黃粉蟲糞發酵物浸提液對西瓜種子萌發的影響

何媛媛，王宇楠，賀冰，胡春艷，楊宏斌，張作剛

（1.山西農業大學 植物保護學院，山西 太谷 030801；2.山西農業大學 科研管理部，山西 太原 030031；3.山西農業大學 農學院，山西 太谷 030801）

黃粉蟲糞是黃粉蟲（Tenebrio Molitor L．）養殖過程中排泄的糞便，其糞便干燥、無異味、顆粒細小如沙[1]。黃粉蟲屬于昆蟲綱鞘翅目擬步行甲科[2]。如果單獨用100 kg麥麩飼養黃粉蟲，不僅可以得到30 kg左右的黃粉蟲，同時還可得到20 kg左右的黃粉蟲糞[1]。經測定，黃粉蟲干糞中氮、磷、鉀的含量分別為3.66%、1.40%和1.62%，碳氮比值為9.860，因此，它是一種優質的有機肥[3-4]。一些學者探索了黃粉蟲糞的漚制條件和肥效，如吳翔等[2]研究發現，通過小區試驗，土壤中添加適當比例的黃粉蟲糞可以提高番茄硝酸鹽含量和總酸度；劉懷如等[4]初步研究了黃粉蟲糞的腐熟時間和作為基肥的施用要求；王子建等[5]研究發現，發酵的黃粉蟲糞沙能夠改善連作谷子的生長情況，促進谷子的生長。駱洪義等[6]研究發現，向土壤中加入土壤質量的1.5%黃粉蟲糞沙，能夠明顯提高油菜的產量。武帥等[7]研究發現，黃粉蟲糞肥能顯著提高萬壽菊的花朵質量，延長花期，減少倒伏。現階段，黃粉蟲糞主要用于配制動物飼料[8-9]、栽培食用菌[10-11]和作為發熱材料[12-13]，黃粉蟲糞在種子萌發中的應用研究較少，因此，開展黃粉蟲糞發酵物在促進種子萌發上的研究具有重要的理論意義和應用價值。

西瓜（Citrullus lanatus）屬于葫蘆科西瓜屬1年生蔓生草本植物，原產于非洲，四、五世紀時由西域傳入中國[14-15]。西瓜因種植周期短、經濟效益高，是我國種植的主要瓜果類作物之一。據統計，2018年全國西瓜種植面積約151.79萬hm2，產量達6 153.69萬t[16-17]。西瓜種子萌發是西瓜成苗的第1個階段，其發育好壞直接決定當年西瓜的產量以及肥料、農藥、人工等輔助物資的支出[18]。因此，研究種子萌發具有重大意義。

枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）、哈茨木霉NF9（Trichoderma harzianum）、EM菌劑、蟲生真菌（Entomogenous fungi）都是常見的生防菌[19]。本試驗通過種子萌發試驗，研究黃粉蟲糞加入上述菌種的發酵物和自然發酵（不加菌種）對西瓜發芽率、發芽勢、活力指數、根長、芽長、整株鮮質量等生理指標的影響，旨在為黃粉蟲糞促進種子萌發提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

黃粉蟲糞由中陽縣仁味仁農產品加工有限公司提供。供試西瓜品種為西農八號，天津市津科力豐種苗有限公司提供。供試發酵菌種有枯草芽孢桿菌、哈茨木霉NF9、蟲生真菌，均由山西農業大學植物病理學重點實驗室保藏；EM菌劑由益加益生物工程有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 發酵物的制備黃粉蟲糞發酵配方如表1所示。首先，稱取100 g EM菌劑，將枯草芽孢桿菌、哈茨木霉NF9、蟲生真菌配制成孢子濃度為1.0×108cfu/mL的孢子懸浮液備用。其次，將發酵菌種和少量輔料玉米面、玉米秸稈粉攪拌混合均勻，然后與黃粉蟲糞混合，邊混合邊按一定比例加紅糖水（用手握起成團而不滲水，松手團塊可散開），直到把所有的輔料和蟲糞攪拌混合均勻。最后，將發酵物放到28℃培養箱中進行恒溫暗處培養，發酵20 d左右，觀察發酵產物是否有顏色加深或白色菌絲出現，若出現，則說明黃粉蟲糞發酵完成。

表1 黃粉蟲糞發酵配方Tab.1 Fermentation formula of yellow mealworm excrement

1.2.2 浸提液的制備將發酵完的蟲糞烘干至恒質量，取200 g的蟲糞加水1 000 mL，煮沸20 min后用4層紗布過濾，再用蒸餾水定容至1 000 mL，放到滅菌鍋中進行滅菌，所得溶液即為100%浸提液。將100%浸提液配制成體積分數分別為2%、4%、6%、8%的提取液備用，對照用蒸餾水處理。

試驗共5種浸提液，分別為：浸提液1.不加菌種的黃粉蟲糞自然發酵物浸提液；浸提液2.添加枯草芽孢桿菌的蟲糞發酵物浸提液；浸提液3.添加哈茨木霉NF9的蟲糞發酵物浸提液；浸提液4.添加EM菌劑的蟲糞發酵物浸提液；浸提液5.添加蟲生真菌的蟲糞發酵物浸提液。

1.2.3 種子的預處理通過觀察種子形態，選取顆粒飽滿、大小均勻的種子，然后將種子浸入預先準備好的55℃左右的溫水中，水量以浸沒種子為宜，不停攪拌，直至水溫降至30℃即可停止攪拌，將種子浸泡在30℃水中5 h，浸泡結束后用蒸餾水反復沖洗種子，將種子表皮的黏液洗掉。

1.2.4 種子的發芽試驗在準備好的直徑9.5 cm的培養皿中放入2層大小適中的濾紙，放入滅菌鍋中高溫滅菌，然后在每個培養皿中倒入8 mL的浸提液，每個皿中放入西瓜種子15粒（保證每粒種子都有充足的空間）。以加入8 mL蒸餾水的培養皿為對照，每個濃度的浸提液設3次重復進行對比，整個過程在無菌操作臺中進行，完成后將培養皿放入28℃恒溫培養箱中進行暗培養。

1.3 測定指標及方法

種子放入培養箱后，每天21:00觀察并測量培養皿中的水體質量，及時補充試驗期間揮發掉的水分，保持培養皿中水體質量的恒定。自種子發芽后，每天觀察種子的外部形態，并記錄發芽種子數。經過相同的培養周期，以6 d計算，統計不同體積分數浸提液發芽的種子數。

種子萌發試驗中，當胚根突破種皮2 mm時為萌發。每24 h統計一次發芽數，第3天計算發芽勢，第6天終止種子萌發試驗，計算種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數。并選取5株有代表性的發芽種子，用直尺測量芽苗的根長（胚軸與根之間的過渡點開始到根末端的長度）、芽長（胚軸與芽之間的過渡點開始到芽末端的長度），采用電子天平稱取總質量、根質量、芽質量。

式中，Gt為在t日的發芽數；Dt為發芽天數；S為芽的長度。

1.4 數據分析

試驗利用Excel和SPSS 24.0軟件進行統計分析，并采用Duncan法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同浸提液對西瓜種子發芽率的影響

從圖1可以看出，在浸提液1、2中，體積分數為2%時西瓜種子發芽率最大，都為80.0%，相比于CK提高了5.7%；浸提液1在不同體積分數間無顯著差異；浸提液2中，8%與0、2%間差異顯著（P＜0.05）。浸提液4、5在4%時西瓜種子發芽率最大，分別為88.9%、80.0%，相比于CK分別提高了17.4%和5.7%；浸提液4、5在不同體積分數間均無顯著差異。浸提液3中，0、2%與6%、8%間差異顯著，4%與8%間差異顯著；其中，2%、4%、6%、8%種子發芽率均低于或等于CK，因此，浸提液3抑制種子萌發。

圖1 不同浸提液對西瓜發芽率的影響Fig.1 Effects of different extracts on germination rate of watermelon

2.2 不同浸提液對西瓜種子發芽勢的影響

由圖2可知，西瓜種子的發芽勢隨著浸提液體積分數的增加先增大后降低。浸提液1、2、3在2%時西瓜種子發芽勢均最大，分別為80.0%、80.0%、68.9%，相比于CK分別提高了19.9%、19.9%和3.3%；浸提液1中，不同體積分數間無顯著差異；浸提液2中，2%與8%間差異顯著；浸提液3中，6%、8%與0、2%、4%間差異顯著。浸提液4在4%時發芽勢最大，為82.2%，相比于CK提高了23.2%；其中，2%、4%與6%、8%間差異顯著。浸提液5在4%、6%時，發芽勢相同且最大，均為77.8%，相比于CK提高了16.6%，不同體積分數間無顯著差異。發芽勢主要是衡量種子的活力高低，西瓜種子在2%時，浸提液1、浸提液2的種子活力相同且最大；在4%時，浸提液4的種子活力最大；在6%、8%時，浸提液5的種子活力最大。

圖2 不同浸提液對西瓜發芽勢的影響Fig.2 Effects of different extracts on germination potential of watermelon

2.3 不同浸提液對西瓜種子發芽指數的影響

由圖3可知，西瓜種子的發芽指數隨著浸提液體積分數的增加先增大后減少。浸提液1、2、3在2%時發芽指數均最大，分別為15.060、12.730、12.940，相比于CK分別提高 了21.2%、2.4%和4.1%；浸提液1中，2%與8%間差異顯著；浸提液2中，8%與0、2%、4%間差異顯著；浸提液3中，0、2%與6%、8%間差異顯 著，4%與8%間差異顯著。浸提液4在4%時，發芽指數最大，為14.530，其中，8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液5在6%時發芽指數最大，為14.640，不同體積分數間無顯著差異。發芽指數是衡量種子發芽能力及活力的指標，西瓜種子在2%時，浸提液1的種子發芽能力及活力最好；在4%時，浸提液4的種子發芽能力及活力最好；在6%、8%時，浸提液5的發芽能力及活力最好。

圖3 不同浸提液對西瓜發芽指數的影響Fig.3 Effects of different extracts on germination index of watermelon

2.4 不同浸提液對西瓜種子活力指數的影響

由圖4可知，浸提液1、3在2%時西瓜活力指數均最大，分別為89.480、59.020，相比于CK分別提高了90.4%和25.6%；浸提液1中，0、8%與2%、4%、6%間差異顯著；浸提液3中，2%與0、4%、6%、8%間差異顯著，4%與8%間差異顯著。浸提液2、5在6%時活力指數均最大，分別為68.800、73.790；浸提液2中，8%與0、2%、4%、6%間差異顯著，0與6%間差異顯著；浸提液5中，0、8%與4%、6%間差異顯著。浸提液4中，2%、4%、6%、8%的活力指數均小于CK，因此，浸提液4抑制西瓜種子活性。活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，西瓜種子在2%、4%、8%時，浸提液1的種子綜合性能最好，在6%時浸提液5的種子綜合性能最好。

圖4 不同浸提液對西瓜活力指數的影響Fig.4 Effects of different extracts on watermelon vigor index

2.5 不同浸提液對西瓜種子整株鮮質量的影響

不同浸提液對西瓜整株鮮質量的影響如圖5所示。

圖5 不同浸提液對西瓜整株鮮質量的影響Fig.5 Effects of different extracts on whole fresh weight of watermelon

由圖5可知，浸提液1、5中，西瓜整株鮮質量在4%時均最大，分別為0.554、0.506 g，相比于CK分別提高了42.1%和29.7%；浸提液1中，2%、4%與0、6%、8%間差異顯著；浸提液5中，不同體積分數間無顯著性差異。浸提液2中，2%、4%、6%、8%的西瓜種子整株鮮質量均大于CK，說明浸提液2促進了西瓜種子的萌發生長，0、8%與2%、4%、6%間差異顯著。浸提液3中，西瓜種子的整株鮮質量在2%時最大，為0.473 g，相比于CK提高了21.3%。浸提液4中，2%、4%、6%、8%的西瓜種子整株鮮重質量均小于CK，說明浸提液4抑制西瓜種子的生長。

2.6 不同浸提液對西瓜根質量的影響

由圖6可知，西瓜根質量隨浸提液體積分數的增加先增大后減少，浸提液1、4在2%時根質量均最大，分別為0.070、0.061 g/株，相比于CK分別提高了89.2%和64.9%；浸提液1中，0與2%、4%、6%間差異顯著，2%與8%間差異顯著；浸提液4中，8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液2、3、5在4%時根質量均最大，相比于CK分別提高了24.3%、37.8%和70.3%；浸提液2中，8%與0、4%、6%間差異顯著；浸提液3中，不同體積分數間無顯著差異；浸提液4中，8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。

圖6 不同浸提液對西瓜根質量的影響Fig.6 Effects of different extracts on root weight of watermelon

2.7 不同浸提液對西瓜芽質量的影響

由圖7可知，西瓜芽質量隨浸提液體積分數的增加先增大后減少，浸提液1中，2%、4%與0、6%、8%間差異顯著，西瓜芽質量在4%時最大，為0.481 g/株，相比于CK增加了51.7%。浸提液2中，0與2%、4%、6%間差異顯著，6%與8%間差異顯著；2%、4%、6%、8%芽質量均大于CK，說明浸提液2促進了西瓜種子胚芽的生長。浸提液3、4、5在不同體積分數間無顯著差異，浸提液3在2%時，芽質量最大，為0.423 g/株；浸提液4中，2%、4%、6%、8%芽質量均小于CK，說明浸提液4抑制西瓜種子胚芽的生長；浸提液5在4%時，芽質量最大，為0.433 g/株。

圖7 不同浸提液對西瓜芽質量的影響Fig.7 Effects of different extracts on watermelon bud weight

2.8 不同浸提液對西瓜胚根長度的影響

由圖8可知，浸提 液1中，0、8%與2%、4%、6%間差異顯著；2%、4%、6%西瓜胚根長均高于CK，因此，浸提液1促進西瓜根長的伸長。浸提液2中，6%與8%間差異顯著；6%時西瓜根長最長，為7.467 cm，相比于CK增加了43.6%。浸提液3中，4%與0、8%間差異顯著，6%與8%間差異顯著；西瓜根長在4%時最長，為8.600 cm。浸提液4中，8%與0、2%、4%間差異顯著；2%、4%、6%、8%根長均小于CK，說明浸提液4抑制西瓜種子根長的伸長。浸提液5中，8%與2%、4%間差異顯著，4%時西瓜根長最長，為7.900 cm，相比于CK增加了51.9%。

圖8 不同浸提液對西瓜胚根長的影響Fig.8 Effects of different extracts on radicle length of watermelon

2.9 不同浸提液對西瓜胚芽長度的影響

由圖9可知，浸提液1、3、5在4%時西瓜胚芽長度最長，分別為5.943、5.033、5.167 cm，相比于CK分別增加了42.5%、20.7%和23.9%；浸提液1中不同體積分數間差異不顯著；浸提液3中，4%與8%間差異顯著；浸提液5中，8%與0、2%、4%、6%間差異顯著。浸提液2中，西瓜胚芽長度在6%時最長，為6.367 cm，相比于CK增加了52.7%；浸提液4中，西瓜胚芽長度隨著浸提液體積分數的增加而減小，說明浸提液4抑制西瓜胚芽的伸長。

圖9 不同浸提液對西瓜胚芽長的影響Fig.9 Effects of different extracts on germ length of watermelon

3 結論與討論

種子萌發需要進行一系列復雜的生命活動，是植株發育過程中的必經階段，種子的萌發對植株后期的生長發育和產量具有決定性的影響。添加不同菌種、不同體積分數的蟲糞發酵物浸提液對西瓜種子萌發特性的影響不同。

同一濃度下不同浸提液對西瓜種子萌發的影響效果不同。低濃度下浸提液1（不加菌劑的蟲糞自然發酵浸提液）的西瓜活力指數、整株鮮質量、根質量、根長都顯著高于其他浸提液；浸提液1、浸提液2（添加枯草芽孢桿菌的蟲糞浸提液）的芽質量、胚芽長總體差別不大；浸提液4（添加EM菌劑的蟲糞浸提液）的發芽率最好；浸提液1、4、5（添加蟲生真菌的蟲糞浸提液）發芽勢、發芽指數相差不大。同一浸提液不同濃度對西瓜種子萌發的影響效果不同，西瓜發芽率、發芽勢、整株鮮質量、根質量、根長等指標一般在2%、4%、6%時表現為最大值。浸提液1中，西瓜發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、根質量、根長在2%時測定值最大，分別為80.0%、80.0%、15.060、89.480、0.070 g/株、9.500 cm；發芽指數、活力指數、整株鮮質量、根質量和根長比添加菌種的蟲糞浸提液最大值分別高2.9%、21.3%、5.9%、11.1%和10.5%；西瓜整株鮮質量、芽質量、胚芽長在4%時最大，分別為0.554、0.481 g/株和5.943 cm。因此，自然發酵的蟲糞浸提液體積分數在2%時對西瓜種子萌發和促進作用最明顯。

添加枯草芽孢桿菌、EM菌劑、蟲生真菌、哈茨木霉NF9和不加菌種的黃粉蟲糞發酵物浸提液不同用量對西瓜種子萌發表現出低濃度促進、高濃度抑制的特性。這與高玉紅等[16]、呼鳳蘭[20]等的研究結果相類似，高玉紅等[16]研究表明，不同濃度腐植酸處理均可不同程度提高根系活力、葉綠素含量，從而使種子萌發整齊，種子的活力指數提高，芽苗生長粗壯。呼鳳蘭等[20]研究表明，適宜濃度的赤霉素處理西瓜種子后，能提高西瓜種子發芽勢、發芽率和發芽長度，縮短了發芽的時間。因此，黃粉蟲糞有類似腐植酸、赤霉素的效果，在一定范圍內能促進種子萌發。添加EM菌劑的蟲糞發酵物浸提液對西瓜種子萌發具有抑制作用，這可能與西瓜種子自身的遺傳特性有關，還與黃粉蟲糞發酵的不同菌種和浸提液的不同濃度有關，菌種和濃度不同使得糞肥為種子萌發提供的營養成分和含量不同[20-22]，因此，當黃粉蟲糞應用于種子萌發過程中，有必要進一步研究不同植物種子萌發所需的合理施用濃度。