張光祥,司小卉,范濤,吳丹,王燕

(四川師范大學生命科學學院,四川成都610101)

我國食用菌年生產(chǎn)量達1.73×108～1.83× 108t[1-2],居世界前列,按生物學效率40%和食用菌培養(yǎng)料減重50%[3]計算,菌糠年產(chǎn)生量在2× 108t以上。食用菌菌糠的資源化利用已受到廣泛關(guān)注[1],從用作農(nóng)作物基肥[4-5]發(fā)展到制備活性炭[6]等新用途,已報道的利用途徑不下10種[1,7],但是大多數(shù)用途的研究還不夠深入,未在生產(chǎn)實踐中得到廣泛推廣。末次采菇后的新鮮菌糠可直接用于食用菌基料添加、畜禽魚飼料添加、產(chǎn)沼氣、提取植物營養(yǎng)液和纖維素酶等[7]、生產(chǎn)微生物菌肥[8-12]。相對于含有大量菌絲體的新鮮菌糠,腐熟菌糠的理化性質(zhì)和成分含量相對更為穩(wěn)定。腐熟菌糠可用于無土栽培基質(zhì)[13-15]、飼養(yǎng)昆蟲[9]或蚯蚓[16]、提取漆酶[7]等,還可用于環(huán)境修復(fù)或污水處理中吸附 Pb+2、降解多環(huán)芳烴類物質(zhì)(PAH)和造紙工業(yè)污染物2,4-二氯酚(DCP)等有機氯[7]。但對腐熟菌糠的資源化利用研究相對滯后,甚至腐熟菌糠的成份也還知之甚少。本研究旨在測定腐熟菌糠中的氮、磷、鉀含量,并對菌糠腐殖質(zhì)、水提物和醇溶物的植物促長效果作一比較,為腐熟菌糠的高附加值利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

腐熟的平菇菌糠取自成都市龍泉驛區(qū)大面鎮(zhèn)附近的廢棄菌糠堆積處,曬干后研細備用。供試作物為“大白尖葉”萵筍、“彩糯668”玉米、“竹絲茄”(茄子)和“二早子”(黃瓜)。

1.2 試驗方法

腐熟菌糠成份的提取測定方法：腐熟菌糠中N、P、K的測定：隨機抽取5個種植袋倒出腐熟菌糠壓碎后曬干,再次壓碎后充分混勻,充分研細后備用 (圖1)。測定前50℃烘干至恒重后取樣,按有機肥國家標準NY525-2002規(guī)定的方法測定全氮、全磷和全鉀,分別測定4個、3個和9個重復(fù)樣。

水溶性物質(zhì)的提取：取按前述方法制備的菌糠粉800g,用適量水在40℃下溶提1h,再以雙層紗布過濾,取濾渣與適量水在鋼筋鍋內(nèi)煮沸,沸騰1h后再次以雙層紗布過濾,將兩次獲得的濾液合并,離心(800r/min,10min)以取上清液,將上清液60℃烘干得到水溶物干物質(zhì)。

醇性物質(zhì)的提取：稱取菌糠粉400g菌糠,以適量乙醇溶液溶泡24h后,在40℃下水浴1h,并進行超聲波處理三次,每次5min,然后四層紗布過濾,將上清液置于通風櫥風干得到膏狀醇溶物。

腐殖質(zhì)的提取：取500g烘干的菌糠粉于鋼鍋內(nèi),加入3L提取液(44.6g焦磷酸鈉與4.0g氫氧化鈉溶于水并定容至1L),溶泡1h后煮沸1h,放置過夜后兩層紗布過濾。將濾液 800rpm離心10min后取上清液于白磁盤中置鼓風干燥箱50℃烘干。

不同提取物對作物的促長試驗：根據(jù)水提物、醇提物、腐殖質(zhì)的提取率分別配制成低、中、高三種噴施濃度,韋爾奇高科牌葉面肥“諾貝寧”(以蕓苔素、殼聚糖為主要成分,說明書使用濃度為0.125%)的使用濃度。水提物的低、中、高三個濃度水平分別為0.1%、0.5%、2.5%(w/v)的藥劑,醇提物的低、中、高三個濃度水平分別為0.01%、0.05%、0.1%(w/v)的藥劑,腐殖質(zhì)的低、中、高三個濃度水平分別為0.2%、1.0%、5.0%(w/v)的藥劑。以主要活性成分為蕓苔素和殼聚糖的韋爾奇高科牌葉面肥“諾貝寧”(說明書使用濃度為0.125%)為標準對照,也配成低(0.025%)、中(0.125%)、高(0.625% (w/v))三個噴施濃度。四種試驗藥劑都設(shè)零濃度(只噴純凈水)的空白對照。

試驗采用L16(45)正交試驗設(shè)計方法,重復(fù)兩次,因素水平見表1。于早春大棚溫室育苗,選12cm高的健壯苗移栽,移栽后一周開始試驗處理,處理前進行一次株高和當時最大葉片的長度與葉寬調(diào)查,并掛牌編號。藥劑噴施處理4d,每天早晚在植株的葉面各噴施一次,以葉面濕潤為度。停止葉面噴施處理后的第五天再次進行一次株高和當時最大葉片的長度與葉寬測量。

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Factor levels of orthogonal test

2 結(jié)果與討論

2.1 腐熟菌糠中的氮、磷、鉀含量

測定結(jié)果顯示,平菇腐熟菌糠中全氮的含量為(2.100 0±0.114 3)mg/g,即0.21%;全磷含量(以P2O5計)為(9.543 5±0.335 3)mg/g,即0.95%;全鉀含量(以K2O計)為(6.155 2± 0.505 4)mg/g,即占0.62%。與平菇新鮮菌糠全氮含量0.53%～0.48%、全磷(以P2O5計) 0.55%～0.84%和全鉀(以K2O計)0.62%～0.78%[17]相比,全鉀的含量相當,全磷含量偏高,但差異并不十分懸殊,然而全氮含量不及一半,說明充滿新鮮菌糠的菌絲體的腐爛對氮的含量影響很大,全氮含量大幅減少。由于磷和鉀的含量一般不會因為菌糠腐熟過程而明顯損耗,按理應(yīng)該受新鮮菌糠中菌絲體等有機質(zhì)腐爛和腐殖化的減重影響而有所增加。但是食用菌培養(yǎng)料的配方不同會造成磷和鉀等成份初始含量的差異,從而導致不同菌糠間的含量差異[1]。

2.2 生物活性物的提取

用腐熟菌糠提取的腐殖質(zhì)溶液為橙黃色透明液,于鼓風干燥箱50℃烘干后,磁盤中間為灰白色放射狀固形物,磁盤邊緣的固形物帶深淺不同的棕色(圖2)。每500g烘干菌糠粉得116.53g腐殖質(zhì),提取率為23.306%。腐殖質(zhì)含有豐富的芳香環(huán)、羧基、羥基、甲氧基等基團,具有較高的離子交換容量,對一些金屬離子、有機污染物和染料等具有絡(luò)合或螯合作用,對動植物具有多種生理活性,用途十分廣泛[18]。腐熟菌糠中23.306%的腐殖質(zhì)提取率已經(jīng)接近風化煤的腐植酸含量(27.68%)[19],也接近低腐植酸泥炭的腐植酸含量(15%～25%)的高限[20]。

從800g烘干的食用菌生產(chǎn)廢料提取到的水提物總量為32.42 g,提取率為4.0525%;從400g烘干的腐熟菌糠中共提取到醇提物1.25g,提取率為0.312 5%。這些提取物是否具有生理活性值得研究。

2.3 植物促長試驗結(jié)果

葉面噴施試驗結(jié)果表明,以試驗期間作物苗期最大葉片的長度增量為指標時,腐殖質(zhì)、水溶性提取物、醇溶性提取物和葉面肥“諾貝寧”的促長作用具有極顯著差異,不同濃度對作物葉片長度的影響也達到了顯著水平。

用新復(fù)極差法對各因素的水平間差異進行多重比較(表3),結(jié)果表明腐殖質(zhì)對作物葉片長度的增長量具有最大促進作用,促長效果是“諾貝寧”的1.48倍,與另外3種噴劑的作用達極顯著差異。醇提物和水提物的作用與葉面肥“諾貝寧”相當,三者之間無顯著差異。這些噴劑對葉片長度的促進作用隨濃度提高而增大,但只有試驗中的最大濃度才顯著優(yōu)于噴純凈水的對照。

表2 不同因素對四種作物葉片長度增量的正交試驗方差分析Tab.2 Variance analysis of orthogonal experiment on influence of foliage spray with various extracts on leaf length of plants

表3 各因素的不同水平間差異多重比較Tab.3 Multi-comparison analysis of three experimental factors

表4 不同因素對四種作物葉片寬度增量的正交試驗方差分析Tab.4 Variance analysis of orthogonal experiment on influence of foliage spray with various extracts on leaf width of plants

在試驗期間不同作物的葉片長度增量具有極顯著差異(表2),萵筍的葉片長度增長速度大大快于其它3種作物,黃瓜的葉片長度增長最慢(表3)。這種差異很可能只是不同作物的葉形和葉片生長特性不同所致,因為在正交試驗的方差分析中,模型誤差項并不顯著,說明作物與噴劑種類之間以及噴劑的種類與濃度之間并不存在顯著的互作效應(yīng)(表2)。

當以葉片寬度的增量為評價指標時,不同作物間也存在極顯著差異(表4)。但是不同噴劑間的差異只達到顯著水平,不同濃度間的差異不顯著。這與葉片寬度的增長速度比葉片長度慢,試驗觀察期不夠長等因素有關(guān)。事實上,葉片寬度的全試驗平均增量僅為(17.187 5±12.731 6)mm,葉片長度的平均增量達(48.187 5±33.916 8)mm,兩者相差懸殊。所以,葉片寬度增量對噴劑的反應(yīng)不及葉片長度增量敏感,需要足夠長的實驗觀察期才能充分反映出噴劑的作用效果。而苗期最大葉片長度的增量對葉面噴施生理活性物質(zhì)的反應(yīng)最為敏感,可在較短時間內(nèi)對促長效果做出評價。

腐殖質(zhì)具有促進營養(yǎng)吸收、增加細胞透性、調(diào)節(jié)體內(nèi)pH和離子平衡、增強酶活和代謝機能、激活和增強動物免疫力以及類似生長素的促長活性等多方面的生理作用[21-23],雖然類似植物生長素活性的作用機制還有不同說法[21],但Nebbioso等人[24]利用腐殖質(zhì)組學(Humeomics)方法發(fā)現(xiàn)腐殖質(zhì)含甾體類物質(zhì)。天然甾類化合物大都具有重要生理作用,比如甾體類植物激素油菜素甾醇和拉肖皂苷等就具有明顯促長作用[25]。本研究中腐熟菌糠腐殖質(zhì)的高提取率和極顯著的植物促長效果說明,菌糠也是一種具有開發(fā)價值的腐殖質(zhì)資源。腐殖質(zhì)在種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)以外也有很多高附加值利用途徑[18],而且還在不斷涌現(xiàn),比如可用于生產(chǎn)有機污染物的高靈敏傳感器[26]、復(fù)合高吸水性樹脂[27]、高能鋰電池陽極材料LiFePO4/C[28]以及高效率的有機、無機染污物清除劑[29-30]。所以大量廢棄腐熟菌糠作為腐殖質(zhì)資源的綜合利用值得進一步研究。

3 結(jié)論

1)栽培平菇產(chǎn)生的腐熟菌糠含全氮0.21%、全磷0.95%、全鉀0.62%。從腐熟菌糠干粉中提取腐殖質(zhì)、水溶性物質(zhì)和醇溶性物質(zhì)的提取率分別為23.306%、4.0525%和0.3125%。

2)從腐熟菌糠中提取的水溶性物質(zhì)和醇溶性物質(zhì)都對作物具有與諾貝寧相當?shù)拇匍L作用,但腐殖質(zhì)的促長作用最大,對葉片長度的促進效果是葉面肥“諾貝寧”的1.48倍。

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