農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用及稻苗生長的影響

楊超博 ， 李范洙 ， 邊 雪， 崔 凡 ， 韓 玉 ， 李熙英*

(1.延邊大學(xué)長白山生物資源與功能分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院:吉林 延吉 133002 )

農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用及稻苗生長的影響

楊超博1,2， 李范洙2， 邊 雪2， 崔 凡2， 韓 玉2， 李熙英1,2*

(1.延邊大學(xué)長白山生物資源與功能分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；2.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院:吉林 延吉 133002 )

為探究農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用及對稻種發(fā)芽和稻苗生長的促進(jìn)作用，采用紙片法進(jìn)行室內(nèi)抑菌試驗(yàn),結(jié)果表明:農(nóng)廢熱解液對供試的9種植物病菌均具有抑制作用，具有廣譜性。由EC50可見，農(nóng)廢熱解液對紅景天立枯病菌的抑制作用最強(qiáng)，其次是紅景天根腐病菌，再次為水稻紋枯病菌。農(nóng)廢熱解液對稻苗生長促進(jìn)作用及測定稻苗葉片內(nèi)葉綠素含量和保護(hù)酶酶活性結(jié)果表明，不同濃度的農(nóng)廢熱解液和不同處理方法均對稻苗生長及稻苗葉片中CAT、POD、SOD酶活性提高有明顯的促進(jìn)作用。其中,用2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液浸種后再配合葉面噴施對稻苗生長、稻苗葉片中CAT、POD、SOD酶活性的提高作用最明顯。

農(nóng)廢熱解液；植物病原菌；抑菌作用；水稻；稻苗素質(zhì)

中國是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，也是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)量最大的國家，目前存在回收利用率低,污染程度高的難題，如何做到真正意義上的變“廢”為“寶”，是學(xué)者專家們研究的熱點(diǎn)。隨著生物質(zhì)熱解技術(shù)的發(fā)展和成熟，農(nóng)業(yè)廢棄物快速熱解有望成為農(nóng)業(yè)廢棄物的一種新的利用途徑[1-5]。農(nóng)廢熱解液(生物質(zhì)熱解液)是農(nóng)業(yè)廢棄物(秸稈、枯枝等)經(jīng)干餾得到的煙氣經(jīng)冷凝獲得的粗產(chǎn)物，經(jīng)進(jìn)一步精煉提純得到pH值較低的淡黃色酸性透明溶液，含有有機(jī)酸、醇、酚、醛、酮、酯、烯烴、烷類等，其化學(xué)組成和性質(zhì)類似于木醋液[5]。關(guān)于木醋液在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用有較多研究報道。如一定濃度木醋液可以促進(jìn)蔬菜、作物及林木種子發(fā)芽,促進(jìn)幼苗生長,提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)[5-10]；木醋液能夠調(diào)節(jié)土壤微生物種類和數(shù)量，有效抑制植物蟲害的危害[11-16]等。但有關(guān)農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用、水稻種子發(fā)芽以及稻苗生長的影響等方面的研究尚無報道。因水稻是我國主要的經(jīng)濟(jì)型作物[17-19]，本文在此方面進(jìn)行探討，為農(nóng)廢熱解液在植物病害防治和水稻育苗上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1) 供試植物病原菌：水稻紋枯病菌(Rhizoctoniasolani)、水稻惡苗病菌(Fusariummoniliforme)、辣椒疫病菌(phytophthoracapsici)、人參銹腐病菌(Cylindrocarpondestructans.)、人參灰霉病菌(Botrytiscinerea)、人參黑斑病菌(Alternariapanax)、高山紅景天立枯病菌(Rhizoctoniasolani)、高山紅景天根腐病菌(Fusariumoxysporum)、楊樹腐爛病菌(Cytosporachrysosperm)。以上菌種均來自延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院植物病理研究室。

2) 供試培養(yǎng)基：PDA培養(yǎng)基。

3) 農(nóng)業(yè)廢棄物快速熱解液(簡稱農(nóng)廢熱解液)：由廣州迪森集團(tuán)購置的粗制農(nóng)廢熱解液再由延邊大學(xué)食品科學(xué)系進(jìn)一步提純精煉得到。

4) 供試稻種：吉粳81

5) 盆栽營養(yǎng)缽：H=7.5 cm、d上=7 cm、d下=5 cm

6) 盆栽基質(zhì)：將旱田土過篩后置于120 ℃下5 h,滅菌后測得堿解氮53.45 mg/kg,速效磷7.1 mg/kg,速效鉀122.3 mg/kg,pH值5.6。

1.2 農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用

農(nóng)廢熱解液原液中加入無菌水配成濃度為50、100、200、400、600、800和1 000 mL/L的溶液備用。采用濾紙片法進(jìn)行抑菌試驗(yàn)。具體方法如下：先在PDA平板中間放置直徑5 mm的供試植物病原菌的菌碟一片,在距離菌碟20 mm處各放置滴有100 μL不同濃度農(nóng)廢熱解液的濾紙片2片(2片對稱),以僅放置植物病菌的菌碟為對照,每個處理重復(fù)5個培養(yǎng)皿,放入恒溫箱培養(yǎng)(人參銹腐病菌和人參灰霉病菌放入20 ℃恒溫箱中,其余放入25 ℃恒溫箱中),待對照病菌菌落長滿培養(yǎng)皿時測不同處理的病原菌菌落直徑,計算抑菌率并建立毒理回歸方程及EC50值。抑菌率計算公式如下。

抑菌率/%=

1.3 農(nóng)廢熱解液對水稻種子發(fā)芽率的影響

試驗(yàn)共設(shè)4個處理,每個處理稻種200粒,重復(fù)3次，清水浸種后分別用2.5、5、10、25 mL/L的農(nóng)廢熱解液浸泡0.5 h,清水為對照，并放于雙層濾紙的培養(yǎng)皿中,每個處理4個培養(yǎng)皿,30 ℃恒溫培養(yǎng)箱催芽2 d,計算發(fā)芽率。

1.4 農(nóng)廢熱解液對稻苗葉片POD、CAT、SOD酶活性和葉綠素含量以及稻苗素質(zhì)的影響

試驗(yàn)共設(shè)9個處理,具體見表1。

表1 試驗(yàn)處理

每個處理20個營養(yǎng)缽,裝土150 g,進(jìn)行正常管理。2葉時開始噴灑農(nóng)廢熱解液,7 d噴灑1次,共噴2次。測定葉片的POD、SOD、CAT的酶活性和葉綠素的含量。CAT活性、SOD活性和葉綠素含量測定采用王學(xué)奎[20]的方法，POD活性測量采用王偉玲等[21]的方法。同時測稻苗株高、莖寬和稻苗鮮重。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)廢熱解液對植物病原菌的抑菌作用

由表2可知,不同濃度的農(nóng)廢熱解液對9種供試植物病原菌均具有抑菌作用,其抑菌率隨著濃度的提高有變大的趨勢。農(nóng)廢熱解液對不同植物病原菌的抑菌率不同。其中，對水稻紋枯病菌和紅景天立枯病菌的抑菌作用最強(qiáng),農(nóng)廢熱解液原液的抑菌率分別為100%和99.9%；其次為紅景根腐病菌、人參灰霉病菌和楊樹腐爛病菌的抑菌作用,原液的抑菌率均為90%以上；再次為人參黑斑病菌和水稻惡苗病菌的抑菌率,原液的抑菌率為80%以上；對人參銹腐病菌和辣椒疫霉病菌的抑菌作用較弱,原液的抑菌率僅為55.68%和63.33%。

根據(jù)表2數(shù)據(jù)建立的毒理方程和EC50值見表3。由表3可知,毒理回歸方程的相關(guān)系數(shù)>0.9,說明毒理回歸方程擬合的較好,有較大可信度。EC50值的大小順序?yàn)槿藚P腐病菌>辣椒疫霉病菌>水稻惡苗病菌>楊樹腐爛病菌>人參黑斑病菌>人參灰霉病菌>水稻紋枯病菌>紅景天立枯病菌>紅景天根腐病菌。說明農(nóng)廢熱解液對紅景天根腐病菌的抑菌作用最強(qiáng),其次為紅景天立枯病菌的抑菌作用,再次為水稻紋枯病菌的抑菌作用,對人參銹腐病菌的抑菌作用最差。

表2 不同濃度的農(nóng)廢熱解液對9種植物病原菌的抑菌作用

表3 農(nóng)廢熱解液對植物病菌的毒理測定結(jié)果

2.2 農(nóng)廢熱解液對水稻種子發(fā)芽的影響

由表4可知，在本試驗(yàn)范圍內(nèi),隨著農(nóng)廢熱解液濃度的增加水稻種子發(fā)芽率有增加的趨勢,農(nóng)廢熱解液濃度為5～10 mL/L時,對發(fā)芽有明顯促進(jìn)作用,但濃度達(dá)到25 mL/L時，發(fā)芽率受到抑制。

表4 不同濃度的農(nóng)廢熱解液對稻種發(fā)芽的影響

注：* a、b、c表示在5%顯著水平進(jìn)行多重比較，下同。

2.3 農(nóng)廢熱解液對稻苗株高、莖寬和鮮重的影響

由表5可知,不同處理方法和濃度的農(nóng)廢熱解液對稻苗株高和鮮重有明顯提高。稻苗株高提高了0.6～3.5 cm,其中，浸種+葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液的稻苗株高最高；稻苗鮮重提高了0.011～0.192 g,其中，浸種+葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液的稻苗濕重最重；葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液、浸種+葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液、浸種+葉面噴施5 mL/L農(nóng)廢熱解液3種處理的稻苗莖寬顯著多于對照,其余的與對照沒有顯著性差異或少于對照。

總之，在9種不同處理中,稻苗生長具有最明顯促進(jìn)作用的方法為浸種+葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液,其次為葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液。

表5 不同濃度的農(nóng)廢熱解液對稻苗株高、莖寬和鮮重的影響

2.4 農(nóng)廢熱解液對稻苗葉片的POD、CAT、SOD酶活性和葉綠素含量的影響

由表6可知,不同處理方法和濃度的農(nóng)廢熱解液的稻苗POD、CAT、SOD酶活性有明顯提高。SOD酶活性提高了1.26～2.58倍,其中，葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液的SOD酶活性最強(qiáng)；POD酶活性提高了0.31～1.52倍,其中，葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液的POD酶活性最強(qiáng)；CAT酶活性提高了0.044～0.562倍,其中，葉面噴施2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液的CAT酶活性最強(qiáng)；不同處理方法和濃度的農(nóng)廢熱解液對稻苗葉綠素含量的提高效果除25 mL/L農(nóng)廢熱解液浸種外均無顯著作用,其葉綠素含量達(dá)到了對照的0.127倍。

表6 不同濃度的農(nóng)廢熱解液對苗期水稻葉片的POD、CAT、SOD酶活和葉綠素含量的影響

3 討論與結(jié)論

供試的不同濃度農(nóng)廢熱解液對供試的9種植物病原菌均具有抑菌作用,其抑菌率隨著濃度的提高有變大趨勢。農(nóng)廢熱解液對供試9種植物病原菌抑菌作用的大小順序?yàn)椋杭t景天根腐病菌>紅景天立枯病菌> 水稻紋枯病菌>人參霉病菌>楊樹腐爛病菌>人參黑斑病菌> 水稻惡苗病苗>辣椒疫霉病菌>人參銹腐病菌。說明農(nóng)廢熱解液對水稻紋枯病菌的抑菌作用最強(qiáng),其次為紅景天立枯病菌的抑菌作用,再次為紅景天根腐病菌的抑菌作用,對人參銹腐病菌的抑菌作用最差。這與李太元[12]、薛桂新[14]、全順子[15]、魏娟等[22]人的試驗(yàn)研究結(jié)果類似，均表明農(nóng)廢熱解液對供試植物病原菌具有一定的抑菌作用。

農(nóng)廢熱解液濃度為2.5～10 mL/L時，促進(jìn)稻種發(fā)芽,當(dāng)濃度達(dá)到25 mL/L時，抑制稻種發(fā)芽。在一定的濃度范圍內(nèi)，農(nóng)廢熱解液對苗期水稻的株高、莖寬和鮮重起促進(jìn)作用。浸種、葉面噴灑、浸種+葉面噴灑3種方法中農(nóng)廢熱解對株高、莖寬和鮮重的影響均隨著濃度的升高而下降。其中，浸種+葉面噴灑2.5 mL/L農(nóng)廢熱解液對稻苗生長的促進(jìn)作用最強(qiáng)。農(nóng)廢熱解液濃度為2.5～25 mL/L時,浸種處理、葉面噴施+浸種處理的水稻葉片中POD、SOD和CAT 3種酶的酶活性和葉綠素含量隨著濃度的升高而升高。葉面噴施處理水稻葉片中POD、SOD和CAT 3種酶活性隨著濃度的升高而降低,葉綠素含量隨著濃度的升高而升高。

關(guān)于農(nóng)廢熱解液的抑菌防病作用機(jī)制方面還沒有相關(guān)報道。有研究表明[23-24]，很多外來物質(zhì)可以誘導(dǎo)植物抗病性。本試驗(yàn)中，用農(nóng)廢熱解液處理后測得的稻苗葉片CAT、POD、SOD酶活性均有顯著提高，這可能意味著農(nóng)廢熱解液有助于提高植物對病害的防御能力。所以，農(nóng)廢熱解液在田間植物病害的防治效果及對水稻幼苗、稻株生長發(fā)育的影響方面，仍有待于進(jìn)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 基金項(xiàng)目：吉林省科技廳重大科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130204045NY)

楊超博(1992— )，女，吉林蛟河人，在讀碩士，研究方向?yàn)橹参锊『ι锓乐?。李熙英為通信作者，E-mail:xyli@ybu.edu.cn

1004-7999(2017)01-0066-05

10.13478/j.cnki.jasyu.2017.01.011

S432.1

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