枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米植株生長和養分吸收的影響

李婧 揣峻峰 王磊

摘要 采用盆栽試驗研究枯草芽孢桿菌發酵上清液沖施對玉米植株生長和養分吸收的影響。結果表明，不同用量上清液沖施均能明顯地促進玉米生長，增加干物質累積量，促進植株對氮、磷、鉀的吸收和利用。其中30 000 L/hm2沖施處理表現最好，與對照相比，可使玉米株高增加10.9%，莖粗增加10.0%，葉綠素SPAD值增加29.2%，地上部干重增加27.4%，根系干重增加51.1%，玉米地上部氮、磷、鉀含量增加15.1%、25.1%、32.9%;根系氮、磷、鉀含量增加30.6%、38.4%和22.1%。由此可見，枯草芽孢桿菌發酵上清液在作物生長期內可以作為一種肥料進行沖施，既能促進作物生長，又能實現資源的再利用。

關鍵詞 玉米;枯草芽孢桿菌;發酵上清液;生長;養分吸收

中圖分類號 S144文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0138-03

Abstract A potted trial was carried out to study the effects of rushing liquid supernatant in the fermentation of Bacillus subtilis on growth and nutrients uptake of maize. Results showed that rushing different dosages of liquid supernatant all could? obviously promote the growth character，increase dry weight accumulation ，promote the absorption and utilization of nitrogen， phosphorus and potassium. Among them，rushing by 30 000 L/hm2 showed the most significant promotion effects. This treatment enhanced the plant height by 10.9%，stem diameter by 10.0%，chlorophyll SPAD value by 29.2%，aboveground dry weight by 27.4%，the root dry weight by 51.1%，the content of nitrogen， phosphorus and potassium by 15.1%， 25.1% and 32.9% of? aboveground;and the content of nitrogen， phosphorus and potassium by 30.6%，38.4% and 22.1% of? root， respectively compared with control treatment.So this research? showed that the liquid supernatant in the fermentation of Bacillus subtilis could be used as a fertilizer in the growing period of crops. It could not only promote the growth of crops， but also realize the reuse of resources.

Key words Maize;Bacillus subtilis;Liquid supernatant;Growth;Nutrients uptake

枯草芽孢桿菌作為一種環境友好型微生物，具有改善土壤微環境、促進作物生長、提高作物產量、防治病害的作用[1-5]。枯草芽孢桿菌在發酵過程中會產生多種次生代謝產物，包括抗生素、細菌素、幾丁質酶、葡聚糖類、抗菌蛋白、植物激素等。國內外在發酵枯草芽孢桿菌生產上后處理以得到芽孢為目的，一般采用離心濃縮干燥技術得到芽孢后，含有大量次生代謝產物的離心上清液并未合理充分的利用[6]。近年來，部分學者對枯草發酵上清液代謝產物的生防效果進行了研究。夏彥飛等[7]研究發現，枯草芽孢桿菌OKB105的發酵上清液對4種標靶線蟲表現較好的防治效果。而關于上清液對作物的促生研究較少。段海明等[8]研究表明解淀粉芽孢桿菌gfj-4的發酵上清液對葡萄白腐病具有較強的抑制作用，最高可達90.0%。魏林等[9]研究哈茨木霉T2-16的發酵產物對豇豆枯萎病的防治效果，結果表明木霉 T2-16發酵產物浸種處理后，豇豆幼苗枯萎病的發病率為 16.7%，極顯著低于清水浸種處理的發病率（63.3%）。

領先生物農業股份有限公司發酵生產枯草芽孢桿菌后處理得到的上清液中含有豐富的有機質，多種作物生長所必需的營養元素（鈣、鎂、錳、鉀、磷），以及發酵過程中產生的有機代謝物（脂類、多糖、蛋白質等物質），這些營養物質是潛在的肥料資源。筆者旨在將枯草發酵液離心后得到的上清液變廢為寶，探究其對作物生長的影響，實現其在農業種植領域中的再利用，避免排放后對環境的污染，實現發酵工業的可持續發展，為實現清潔生產的目標提供切實可行的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于河北省秦皇島市領先生物農業股份有限公司溫室內。供試土壤采自公司園區的裸荒地，基本理化性狀：有機質10.30 g/kg，堿解氮64.75 mg/kg，有效磷70.40 mg/kg，速效鉀141.00 mg/kg，pH 6.56。土壤樣品過2 mm篩后風干備用。

1.2 試驗材料

供試枯草芽孢桿菌發酵上清液由河北省領先生物農業股份有限公司發酵車間提供。供試作物為玉米，品種為鄭單958。

1.3 試驗設計

試驗以盆栽方式進行，盆栽塑料花盆尺寸為130 mm × 88 mm × 115 mm，每盆裝風干土1.5 kg。稱取復合肥（15-15-15）0.1 g/kg土作為底肥。將土樣與固體肥料攪拌均勻，倒入塑料盆中。玉米于2018年8月10日進行播種，每盆4株，玉米兩葉一心期間苗，每盆定苗3株。于9月20日收獲，生長周期為40 d。為了避免光線異同，每3 d調換一次位置。試驗期間其他管理栽培措施按照常規方法進行。

試驗共設置6個沖施處理：750、1 500、7 500、15 000、30 000 L/hm2沖施處理，空白對照（CK）為清水沖施。每個處理設3個重復，隨機區組排列。

1.4 測定項目與方法

株高：用直尺測量，從露出土壤根部至頂端距離。 莖粗：為莖基部直徑，用游標卡尺測得。 植株葉片葉綠素SPAD值[10]：玉米生長期間，采用 SPAD–502 葉綠素測定儀分別測定各處理植株倒數第3片葉。植物干物質質量：收獲時將玉米地上部和地下部分開，沖洗干凈后105 ℃殺青1 h，然后80 ℃ 烘干至恒重，并稱質量。植株地上部和根系氮、磷、鉀含量：地上部和根系烘干后粉碎所得樣品采用H2SO4-H2O2法消解，凱氏定氮儀測定氮含量，火焰光度法測定鉀含量，鉬藍比色法測定土壤磷含量。以上方法均參照《土壤農化分析》[11]中相關方法進行。

1.5 數據分析

試驗數據采用 Microsoft Excel 2010 和SAS 9.2軟件進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米生長發育的影響

株高和莖粗是枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米生長影響最直觀的指標。通過分析各處理的株高和莖粗發現，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液處理具有增加玉米株高和促進玉米莖稈粗壯的作用。由圖1可知，各處理玉米株高差異顯著，玉米株高隨著枯草芽孢桿菌發酵上清液沖施用量的增加而增加。750～15 000 L/hm2沖施處理與對照間差異不顯著，而30 000 L/hm2沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液處理的玉米株高顯著高于對照，為37.9 cm，較對照增加10.9%。沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液各處理雖能增加玉米植株莖粗，但與對照間未達顯著差異，增幅為5.1%～10.0%。其中表現最好的為30 000 L/hm2處理，莖粗為0.79 cm。可見30 000 L/hm2沖施處理對玉米植株生長具有明顯的促進作用。

2.3 枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米干物質累積的影響

地上部干物質積累是玉米產量形成的物質基礎，增加干物質產量對實現玉米高產具有重要意義[13]。由圖3可知，不同枯草芽孢桿菌發酵上清液沖施處理下玉米苗期地上部干物質的積累表現為30 000 L/hm2>15 000 L/hm2>7 500 L/hm2>1 500 L/hm2>750 L/hm2，即沖施用量為30 000 L/hm2時地上部干重最大，為0.827 g/株。其中15 000? L/hm2和30 000 L/hm2顯著高于對照（0.649 g/株）。

根系是作物重要的吸收器官，在植物生長發育和產量形成中起著重要作用。根系的發達與否直接決定作物的長勢，因此根系干重也是衡量玉米生長的一個重要指標[14]。由圖3可以看出，枯草芽孢桿菌發酵上清液沖施的玉米單株根干重均高于對照，且差異達顯著水平（P<0.05），表現最好的是30 000L/hm2處理（1.133 g/株），較不沖施處理（CK）增加51.1%;15 000 L/hm2次之，較不沖施處理（CK）增加27.5%。可能是因為高沖施用量處理帶入土壤的養分多，有利于根系吸收更多的養分，促進根系的生長，同時將這些養分運輸到地上部同化，既增加了地上部干重，同時也為后期玉米生殖生長奠定了基礎。

2.4 枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米植株養分吸收利用的影響

由表1可知，與CK相比，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液后植株地上部和根系氮、磷、鉀養分含量均有不同程度的增加，且均表現為隨著沖施用量的增加含量和累積量越大的規律。地上部氮含量表現為30 000 L/hm2處理顯著高于對照和750、1 500、15 000 L/hm2處理，其中較對照增加15.1%。玉米植株地上部磷含量30 000 L/hm2處理最高為4.49 mg/kg，顯著高于對照，較對照（3.71 mg/kg）高21.1%。地上部鉀含量各處理間未達顯著差異，其中表現最好的同樣是30 000 L/hm2處理，較對照增加了32.9%。根系氮、磷、鉀含量各處理間均達顯著差異（P<0.05）。30 000 L/hm2處理根系氮、磷、鉀含量分別為13.83、1.47和20.63 mg/kg，分別比對照增加了30.6%、38.4%和22.1%。枯草芽孢桿菌發酵上清液沖施用量越大，帶給土壤的養分越豐富，根系吸收的養分越多，從而運輸到地上部的養分也相應增多。

3 結論與討論

枯草芽孢桿菌發酵離心后處理得到的上清液中含有豐富的次級代謝產物以及培養基殘留物等營養物質。目前，大部分發酵工廠發酵后將其作為廢水進行排放，有效利用的報道不多。在該試驗中，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液對玉米幼苗的生長具有明顯的促進作用，直觀表現為植株更高，莖稈更粗壯，根系更發達。其中沖施30 000 L/hm2處理對玉米的促生作用最明顯，可使玉米株高增加10.9%，莖粗增加10.0%，地上部干重增加27.4%，根系干重增加51.1%，產生這種良好的促生效果的原因，一方面是次生代謝產物中包含植物激素、細胞分裂素、赤霉素等生長因子，這些物質在適宜的用量下可以從生理和形態上調節植物的生長[15]。可促進植物根系有效地吸收土壤中的水分和養分，以促進植物的生長發育，同時對植物體其他生命活動進行調控[16-17];另一方面在于上清液中含有培養基中殘留的無機和有機營養成分，這也能很好地供給植物營養，促進其健康生長。

SPAD 值代表作物葉片葉綠素相對含量，葉綠素是植物代謝過程中進行光合作用、同化作用的基礎，提高葉片SPAD 值，可以提高光合速率，加速光合產物的積累，更好地促進作物生長[18]。該試驗結果表明，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液后玉米葉片濃綠，葉綠素相對含量增加。其中表現最好的為30 000 L/hm2處理，良好的光合作用更好地促進了玉米的生長。

充足的養分供應是作物高產的基礎。該研究發現，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液有利于促進玉米植株氮、磷、鉀的吸收與利用。沖施30 000 L/hm2處理玉米地上部氮、磷、鉀含量分別較對照增加15.1%、25.1%、32.9%，根系氮、磷、鉀含量分別較對照增加30.6%，38.4%和22.1%。

綜上所述，沖施枯草芽孢桿菌發酵上清液有利于促進玉米苗期的生長、地上部和地下部干物質積累以及養分的吸收利用，且表現為施用量越大促進作用越明顯。該研究為枯草芽孢桿菌發酵上清液在農業中的應用推廣提供參考。

參考文獻

[1] 蔡學清，林彩萍，何紅，等.內生枯草芽孢桿菌BS-2對水稻苗生長的效應[J].福建農業大學學報，2005，34（2）：189-194.

[2] 董慧，徐興.枯草芽孢桿菌的生防作用機制[J].農家之友，2008（8）：29-31.

[3] 張中鴿，彭于發，陳善銘.小麥全蝕病的發生現狀及防治措施探討[J].植物保護，1991（1）：19-20.

[4] 中國科學技術協會學會工作部.高技術新技術農業應用研究[C].北京：中國農業技術出版社，1991：984-987.

[5] TANG W H.Advances in biological control of plant diseases[C]//Proceeding of the international workshop on biological control of plant diseases.Beijing：China Agricultual University Press，1996.