不同腐熟剂对水稻秸秆菌肥的降解效应和对蔬菜生长的影响

收稿日期院2009-07-10基金项目院农业部948项目[2006-G54(A)];上海市科委重大专项(07DZ19604)作者简介院段兴鹏(1983-)袁男袁沈阳农业大学硕士研究生袁从事细胞生物学研究;杨力凡(1983-)袁男袁四川农业大学硕士研究生袁从事植物病理学研究遥*通讯作者Correspondingauthor院陈捷(1959-)袁男袁上海交通大学教授袁博士袁从事植物病理与环境微生物工程研究遥沈阳农业大学学报袁圆园园9原10袁40穴5雪院562-565允燥怎则灶葬造燥枣杂澡藻灶赠葬灶早粤早则蚤糟怎造贼怎则葬造哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁圆园园9原10袁40穴5雪院562-565不同腐熟剂对水稻秸秆菌肥的降解效应和对蔬菜生长的影响段兴鹏1,4袁杨力凡2袁4袁杨晓华3袁任大明1袁黄云2袁刘志诚4袁陈捷4*渊1.沈阳农业大学生物科学技术学院袁沈阳110161;2.四川农业大学农学院袁四川雅安625014;3.上海金山区农业技术推广中心袁上海201500;4.上海交通大学农业与生物学院/农业部都市农业渊南方冤重点开放实验室袁上海201101冤摘要院利用高产纤维素酶的木霉菌株对水稻秸秆进行生物降解遥通过测定菌肥纤维素酶酶活性尧葡萄糖含量以及氮尧磷尧钾含量指标袁比较研究了7种不同配比腐熟剂降解水稻秸秆的效应遥结果表明院仅含木霉菌REMI突变株H6菌株腐熟剂(SDTI)制备的秸秆菌肥中羧甲基纤维素酶酶活尧葡萄糖含量均最高袁分别达3.48U窑g-1和17.14mg窑g-1袁与对照差异达极显著水平曰滤纸酶酶活高于对照袁但差异未达显著水平曰秸秆菌肥中氮尧磷尧钾含量也均高于对照遥盆栽试验表明袁该秸秆菌肥能显著促进番茄和黄瓜的生长遥关键词院腐熟剂曰水稻秸秆曰木霉曰降解中图分类号院TP206文献标识码院A文章编号院1000-1700渊2009冤05-0562-04EffectsofDifferentMutantInoculantonRiceStrawDegradationandVegetableGrowthDUANXing-peng1,4,YANGLi-fan2,4,YANGXiao-hua3,RENDa-ming1,HUANGYun2,LIUZhi-cheng4,CHENJie4*(1.CollegeofBiologicalScienceandTechnology,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang110161,China;2.CollegeofAgronomy,SiChuanAgriculturalUniversity,Yaan625014,China;3.JinshanDistrictAgro-TechnologyExtensionCenter,Shanghai;4.CollegeofBiologyandAgriculture/KeylaboratoryofUrbanAgriculture(South),MinistryofAgriculture,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai201101,China)Abstract院Strawwasmainlycomposedbycellulose,hemicelluloseandLigninThisstudywasinvestigatedonricestrawbiodegradationbyusingcellulase-producingTrichodermastrains.AndtheperformanceofsevenformulationsofTrichodermaREMImutantinoculant(SDTI)usedtodecomposestrawwasinvestigatedinmanyaspectssuchascelluloseactivities,reducedsugarandthecontentsofnitrogen,phosphorusandpotassium.Theresultsshowedthatcarboxymethylcellulaseactivitiesandreducedsugarcontentsreached3.48U窑g-1and17.14mg窑g-1,respectively.InthedecomposedricestrawmanurepreparedbySDTIonlycontainingH6strains.Filterpaperenzymeactivityindecomposingstrawmanurewasimproved,butthedifferencewasnotsignificantrelativetothecontrol.Nitrogen,phosphorusandpotassiumcontentindecomposedstrawmanurepreparedbymostofSDTIswerealsoincreasedsignificantlyrelativetothecontrol.Potexperimentsshowedthatthedecomposingstrawmanurecouldsignificantlypromotethegrowthoftomatoandcucumber.Keywords院decomposinginoculant;ricestraw;Trichoderma;degradation目前对秸秆资源的利用方式主要有堆肥还田尧制作饲料尧生产纤维尧直接焚烧以及做为生物质能源尧造纸尧生物质建材等的原材料遥但是由于秸秆量大袁运输不便袁自然降解过程极其缓慢等诸多问题袁大多数还是以堆积尧荒烧等方式直接倾入到自然环境中袁对自然环境造成污染袁同时也是对秸秆资源的浪费遥秸秆中纤维素的含量很高袁而自然条件下的纤维素酶的酶活很低袁使得纤维素降解缓慢遥韩玮[1]等对外源纤维素酶降解秸秆的速率进行了研究袁结果表明袁添加外源纤维素酶能够提高秸秆降解速率遥将酶制剂直接使用作用单一袁同时酶的作用不能持久保持遥木霉菌不仅作为植物病害生物防治菌袁而且还能对秸秆纤维素进行降解[2]遥目前国际上用于工业发酵生产纤维素酶的菌种也以木霉居多遥有研究发现瑞士木霉渊Trichodermareesei冤具有降解纤维素和半纤维素的完全酶系[3-4]袁绿色木霉(Trichodermaviride)及其近缘菌株是产纤维素酶活性较高的真菌遥康氏木第5期霉(Trichodermakoningii)也是纤维素酶高产菌种之一[5]遥由于木霉菌的多功能性袁因此使用木霉制作腐熟剂袁不仅可以有效转化秸秆为肥料袁同时木霉本身也可促进植物生长遥针对农业生产过程中秸秆的收获时间通常比较集中袁累积量大的现状袁如何实现秸秆的快速降解已成为秸秆高效转化的技术难题遥虽然木霉菌是产纤维素较高的真菌袁但常规的以野生木霉菌为主要成分的腐熟剂降解速率仍不理想袁因此袁本研究选用经过限制性内切酶介导基因整合技术渊REMI冤构建的突变株袁创制水稻作物秸秆快速腐熟剂袁同时采用好氧发酵工艺袁解决厌氧发酵高温对木霉菌活力的影响遥本试验利用课题组前期工作已构建的秸秆腐熟剂渊由木霉REMI突变株H6和TK-2R-14固体发酵制成冤袁分析不同腐熟剂处理对水稻秸杆菌肥中纤维素酶活性尧葡萄糖含量及N尧P尧K含量的影响袁并考察秸秆菌肥对蔬菜生长的影响袁为秸秆的资源化利用提供理论与实践依据遥1材料与方法1.1材料供试腐熟剂为深绿木霉(Trichodermaviride)REMI突变菌株H6和康氏木霉(Trichodermakoningii)REMI突变菌株TK-2R-14经过固体发酵获得袁孢子含量为2伊108个窑g-1遥供试水稻秸秆取自上海市奉贤区水稻田遥供试番茄渊Lycopersiconesculentum冤品种为蒙特卡罗袁黄瓜渊CucumissativusL.冤品种为黄帝遥供试DNS渊3袁5-二硝基水杨酸冤尧无水葡萄糖尧酒石酸钾钠尧无水亚硫酸钠均购自国药集团化学试剂公司袁氢氧化钠和苯酚购自中国医药渊集团冤上海化学试剂公司遥1.2方法取经粉碎直径为1mm的水稻秸秆1kg袁加入等量不同的腐熟剂后袁再加水4L混合均匀遥放置在堆肥发酵盘渊70cm伊50cm冤中袁秸秆堆肥堆制10cm厚袁在温室条件下渊25耀27益冤腐熟20d后为所得秸秆菌肥袁备用遥以不加任何腐熟剂为对照渊CK冤袁试验共设7个不同腐熟剂处理袁处理1渊H6冤院只加含H6的腐熟剂曰处理2渊TKR14冤院只加含TK-2R-14的腐熟剂曰处理3渊HTK1冤院H6与TK-2R-14用量比为1:1曰处理4(HTK2)院H6与TK-2R-14用量比为1:2曰处理5(HTK3)院H6与TK-2R-14用量比为2:1曰处理6(HTK4)院前10d用TK-2R-14袁后10d加入等量H6曰处理7(HTK5)院前10d用H6袁后10d加入等量TK-2R-14遥试验设4次重复遥1.2.1秸秆菌肥纤维素酶活性测定将秸秆菌肥30益下烘干袁用研钵研碎袁按固体干重的10倍加入蒸馏水袁40益下180r窑min-1振荡45min袁过滤后4益下4000r窑min-1离心10min袁取上清液作为粗酶液袁测定降解纤维素的主要酶类滤纸酶渊FPA冤和羧甲基纤维素酶渊CMC冤酶活[6袁7]遥1.2.2秸秆菌肥葡萄糖含量测定取1mg窑mL-1葡萄糖标准液0袁0.1袁0.2袁0.3袁0.4袁0.5mL于试管中袁用蒸馏水定容至0.5mL遥摇匀后加入0.5mLDNS渊显色剂冤溶液袁摇匀袁沸水浴5min袁取出冷却后加入4mL蒸馏水袁充分混匀后在540nm波长下测定OD值遥以葡萄糖含量为横坐标袁以对应的光密度值为纵坐标袁绘制葡萄糖标准曲线遥将秸秆菌肥用蒸馏水浸泡1h后研磨袁过滤尧离心后取上清液装入试管袁向试管中加入0.5mL葡萄糖提取液袁再依次加入0.5mL的DNS遥将试管置于沸水浴中5min袁取出冷却后充分摇匀遥各加入4mL蒸馏水袁充分混匀遥在540nm波长下测定OD值[8]袁并根据标准曲线计算算葡萄糖含量遥1.2.3秸秆菌肥中氮尧磷尧钾含量的测定采用凯氏定氮法测定秸秆菌肥中氮的含量曰采用磷钼蓝比色法测定磷的含量曰采用火焰光度计法测定钾的含量[9]遥1.2.4秸秆菌肥对蔬菜作物生长的影响采用盆栽试验袁将对照渊不加任何腐熟剂处理的秸秆菌肥冤和不同腐熟剂处理秸秆菌肥与基质混合渊1:1冤袁用于番茄和黄瓜播种基质遥试验设4次重复袁黄瓜每重复3株袁番茄每重复8株遥处理30d后分别测量黄瓜和番茄的株高尧鲜重和干重遥1.2.5数据处理试验所得数据采用DPS软件进行方差分析袁差异性分析用Duncan新复极差法进行检验遥2结果与分析2.1不同腐熟剂处理对水稻秸秆菌肥中纤维素酶活性的影响不同腐熟剂处理对秸秆菌肥纤维素酶活性有很大影响渊图1冤遥H6处理纤维素酶活性明显高于其他处理袁CMC酶活性为3.48U窑g-1曰HTK3处理与对照差异也达到极显著水平曰其他处理与对照差异不显著遥各处理FPA酶活与对照相比差异均未达显著水平遥H6处理的纤维素酶活性最高袁HTK3处理FPA酶活力最高渊1.13U窑g-1冤袁段兴鹏等院不同腐熟剂对水稻秸秆菌肥的降解效应和对蔬菜生长的影响563窑窑第40卷沈阳农业大学学报图1腐熟剂处理后的秸秆菌肥纤维素酶活性测定不同大写字母不同示差异达极显著水平渊p=0.01冤袁不同小写字母不同示差异达显著水平渊p=0.05冤遥下同Figure1Cellulaseactivitiesofstrawcompostpreparedbystraw-decomposingTrichodermaInoculantCapitalletterswerestandforsignificantdifferencesatp=0.01level,smallletterswerestandforsignificantdifferencesatp=0.05level.Thesameasbelow图2不同腐熟剂处理的水稻秸秆菌肥葡萄糖含量测定结果Figure2Reducedsug