粘红酵母和地衣芽孢杆菌菌肥对芸豆豆苗生长的影响

薛飞燕　赵爽　玉晏飞　马兰青　赵晓萌

摘要[目的] 为了探索餐厨废水资源化利用，以生产生物肥料的可行性。[方法]以餐厨废水为原料， 分别接种粘红酵母（R. glutinis）和地衣芽孢杆菌（B. licheniformis）进行发酵培养，获得生物菌肥，以基肥形式进行芸豆盆栽肥效测试， 分别测定了粘红酵母菌肥、地衣芽孢杆菌菌肥及二者的混合菌肥对芸豆豆苗生长的影响。[结果]粘红酵母利用餐厨废水发酵24 h以后可积累生物量10 g/L以上，地衣芽孢杆菌利用餐厨废水发酵60 h后高温淀粉酶活力可达950 U以上；施以单一菌肥时，粘红酵母菌肥和地衣芽孢杆菌菌肥对豆苗径粗增长均有促进作用（前者的促进作用更明显），而对豆苗株高增长有明显的抑制效应；以不同剂量、不同比例施以混合菌肥时，当粘红酵母与地衣芽孢杆菌质量比为4∶1， 总施肥量为0.2 g/盆时，混合菌肥对径粗的促进作用最大，对株高的抑制效应最小。[结论] 粘红酵母和地衣芽孢杆菌的混合菌对芸豆豆苗径粗增长有明显的促进作用，可作为生物肥料使用。

关键词粘红酵母；地衣芽孢杆菌；菌肥；芸豆

中图分类号S144文献标识码A文章编号0517-6611（2014）12-03541-03

基金项目北京市教委面上基金项目（KM201210020009）；北京市优秀人才基金项目（2013D005021000003）。

作者简介薛飞燕（1982- ）， 女， 陕西吴堡人，讲师，博士，从事生物质能源相关研究。*通讯作者，工程师，硕士，从事生物药学方面的研究。

近年来因化学肥料和农药的大量使用，农产品质量下降、耕地土壤品质和生产力降低等农业生产环境恶化现象日趋严重[1]。为保障农产品质量、修复改善土壤环境和确保粮食安全供应，开发可替代传统化学肥料的生物肥料（特别是微生物肥料）成为农业可持续发展的研究热点之一[2]。 微生物肥料又叫菌肥或接种剂等， 因含有大量微生物（包括芽孢杆菌、假单胞菌、链霉菌、微藻类等），可以完全替代或部分替代化学肥料在土壤中通过营养协作或生命活动而改善农业生产环境[3-5]。

地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）因可以产生芽孢而具有较强的抗逆性和延长产品保存期的能力。有研究表明，它具有产生多种酶类、吸附重金属和促进农作物生长的能力。因而，它备受微生物肥料开发研究者的关注[3，6-7]。而有研究表明，粘红酵母（Rhodotorula glutinis）可以利用味精废水、淀粉废水、酒糟废水和油脂废水等有机废水中的C源、N源及其他营养元素转化为菌体及细胞内含物[8-11]。芸豆（Phaseolus vulgaris Linn.sp）学名菜豆，属豆科的小宗杂粮作物，因具有极高的营养价值和药用价值而受到人们的喜爱和医学界的重视[12]。该研究是在证实粘红酵母利用餐厨废水转化生物肥料并对豆科幼苗生长有一定促进作用的基础上[13]，进一步研究了以餐厨废水为原料通过发酵培养获得地衣芽孢杆菌及地衣芽孢杆菌、粘红酵母混合菌肥对芸豆盆栽幼苗生长的影响，以期为生物肥料的深入研究提供基础。

1材料与方法

1.1供试材料

1.1.1菌株。供试粘红酵母、地衣芽孢杆菌原始菌株分别由北京化工大学谭天伟教授和杨建国客座教授惠赠。实验室针对餐厨废水经过多次驯化筛选获得供试菌株。

1.1.2芸豆种子。市场购买籽粒饱满的花芸豆。

1.1.3培养基。粘红酵母种子液培养基组成为葡萄糖40 g/L，磷酸二氢钾7 g/L，硫酸钠2 g/L，七水合硫酸镁1.5 g/L，酵母粉1.5 g/L，硫酸铵2 g/L，pH 5.5。

地衣芽孢杆菌种子液培养基组成为蛋白胨5 g/L，牛肉膏1.5 g/L，酵母粉1.5 g/L，氯化钠3.5 g/L，葡萄糖1 g/L，磷酸氢二钾3.86 g/L，磷酸二氢钾1.32 g/L，pH 7.0。

餐厨废水取自北京农学院学生食堂，经过油水分离所得废水分别添加5%葡萄糖（调节pH 5.5）和10%玉米淀粉（调节pH 6.5）获得发酵培养基。灭菌后，分别接种粘红酵母和地衣芽孢杆菌种子液进行发酵培养。

1.2试验设计

1.2.1粘红酵母菌体肥料的制备。废水发酵过程是在5 L发酵罐（装液量3 L）中进行，以10%（V/V）接种量接种粘红酵母種子液。在发酵过程中，维持温度30 ℃，pH 5.5，定时测定发酵液生物量和化学需氧量（COD）。发酵结束后，离心获得菌体，80 ℃烘烤直至水分完全蒸发供肥效测试用。

1.2.2地衣芽孢杆菌菌体肥料的制备。废水发酵过程是在5 L发酵罐（装液量1.5 L）中进行，以10%（V/V）接种量接种地衣芽孢杆菌种子液。在发酵过程中，维持温度37 ℃、pH 6.5，定时测定发酵液固含量和淀粉酶活力。发酵结束后，离心获得固体物，80 ℃烘烤直至水分完全蒸发供肥效测试用。

1.2.3肥效测试的设计。取田间表层2～3 cm以下土壤，分别装于口径为20 cm的盆栽钵中。除对照外，每盆分别添加0.2 g菌体肥料（混合菌肥同时设计0.5 g/盆施肥量），然后播种已发芽的芸豆种子（10粒/盆），在温度为25 ℃、湿度为80%的人工气候室培养，待出苗后保持芸豆幼苗为5棵/盆，并且定期测定其株高和径粗。

1.3测定项目与方法

1.3.1COD测定。用超纯水稀释培养液离心后上清液至COD快速测试仪的量程内（<1 500 mg/L），利用消解仪148 ℃消解2 h后冷却至室温，最后利用比色计直接测定[9]。

1.3.2生物量（固含量）测定。发酵液水洗2～3次，离心、烘干至恒重，计算生物量（固含量，g/L）。

1.3.3高温淀粉酶活力测定。按国标（GB82752009）测定。

2 结果与分析

2.1 粘红酵母的发酵培养结果由图1可知，粘红酵母利用餐厨废水培养5～15 h内处于对数生长期，发酵24 h生物量可达10 g/L以上。在粘红酵母对数生长期内生长代谢旺盛，大量消耗培养基中的营养物质，发酵液COD浓度呈明显下降趋势，发酵24 h后COD浓度可以降低35%。

2.2地衣芽胞杆菌的发酵培养结果由图2可知，地衣芽孢杆菌利用餐厨废水发酵培养，发酵24 h后可以检测到淀粉酶活力，并且随着培养时间的延长，地衣芽孢杆菌产生淀粉酶的活力不断增加，发酵60 h后可以增加到950 U以上，而在发酵过程中发酵液固含量有降低的趋势。这主要是因为所添加水不溶物玉米淀粉不仅可以作为发酵生长的原料有所消耗，而且可以作为底物因产生淀粉酶而部分水解。

2.3单一菌肥对芸豆豆苗生长的影响 餐厨废水发酵培养粘红酵母和地衣芽孢杆菌获得菌体肥料后，以0.2 g/盆的施肥量分别进行芸豆盆栽肥效测试，在芸豆出苗、定苗后第5、8和10天分别检测豆苗的径粗和株高。由图3可知，粘红酵母和地衣芽孢杆菌以单一菌肥施用时，对径粗增长均有促进作用，而粘红酵母菌肥促进芸豆豆苗径粗增长更明显，可以提高6%以上。由图4可知，粘红酵母菌肥和地衣芽孢杆菌菌肥对豆苗株高的增长均有较明显的抑制效应，与对照相比地衣芽孢杆菌可以使豆苗株高降低25%以上。

2.4混合菌肥对芸豆豆苗生长的影响餐厨废水发酵培养粘红酵母和地衣芽孢杆菌获得菌体肥料后，分别以不同比例和不同施肥量进行了芸豆盆栽肥效测试，并在芸豆出苗、定苗后第5、8和10天分别检测豆苗的径粗和株高。由图5A可知，粘红酵母菌肥有助于芸豆豆苗生长过程中径粗的增长，当施肥量为0.2 g/盆，随着豆苗生长时间的增加，粘红酵母菌肥促进其径粗增长作用越明显，第10天的检测结果与空白对照相比提高9%以上；由图5B可知，增加混合菌肥的总施肥量（0.5 g/盆）对芸豆豆苗生长的促进作用并没有明显提高，反而有减弱的趋势。可见，使用该混合菌肥时，施肥量不宜过大，否则不但造成资源浪费，而且有可能出现肥害效应。由图6可知，粘红酵母菌肥和地衣芽孢菌肥均对芸豆豆苗生长过程中株高的增长有抑制效应，而且随着施肥量和地衣芽孢杆菌比例的增加，这种抑制效应表现得更加明显，当施肥量为0.2 g/盆，粘红酵母和地衣芽孢混合比例为4∶1图5混合菌肥对芸豆豆苗生长径粗的影响图6 混合菌肥对芸豆豆苗生长株高的影响时，菌肥对豆苗株高增长的抑制作用较小。

3结论与讨论

粘红酵母在餐饮废水中发酵培养可以积累菌体生物量，降低废水COD浓度，地衣芽孢杆菌在餐饮废水中发酵培养可以检测到淀粉酶活性。这表明粘红酵母和地衣芽孢杆菌具有资源化利用潜力，可以降低有机废水浓度，减少对环境的污染；与传统利用合成（或半合成）培养基的方法相比，以废水为原料生产微生物菌体的方法可以大大降低生产成本[14-15]。

粘红酵母和地衣芽孢杆菌作为生物菌肥单独施用于芸豆盆栽种植时，均表现为促进豆苗径粗增长，而抑制豆苗株高增长的效应。粘红酵母和地衣芽孢杆菌按照不同剂量、不同比例混合施用于芸豆盆栽种植时的作用有所差异，但对豆苗株高的增长一致表现为抑制效应。混合菌肥对植物生长的作用效果优于单一菌肥的现象与相关研究中试验结果[16-17]类似。粘红酵母、地衣芽孢杆菌与其他生物肥料（如植物根基菌肥和根瘤菌肥）的作用相似[18-19]，对芸豆幼苗径粗增长有明显的促进作用。研究表明，如果主要目标是追求生物菌肥对植物株高、径粗等生长指标的综合促进效应，那么可以在混合菌肥中增加粘红酵母的比例。粘红酵母和地衣芽孢杆菌的施用对芸豆幼苗株高的影响不显著甚至抑制的现象在复合菌肥应用于玉米[19]、物理刺激应用于大豆幼苗[20]、矮化剂作用于盆栽八宝景天[21]等研究中也观察到了。芸豆豆苗株高的增长受到抑制的作用可能是由于芸豆幼苗受菌肥的影响后阻碍了植物体内生长素的合成，或诱导乙烯等化合物增加。后续研究可以通过检测生物菌体和所施用植株内乙烯等化合物是否存在或含量高低，进一步揭示该生物菌体肥料的作用机理。同时，所研究生物菌肥对植株增粗、矮化的作用启迪人们可以进一步研发具有抗倒伏等特效功能的生物肥料。

参考文献

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