发酵中药渣对小麦幼苗生长及抗氧化性能的研究

周玉平,乔宏萍，苏瑞军，武晓英

(太原师范学院生物系，山西 晋中 030619)

我国是中草药的发源地，资源分布广泛，种类繁多，产量可观，在生产加工过程中会产生大量的废弃物药渣.这些药渣主要来源于中药材的加工与炮制、原料药的生产、中成药的生产以及含中药成分的轻化工产品生产等，其中以中成药产生的药渣量最大，约占药渣总量的70%[1].传统的中药渣的处理方法通常将其作为垃圾进行填埋、焚烧、固定区域堆放等.这种处理方法不仅会严重污染自然环境，而且会耗费大量人力物力，增加企业生产成本，造成自然资源的浪费.因此，在提倡低碳环保、节能减排的当代社会，我们在开发利用中药资源的同时，合理处理和利用中药药渣显得尤为重要.如何有效地对中药药渣进行处理，减少或消除其带来的环境污染和安全隐患，同时对其进行合理的资源化利用、变废为宝，节约中药生产成本，为制药企业带来经济效益，加强药渣安全监控，已成为中药制药企业亟不可待需要解决的问题.近年来出现了许多学者对中药渣变废为宝的研究,如饲料添加剂、生产绿色无污染有机肥、处理废水、开发利用生物质能源、用于栽培食用菌等[2-4].中药渣中含有大量的纤维素和木质素等成分，直接作为生物肥料很难很快被植物所吸收利用，因此本试验将中药渣通过微生物发酵后作为生物肥料，研究其对农作物的作用效果.

本实验室与山西瑞象生物药业有限公司合作，将其生产的清瘟解毒口服液残余的药渣，通过发酵后，小麦作为供试作物，以幼苗生长性能和抗氧化酶活性为指标测定其作用效果，为进一步研究在农业生产中的应用和中药药渣变废为宝提供了重要的理论依据和实际意义.

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

中药药渣：清瘟解毒口服液中药药渣,由山西瑞象生物药业有限公司提供.

某品牌小麦种子和某品牌生物有机肥：市场购买.

菌株：里氏木霉CZ-F、乳酸菌XXW菌和DYR菌，由太原师范学院微生物实验室分离获得.PDA和MRS培养基，北京索莱宝科技有限公司购买.

1.2 试验方法

将药厂取回来的药渣晒干、粉碎，取200 g加入2%的葡萄糖，1.5倍蒸馏水混匀，装入发酵袋中，121 ℃、灭菌40 min.将灭好菌的药渣中加入5%PDA活化的里氏木霉CZ-F、5%MRS活化的乳酸菌XXW和DYR混合菌液，放入30 ℃恒温培养箱发酵7 d.发酵好的药渣加入在土壤中,使其浓度分别为1%、5%、10%，搅拌混匀，作为三个不同处理A、B、C，土壤中加入1%市售生物肥料为对照组D，土壤中不加任何肥料的为空白组E.分别取50颗饱满圆润的小麦种子均匀放入花盆中，室温培养，每个处理设3个重复.每天观察出苗数并记录，出苗14天测量幼苗的干湿重与株高，取幼苗地上部分测定各项抗氧化指标.

1.3 测定指标及方法

通过每天统计的出苗数最后计算出苗率.14 d后测量株高、干重和鲜重，计算每个处理平均值.每个处理取1 g组织，冷冻匀浆，4 ℃下4 000 r/min离心10 min，取上清液进行抗氧化指标的测定，包括总蛋白含量、丙二醛MDA、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD和总超氧化歧化酶T-SOD，均采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定.

1.4 统计方法

用SPSS17.0统计软件进行数据统计及单因素方差分析.

2 试验结果与分析

2.1 不同处理条件对小麦幼苗生长性能的影响

土壤中加入不同浓度的药渣对小麦出苗率、株高、鲜重和干重都有不同程度的增加，见表1.从出苗率结果可以看出高浓度的发酵药渣(5%和10%)显著(P<0.05)高于其他处理，二者没有明显的差异.对小麦幼苗株高的影响5%药渣、10%药渣与空白对照相比，差异显著(P<0.05)，加入5%的药渣后与空白比较株高增加了6.2%，与肥料组差异不明显(P>0.05)，表明添加一定浓度的发酵药渣后可以明显促进小麦植株的生长.土壤中加入5%与10%的药渣后对小麦幼苗鲜重和干重与空白比较，都有所增加，尤其是干重分别增加了20%和22.1%，而施1%生物肥料土壤中幼苗干重仅仅增加了10.4%.

表1 不同处理条件对小麦出苗率、株高、鲜重和干重的影响

表1中数值为平均值±标准误差(n=3)，同列数据不同大写字母表示P<0.05水平，下图同此.

2.2 不同处理条件对小麦幼苗丙二醛(MDA)含量的影响

丙二醛MDA是脂质过氧化的最终产物,能间接反映植物细胞过氧化的程度，其产生能加剧膜的损伤，因此在植物抗性生理研究中是常用的一个指标[5].本研究测定了不同浓度发酵中药渣栽培小麦后，是否对幼苗产生损伤，由图1结果可以看出，只有加了肥料种植的小麦幼苗的MDA含量明显高于药渣组和空白组，对细胞有一定的毒性，可达1.941 9 nmol/g，可能与实验肥料施加浓度高有关系.不同浓度的药渣组MDA含量与空白组没有显著差异(P>0.05)，从而可以说明土壤中加入药渣后对小麦幼苗没有损伤.

图1 不同培养条件下对小麦幼苗MDA含量的影响

2.3 不同处理条件对小麦幼苗过氧化氢酶(CAT)含量的影响

过氧化氢酶CAT是植物体内含量比较高的一种酶，存在于过氧化物酶体中，对细胞起保护作用[6].本研究测定的CAT结果由图2可以看出，三个不同浓度的药渣组与空白组有显著的差异(P<0.05)，CAT酶的活性都高于对照，10%药渣组与对照相比增加了2.8%.D肥料组CAT活力显著高于其他四组，可达4.06 U/mgprot.

图2 不同培养条件下对小麦幼苗CAT含量的影响

2.4 不同处理条件对小麦幼苗过氧化物酶(POD)含量的影响

过氧化物酶POD植物体内的一类氧化还原酶，具有消除过氧化氢和解毒的双重作用.由图3测定结果可看出，D组(肥料组)POD活力与其他组对比有显著性差异(P<0.05)，最高可达6.642 U/mgpro.E组(空白组)POD活力显著低于其他组(P<0.05)，药渣组POD活力虽然略低于D组，但明显高于空白组，10%药渣组最高可比空白组高4.1 U/mgprot.

图3 不同培养条件下对小麦幼苗POD含量的影响

2.5 不同处理条件对小麦幼苗总超氧化物歧化酶(T-SOD)含量的影响

超氧化物歧化酶(SOD)植物体产生的能消除生物体在新陈代谢过程中产生有害物质的一种保护酶[7].由图4可以看出，处理C(10%药渣)与D(1%肥料)显著高于其他处理(P<0.05)，1%和5%药渣组SOD的含量也显著高于空白对照(P<0.05)、土壤中添加10%的药渣组的酶活性可以达到175 U/g，比空白对照59.3 U/g高2.95倍,与肥料组没有显著性差异(P<0.05).

图4 不同培养条件下对小麦幼苗T-SOD含量的影响

3 讨论

国家发改委印发的《“十四五”循环经济发展规划》要求，大力发展循环经济和废旧物资循环利用体系.中药渣作为中药加工业的废弃物，其中富含纤维素、蛋白和多糖等有机物质，含有氮磷钾等矿物质营养，直接废弃造成资源的绝对浪费，因此近些年出现了一些将药渣直接作为肥料的研究.如常义军等[8]以不同配比的中药渣施于土壤种植春、秋两季玉米，发现按 1∶1、1∶2、1∶3 的比例添加可使土壤有机质含量显著增加，春、秋玉米产量分别提高 81.2%和 28.9%.江苏省南京市蔬菜研究所利用中药渣原料，成功研制适合蔬菜有机栽培的药渣有机肥，此肥料与适量无机肥相配合的使用，大大减少了肥料的用量，降低了经济成本，在一般的土地可增产20%～30%[9].而本研究是将药渣进行微生物发酵降解来促进植物的吸收，在通过对小麦幼苗生长效果的测定中发现对幼苗的出苗率、幼苗生物量都有明显的促进作用.SOD、CAT和POD组成的活性氧化酶可以清除系统在作物生长过程产生的有毒有害物质，对细胞起保护作用，通过发酵药渣栽培小麦后，三种酶的活性与空白对照比较有明显的提高，与市售生物肥料比较效果相当，因此可以看出发酵药渣可以作为生物肥料种植小麦，这样不仅可以解决药渣资源再利用的问题，同时还可以为生物肥料代替化学肥料提供更好的思路，但是此研究仅仅集中在小麦幼苗期进行试验，后续对产量的影响、作用机理等还有待于进一步完善.

4 结论

通过微生物乳酸菌和木霉菌混合对中药渣发酵后,将其作为生物肥料，对小麦幼苗生长量具有明显的促进作用，还可以提高SOD、CAT和POD三种酶的活性，此研究结果可以为中药渣的回收再利用提供理论参考.