头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液对玉米、小麦种子萌发的影响

刘华娇 习彦花 饶硕

摘要：为解决头孢菌素C药渣厌氧发酵产生的大量沼液资源化利用问题，以玉米、小麦种子为供试材料，分别采用不同稀释浓度的沼液进行处理，通过浸种和直接催芽试验，确定沼液对玉米和小麦种子萌发的影响。结果表明，在一定浓度范围内，沼液浸种和催芽不同程度地促进了玉米、小麦的萌发，其中，沼液浸种对种子萌发的促进作用比沼液直接催芽更明显，沼液稀释50倍浸种玉米，稀释100倍浸种小麦综合效果最佳。最适浓度沼液浸种玉米的发芽率、平均湿质量、芽长、根长分别比对照组提高了10.11%、22.53%、26.18%、14.44%;小麦种子的发芽率、平均湿质量、芽长、根长分别比对照组提高了5.38%、21.99%、5.82%、7.49%。

关键词：头孢菌素C菌渣;小麦种子;玉米种子;浸种;催芽

中图分类号： S513.01;S512.01  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）22-0097-05

我国是世界上最大的抗生素原料药生产与出口国，其中头孢菌素类抗生素产量占世界总产量的80%以上[1]。生产 1 t 抗生素约产生8～10 t湿菌渣，仅河北省头孢菌素药渣年产量就达14.2万t左右[2]。抗生素菌渣被我国明确列为危险废物，如何实现菌渣的安全处置与合理有效利用成为我国制药工业亟待解决的难题。厌氧发酵技术适合处理有机质含量高的底物，而抗生素菌渣具有高蛋白的特点，因此，厌氧发酵成为无害化、资源化处理抗生素菌渣，使其能够真正投入到实际应用的有效途径。

目前，我国关于农业有机废弃物沼液特性、使用方法及对农作物的影响等方面的研究较多[3-4]，而对抗生素菌渣厌氧发酵产生的沼渣沼液肥料化应用的研究和报道较少。因此，本研究利用头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液[该沼液经高效液相色谱（HPLC）和生物学方法未检测到有抗生素残留]处理玉米和小麦种子，进行浸种和催芽试验，以期为抗生素菌渣厌氧发酵沼液的肥料化利用奠定基础，为沼液在玉米、小麦浸种和催芽上的合理应用提供数据支持。

1 材料与方法

本试验于2018年3—7月在河北省科学院生物研究所完成。

1.1 试验材料

小麦（中麦9号）、玉米（兴农998）种子均购自河北省农林科学院。头孢菌素C药渣发酵沼液来自华北制药厌氧发酵系统，具体理化性质见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 沼液稀释  采用去离子水按体积比稀释沼液，获得稀释倍数为0、2、5、10、20、50、100、200倍的沼液，以不加沼液的清水作为对照（CK）。

1.2.2 沼液浸种 选取成熟、饱满、均匀一致的健康种子，置于直径为12 cm的培养皿中，分别取40 mL稀释后不同浓度的沼液浸泡20 h，然后用清水冲洗干净，通风晾干;选取20粒浸泡好的种子均匀摆放于铺有2层滤纸的培养皿中，每个处理3个重复，置于28 ℃恒温箱中培养，每天视平板中滤纸的湿度喷洒适量清水。统计发芽情况并计算发芽率，培养第7天测量种子湿质量、芽长和根长等生长指标。

1.2.2 沼液直接催芽 分别向铺有2层滤纸的培养皿中注入约6 mL不同稀释倍数沼液，以培养皿内无明显积液为准;选取成熟、饱满、均匀一致的健康种子（玉米种子15粒或小麦种子20粒），均匀地播撒在滤纸上，置于28 ℃恒温箱中培养，每天视平板中滤纸的湿度采用相应浓度的沼液润湿滤纸。统计发芽情况并计算发芽率，培养第7天测量种子湿质量、芽长和根长等生长指标。

1.3 指标测定方法

1.3.1 發芽率 从培养次日开始逐日记录种子发芽数，连续记录7 d，计算种子萌发指标，公式如下：

发芽率=正常发芽粒数/供试种子粒数×100%。

1.3.2 生长指标测定 培养第7天后，从培养皿中取出幼苗，用毛刷刷净其表面沙子，使用美耐特MNT-150T型数显游标卡尺测定芽长、根长，使用赛多利斯BASA2202S型精密天平（精度为0.000 1 g）测定平均湿质量。

1.4 数据统计与分析

所有数据利用Excel 2013和SPSS 22.0生物统计软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 沼液浸种对玉米、小麦种子萌发的影响

2.1.1 沼液浸种对玉米种子萌发的影响 玉米种子经头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液浸种后，其发芽率、平均湿质量、芽长及根长均总体随着沼液稀释浓度的增加呈先升高后降低的趋势，结果见图1。由图1-A可见，与对照组相比，原液和稀释2、5倍沼液对玉米种子的萌发有抑制作用，当稀释倍数为20、50倍时，发芽率达到最高，均为98%，比对照组提高了10.11%。由图1-B可知，沼液稀释20～100倍时，种子的平均湿质量明显高于对照组与其他处理组，比对照组提高了21.94%～22.53%，说明适当浓度的沼液浸种有利于增加种子的湿质量。由图1-C、图1-D可知，经沼液浸种后，玉米幼苗芽长及根长变化趋势较为一致，原液和稀释2、5倍沼液处理组的根长和芽长显著低于其他处理组和对照组（P<0.05），当沼液稀释50倍时，幼苗芽长和根长都达到最大值，分别为4.53、10.38 cm，分别比对照组提高了26.18%、14.44%。由图2可以看出，在沼液稀释50倍时，种子的芽和根相较于对照组更为粗壮。说明高浓度沼液浸种对玉米种子的萌发生长具有抑制作用，当稀释浓度为50倍时，沼液浸种最有利于玉米种子的萌发及其根和芽的生长。

2.1.2 沼液浸种对小麦种子萌发的影响 由图3可见，经头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液浸种后，小麦种子的发芽率和平均湿质量首先随着沼液稀释倍数的增加逐渐增高，在稀释倍数为100倍时达到峰值，分别为98%、169.50 mg，然后开始降低，并趋近于对照组。其中，稀释100倍沼液处理组与对照组相比，发芽率差异不显著，比对照组提高了5.38%（图3-A），而平均湿质量显著高于对照组（P<0.05）21.99%（图3-B）。由图3-C、3-D可知，小麦种子经沼液浸种后芽长和根长的变化趋势较为一致。原液和稀释2、5倍沼液对小麦种子芽长和根长的生长抑制作用明显，对应处理下的芽长和根长显著低于对照组（P<0.05）。在沼液稀释100倍时，芽长和根长均达到各处理组的最高值，分别为3.09、6.17 cm，分别比对照组提高了5.82%、7.49%。

由图4可以看出，在沼液稀释100倍时，小麦幼苗的芽和根的长势明显优于对照组。说明适当浓度的沼液浸种对小麦种子芽和根的生长具有一定的促进作用。

2.2 沼液直接催芽对玉米、小麦种子萌发的影响

2.2.1 沼液直接催芽对玉米种子萌发的影响 由图5-A可见，经沼液直接催芽的玉米种子，在原液和2倍稀释浓度处理下，种子的萌发率为0，稀释100～200倍沼液处理，发芽率均高于对照组，其中沼液稀释100倍时，种子发芽率最高，为88%，略高于对照组的86%。表明高浓度沼液催芽会严重抑制玉米种子的萌发，而低浓度沼液对玉米种子萌发具有促进作用，当沼液稀释到100倍时，对玉米种子萌发的促进作用最明显。由图5-B可见，对照组玉米种子的平均湿质量为953.3 mg，经沼液催芽处理后种子的平均湿质量大多显著低于对照组，并且随着沼液浓度的降低，玉米种子的平均湿质量整体呈现上升趋势。说明沼液催芽会抑制玉米种子的萌发，随着沼液稀释倍数的增加，对玉米种子的抑制作用逐渐解除。由图5-C可以看出，经沼液催芽后，在原液和2倍稀释浓度处理下玉米种子未萌发，因此芽长为0，除100倍稀释浓度处理外，其余浓度沼液处理下玉米幼苗的芽长均高于对照，且在沼液稀释10倍时芽长最长，为4.59 cm，显著高于对照组（P<0.05），说明在一定浓度范围内，沼液催芽对玉米幼苗芽长的伸长具有一定的促进作用。由图5-D可以看出，随着沼液稀释倍数的增加，玉米幼苗的根长整体呈增长的趋势，只有在稀释倍数为200倍时根长稍高于对照，为7.69 cm，与对照差异不显著。

由图6可见，在沼液稀释50倍时，玉米种子的芽和根比对照组稍细，长势稍弱，但发芽率较高。

2.2.2 沼液直接催芽对小麦种子萌发的影响 由图7-A可见，原液及2～20倍稀释沼液抑制小麦种子萌发，其中在原液及2倍稀释沼液处理下，种子的发芽率为0，说明高浓度沼液直接催芽对种子萌发抑制作用较强。当沼液稀释倍数大于50倍时，种子发芽率与对照组相比略有提高，但差异不显著。由图7-B可见，经沼液催芽后，各处理平均湿质量均低于对照组，其中50倍稀释沼液处理平均湿质量为各处理组中最高，但与对照组差异不显著。由图7-C、7-D可见，经沼液直接催芽后的小麦种子，芽长和根长整体随沼液稀释倍数的增大呈先增长后减小的趋势，对照组的芽长、根长分别为4.72、7.37 cm，在沼液稀释50倍时，芽长和根长达到最大值，分别为4.88、7.53 cm，稍高于对照组，其余处理下的根长和芽长均低于对照组。

由图8可见，沼液原液直接催芽的小麦种子并未萌发，而50倍稀释沼液催芽处理下的小麦种子根长和芽长与对照组相比无明显差异，但是经沼液直接催芽处理的种子芽和根比对照组更粗壮、更发达。说明50倍稀释沼液对小麦种子根和芽的生长具有促进作用。

3 结论与讨论

3.1 沼液浸种对玉米、小麦种子萌发的影响

沼液浸种是一种简便、安全、效果好的新型种子处理技术，目前在各领域被广泛应用。本研究利用不同浓度头孢菌素C菌渣厌氧发酵沼液对玉米、小麦种子进行浸种催芽试验，结合发芽率、平均湿质量、芽长和根长这4个指标进行分析，结果说明，沼液短时间浸种对玉米、小麦种子萌发和生长影响较大，高浓度沼液对种子萌发和生长有抑制作用，随着沼液稀释倍数的增加，抑制作用逐渐解除，并且在稀释50倍时，对玉米种子萌发和生长有促进作用，在稀释100倍时，对小麦种子萌发和生长有促进作用，这与吴玉红等的研究结果[5-6]一致。

3.2 沼液直接催芽对玉米、小麦种子萌发的影响

高浓度沼液直接催芽显著抑制种子萌发，稀释倍数为100～200倍的沼液，对玉米种子的萌发有促进作用，但4个指标并不统一;稀释倍数为50倍的沼液，对小麦种子的萌发和生长有促进作用。综合看来，在一定浓度范围内，沼液催芽对玉米、小麦种子的萌发有一定的促进作用，但与对照相比无显著差异。

通過比较分析2组试验结果发现，沼液浸种对种子的萌发和生长的促进作用优于沼液直接催芽。这可能是由于沼液浸种能较好地保持低温胁迫下细胞膜的完整性，减少膜的透性;同时沼液中含有丰富的营养物质，其中的氮、磷、钾等营养元素可为种子发芽和幼苗生长提供营养，钙、铁、铜、锌、锰等多种微量元素会加速种子从休眠萌芽至成苗过程中的养分转化，促使其早发芽[7-8]。此外，这2种方法中高浓度沼液处理均对种子造成了毒害作用从而抑制种子萌发，且抑制作用随着沼液浓度的增大而增强，这与倪天驰等的研究结果[9]一致。分析原因认为与沼液成分复杂[10-11]，可能存在重金属及其他不明抑制物质有关。因此，适宜沼液浓度的确定对提高种子萌发率和玉米、小麦产品、品质具有重要意义。

综上所述，合适浓度的头孢菌素C厌氧发酵沼液浸种对种子萌发和生长的促进作用优于沼液直接催芽。在一定浓度范围内，沼液浸种有利于提高玉米、小麦种子的发芽率、增加湿质量及促进芽、根的生长，其中稀释50倍沼液浸种玉米，稀释100倍沼液浸种小麦综合效果最佳。但沼液成分复杂，对种子作用的具体机制还有待于进一步研究。

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