豆粕的萌前除草活性及其對(duì)土壤微生物的生態(tài)效應(yīng).pdf

1、雜草危害是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和城市草坪管理中面臨的主要問題之一。雜草的化學(xué)防治一直是雜草控制的主要手段，但化學(xué)除草劑的過度使用所帶來的環(huán)境安全問題已日益受到公眾的關(guān)注，而尋求天然無(wú)公害的除草劑被認(rèn)為是解決這一弊端的有效途徑之一。豆粕是大豆經(jīng)過提取豆油后得到的一種副產(chǎn)品，含有40％～48％蛋白質(zhì)，是一種常見的動(dòng)物飼料。本文研究了豆粕及其水解物對(duì)植物種子萌發(fā)的抑制活性(以下稱為萌前除草活性)及作用機(jī)制，評(píng)價(jià)了豆粕對(duì)成熟草坪植物、草坪質(zhì)量及草坪土壤

2、微生物多樣性的影響。此外，還比較研究了與豆粕組成相似的玉米蛋白粉的萌前除草活性機(jī)制。上述研究為闡明豆粕乃至其他天然蛋白原料及其水解物的除草活性機(jī)制，為豆粕開發(fā)成天然萌前除草劑提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果如下。(1)通過培養(yǎng)箱及溫室內(nèi)植物種子發(fā)芽實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了不同施用量的豆粕對(duì)8種植物的萌前除草活性。結(jié)果表明：無(wú)論是在培養(yǎng)箱實(shí)驗(yàn)條件還是溫室盆栽條件下，豆粕均能有效抑制植物種子萌發(fā)時(shí)根的生長(zhǎng)發(fā)育并降低植物種子相對(duì)發(fā)芽率。豆粕的萌前除草活性

3、具有種間差異，總體上看，豆粕對(duì)雙子葉植物具有更強(qiáng)的萌前除草活性。培養(yǎng)箱實(shí)驗(yàn)條件下，豆粕施用量為7 mg/mL時(shí)，豆粕對(duì)野菊(Dendranthema indicum)、勝紅薊(Ageratum conyzoides)、水蜈蚣(Kyllingabrevifolia)、三葉鬼針草(Bidens pilosa)等雜草根長(zhǎng)抑制率達(dá)到100％，而對(duì)多年生黑麥草(Lolium perenne)、一年生黑麥草(Lolium multiflorum)、

4、雜三葉(Trifolium hybridum)等草坪植物種子萌發(fā)的根長(zhǎng)抑制率為86％、52％和79％。無(wú)菌條件下，豆粕的萌前除草活性明顯下降，當(dāng)豆粕施用量達(dá)到10 mg/mL時(shí)，對(duì)多年生黑麥草和紅三葉(Trifolium pratense)的根長(zhǎng)抑制率(＜32％)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于非無(wú)菌條件下對(duì)這2種植物的根長(zhǎng)抑制率(＞90％)，從而證實(shí)了微生物在豆粕的萌前除草活性中起重要作用。培養(yǎng)箱實(shí)驗(yàn)條件下，各施用量豆粕液萌前除草活性實(shí)驗(yàn)前的pH為6.63～

5、7.10，氨氮含量為1.07～1.63 mg/L之間，萌前除草活性實(shí)驗(yàn)后pH上升到8.26～8.86，氨氮含量上升到25.98～232.47 mg/L，而硝態(tài)氮及亞硝態(tài)氮含量少，除草活性實(shí)驗(yàn)前后變化很小。分析認(rèn)為，豆粕液經(jīng)過微生物分解所產(chǎn)生的游離氨是豆粕釋放的除草活性物質(zhì)。溫室盆栽條件下，豆粕表施和混施2種施用方式對(duì)8種植物均有不同程度的萌前除草活性，混施比表施對(duì)植物根的生長(zhǎng)有更強(qiáng)的抑制活性。 (2)用堿性蛋白酶水解豆粕制備出豆

6、粕水解物，分析了其萌前除草活性及作用機(jī)制。結(jié)果顯示：在培養(yǎng)箱及溫室條件下，豆粕水解物比豆粕有更高的除草活性。無(wú)菌條件下不同濃度的豆粕水解物(0.5 mg/mL、1mg/mL、1.5 mg/mL、2.0 mg/mL)使多年生黑麥草根長(zhǎng)增加了14％～17％，芽長(zhǎng)增加了12％～14％，說明無(wú)菌條件下豆粕水解物沒有除草活性。豆粕水解物除草活性前后pH及氨氮變化趨勢(shì)與豆粕液的非常相似，說明豆粕水解物與豆粕具有相同的萌前除草活性機(jī)制，即豆粕水解物在

7、微生物作用下所釋放的游離氨是除草活性物質(zhì)。 (3)用超濾法制備不同相對(duì)分子質(zhì)量分別為＞10000 Dal、5000～10000 Dal、3000～5000 Dal、1000～3000 Dal、＜1000 Dal的豆粕水解肽組分，發(fā)現(xiàn)不同相對(duì)分子質(zhì)量的豆粕水解肽在相同氮含量條件下的除草活性無(wú)顯著差異，并從相對(duì)分子質(zhì)量小于1000 Dal的豆粕水解肽組分中分離純化出一個(gè)6肽單體(Tyr—Ser—Tyr—Pro—Pro—Arg)，分離

8、過程中各多肽組分對(duì)多年生黑麥草的根抑制活性無(wú)顯著差異，這些結(jié)果證實(shí)了豆粕及其水解物除草活性來源于其中的蛋白質(zhì)或多肽部分，但豆粕水解肽的除草活性與其相對(duì)分子質(zhì)量沒有相關(guān)性。 (4)通過培養(yǎng)箱發(fā)芽實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步比較玉米蛋白粉與豆粕的除草機(jī)制。結(jié)果表明：無(wú)菌條件下，玉米蛋白粉的除草活性急劇下降，玉米蛋白粉水解物還促進(jìn)了多年生黑麥草的種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)。無(wú)菌條件下，玉米蛋白粉及其水解物培養(yǎng)液的pH及氨氮基本上沒有變化，而非無(wú)菌培養(yǎng)條件下，p

9、H及氨氮急劇上升。此外，相同氮含量條件下，不同相對(duì)分子質(zhì)量多肽的萌前除草活性沒有顯著差異。此項(xiàng)結(jié)果證明了豆粕、玉米蛋白粉等天然蛋白原料具有相同的萌前除草機(jī)制。 (5)豆粕脅迫條件下，多年生黑麥草種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)過程中SOD、POD、CAT活性及MDA、可溶性蛋白、可溶性糖含量表現(xiàn)出先升高后下降的趨勢(shì)，各處理的SOD、POD、CAT活性均高于對(duì)照，不同處理SOD活性最高值發(fā)生在第10天至12天，POD活性最高值發(fā)生在第7天，CA

10、T活性最高值發(fā)生在第7天至第10天。 (6)以華南地區(qū)廣泛栽培的草坪草—細(xì)葉結(jié)縷草(Zoysia tenuifolia)為研究對(duì)象，研究不同的豆粕施用量對(duì)細(xì)葉結(jié)縷草生長(zhǎng)、草坪質(zhì)量及光合作用特性的影響。結(jié)果表明：豆粕含有7％左右的氮，為秋冬季細(xì)葉結(jié)縷草草坪的生長(zhǎng)提供了豐富的氮肥源，提高了植物體內(nèi)硝酸還原酶活性，增加了氮素的吸收，使草坪草的光合能力增強(qiáng)，促進(jìn)了草坪的生長(zhǎng)，增加了草坪的生物量，有效地改善了草坪顏色、均一度，延長(zhǎng)了細(xì)葉結(jié)

11、縷草草坪綠期。 (7)通過土壤酶活性分析，傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)法以及PCR—DGGE、RAPD等分子生物學(xué)技術(shù)研究豆粕對(duì)草坪土壤微生物多樣性的影響。結(jié)果顯示：豆粕對(duì)多數(shù)土壤酶活性影響不大，特別是到實(shí)驗(yàn)后期，多數(shù)土壤酶活性與對(duì)照沒有顯著差異，只有高施用量(300 g/m2)豆粕能較長(zhǎng)時(shí)間地提高蛋白酶活性；豆粕只能在一定時(shí)間內(nèi)增加土壤微生物的數(shù)量，隨著豆粕的分解，養(yǎng)分被草坪植物吸收及滲漏流失，豆粕對(duì)土壤微生物的影響逐步減弱，加之土壤微生