绿色木霉固态发酵物对黄瓜幼苗促生作用的影响

张欣玥，徐洪伟，周晓馥

(吉林师范大学/吉林省植物资源科学与绿色生产重点实验室，吉林 四平 136000)

黄瓜(CucumissativusL.)也称胡瓜、刺瓜，黄瓜属(Cucumis)[1].目前，人们对黄瓜的需求量逐年增长，自然状态下黄瓜生长发育易受各种因素影响，导致品质和产量降低，本研究主要探讨绿色木霉固态发酵物对黄瓜幼苗促生作用的影响，以提高黄瓜的品质，促进黄瓜生长.

绿色木霉(TrichodermaWiride)属半知菌亚门木霉菌(Trichodemaspp.)，是一种高效的纤维素降解菌，广泛存在于土壤和各种环境中，有着良好的生物适应性，绿色木霉所产生的纤维素酶对作物有较强的降解作用[2].绿色木霉有着十分广泛的应用：1932年，WEINDLING W[3]发现木霉具有重寄生作用；1981年，周红姿等[4]发现木霉菌对植物病原菌具有拮抗作用；2018年，有研究[5]发现绿色木霉和黑曲霉显示出很高的纤维素酶活性，能够有效降降解纤维素；2021年，宋明霞等[6]研究发现绿色木霉能促进番茄幼苗生长.

近年来，我国中医药行业发展迅速，中药渣的排放量也在逐年增加.据统计，目前我国中药渣年排放量已经超过6 000万t[7].中药渣中含有大量微量元素、粗纤维、寡糖、有机酸等生物活性成分[8]，不仅如此，它因质轻、透气性好，也被作为一种优质的有机肥原料.中药渣中木质素和纤维素的含量普遍较高[9]，所以降低其含量是其发酵的主要目标.生物发酵法主要是通过微生物代谢过程中释放的水解酶来催化木质纤维素，使其分解为可利用的小分子物质[10]，中药渣降解后具有反应条件温和、绿色环保等优点，是将废弃资源充分利用的有效方法[11].

基于上述研究现状，本研究以绿色木霉固态发酵物处理的黄瓜幼苗为主要研究对象，观察其对植株的影响，并进一步探讨绿色木霉固态发酵物对黄瓜生长发育的促进作用，为探讨绿色木霉固态发酵物在农业发展中的作用提供理论依据.

1 材料和方法

1.1 材 料

本研究以加入绿色木霉固态发酵物为基质培育的黄瓜幼苗作为实验植株(TK)，以灭菌自然土培育的黄瓜幼苗作为对照植株(CK).

1.2 试验设计

菌液制备：将绿色木霉菌种接种到PDA培养基中进行活化，再将挑取的分生孢子(计数，浓度为1.5×108cfu/mL)置入PDA培养基中，摇床中振荡培养3 d，温度为28 ℃，制成绿色木霉菌液，4 ℃冰箱中保存备用.

次级菌种的制备：将m(玉米面)∶m(麦麸)以3∶1的比例混匀，将浓度为1.5×108个孢子/mL的绿色木霉菌悬液按照20%的接种量接种于麦麸-玉米面培养基中，调节其含水量为60%，然后置于28 ℃的恒温培养箱中连续培养10 d，将其适当风干、碾碎.

绿色木霉固态发酵物的制备：中药渣经烘箱75 ℃烘干48 h，由小型粉碎机处理，过筛备用；在初始料液比1∶1.5、自然pH、接种量比1∶1的条件下，利用绿色木霉次级菌种发酵中药渣，温度28 ℃发酵20 d.

采用温室盆栽土培法：首先将600 g灭菌自然土置于塑料花盆内(直径28 cm，高25 cm)，然后将绿色木霉固态发酵物100 g均匀施加于土壤表面，再倒入800 g灭菌土；对照植株施1 500 g自然灭菌土.每盆挖4个小穴，种子3～4粒/穴，每种处理3盆.浇水润湿土壤.待种子萌发后，挑选长势一致的黄瓜幼苗，每天定时浇水，通过称重法控制土壤水分含量.每组处理进行3次重复.

1.3 叶片叶绿素荧光参数的测定

经不同处理后各选3片黄瓜叶片，测定前对叶片进行暗处理30 min，充分暗适应后，利用IMAGING-PAM调制叶绿素荧光成像系统，测定暗适应状态下的最小荧光(Fo)、暗适应状态下的最大荧光(Fm)，并计算可变荧光(Fv=Fm-Fo)；打开测量光，设定光强(PAR)为280 mol/(m2·s)，获得光适应下荧光产率(Fs)的最小荧光(F′o)以及最大荧光(F′m)，以此计算光系统Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、潜在活性(Fv/Fo)、有效量子产量(F′v/F′m)和光合电子传递速率(ETR).

1.4 根系形态学指标的测定

将黄瓜幼苗根系用水冲洗干净，放入仪器配带的根盘中(20 cm×40 cm)，将根盘轻置于扫描仪上，在根盘中添加恰好没过根系的蒸馏水，将根系完全铺平展开后，使用遮光板覆盖根盘，进行根系扫描.待根系分析仪扫描完成以后，将根系图片保存，用于WinRHIZO2012b专业版根系分析软件的根系形态学指标测量.通过软件的系统分析可获得总根长、平均根系直径、总根表面积、根尖数、分支数、交叉数和总根体积等指标.

1.5 统计学分析

2 结 果

2.1 绿色木霉固态发酵物对实验植株叶绿素荧光的影响

叶绿素荧光是叶绿素吸收了光能以后从激发态返回到基态过程中重新发射的光，叶绿素荧光可以提供光系统Ⅱ(PSⅡ)在植物体内运作和调节的相关信息，也可用于探测光合作用代谢过程的活动.PSⅡ普遍存在于具有光合作用的陆地植物、真核藻类和蓝细菌中，因此，叶绿素荧光的测量也具有广泛的适用性.叶绿素荧光参数可以显示光合性能强弱，能够反映出光合作用的变化以及对逆境的响应[12].表1显示：用绿色木霉固态发酵物处理后的黄瓜幼苗，其各项叶绿素荧光参数与对照植株比较均有明显增高(P<0.05)，结果表明施加绿色木霉固态发酵物能够促进植株进行光合作用.

光系统Ⅱ的最大量子产量(Fv/Fm)反映了植物的潜在最大光合能力.施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜叶片Fv/Fm比对照植株增加了19.35%(P<0.05)，这说明施用绿色木霉固态发酵物的黄瓜幼苗有较高的光能利用率.光系统Ⅱ的有效量子产量(F′v/F′m)反映的是开放的反应中心原初光能的捕获效率[13].施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜叶片F′v/F′m比对照植株增加了4.23%(P<0.05)，这说明绿色木霉固态发酵物可以使黄瓜植株光系统Ⅱ的有效量子产量增加.在施加绿色木霉固态发酵物后，黄瓜幼苗的光合能力增强，光能的转化效率增强，可以提升植株的自我保护能力.

光系统Ⅱ的潜在活性(Fv/Fo)是光化学反应中的重要参数之一.施加绿色木霉固态发酵物后，黄瓜的实验植株Fv/Fo比对照植株增加了10.85%，这说明施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜幼苗有较高的潜在光合活性，能够提高CO2同化速率.光合电子的传递速率(ETR)在光合作用过程中可直接影响到光合作用的效果，因此，黄瓜叶片的电子传递速率对黄瓜的产量至关重要.施加绿色木霉固态发酵物黄瓜实验植株叶片ETR比对照植株增加了53.48%(P<0.05)，这说明绿色木霉固态发酵物可以使黄瓜植株叶片的电子传递速率增加，叶片的光合能力增强.

在PSⅡ中最重要的一条能量流动途径是光化学反应，即光合作用，它发生在PSⅡ的反应中心.另外一条重要的途径是非光化学淬灭，发生在PSⅡ复合体的外围色素中.光化学淬灭(qP)与非光化学淬灭(NPQ)表达的是对光的保护能力，与光化学淬灭比较，非光化学淬灭在机制上更加复杂多样.施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜叶片qP比对照植株增加了32%，NPQ降低了10.52%，这说明绿色木霉固态发酵物可以使黄瓜植株的自我保护能力增强.

2.2 施加绿色木霉固态发酵物对黄瓜幼苗植株根系的影响

根系是作物的重要器官之一，它在吸收养分和水分的同时起到了固着和支撑植株的作用，根系功能的发挥与根系形态特征和生理特征密切相关.由图1可以看出，施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株根系发达，其根系活力要优于对照植株，其根表面积、总投影面积、根尖数、分支数以及根系直径等均有显著增加，这说明施加绿色木霉固态发酵物后黄瓜植株的根系形态优于对照植株.

图1 施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株与对照植株根系的扫描图Fig.1 Roots scanning of cucumber plants and control group with Trichoderma viride solid fermentation products

表1 施用绿色木霉固态发酵物黄瓜的实验植株及对照植株的叶片叶绿素荧光参数Tab.1 Chlorophyll fluorescence parameters of cucumber seedlings and control plants treated with Trichoderma viride solid state fermentation

表2数据分析表明：施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株总根长比对照植株高55.21%，说明绿色木霉固态发酵物对黄瓜植株根系的生长具有一定的促进作用.分支数和根尖数能够很好地反映根系的生长活力，与对照植株比较，施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株根系分支数增加了60.47%，根尖数增加了48.64%，说明施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜幼苗须根数量多、生长活力强.植株根系交叉数的增多可以提高植株的抗逆能力，施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株根系交叉数比对照植株增加了107.45%，说明在绿色木霉固态发酵物处理下黄瓜植株根系优良，交叉数多，分枝茂盛.施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株根系总根表面积比对照植株高出了83.69%，说明施加绿色木霉可以增加植株根系与土壤的接触面积，有助于植物根系获取更多的土壤养分.施加绿色木霉固态发酵物的植株与对照植株比较平均根系直径增加了69.72%，说明绿色木霉固态发酵物可促使黄瓜植株根系平均根系直径增长，使植株根系粗壮.本研究结果显示：施加绿色木霉固态发酵物能够提高黄瓜幼苗根的活性，增加植株根系空间分布.

表2 施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株及对照植株的根系形态学指标Tab.2 Root morphological indexes of cucumber plants and control plants with Trichoderma viridis solid fermentation

3 结 论

叶绿素荧光是叶绿素分子的光学物理现象，已被证明是测量光合作用特别是光系统Ⅱ光能转换的重要探针，越来越多的研究[14]表明植物体内的叶绿素荧光蕴藏着丰富的生物信息.本研究中，黄瓜幼苗施加绿色木霉固态发酵物后，其叶绿素荧光特征明显高于对照组植株，这与刘畅等[15]的研究结果一致，说明绿色木霉固态发酵物能够通过提高叶片光合系统活性来促进植株的发育.

根系是植物的重要器官之一[16]，可以直接吸收水和矿物质，并且可以最早产生与生长相应的生理反应[17]，并与地上部分光合作用一脉相连.根系与土壤的接触增多，会吸收更多的水分与营养，满足生长需求[18].本研究中，施加绿色木霉固态发酵物的黄瓜植株其根系等各项指标与对照植株比较均显著增高且增幅较大，其中交叉数甚至比对照植株高出了107 %，分支数与对照植株比较差异不显著，但优于对照植株，此结果与王禹佳等[19]的研究结果一致.

综上所述，施加绿色木霉固态发酵物能够提高黄瓜幼苗光合能力和根系活力，增加植株根系空间分布.