物病原菌的菌碟一片,在距离菌碟20 mm处各放置滴有100 μL不同浓度农废热解液的滤纸片2片(2片对称),以仅放置植物病菌的菌碟为对照,每个处理重复5个培养皿,放入恒温箱培养(人参锈腐病菌和人参灰霉病菌放入20 ℃恒温箱中,其余放入25 ℃恒温箱中),待对照病菌菌落长满培养皿时测不同处理的病原菌菌落直径,计算抑菌率并建立毒理回归方程及EC50值。抑菌率计算公式如下。

抑菌率/%=

1.3 农废热解液对水稻种子发芽率的影响

试验共设4个处理,每个处理稻种200粒,重复3次，清水浸种后分别用2.5、5、10、25 mL/L的农废热解液浸泡0.5 h,清水为对照，并放于双层滤纸的培养皿中,每个处理4个培养皿,30 ℃恒温培养箱催芽2 d,计算发芽率。

1.4 农废热解液对稻苗叶片POD、CAT、SOD酶活性和叶绿素含量以及稻苗素质的影响

试验共设9个处理,具体见表1。

表1 试验处理

每个处理20个营养钵,装土150 g,进行正常管理。2叶时开始喷洒农废热解液,7 d喷洒1次,共喷2次。测定叶片的POD、SOD、CAT的酶活性和叶绿素的含量。CAT活性、SOD活性和叶绿素含量测定采用王学奎[20]的方法，POD活性测量采用王伟玲等[21]的方法。同时测稻苗株高、茎宽和稻苗鲜重。

2 结果与分析

2.1 农废热解液对植物病原菌的抑菌作用

由表2可知,不同浓度的农废热解液对9种供试植物病原菌均具有抑菌作用,其抑菌率随着浓度的提高有变大的趋势。农废热解液对不同植物病原菌的抑菌率不同。其中，对水稻纹枯病菌和红景天立枯病菌的抑菌作用最强,农废热解液原液的抑菌率分别为100%和99.9%；其次为红景根腐病菌、人参灰霉病菌和杨树腐烂病菌的抑菌作用,原液的抑菌率均为90%以上；再次为人参黑斑病菌和水稻恶苗病菌的抑菌率,原液的抑菌率为80%以上；对人参锈腐病菌和辣椒疫霉病菌的抑菌作用较弱,原液的抑菌率仅为55.68%和63.33%。

根据表2数据建立的毒理方程和EC50值见表3。由表3可知,毒理回归方程的相关系数>0.9,说明毒理回归方程拟合的较好,有较大可信度。EC50值的大小顺序为人参锈腐病菌>辣椒疫霉病菌>水稻恶苗病菌>杨树腐烂病菌>人参黑斑病菌>人参灰霉病菌>水稻纹枯病菌>红景天立枯病菌>红景天根腐病菌。说明农废热解液对红景天根腐病菌的抑菌作用最强,其次为红景天立枯病菌的抑菌作用,再次为水稻纹枯病菌的抑菌作用,对人参锈腐病菌的抑菌作用最差。

表2 不同浓度的农废热解液对9种植物病原菌的抑菌作用

表3 农废热解液对植物病菌的毒理测定结果

2.2 农废热解液对水稻种子发芽的影响

由表4可知，在本试验范围内,随着农废热解液浓度的增加水稻种子发芽率有增加的趋势,农废热解液浓度为5～10 mL/L时,对发芽有明显促进作用,但浓度达到25 mL/L时，发芽率受到抑制。

表4 不同浓度的农废热解液对稻种发芽的影响

注：* a、b、c表示在5%显著水平进行多重比较，下同。

2.3 农废热解液对稻苗株高、茎宽和鲜重的影响

由表5可知,不同处理方法和浓度的农废热解液对稻苗株高和鲜重有明显提高。稻苗株高提高了0.6～3.5 cm,其中，浸种+叶面喷施2.5 mL/L农废热解液的稻苗株高最高；稻苗鲜重提高了0.011～0.192 g,其中，浸种+叶面喷施2.5 mL/L农废热解液的稻苗湿重最重；叶面喷施2.5 mL/L农废热解液、浸种+叶面喷施2.5 mL/L农废热解液、浸种+叶面喷施5 mL/L农废热解液3种处理的稻苗茎宽显著多于对照,其余的与对照没有显著性差异或少于对照。

总之，在9种不同处理中,稻苗生长具有最明显促进作用的方法为浸种+叶面喷施2.5 mL/L农废热解液,其次为叶面喷施2.5 mL/L农废热解液。

表5 不同浓度的农废热解液对稻苗株高、茎宽和鲜重的影响

2.4 农废热解液对稻苗叶片的POD、CAT、SOD酶活性和叶绿素含量的影响

由表6可知,不同处理方法和浓度的农废热解液的稻苗POD、CAT、SOD酶活性有明显提高。SOD酶活性提高了1.26～2.58倍,其中，叶面喷施2.5 mL/L农废热解液的SOD酶活性最强；POD酶活性提高了0.31～1.52倍,其中，叶面喷施2.5 mL/L农废热解液的POD酶活性最强；CAT酶活性提高了0.044～0.562倍,其中，叶面喷施2.5 mL/L农废热解液的CAT酶活性最强；不同处理方法和浓度的农废热解液对稻苗叶绿素含量的提高效果除25 mL/L农废热解液浸种外均无显著作用,其叶绿素含量达到了对照的0.127倍。

表6 不同浓度的农废热解液对苗期水稻叶片的POD、CAT、SOD酶活和叶绿素含量的影响

3 讨论与结论

供试的不同浓度农废热解液对供试的9种植物病原菌均具有抑菌作用,其抑菌率随着浓度的提高有变大趋势。农废热解液对供试9种植物病原菌抑菌作用的大小顺序为：红景天根腐病菌>红景天立枯病菌> 水稻纹枯病菌>人参霉病菌>杨树腐烂病菌>人参黑斑病菌> 水稻恶苗病苗>辣椒疫霉病菌>人参锈腐病菌。说明农废热解液对水稻纹枯病菌的抑菌作用最强,其次为红景天立枯病菌的抑菌作用,再次为红景天根腐病菌的抑菌作用,对人参锈腐病菌的抑菌作用最差。这与李太元[12]、薛桂新[14]、全顺子[15]、魏娟等[22]人的试验研究结果类似，均表明农废热解液对供试植物病原菌具有一定的抑菌作用。

农废热解液浓度为2.5～10 mL/L时，促进稻种发芽,当浓度达到25 mL/L时，抑制稻种发芽。在一定的浓度范围内，农废热解液对苗期水稻的株高、茎宽和鲜重起促进作用。浸种、叶面喷洒、浸种+叶面喷洒3种方法中农废热解对株高、茎宽和鲜重的影响均随着浓度的升高而下降。其中，浸种+叶面喷洒2.5 mL/L农废热解液对稻苗生长的促进作用最强。农废热解液浓度为2.5～25 mL/L时,浸种处理、叶面喷施+浸种处理的水稻叶片中POD、SOD和CAT 3种酶的酶活性和叶绿素含量随着浓度的升高而升高。叶面喷施处理水稻叶片中POD、SOD和CAT 3种酶活性随着浓度的升高而降低,叶绿素含量随着浓度的升高而升高。

关于农废热解液的抑菌防病作用机制方面还没有相关报道。有研究表明[23-24]，很多外来物质可以诱导植物抗病性。本试验中，用农废热解液处理后测得的稻苗叶片CAT、POD、SOD酶活性均有显著提高，这可能意味着农废热解液有助于提高植物对病害的防御能力。所以，农废热解液在田间植物病害的防治效果及对水稻幼苗、稻株生长发育的影响方面，仍有待于进一步深入研究。

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The bacteriostasis of biomass pyrolysis liquid on phytopathogen and its effect on rice seedlings growth

YANG Chaobo1,2, LI Fanzhu2, BIAN Xue2, CUI Fan2, HAN Yu2, LI Xiying1,2*

(1.LaboratoryofChangbaiMountainBiologicalResourcesandFunctionalMoleculesofMinistryofEducationinYanbianUniversity; 2.AgriculturalCollegeofYanbianUniversity,YanjiJilin133002,China)

Inorder to explore the bacteriostasis of biomass pyrolysis liquid on phytopathogen and its effect on seed germination and rice seedlings growth. Antibacterial test was carried out by paper disk method, whereas the pot experiment was conducted to investigate the promoting effect on the growth of rice seedlings, and chlorophyII content and defense enzyme activities were determined. The results showed that the biomass pyrolysis liquid had broad spectrum bactericidal actions on 9 kinds of plant pathogens tested. The results of EC50showed thatagriculture waste pyrolysis liquid had a strongest bacteriostatic effect on seedling blight ofRhizoctoniasolani, the next onFusariumoxysporum, the third onRhizoctoniasolani. Among these, soaking seeds combined with foliar spraying using 2.5 mL/L of biomass pyrolysis liquid was significant promotion effects to the growth of rice seedlings and the increase of ChlorophyII content and defense enzyme activities (CAT、POD、SOD) in rice seedlings leaves.

biomass pyrolysis liquid; phytopathogen; bacteriostasis; rice; rice seedlings quality

2017-01-20 基金项目：吉林省科技厅重大科技攻关项目(20130204045NY)

杨超博(1992— )，女，吉林蛟河人，在读硕士，研究方向为植物病害生物防治。李熙英为通信作者，E-mail:xyli@ybu.edu.cn

1004-7999(2017)01-0066-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2017.01.011

S432.1

A