自研型黑曲霉丸化种衣剂对高粱种子萌发及幼苗生长的影响

樊 娟，卫国羽，张洪珍，赵 微，邱红波，胡安龙，2*，李 祝

（1.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州大学 作物保护研究所，贵州 贵阳 550025；3.贵州大学 生命科学学院，贵州 贵阳 550025）

【研究意义】种衣剂（seed coat）是种子处理中常用的剂型，一般是由农药、微肥及助剂等加工制成，可在种子表面形成具有防治病虫害、针对性给肥及促进植株生长的缓释库[1]。【前人研究进展】种子丸粒化在种衣剂的基础上增加了将种子大粒化的优点，我国从20世纪80年代开始研究丸化种，目前在烟草、棉花、甜菜、芝麻等种子丸化技术方面已有一定的进展[2]。但关于高粱种子丸粒化的研究较少，关于生物型丸化种衣剂包衣高粱种子以探究其生物学效应的报道更是鲜有。黑曲霉（Aspergillus niger）是一种重要的工业发酵菌，因其强大的聚合物降解酶系统、产酸能力及蛋白质分泌能力而被广泛应用[3]。目前，对黑曲霉的研究集中于其发酵产酸优化[4-5]、产酶特性[6-7]及分子改造[8-9]等方面，此外，对其抑菌效果也有探究，刘芳等[10]研究发现，黑曲霉粗提取物对青枯雷尔式菌（Ralstonia solanacearum）及根癌农杆菌（Agrobac⁃terium tumefaciens）具有良好的抑制效果，赵妗颐等[11]研究也表明，黑曲霉可明显抑制齐整小核菌（Sclero⁃tium rolfsii Saccardo）的生长。不仅如此，黑曲霉还具有降解烟嘧磺隆的能力[12]。【本研究切入点】但到目前为止，将黑曲霉用于丸化高粱种子包衣的研究还未见报道。【拟解决的关键问题】本研究将黑曲霉作为丸化种衣剂的主要有效成分，对高粱种子进行包衣，评价其对高粱种子萌发及生长的影响，以期为生物型丸化种衣剂的研发提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 主要试验材料及试剂

主要试验材料：高粱种子（黔高8号，由国家小麦中心贵州分中心提供）主要试剂：5×109cfu/g黑曲霉孢子粉（贵州大学生命科学学院李祝教授提供）、98%阿维菌素（武汉荣灿生物科技有限公司）、崩解剂羧甲基纤维素钠（山东优索化工科技有限公司）、载体粘土（山东优索化工科技有限公司）、填料凹凸棒土（山东优索化工科技有限公司）、滑石粉（山东优索化工科技有限公司）、警戒色酸性大红（山东优索化工科技有限公司）、成膜剂海藻酸钠（山东优索化工科技有限公司）。

1.2 试验设计及方法

1.2.1 种衣剂的配制 将0.5，1，2 g 黑曲霉孢子原粉、0.5%的杀虫剂阿维菌素、0.02%的植物生长调节剂、4%崩解剂羧甲基纤维素钠、10%的凹凸棒土、5%滑石粉、1%酸性大红、0.1%海藻酸钠及77.38%～78.88%的载体粘土混合均匀，置于电子恒速搅拌器下搅拌3 h后制成。

1.2.2 高粱种子的精选 将种子置于筛子内，吹风机中等风力与筛子斜45°吹出种子内的灰尘、较轻颗粒及空壳；初步风选后的种子置于800 mL、2%Nacl溶液中，待完全浸泡后，用玻璃棒搅拌，静置分层后将上层漂浮物捞出，下层沉淀物置于纯水中重复洗净备用。

1.2.3 丸化高粱种子的制备 丸化种衣剂与种子按药种比1∶5丸化包衣，将物料与种子置于BY-300旋转包衣机内，不停重复添加物料，直至丸化种子粒径达5 mm，取出室温风干备用。并设3 种不同黑曲霉含量的丸化包衣（HQ1、HQ2、HQ3）及空白丸化种（CK1）。

1.2.4 室内发芽及出苗试验 参照国家标准《农作物种子检验规程》[13]方法进行室内发芽试验。将20粒丸化种子置于放有棉花及2 张湿润滤纸的无菌培养皿上，加入5 mL 无菌水润湿后，于恒温恒湿培养箱（25 ℃、相对湿度70%、L∶D=12∶12）内培养3 d及7 d后测定其发芽率及发芽势，并计算出苗率，设未包衣裸种为空白对照（CK2），各处理重复3次。

1.2.5 盆栽幼苗素质 于2020年6月15日在贵州大学农学院试验田旁进行，将30粒种子播种于塑料花盆（φ=8 cm、h=10 cm），播种土为灭菌的市购营养黑土（吉林省白山市抚松县森植源农业科技有限公司）与贵州大学试验田土1∶1 混合土，每盆土壤2 kg，喷施少量水分待土壤润湿后播种，覆薄土，每天补充适量水分，其余栽培管理措施均一致，播种后15 d测定其幼苗素质。

1.2.6 项目测定及其指标 丸化种子发芽指标测定：丸化种子吸水萌动后，于播后3 d 统计发芽数并计算发芽率，7 d测定最终发芽率并计算发芽势。

高粱幼苗素质测定：6 月31 日于各处理随机选取12 株，测定其根长、株高、单株鲜质量、根鲜质量及根系活力。根长及株高用普通卷尺测量，单株鲜质量及地下部分鲜质量用电子天平称量。

黑曲霉丸化种衣剂抑菌防效试验：参照国家标准《杀菌剂防治玉米大小斑病》[14]田间试验方法，对盆栽高粱出现的叶斑病病情进行调查。每盆随机选取5株高粱，调查全部叶片，按以下分级方法，以叶片为单位进行调查，并计算病情指数及防治效果，以评价黑曲霉丸化种衣剂的抑菌防效。0级：无病；1级：病斑面积占叶片面积的5%以下；3级：病斑面积占叶片面积的6%～10%；5级：病斑面积占叶片面积的11%～25%；7级：病斑面积占叶片面积的26%～50%；9级：病斑面积占叶片面积的51%以上。

药效计算方法：

1.2.7 统计分析 数据取3 次重复平均值，DPS 7.05 作方差分析和差异显著性检验，以α=0.05 为显著性水平。Excel 2010软件数据统计分析作图。

2 结果与分析

2.1 黑曲霉丸化种衣剂对高粱种子的室内发芽及出苗的影响

由表1 可知，室内恒温恒湿培养条件下，黑曲霉丸化种衣剂可提高种子的发芽率及发芽势，HQ1、HQ2、HQ3 及CK1 种子发芽率较CK2 分别提高3.3、10、8.3 及8.3 个百分点，其中HQ2 与CK2 发芽率差异达显著水平（α=0.05）；HQ1、HQ3 及CK1 与CK2 对比发芽势降低8.3、6.7 及8.3 个百分点，HQ2发芽势较CK2 提高3.3 个百分点，但均未达显著水平（α=0.05）；HQ1 及CK1 与CK2 对比出苗率降低3.4 和5 个百分点，HQ2 与CK2 对比出苗率升高11.6 个百分点，且达显著水平（α=0.05），HQ3 出苗率较CK2 无变化。在同等培养条件下，丸化可使种子发芽率提高，但发芽势及出苗率均会降低，但未达显著水平；适应的菌液浓度可促进种子萌发及出苗，菌液浓度过高会使种子发芽及出苗受影响，但均未达显著水平（α=0.05）。

表1 黑曲霉丸化高粱种子发芽及出苗率（7 d内）Tab.1 Germination and emergence rate of sorghum seeds treated with Aspergillus niger pellet 7 d

2.2 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗生长发育的影响

2.2.1 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根长的影响 由图1 可知，黑曲霉丸化种衣剂处理对高粱幼苗根长影响较显著；其中HQ2 处理对比CK2 幼苗根长显著（α=0.05）增加1.33 cm，HQ3 处理则抑制高粱幼苗根长生长，对比CK2 高粱幼苗根长显著（α=0.05）减少3.07 cm；HQ2 处理与CK1 处理高粱幼苗根长分别为10.47 cm 及9.73 cm，与CK2 对比根长减少1.4 cm 及2.14 cm；因此，HQ2 处理可促进高粱幼苗根系生长。

2.2.2 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗株高的影响 由图2 可知，黑曲霉丸化种衣剂处理可使高粱幼苗矮化，株高降低；HQ1 与CK2 高粱幼苗相比株高显著（α=0.05）降低3.6 cm，HQ2 及HQ3 处理株高分别为9.60 cm 和9.23 cm，与未包衣高粱幼苗相比株高显著（α=0.05）降低2.67 cm，3.04 cm；CK1 处理与CK2 高粱幼苗株高相比降低0.8 cm，差异未达显著水平（α=0.05）。因此，HQ1 处理可使高粱植株矮化。

图1 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根长的影响Fig.1 Effect of Aspergillus niger pellet seeding coat on root length of sorghum seedling

图2 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗株高的影响Fig.2 Effect of Aspergillus niger pellet seeding coat on plant height of sorghum seedling

2.2.3 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗单株鲜质量的影响 由图3可知，黑曲霉丸化种衣剂处理可使高粱植株健壮，单株鲜质量增加；HQ2 处理与CK2 高粱幼苗相比单株鲜质量显著（α=0.05）增加162.8%，HQ1处理与CK1 处理单株鲜质量分别为0.226 5 g 及0.244 4 g，与CK2 高粱幼苗相比株高显著（α=0.05）增加56.3%及68.6%；HQ3 处理与CK2 高粱幼苗株高相比增加21.9%，差异不显著（α=0.05）。因此，HQ2 处理可使高粱幼苗鲜质量增加。

2.2.4 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根冠比的影响 由图4可知，黑曲霉丸化种衣剂处理可使高粱幼苗根系发达、健壮且有活力；HQ2 处理与CK2 高粱幼苗相比根冠比显著上升7 个百分点，HQ1 及HQ3 处理与CK2 高粱幼苗相比根冠比升高3 个百分点及1 个百分点，差异不显著（α=0.05）；CK1 与CK2 根冠比相比降低3个百分点，差异未达显著水平（α=0.05）。因此，HQ2可使高粱幼苗根冠比值升高。

图3 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗单株鲜质量的影响Fig.3 Effect of Aspergillus niger pellet seeding coat on fresh weight per plant of sorghum seedling

图4 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根冠比的影响Fig.4 Effect of Aspergillus niger pellet seeding coat on root-crown ratio of sorghum seedlings

2.2.5 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根系活力的影响 由表2可知，黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根系活力影响差异较大。HQ1处理高粱幼苗α-萘胺氧化量少，剩余α-萘胺达40.98µg/（g·h），根系活力与各处理间差异较小，且未达显著水平（α=0.05）；HQ2处理根系活力最佳，剩余α-萘胺量为34.91µg/（g·h），对比CK2降低了25.3%，且与CK2差异显著（α=0.05）；HQ3处理根系活力较好，α-萘胺量剩余36.56µg/（g·h），对比CK2降低了19.6%，且与CK2差异显著（α=0.05）；CK1处理较CK2根系活力好，但差异不显著（α=0.05）。综上所述，HQ2处理可增强高粱幼苗根系活力。

2.2.6 黑曲霉丸化种衣剂对高粱叶斑病的防效 由表3可知，黑曲霉丸化种衣剂可显著（α=0.05）防治高粱叶斑病，降低病情指数，提高防治效果。其中，HQ1 与CK1 2 个处理对高粱叶斑病的防治效果分别为63.31%及61.99%，两者差异未达显著水平（α=0.05）；HQ2 对高粱叶斑病的防治效果达82.77%，显著（α=0.05）高出空白丸化CK1 处理防效20.78%；HQ3 对高粱叶斑病防效为72.46%，与其余各处理差异均显著（α=0.05），但防效不如HQ2。

表2 黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗根系活力的影响Tab.2 Effects of Aspergillus niger pellet seeding coat on root activity of sorghum seedlings

表3 黑曲霉丸化种衣剂对高粱叶斑病的防效Tab.3 Effect of Aspergillus niger pellet seeding coat on Sorghum leaf spot

3 讨论

在植株生长过程中，发芽率（GR）可体现出种子的发芽数，发芽势（GE）则反映种子出苗整齐度及快慢，种子活力指数（VI）则可反映出种子的发芽数、发芽速度及生长活力[15]。姚东伟等[16]指出，丸粒化包衣对矮牵牛种子发芽无显著影响，且添加枯草芽孢杆菌可提高幼苗鲜质量。这与本文结果一致，空白丸化包衣高粱种子与裸种相比，发芽率提高、发芽势及出苗率下降，但其差异均未达显著水平。在丸化种衣剂中添加5×108cfu/g 黑曲霉孢子粉可显著提高其发芽率、发芽势、出苗率及其鲜质量。史红梅等[17]也指出，丸化处理使高粱种子在低温胁迫下的出苗率显著升高，提高其抗逆性。此外，余培玉等[18]的研究也证实了丸化种衣剂对水稻种子的发芽、出苗、幼苗品质均有改善作用，可显著增强其根系活力及在一定程度上防治病虫害。但当黑曲霉孢子粉含量为1×109cfu/g对高粱种子的发芽势及出苗率均有抑制作用。

幼苗生长发育时期容易受到外界环境刺激的影响。高粱丝黑穗病是一种系统性侵染病害，高粱在幼苗时极易受到此种病害的侵染[19]。因此，苗期好的生长发育状态是保护自身不受病害破侵染的前提条件。Ramzan N 等[20]用生防制剂将绿豆丸化后进行播种，可促进绿豆根系生长及定植。本研究中，使用5×108cfu/g 黑曲霉进行丸化包衣，高粱幼苗根长显著伸长，根冠比升高，根系活力增大，说明黑曲霉丸化种衣剂对高粱幼苗地下部分生长有较好的促进作用。这与吴高洋等[21]研究结果一致，毛竹根际黑曲霉具有解磷特性，可溶解土壤中的难溶盐分，从而被毛竹吸收以促进植株生长。但当黑曲霉含量达1×109cfu/g，高粱幼苗根长缩短，根系活力降低，说明黑曲霉含量过多会抑制高粱幼苗根系部分的生长。

由于高粱茎秆细，植株高，在种植过程中常发生倒伏现象，因此，生产过程中常使用2 次喷施生长调节剂来使高粱茎围加粗，矮化植株，但2次喷药容易对人力财力产生浪费。文飞等[22]研究表明，丸粒化处理芝麻可使其茎围和地上部鲜质量显著提高，这与研究结果一致，5×108cfu/g 曲霉丸化种衣剂包衣高粱种子可显著降低其株高、使其茎围加粗及地下部鲜质量提高。

此外，由于生物药剂对环境友好，对人畜无害的特点，将生物丸化种衣剂作为防治病虫害的新型技术也是当下研究的热点。Lutchmeah 等[23]指出，将小腐霉孢子引入到胡萝卜丸化种衣剂中，田间应用表明是作为防治苗期病害的有效措施。此外，Ryu 等[24]研究也表明，多黏芽孢杆菌丸化种衣剂在温室及田间中的应用对芝麻枯萎病都表现出良好的防效。因此，可在丸化技术的基础上增加其配方的多样性，以适应不同环境、不同作物、达到的不同效果。

4 结论

将黑曲霉引入到丸化种衣剂中包衣高粱种子可提高其发芽率、发芽势、出苗率、根长、根冠比、根系活力及鲜质量，并使高粱植株矮化，增强其抗倒伏能力。5×108cfu/g 黑曲霉丸化种衣剂包衣可促进高粱种子萌发及幼苗生长，而1×109cfu/g黑曲霉丸化种衣剂包衣则降低高粱种子发芽势、根长及根系活力，对高粱种子萌发及幼苗生长有一定程度的抑制作用。5×108cfu/g 黑曲霉丸化种衣剂包衣可防治高粱幼苗真菌病害，对高粱叶斑病防治效果可达82.77%，而1×109cfu/g黑曲霉丸化种衣剂包衣防治效果与空白丸化防治效果相当，为63.37%。

因此，采用5×108cfu/g 黑曲霉丸化种衣剂包衣高粱种子，可增强高粱生长发育状态，使高粱植株健壮、抗倒伏及防止病害侵染，对高粱安全生产具有重要意义。