可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用 90页

分类号：密级：HUAZHONGAGRICULTURALUNIVERSITY硕士学位论文MASTER’SDEGREEDISSERTATION可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用THEROLEOFCONCENTRATEDMOLASSESSOLUBLEONTHEGROWTHANDDEVELOPMENTOFDIFFERENTCROPS研究生:赵星海CANDIDATE：ZHAOXINGHAI学号:2016303120050STUDENTNO.：专业:农业硕士MAJOR：MASTEROFAGRICULTURE导师:丁广大副教授SUPERVISOR：ASSOCIATEPROFESSORDINGGUANGDA中国武汉WUHAN，CHINA二○一八年六月JUNE，2018JUNE，2018 华中农业大学硕士学位论文可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用Theroleofconcentratedmolassessolubleonthegrowthanddevelopmentofdifferentcrops研究生:赵星海学号:2016303120050指导教师:丁广大副教授学位类型:农业硕士领域：农业推广华中农业大学资源与环境学院中国·武汉CollegeofResourcesandEnvironmentHuazhongAgruiculturalUniversityWuhan,China 本研究由国家重点研发计划项目（2017YFD0200103）资助TheresearchprojectwassupportedbyTheNationalKeyResearchandDevelopmentProgramofChina(2017YFD0200103) 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用目录摘要..........................................................................................................................................................iAbstract...................................................................................................................................................iii缩略词表................................................................................................................................................vi1前言.....................................................................................................................................................11.1研究问题由来.........................................................................................................................11.2文献综述.................................................................................................................................11.2.1我国农业生产过程中的施肥现状.............................................................................11.2.2糖蜜废液及可溶性浓缩糖蜜的来源.........................................................................31.2.3施肥对作物生长发育的影响.....................................................................................51.2.4施肥对作物生长发育中相关酶活的影响.................................................................71.2.5施肥对土壤肥力与微生物的影响.............................................................................81.2.6植物调节剂浸种对种子萌发及生长发育的影响.....................................................91.3研究的目的、意义、内容以及技术路线.............................................................................91.3.1研究目的及意义.........................................................................................................91.3.2研究内容...................................................................................................................101.3.3技术路线...................................................................................................................112材料与方法.......................................................................................................................................122.1试验材料...............................................................................................................................122.2材料的培育及处理...............................................................................................................122.2.1种子萌发试验...........................................................................................................122.2.2油菜和水稻营养液培养试验...................................................................................122.2.3油菜大田试验...........................................................................................................142.2.4水稻成熟期盆栽试验...............................................................................................152.3测定项目...............................................................................................................................162.3.1表型的测定...............................................................................................................162.3.2植物中元素含量的测定...........................................................................................172.3.3土壤中元素含量的测定...........................................................................................17I 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文2.3.4植株酶活及根系活力的测定...................................................................................172.3.5土壤酶活性及微生物数量的测定...........................................................................182.3.6CMS成分的测定......................................................................................................182.3.7数据统计...................................................................................................................193结果与分析.......................................................................................................................................193.1CMS的性质及成分..............................................................................................................193.2CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的调节作用...........................................................223.3CMS对油菜生长的影响及调节机制..................................................................................283.3.1单独施用CMS对油菜苗期生长的影响................................................................283.3.2CMS与矿质养分配合施用对油菜苗期生长的影响...............................................283.3.3CMS对油菜苗期生长的调节机制..........................................................................303.3.4CMS对大田油菜全生育期生长的调节作用..........................................................363.3.5CMS的施用对油菜季大田土壤的调节作用..........................................................453.4CMS对水稻生长的影响及调节机制..................................................................................473.4.1CMS对水稻苗期生长的调节机制..........................................................................473.4.2CMS对水稻盆栽成熟期各性状的影响..................................................................524讨论...................................................................................................................................................584.1CMS的成分及应用潜力......................................................................................................584.2CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的影响...................................................................594.3CMS对油菜及水稻全生育期生长的影响及调控机制.......................................................594.4CMS施用对土壤的影响......................................................................................................614.5CMS在农业生产中的运用前景及存在问题.......................................................................615研究总结与展望...............................................................................................................................625.1研究总结...............................................................................................................................625.2主要创新点...........................................................................................................................635.3研究不足之处及展望...........................................................................................................63参考文献...............................................................................................................................................65附录.......................................................................................................................................................75致谢.......................................................................................................................................................78II 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用摘要可溶性浓缩糖蜜（condensedmolassessoluble,CMS）是由糖蜜发酵废液经过浓缩—高温—浓缩干燥制成。糖蜜发酵废液主要是酵母发酵分离和糖蜜预处理过程生成的一种具有深褐色的浓缩有机废水。它不仅含有丰富的矿物元素，如氮，磷，钾，镁，锌等，而且还含有大量的有机化合物，如氨基酸，有机酸等。为了研究CMS对不同作物生长发育的调节作用，本研究分析了：1）CMS的性质及成分；2）CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的调节作用；3）CMS对油菜和水稻生长的调节机制；4）CMS对油菜和水稻全生育期的影响及肥效；5）CMS对土壤的调节作用。主要研究结果如下：1）CMS的性质及成分。外观上CMS为黄褐色的粉状物质，具有特殊的刺激性气味，易溶于水，水溶液呈弱酸性，低浓度情况下水溶液呈浅黄色，随着浓度的增加，颜色逐渐加深。成分分析表明CMS含有植物所必需的所有矿质元素，其中大量元素N、P、K所占的比例分别为1.8%-2.4%、0.22%-0.50%、5.0%-6.0%，微量元素中氯的含量最高为2.3%-6.7%，钠的含量为1.9%。CMS除了含有矿质元素外，还含有大量的氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸含量最多，分别为5.6%、2.4%。此外，CMS还含有大量有机酸，如乳酸、琥珀酸、柠檬酸和苹果酸，以及羟基化合物，如肌醇、2,3-丁二醇、赤藻糖醇和甘露醇等，而且CMS的重金属含量极低。2）CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的调节作用。通过分析CMS对水稻、玉米、小麦、油菜、白菜和萝卜等6种作物的种子萌发及苗期生长的影响，我们发现不同CMS浓度对不同种类作物种子的发芽率没有明显的影响，但对作物幼苗的生长有一定的影响。具体表现为：低浓度的CMS对油菜幼苗生长没有促进效果，而提高CMS的浓度至0.2g/L时会抑制其幼苗的生长；0.05g/L-0.1g/L的CMS可以促进萝卜幼苗的生长；CMS可以促进白菜幼苗的生长及根的伸长。水稻表现出和油菜相同的趋势，提高CMS的浓度至>0.15g/L时会对生长产生抑制；低浓度的CMS（0.05g/L）可以促进小麦幼苗的生长，而高浓度时效果不明显；低浓度的CMS会促进玉米的生长，而高浓度的CMS则会出现抑制作用。3）CMS对油菜和水稻生长的调节机制。我们通过油菜苗期水培试验发现CMS无法完全替代营养液作为营养源，在正常营养的基础上添加适量的CMS（0.05g/L）i 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文可以显著提高油菜苗期的生物量，增加油菜根系活力，促进根系发育；油菜叶片中的SOD活性增加，POD、CAT活性以及MDA含量没有显著性的变化。在正常营养的基础上添加0.2g/L的CMS则会抑制油菜苗期的生物量和根系发育；油菜叶片POD和CAT的活性以及根系POD的活性显著降低，MDA的含量显著增加。表明在正常营养的基础上施加适量CMS可以促进油菜苗期的生长发育，过量则会抑制油菜苗期的生长发育。通过对水稻苗期的水培试验发现，正常营养的基础上施加过量的CMS使水稻的根系直径显著增加，根长、根体积显著降低，抑制磷在根系和地上部的累积，水稻根系POD、CAT活性和MDA含量显著增加。表明CMS对水稻苗期生长的影响主要表现在根系形态与酶活上。4）CMS对油菜和水稻全生育期的影响及肥效。通过油菜大田试验，我们发现苗期施肥量的增加，油菜的出苗率及生物量呈增加趋势。抽薹期对油菜新叶和老叶中的氮磷钾的含量进行分析发现，随着CMS施加量的增加，新叶中氮的含量增加，而磷钾含量无显著差异，老叶中氮磷钾的含量没有显著差异。成熟期产量分析发现仅施加500g/m2的CMS相比正常施肥减产15%；在正常施肥的基础上基肥添加50g/m2和200g/m2的CMS相比正常施肥分别增产5%和14%；在正常施肥的基础上苗期追施200g/m2可增产17%，抽薹期追施200g/m2可增产3%。通过水稻盆栽试验，我们发现在不施化肥和1/2正常施化肥的基础上施加10g的CMS，水稻的单株产量相比不施化肥和1/2正常施化肥分别增加了143%、44%，在正常施化肥的基础上施加CMS对单株的产量没有影响，说明在养分缺乏的情况下施加一定量的CMS可以使水稻的产量增加，但是在养分充足的情况下施加CMS不能增加水稻的产量。5）CMS对土壤的调节作用。我们通过对2016-2017年油菜大田施加CMS后的土壤进行测定，发现正常施肥+200g/m2CMS处理的有机质、全氮、速效磷含量最高，500g/m2CMS处理的速效钾含量最高，显著高于其它处理。正常施肥+200g/m2CMS处理土壤中过氧化氢酶和脲酶活性最高，显著高于空白处理。对2017-2018年大田土壤微生物的测定发现，正常施肥+200g/m2CMS处理的细菌、放线菌数量最多，显著高于空白处理。研究表明施加CMS可以增加土壤养分的含量，提高土壤肥力，还可以增加土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性以及土壤中微生物的数量，改善土壤环境，提高土壤质量。关键词：可溶性浓缩糖蜜；成分；生长发育；产量；肥效；调节作用ii 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用AbstractCondensedmolassessoluble(CMS)isgeneratedfromtheconcentratedwasteofmolasses.Molassesfermentationwastemainlycomesfromthewaterseparatedfromyeastfermentationliquidandtheprocessofmolassespretreatment,whichisadarkbrownconcentratedorganicwastewater.CMSisrichinmineralelementssuchasnitrogen,phosphorus,potassium,calcium,iron,andaminoacids,organicacidsandotherorganicsubstances.TostudytheregulatoryeffectofCMSonthegrowthanddevelopmentofdifferentcrops,weanalyzed:1)thecharacteristicsandcompositionofCMS;2)theregulatoryeffectofCMSonthegrowthanddevelopmentofdifferentcropsatseedlingstage;3)theregulatorymechanismofCMSonthegrowthofrapeseedandrice;4)theeffectofCMSonthewholegrowthperiodofrapeseedandrice;5)theregulatoryeffectofCMSonsoil.Themainresultswereasfollows:1)ThecharacteristicsandcompositionofCMS.CMSisayellow-brownpowderysubstancewithaspecialpungentodor.Itiseasilysolubleinwaterandthesolutionisweaklyacidic.Atlowconcentrations,theCMSislightyellow,andtheCMScolorgraduallydeepensastheconcentrationincreases.ComponentanalysisoftheCMSrevealedthatitcontainsallthemineralelementsneededbyplants,andtheproportionofN,P,andKis1.8%-2.4%,0.22%-0.50%,and5.0%-6.0%,respectively.Thecontentofchlorineis2.3%-6.7%,andthesodiumis1.9%.Besidesmineralelements,itcontainsmanyaminoacids.Amongthem,aspartate(5.6%)andglutamate(2.4%)arethemostabundantone.Inaddition,italsocontainsorganicacidssuchaslacticacid,succinicacid,citricacidandmalicacid,andhydroxycompoundssuchasinositol,2,3-butanediol,erythritolandmannitol,etc.MeanwhilethecontentofheavymetalisverylowinCMS.2)TheregulationeffectofCMSonseedgerminationandseedlinggrowthofdifferentcrops.ByanalyzingtheeffectsofCMSonseedgerminationandseedlinggrowthofsixcropsincludingrice,corn,wheat,rape,cabbageandradish,wefoundthatCMSwithdifferentconcentrationshadnosignificanteffectonthegerminationrateofdifferentcrops,butthegrowthofseedlingshasacertaininfluence.LowconcentrationofCMShasnoeffectonthegrowthofrapeseedlings,whilehighconcentrationsofCMSiii 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文(0.2g/L)willinhibitthegrowthoftheirseedlings;0.05g/L-0.1g/LofCMScanpromotethegrowthofradishseeds;CMScanpromotethegrowthofcabbageseedsandrootelongationatseedlingstage.Riceshowsthesametrendasrapeseed.Highconcentration(>0.15g/L)ofCMScouldinhibitthegrowth;lowconcentration(0.05g/L)ofCMScouldpromotethegrowthofwheatseeds,buttheeffectisnotobviousathighconcentration.LowconcentrationsofCMSwillpromotecorngrowth,whilehighconcentrationsofCMSwillhaveinhibitoryeffects.3)TheregulatorymechanismofCMSonthegrowthofrapeseedandrice.WefoundthatCMScouldnotcompletelyreplacethenutrientsolutionasasolenutrientsourcethroughrapeseedlinghydroponicexperiments.Normalnutritionapplicationwith0.05g/LCMScansignificantlyincreasethebiomassofrapeseedlingsaswellasthevitalityofitsroots,andpromoterootdevelopment;theactivityofSOD,POD,CATandthecontentofMDAwerenotsignificant.NormalnutritionapplicationwithexcessCMS(0.2g/L)willinhibitbiomassandrootdevelopmentatseedlingstage;PODandCATactivitiesintherapeleafweredecreasedsignificantly,andthecontentofMDAinrootswasincreasedobviously.TheseresultsindicatedthatapplyingproperamountofCMScanpromotethegrowthanddevelopmentofrapeseedseedlings,whileexcessiveCMScaninhibitthegrowth.Throughhydroponicexperimentsonriceseedlings,wefoundthatapplyingexcessiveCMSwithnormalnutritionresultedinasignificantincreaseintherootdiameter,rootlength,rootvolume,andsuppressionofphosphorusuptakeinrootsandshootofrice.TheactivityofPOD,CATandcontentofMDAinricerootsincreasedsignificantly.ItindicatedthatCMShasacertaininfluenceontheseedlinggrowthofrice,andthiseffectwasmainlymanifestedintherootmorphologyandenzymeactivity,butnotinthebiomass.4)TheeffectofCMSonthewholegrowthperiodofrapeseedandrice.Throughrapeseedfieldexperiment,wefoundthattherateofseedlingemergenceandthebiomassofrapeseedincreasedwiththeincreasementofnutrientapplication.ThenitrogencontentinnewleavesincreasedwhenweincreasedtheapplicationamountofCMS,butnoeffectwasobservedforphosphorusandpotassiumcontentatboltingstage.Nodifferencewasiv 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用foundfornutrientcontentinoldleaves.Atmaturestage,wefoundthatapplying500g/m2CMSreducedtheyieldby15%comparedwithnormalfertilization;while50g/m2and200g/m2CMScouldincreasetheyieldby5%and14%,respectively.Adding200g/m2duringseedingstagecanincreaseproductionby17%;Attheboltingperiod,applying200g/m2wasincreasedto3%.Throughthericepotexperiment,wefoundthattheyieldsareincreasedby143%and44%inconditionofadding10gCMSperplantundernochemicalfertilizerand1/2normalchemicalfertilizercomparedwiththatwithoutCMS.TheapplicationofCMSundernormalchemicalfertilizerhadnoeffectontheyield.ItshowedthattheapplicationofacertainamountofCMSintheabsenceofnutrientscanincreasericeyieldbutapplyingCMScannotincreasetheyieldinnutrientsufficientcondition.5)TheregulatoryeffectofCMSonsoil.WemeasuredthesoilafterapplyingCMStorapeseedfieldsduring2016-2017growthseason,andfoundthatthecontentoforganics,totalnitrogenandavailablephosphorusinnormalfertilization+200g/m2CMSisthehighestamongalltreatments,andthecontentofavailablepotassiumin500g/m2CMSwasthehighestamongalltreatments.Theactivitiesofcatalaseandureaseinthenormalfertilization+200g/m2CMSsoilwerethehighestamongalltreatments.Bymeasuringthenumberofthesoilmicroorganismduring2017-2018,wefoundthatbacteriaandactinomyceteswereobviouslyhigherthanblankundernormalfertilization+200g/m2CMS.Inconclusion,thepresentresearchindicatedthatapplyingCMScanincreasesoilnutrientcontent,soilfertility,thenumberofmicroorganismsandtheactivityofureaseandcatalaseinsoil,whichcanimprovesoilenvironmentandsoilquality.Keywords:concentratedmolassessoluble;component;growthanddevelopment;cropyield;effectoffertilization;regulatoryeffect.v 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文缩略词表Abbreviation缩略词中文名英文名AbbreviationChinesenameEnglishnameN氮NitrogenP磷PhosphorousK钾PotassiumS地上部ShootR根系RootOL老叶OldleafNL新叶NewleafPH株高PlantheightBN分枝数BranchnumberNOT分蘖数NumberoftillersEPN有效穗数EffectivepaniclenumberPY单株产量PlantyieldTY理论产量TheoreticalyieldSW千粒重Thousand-seedweightFBH第一有效分枝高First-effectivebranchheightPN角果数PodnumberPSN角粒数PodseednumberSOD超氧化物歧化酶SuperoxidedismutasePOD过氧化物酶PeroxidaseCAT过氧化氢酶CatalaseMDA丙二醛MalondialdehydeCMS可溶性浓缩糖蜜CondensedMolassesSolublevi 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用1前言1.1研究问题由来我国化肥用量大存量少，化肥的过度施用导致土壤板结坚硬，农业生态环境恶化，农副产品质量下降，对环境和生活造成了严重的影响（Yanetal2013，Liangetal2013）。“十三五”以来，国家实施“两减”计划，即化学肥料和农药减施增效综合技术研发，确保在保障国家粮食安全的同时减少化肥和农药的用量。截至目前，各种关于作物施肥模式的研究不断被报道。这些研究集中在多个方面，例如通过遗传改良或转基因等手段改变作物的某些特性，使其更加适应低肥高产的生产模式（Strangeetal2008，Michaud2011）；或者有机肥和化肥混合施用（Mietal2018，Liuetal2018）。有机无机混施很早就有，但从上世纪80年代以后有机肥料的比重越来越少。现如今新型的有机肥料在市场上层出不穷，这充分说明了新型有机肥的市场潜力与活力。然而怎样的新型有机肥料对农业生产是有效可行的？发酵行业自古有之，现代化生产以后，发酵废液污染的问题越来越严重，发酵产生的废液中残留很多的营养物质，如酵母、蛋白质、高分子有机物等有机物质和丰富的氮、磷、钾、钙等无机元素（SatyawaliandBalakrishnan2008），这些物质都是作物生长所必需的，而且这些高浓度的有机废液处理不好很可能会对环境造成二次危害。目前，我国发酵行业对废液废渣的治理有自然氧化技术、循环使用技术、浓缩燃烧技术、EM技术、浓缩生产复合肥等方法，但这些方法都存在或多或少的问题，造成资源浪费（梁欣泉等2007）。因此，发酵工业中，如何把效益和环境结合起来，将发酵产生的废液“变废为宝”，作为一种新型的有机肥料在农业生产过程中发挥作用，这是值得深入研究探讨的问题。1.2文献综述1.2.1我国农业生产过程中的施肥现状我国是化肥使用量居世界首位。2014年，我国的化肥用量占到了世界的1/3，而这一数字还处于连年增长的阶段。据报道，我国化肥用量从上世纪80年代的一千1 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文多万吨增长到21世纪的五千多万吨，增长了近5倍之多，其中复合肥用量的增长速率最快，已经接近氮肥的施用量（侯萌瑶等2017）。截至2015年末，我国耕地面积为20.25亿亩，人均1.5亩，不到世界平均水平的一半（于海燕2017）。但耕地单位面积化肥施加量为世界平均水平的3.7倍（张迎辉等2017）。虽然肥料施用一直是农业增产的关键因素之一，但是化学肥料施入土壤以后，由于挥发、淋溶、固定等损失，导致其利用率不高（朱兆良等2000）。在生产中为了追求产量效益，过度增施无机化肥，导致肥料利用率低、土壤板结、保肥性质差，土壤微生物活性下降，对资源与环境造成了很大的浪费与危害（李娟等2008）。据报道我国三大粮食作物（水稻、玉米、小麦）的氮肥、磷肥和钾肥当季平均利用率分别为33%、24%、42%（谢丽红等2017）。本研究的主要研究对象为油菜及水稻。油菜是中国乃至全球范围内广泛种植的重要油料作物，其中以甘蓝型油菜种植面积最大，分布范围最广，也是中国最主要的油菜栽培类型（张泉2017）。虽然我国油菜的种植面积大，但是我国食用油的自给率仅40%，而菜籽油占国产食用油的55%以上，所以，发展油菜产业，对保障国家食用油安全至关重要（殷艳等2009）。油菜对肥料的依赖性很大，特别是对大量元素氮和钾，而且对硼元素较为敏感（王小波2010）。在我国油菜的生产实践中，部分农业地区施肥不合理，过量或不足的情况相当严重，徐华丽等人对湖北省油菜施肥现状进行调查分析，发现该地区存在以下问题：养分不平衡，磷、钾肥用量偏低；有机肥的施用比例、施用量偏低，秸秆还田率低；氮肥用量不足或过量；前期氮肥用量比例过高等（徐华丽等2010）。水稻是世界主要粮食作物之一。我国水稻种植面积占全国粮食作物的1/4，而产量则占一半以上。2017年稻谷产量达到了2千万吨占粮食总产量的1/3（数据来源于国家统计局）；水稻的颖果可食用；米糠可制糖；秸秆是良好的饲料；谷芽和稻根则可作为药用（吴传海2017）。在理论研究上水稻被列为模式作物，有丰富和深入的基因组研究基础（夏秀东2014）。水稻的生长发育和高质高产除了必须吸收氮、磷、钾等必需营养因素，还离不开有益营养元素硅（龚金龙等2012）。韩宝吉等人通过对湖北地区水稻施肥状况进行调查，发现以下问题：有机肥与化肥的施用比例严重失衡；氮肥施用量偏高；钾肥施用量普遍不足；氮、磷、钾的比例以及基肥追肥比例不协调等（韩宝吉等2012）。不合理的施肥不仅会导致肥料利用率低，过度2 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用施肥还会对水体造成富营养化生态污染，农业综合生产能力降低，从而极大地制约了农业生产的可持续发展（乌栽新等2012）。基于上述施肥现状来看，化肥减量、有机无机混施、新型有机肥与化肥配施逐渐成为当今大家关注的热点。“地靠粪养，苗靠粪长”这句古语深刻体现了有机肥料在增强土壤活性，改良土壤和促进植物生长发育等方面所起的重大作用。有机物的循环利用在我国古代农业伟大成就中起着不可或缺的作用。因此把有机物废物循环利用在农业生产上有着重要的意义。合理的有机无机配施可以增加农作物的产量及养分吸收利用效率，改善土壤肥力及微生物群落多样性。例如，在冬小麦种植过程中，有机无机配施比单施化肥更能显著降低氨的挥发，提高小麦籽粒产量、氮肥利用率以及土壤有机质含量，而且还可以增加土壤中胡敏酸和富里酸比值，改善耕地质量（郑凤霞等2017）；在夏玉米种植过程中，有机无机配施时产量比单施化肥和有机肥分别提高8.47%和17.52%（贾绪存2017）；在水稻中进行有机无机配施，相比单施化肥而言，单位面积穗数和每穗粒数分别增加6.76%和7.27%，单位面积颖花数显著增加14.69%，最终导致产量增加（秦建权等2017）。此外，有机无机肥的配施还可以缓解土壤酸化，丰富土壤微生物种群的多样性，从而改良并保持的土壤的活性与肥力（于冰等2017）。随着肥料生产技术的提高，以及市场需求不断变化，新型肥料层出不穷。新型肥料相比普通化肥而言，在玉米、小麦和水稻生产上均表现出了较大的优势（杨威等2017，孙克刚等2017，袁国飞等2018）。杨威等人通过玉米田间试验对多种新型肥料的应用潜力进行了评价，发现聚能网尿素和腐植酸尿素相比普通尿素而言，在玉米生物量、产量、品质等方面均表现出明显优势（杨威等2017）。孙克刚等研究表明新型多元素螯合肥可以显著提高冬小麦的产量，其中较等养分复合肥增产5.1%，较农民习惯施肥增产12.4%（孙克刚等2017）。袁国飞等人研究表明果肥（一种新型肥料）既能提高水稻的产量，又能降低稻米中的镉含量（袁国飞等2018）。由此可见，新型肥料在未来的农业发展中可能会发挥重要的作用，然而什么样的新型肥料才是农业生产中所需要的呢？1.2.2糖蜜废液及可溶性浓缩糖蜜的来源酵母与我们的生活密切相关，生产酵母的原材料为甘蔗糖蜜或甜菜糖蜜（高玉荣等2014），糖蜜发酵生产酵母的工艺流程如图1所示。糖蜜的成分比较复杂，且3 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文不同的糖蜜原料其成分存在较大的差异。一般情况，糖蜜中含有大量的无机盐类和糖类有机物（李知洪等2010），因此发酵过的糖蜜废液中也会残留着大量的营养物质，包括蛋白质、高分子有机物、氨基酸、糖类等有机物以及氮、磷、钾、钙等矿质营养元素（谭宏伟等2016）。如果废糖蜜得不到很好的处理，不但会造成资源的大量浪费，还会成为环境污染的源头。加水加水加水加水成品糖蜜商糖分品分36%转糖蜜种洗子发蜜处离酵母乳离酵母泥涤鼓发酵理酵80%废水除渣废水1废水2废水3废水4废水5图1糖蜜发酵的工艺流程及废水产生节点（刘专2016）Fig.1Thetechnicsflowofmolassesfermentationprocessandthenodesforwastewater糖蜜发酵废液主要是酵母发酵分离和糖蜜预处理过程生成的一种具有深褐色的浓缩有机废水（张磊等2014），呈酸性，pH值为3.5～4.5（朱国洪等2000），具有高COD、高BOD等特性，一般的生化处理技术难以将它处理至排放标准（付洁2014）。糖蜜废液的固形物（除去水分后的物质）由70%的有机质和30%的灰分组成,含有氮、磷、钾等矿质元素,其中钾的含量高达0.51～l.315mg/L（李红光和邱漩红1995）。因为糖蜜废液中含有丰富的N、K、微量元素以及多种氨基酸、维生素等，因此被认为是优质的养分资源。在印度、巴西等国，利用糖蜜废液灌溉作物已有多年的生产实践（苏毅1999）。国内对糖蜜废液的处理方式一般有自然氧化技术、循环使用技术、与锅炉间废水综合治理技术、沼气生产技术、浓缩燃烧技术、浓缩生产复合肥技术、EM技术等（表1）。各种处理方法都存在优缺点，其中浓缩生产复合肥基本上可以实现糖蜜4 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用废液的零排放，治理的比较彻底（欧胜彬和杨辉2002）。目前，许多工厂也已经实现了这种技术。近年来，国内也有将糖蜜废液浓缩为复合肥并在经济作物上进行应用的报道。例如，吴代东等人通过研究发现糖蜜废液配施化肥比正常施肥处理的土壤全氮、速效磷、速效钾、有机质均有不同程度的增加，香蕉单株产量提高18.04%（吴代东等2014）；杨丽涛等人的研究表明与常规施肥相比，喷施糖蜜废液提高了甘蔗出苗率、分蘖率、叶绿素等指标，产量比对照增加30.2%（杨丽涛等2012）。表1糖厂废水的几种常见处理方式（李胜超1999）Table1Sugarfactorywastewaterseveralcommontreatments项目自然氧循环使与锅炉间沼气生浓缩浓缩生化技术用技术废水综合产技术燃烧产复合EM技术治理技术技术肥技术工艺复杂简单一般一般一般一般较复杂一般程度工程投资100150200450450700500（万元）运行费用低低低中等较高较高较高使用厂家>50家试用2-5家2-3家1家15家1家数量注：工程投资以2000t·d-1的甘蔗糖厂计算本研究中所使用的可溶性浓缩糖蜜（condensedmolassessoluble,CMS）是由糖蜜发酵废液经过浓缩—高温—浓缩干燥制成。本研究拟针对CMS这种物质，探究其对作物的生长发育及产量品质的影响，探索CMS作为新型肥料用于农业生产的可行性及有效施用方法。1.2.3施肥对作物生长发育的影响近年来，国内外有大量的关于不同肥料、不同地区、不同的施肥方式和施用量对农作物生长发育的影响的报道（张俊宝等2017，张亚伟等2018，陈国徽等2018）。例如，张亚伟等通过不同地区和不同施肥量对冬油菜产量和氮肥利用率等进行了研究，结果发现油菜的氮含量和氮累积量随着施氮量的增加呈现出先增加后达到稳定，产量也存在相同的趋势；不同地区的最佳施氮量没有太大的差异，但是在最佳施氮量的情况下产量存在显著差异（张亚伟等2018）。陈国徽等探究了赣北地区不同施肥量对油菜产量的影响，他们的研究结果也表现出了和张亚伟等研究相同的趋势（陈5 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文国徽等2018）。同时，多个课题组探究了不同施肥方式对水稻生长发育的影响，研究表明氮磷钾配施结合有机肥、基肥随施随翻，追肥结合浅、湿、干灌溉，可以达到水稻的高产高效（张俊宝等2017）。国外也有许多关于不同施肥量和施加时期对油菜产量影响的报道。例如，Narits和Koppe（2010）通过两年的大田试验发现，对油菜而言，施肥量没有施肥时间对种子产量和品质的影响大（NaritsandKoppe2010）。Aminpanah等人的研究表明随着施氮量从0增加到150kg/hm2，油菜种子产量、蛋白和油脂含量显著增加，但之后保持不变（Aminpanah2013）。另有研究表明氮肥减少20％不会引起作物产量下降，但能促进作物的养分吸收（Guanetal2011）。类似的报道有很多，得到的结论也尽相同。因此，到底怎样的施肥方式才是合理科学的？由于地形不同，气候不同，施肥习惯不同，很难有一个统一的标准或定论。近年来，关于施用有机肥对作物生长发育影响的报道持续增加。施用有机肥对作物的产量和品质会产生重要影响。与无机肥料相比，生物肥料和有机肥料效果更好。例如，Siavoshi等人通过两年大田试验表明在只施加有机肥的情况下，施加2t/hm2有机肥（鸡粪、牛粪）时水稻的产量最高（4335.88kg/hm2）；在有机无机混施的情况下，化肥加1.5t/hm2有机肥混合施用时水稻的产量最高（4662.71kg/hm2）（Siavoshietal2011）。陈贵等研究发现施加有机肥可以提高水稻的产量，并且提高植株的养分累积量（陈贵等2017）。近年来也有很多关于有机肥和化肥配施、新型有机肥和生物肥料对作物的影响的报道，尤其是含有微量元素的生物有机肥，这种新型肥料不仅可以补充作物所需的微量元素，还可以提供微生物生长的有机环境，改善土壤环境，提高土壤肥力（Grzebiszetal2010，SienkiewiczcholewaandKieloch2015，Jankowskietal2016）。CMS即糖蜜发酵废液的浓缩液作为一种新型的有机肥料在国内也有相关报道。例如将糖蜜废液直接用于浇灌（莫云川2007）。研究人员通过施加不同量的糖蜜废液，探究其对甘蔗产量品质、养分吸收、光合特性、蔗糖合成酶、保护酶、氮代谢酶及农艺性状的影响，结果表明直接灌施糖蜜废液可以促进甘蔗苗期生长以及个体的净光合速率，且没有表现出任何的胁迫作用（王威豪等2006）。灌施一定量的糖蜜废液可以提高甘蔗的多酚氧化酶、过氧化物酶以及过氧化氢酶的活性（王一丁等2006）。当施加量达到一定程度（105t/ha）时，糖蜜废液可以显著提高甘蔗的产量，并且植株在叶绿素含量、全氮含量、水溶性蛋白质、氮代谢等生理指标上也表现出6 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用了显著的差异（莫云川等2009）。另有研究表明，在甘蔗生长的早期追肥糖蜜废液来代替肥料可以促进甘蔗的生长，提高甘蔗的产量（周正邦等2009）。糖蜜废液不仅在甘蔗上有作用，对菜心喷施一定量的废液也可以影响菜心的产量和品质（于俊红等2012）。综上研究，我们可以发现糖蜜废液在农业生产上能够变废为宝，降低施肥成本，促进资源的循环利用，在农用方面具有深远的意义。但是关于糖蜜废液的研究还不够深入。前人的研究一方面大部分关注于废水直接浇灌，利用方式单一；另一方面，研究的作物主要是甘蔗，只有少数研究关注蔬菜，而对于主要的粮油作物如水稻、小麦、玉米、油菜等的报道则几乎没有。因此，有必要深入研究糖蜜废液作为新型有机肥料在作物上的合理利用潜力。1.2.4施肥对作物生长发育中相关酶活的影响活性氧（ROS）是植物细胞代谢的副产物，并且也是重要的信号传导分子（Mittler2002）。在植物遭受胁迫时，细胞中ROS增加，ROS诱导损伤的水平也随之增加。过多的ROS可以通过对脂质、蛋白质和核酸等的氧化来破坏细胞内的稳态和正常代谢（Baxteretal2007，Daietal2009）。植物体内具有酶和非酶抗氧化防御机制以对抗ROS的氧化作用（Bowleretal1994）。其中，超氧化物歧化酶（SOD）将O2-分解为O2和H2O2，并进一步通过过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和糖酵解中的一些酶，把H2O2氧化成分子氧和水，用于缓解植物体内活性氧的增加，减少活性氧的毒害（Yuetal2004）。脂质的氧化损伤通过ROS积累形成有毒物质丙二醛（MDA）。因此，植物体内的丙二醛的含量可以用来反映脂类过氧化的程度以及植物遭受逆境伤害的程度（Jingetal2011）。有研究表明施用有机肥可显著提高大白菜中SOD、POD和CAT的活性，降低MDA的积累（Qiuetal2013）。韩顺昌等人通过研究表明，钾肥对冬油菜中SOD、POD和CAT的活性的影响明显，而氮肥、磷肥对这些酶活性的影响不大（韩顺昌和李学才2015）。王一丁等人通过甘蔗地施加不同浓度（45t/ha、75t/ha、105t/ha）糖蜜废液的试验发现：各处理都极显著提高了新植蔗的CAT酶活性；45和75t/ha浓度的糖蜜废液处理极显著提高了新植蔗SOD活性；而处理105t/ha时极显著提高了甘蔗的分蘖率。这些结果表明施用糖蜜废液对甘蔗苗期的生长发育有一定促进作用（王一丁等2006）。7 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文1.2.5施肥对土壤肥力与微生物的影响土壤肥力是决定农田系统生产力的基础，可以作为土壤提供营养物质能力的重要指标（Tiessenetal1994）。研究表明，向土壤中施入外源的有机物料会促使土壤有机质含量缓慢上升，土壤酶活增加，促进土壤养分的活化，提高土壤微生物群落多样性（Xuetal2018）。土壤微生物是土壤生态系统中的重要组成部分，对土壤有机物的分解和养分循环具有重要的作用（Hanetal2017）。施用有机肥可以提高土壤微生物的活性，防止植物根系衰老，促进作物生长（Jietal2017）。目前，关于施用有机肥对土壤微生物活性的影响已有相关研究报道。有机肥可以改变土壤微生物的群落结构，提高细菌的种类与数量，可以降低土壤中真菌的种类与数量（Xiaoetal2017）。同时，有机肥通过改善土壤微生物区系，促进土壤养分循环，提高根系吸收能力，进而提高作物产量和品质（Bedadaetal2014）。研究表明，施用芝麻饼肥可以提高根际微生物的C、N含量，加速土壤有机质的转化，保证作物的营养供应等（BhattandSahoo2017）。施肥除了对土壤肥力和微生物产生影响之外，还会影响土壤中脲酶和过氧化氢酶的活性（Mandicetal2015）。土壤脲酶与土壤中氮素的转化密切相关，是一种促进尿素分解的水解酶，它能将尿素水解成氨和二氧化碳或碳酸铵，进而被作物根系吸收利用。其活性的高低通常反应出土壤的供氮水平，并受微生物数量、有机质含量、土壤全氮、速效氮等理化指标所影响。从而在土壤肥力的研究中被广泛研究（Zhangetal2016）。过氧化氢广泛存在于土壤和植物体内，它由生物化学过程和有机物的分解转化产生，对土壤和植物均有害（Keumetal2017）。过氧化氢酶可以将过氧化氢氧化为水和氧气，从而减轻过氧化氢的毒害作用。此外，过氧化氢酶还可以参与土壤微生物的呼吸作用，消除对活细胞的伤害（敖俊华等2009）。尽管如此，关于施用CMS对土壤肥力、土壤微生物活性、土壤中脲酶和过氧化氢酶的含量等的影响则鲜有报道。有研究表明，糖蜜废液不仅可以使甘蔗获得很好的增产效果，而且施加糖蜜废液后，蔗地土壤的pH和土壤容重都有所下降，土壤中有机质、有效氮、速效钾、有效镁等养分的含量增加。表明合理使用糖蜜废液可以改善土壤环境，增加土壤肥力，消除环境污染，改善了蔗区生态环境（Maetal2014）。8 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用1.2.6植物调节剂浸种对种子萌发及生长发育的影响作物在种植之前都需要浸种育苗，浸种可以提高作物的发芽率，增加作物的抗逆性（Gandolfietal2009）。常见的浸种方式是将种子浸泡在清水或者一些化学化合物如氯化钙、次氯酸钠等的溶液中。不同的调节物质浸种育苗所产生的效果不一样，有的可以促进发芽率，有的促进根系生长，有的促进幼苗的抗逆性（Fardusetal2018）。一般而言，大多数的调节物质不仅仅可以促进作物的快速萌发，还可以达到壮苗抗逆的效果。研究表明，GA、6-BA、水杨酸等可以提高作物的萌发速率、发芽率及出苗率（Anwaretal2017）。适宜浓度的多效唑（PAC）浸种可以提高幼苗生长，幼苗存活率和冠径，并且还能增加油菜越冬期苗期的产量，进而获得较高的成熟期产量（Retigetal1972）。此外，乙烯利也能促进黄瓜和苦瓜种子的萌发且抑制幼苗的徒长，形成幼壮苗（Cotrufoetal2013）。植物的生长发育受多方面的调控。众多研究表明,有机质通过影响作物生理代谢促进作物的生长发育（Zhangetal2010）。有机肥对油菜幼苗碳氮代谢具有间接影响，通过对幼苗根系和幼叶的抗氧化酶活性、碳氮代谢主要酶活性及代谢产物的分析（孙海燕和郭伟2013），研究人员发现pH在植物碳氮代谢平衡中发挥了重要作用，酸化条件下,菜豆的碳代谢加强,氮代谢受到抑制;叶片过氧化物酶活性的降低和O2-含量的增加,导致了叶片膜脂过氧化程度的加剧（束胜等2016）。从植株的抗氧化代谢中阐明了CMS在促进植物激素的生物合成，缓解光合色素降解，增强光合作用能力，保护植株免受氧化伤害，以及调控防御相关基因的表达等方面均起着重要的作用（杨丽峰2016）。1.3研究的目的、意义、内容以及技术路线1.3.1研究目的及意义酵母是日常生活中不可缺少的一种物质。目前，酵母已被应用于日常生活中的方方面面。酵母的生产主要以糖蜜为原料，其中以甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜为主（银星宇和刘新星2005）。但糖蜜发酵后的废液中还含有大量的营养物质，如多糖、氨基酸、色素等物质。此外，酵母发酵废液中还含有丰富的氮、磷、钾、镁、锌等矿质元素（李红光和邱漩红1995）。因此，将这部分废液进行资源化综合利用是关键问9 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文题（李知洪等2010）。发酵废液作为肥料资源化利用早已有报道。但是发酵废液作为肥料在作物上的研究却很少，效果如何、如何利用废液还不是很清楚。有研究表明糖蜜酒精废液对菜心的产量和品质有一定的影响（于俊红等2012），对甘蔗的生长也具有影响（王一丁等2006）。然而，这些研究只是简单的说明可以改善品质，但是并没有解析增产和改善品质的机理。本研究主要以油菜、水稻以及其它作物为研究对象，探究糖蜜酵母废液对不同作物种子萌发、油菜和水稻的产量及品质的影响，初步探索糖蜜酵母废液影响油菜生长产量的机理，为糖蜜酵母废液作为新型有机肥料运用于农业生产实践提供一定的理论基础。1.3.2研究内容1.3.2.1CMS的性质及成分分析查阅文献对CMS进行相关了解，分析CMS的物理性质及物质含量；分析CMS中植物所必需的矿质营养元素含量；分析CMS中氨基酸、有机酸的含量；分析CMS中重金属元素的含量；分析CMS中可能含有的羟基化合物的含量。1.3.2.2CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的调节作用以油菜、白菜、萝卜、小麦、玉米、水稻等作物为研究对象，分析不同作物种子在不同浓度的CMS下的发芽率，以及萌发后幼苗根系的生长情况和作物生物量的变化。1.3.2.3CMS对油菜和水稻生长的调节机制以双子叶油料作物油菜和单子叶粮食作物水稻为研究对象，研究单独施用CMS，及CMS与矿质养分配合施用对这两种作物苗期生物量、根系构型、根系活力、养分含量、累积量以及利用率、叶绿素含量等的影响。同时，分析CMS对油菜和水稻养分代谢等生理过程以及相关酶类包括超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT等活性的调节作用，解析CMS对植物生长的调节机制。1.3.2.4CMS对油菜和水稻全生育期及对土壤的调节作用通过成熟期大田试验设置不同浓度梯度的CMS，研究不同施用量及施肥方式对10 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用油菜苗期生物量、养分含量、养分累积量以及养分利用率，抽薹期新老叶养分含量，以及成熟期产量、产量相关性状（株高、分枝数、角果数）、地上部各部位生物量及养分含量，以及种子品质性状等的影响，分析不同施肥方式及施肥量对油菜生长的影响。在此基础上，分析油菜季施用CMS后各处理土壤养分含量的变化，分析土壤中过氧化氢酶及脲酶的活性，以及土壤微生物群落的变化。同时，通过盆栽试验探究CMS对水稻成熟期表型（株高、分蘖数、穗数）、生物量、养分含量及产量的调节作用及最佳施肥方式。1.3.3技术路线图2技术路线图Fig.2Schematicmapoftechnicaltoute11 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文2材料与方法2.1试验材料本研究所使用的CMS由安琪酵母公司（湖北，宜昌）提供，该物质主要由酵母发酵废液经浓缩干燥而成。各实验材料的供试品种：油菜为中双11号；水稻为中9优6号；白菜为华良早5号；白萝卜为长白春；小麦为郑麦9023；玉米为郑玉6682.2材料的培育及处理2.2.1种子萌发试验取双子叶作物油菜、萝卜、白菜和单子叶作物小麦、玉米、水稻的种子各30粒，用不同浓度的CMS浸泡（1-2天），然后播种于纱布覆盖的对应浓度的育苗盆上。育苗盆放置人工气候箱暗培养。双子叶作物培养4-5天，单子叶作物培养7-8天。观察种子萌发状况，记录出苗率，测量根长、株高，分析生物量。CMS设置0.02g/L、0.05g/L、0.1g/L、0.15g/L、0.2g/L共5个浓度梯度，以纯水（0g/L）作为对照，探究酵母发酵废液对不同作物种子萌发的影响。2.2.2油菜和水稻营养液培养试验油菜营养液培育方法：营养液培养试验中大量营养元素采用改良后的Hoagland营养液配方（见附表1）。首先选取饱满一致的种子用去离子水浸泡过夜，然后将种子均匀地播种在纱布上育苗。当幼苗主根长2-3cm时，将整齐一致的幼苗移栽定植到盛有营养液的塑料盆中。每个处理设置3个重复。培养条件：光周期为14/10h，光强度为300-320μmolm-2s-1，昼夜温度为24℃/18℃，相对湿度为65%-85%。水稻营养液培育方法：营养液培养试验中采用营养液配方为国际水稻所的配方（见附表2），首先选取饱满一致的种子用去离子水浸泡放置在30℃的恒温培养箱内催芽，待到种子发芽后种均匀地播种沙土上。当幼苗长至2-3片叶后，将整齐一致的幼苗移栽定植到盛有营养液的塑料盆中。每个处理设置3个重复。12 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用2.2.2.1不同CMS浓度对油菜苗期生长的影响为了探究CMS是否可以单独作为营养源保证油菜生长。设置4个处理：正常营养液处理（Hoagland营养液）、0.05g/LCMS、0.1g/LCMS、0.2g/LCMS，采用上述油菜营养液培育方法，培养15天拍照收获，称鲜重。2.2.2.2不同CMS浓度和养分配合施用对油菜苗期生长的影响实验1：为了探究不同CMS浓度和养分配合施用对油菜苗期生长的影响。设置4个处理，分别为正常营养液处理（Hoagland营养液）、正常营养液处理+0.05g/LCMS、正常营养液处理+0.1g/LCMS、正常营养液处理+0.2g/LCMS。移苗时营养液浓度为全量的四分之一，第二次更换浓度为全量的二分之一，之后一直是全量营养液（营养液每三天换一次），培养20天收样，称鲜重，用根系扫描仪分析根系形态。实验2：为了探究CMS对油菜生长发育影响的机制。设置3个处理，分别为正常营养液处理（Hoagland营养液）、正常营养液处理+0.05g/LCMS、正常营养液处理+0.2g/LCMS。移苗时营养液浓度为全量的四分之一，第二次更换浓度为全量的二分之一，之后一直是全量营养液（营养液每三天换一次），培养30天后收样，称干鲜重，测定养分含量，计算养分利用率，测定叶绿素含量、养分相关酶活、氧化保护酶活、蛋白质活性，用根系扫描仪分析根系形态。2.2.2.3不同CMS浓度和养分配合施用对水稻苗期生长的影响实验1：为了探究不同CMS浓度和养分配合施用对水稻苗期生长的影响。设置4个处理，分别为正常营养液处理、正常营养液处理+0.05g/LCMS、正常营养液处理+0.1g/LCMS、正常营养液处理+0.2g/LCMS。移苗时营养液浓度为全量的四分之一，第二次更换浓度为全量的二分之一，之后一直是全量营养液（营养液每三天换一次），在培养第24天和第35天时分别取样，称干重，用根系扫描仪分析根系形态。实验2：为了探究CMS对水稻生长发育影响的机制。设置3个处理，分别为正常营养液处理、正常营养液处理+0.05g/LCMS、正常营养液处理+0.2g/LCMS。移苗时营养液浓度为全量的四分之一，第二次更换浓度为全量的二分之一，之后一直是全量营养液（营养液每三天换一次），培养22天收样，称干鲜重，测定养分含量，计算养分利用率，测定氧化保护酶活、蛋白质活性，用根系扫描仪分析根系形态。13 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文2.2.3油菜大田试验2016-2017年大田试验在武汉市华中农业大学校内教学实践基地进行（稻油轮作），供试土壤基础理化性质见表2。油菜大田肥效试验共设10个处理，试验设计见表3。其中，正常化肥施用量：N180kg/ha；P2O590kg/ha；K2O120kg/ha；B15kg/ha。磷肥以过磷酸钙，钾肥以氯化钾，硼肥以硼砂的形态，以基肥的方式一次性施入土壤。氮肥以尿素的形态分三次按3：1：1的比例施用，其中基肥施用量为108Nkg/ha，在幼苗期（播种后1个月，4-5片叶）和苗期（元旦后）各追肥36Nkg/ha。表2华中农业大学校内教学实践基地供试土壤理化性质Table2PhysicalandchemicalpropertiesofthesoilfromHuazhongagriculturaluniversity有机质全氮速效磷速效钾pH值OrganicmatterTotal-NOlsen-PAvailable-KpHvalue（g/kg）（g/kg）（mg/kg）（mg/kg）6.8412.990.709.79141.14试验小区面积为3.6m2（1.8m×2m），每个处理4个小区，随机区组排列设计，试验田设置保护区，保护行至少1m；采用点播的种植方式，行距为0.25m，株距为0.2m，每穴点2-3粒种子。在苗期、抽薹期、成熟期取样，测定苗期、抽薹期的生物量、养分含量，成熟期油菜的产量、生物量、养分含量；土壤中养分含量、脲酶、过氧化氢酶活性。为了验证2016-2017年大田试验，找到合适的施肥方式，同时探究CMS对土壤微生物活性的影响。我们设置了2017-2018年大田试验：共设置4个处理，具试验设计见表4，小区面积、种植方式、施肥方式、正常施肥量均和2016-2017年大田一致。考察成熟期表型，测定产量、品质以及油菜各部位的养分含量。测定油菜土壤养分、酶活以及微生物活性。（由于2017-2018年油菜大田尚未成熟，故本文中只有2017-2018年抽薹期土壤的微生物活性数据。）14 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用表32016-2017年油菜大田试验各处理的养分施用量Table3NutrientapplicationamountforthefieldtrialofBrassicanapusduring2016-2017growthseason处理CMS化肥CMS施加时期Treatment（g/m2）FertilizerCMSapplicationperiodT1---T250-基肥T3200-基肥T4500-基肥T5-正常-T650正常基肥T7200正常基肥T8200正常苗期T9200正常抽薹期T10200正常花期注：-为不施加表42017-2018年油菜大田试验各处理的养分施用量Table4NutrientapplicationamountforthefieldtrialofBrassicanapusduring2016-2017growthseason处理CMS化肥Treatment（g/m2）FertilizerA1--A2-正常A3200正常A42001/2正常注：-为不施加2.2.4水稻成熟期盆栽试验表5水稻盆栽试验供试土壤理化性质Table5Physicalandchemicalpropertiesofsoilforricepotculture有机质全氮速效磷速效钾pH值OrganicmatterTotal-NOlsen-PAvailable-KpHvalue（g/kg）（g/kg）（mg/kg）（mg/kg）6.8414.121.2011.10194.10盆栽试验于2017年在武汉市华中农业大学教学实践基地日光大棚内进行，试验共设12个处理，具体见表6，正常施肥量为：N0.2g/kg,P2O50.15g/kg,K2O0.2g/kg。肥料作为基肥拌土施用。盆栽用土取自华中农业大学校内教学实践基地，土壤的基15 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文础理化性质见表5，有机质14.12g/kg、全氮1.20g/kg、速效磷11.10g/kg、速效钾194.10g/kg。每桶装7kg土。水稻幼苗在育苗一个月后移栽至桶内，每桶种植3株，每隔三天浇一次纯水，每次浇纯水1L。化肥和土拌匀施入，CMS溶于水施入。表6水稻盆栽试验各处理的养分施用量Table6Nutrientapplicationamountfordifferentricepotculturetreatments处理化肥CMSTreatmentFertilizer（g/桶）处理1不施化肥-处理21处理35处理410处理51/2正常施化肥-处理61处理75处理810处理9正常施化肥-处理101处理115处理12102.3测定项目2.3.1表型的测定生物量测定：选取长势一致的材料，称量植物鲜重，然后70℃烘干至恒重后称量干重。成熟期各性状的考察：油菜成熟期主要考察株高、第一分枝高、分枝数、角果数、每角果粒数以及千粒重。水稻成熟期主要考察株高、分蘖数、有效穗数、穗粒数以及千粒重。根构型：通过根系扫描仪（EpsonPerfectionV700Photo）进行植物根系进行扫描，用WinRHIZO对图片进行分析，分析不同根系形态参数，主要包括主根长、侧根数、侧根长、根表面积、根体积、根直径。软件的参数设置为默认参数。SPAD值的测定：用叶绿素仪（Chlorophyllmeter,SPAD-502）测定植株顶端完全展开功能叶，每个处理随机测定16片叶片，取平均值。叶绿素含量的测定：取新鲜叶片0.1g到2mL离心管中，加入抽提Buffer2mL，16 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用4℃下避光抽提12h。以抽提Buffer为空白，在波长645和663下测定叶绿素提取物的吸光值。然后根据Arnon（1949）提出的方法的公式加以修正计算叶绿素含量：叶绿素a=（12.72A663-2.59A645）×V/W×1000叶绿素b=（22.88A645-4.67A663）×V/W×1000.2.3.2植物中元素含量的测定参考《土壤农化分析》中植物养分含量的测定方法（鲍士旦2000）。样品烘干至恒重后，研磨至粉末状，称取0.1g左右放入消化管中，用H2SO4-H2O2法消煮样品，经过冷却，定容，过滤后，用流动注射分析仪（FIAstar5000,Sweden）测定氮、磷含量，用火焰光度计法测定钾含量。养分累积量=干物重×养分浓度养分利用率=干物重/养分累积量养分利用指数=干物重/养分含量2.3.3土壤中元素含量的测定采用五点取样法对每个小区取样，样品风干，用小木锤磨碎过筛。过20目筛用来测土壤速效养分（速效钾、速效磷），过100目筛来测土壤全氮和有机质。土壤pH值的测定方法采用水土比2：1震荡，然后用pH计测定。有机质用外加热重铬酸钾容量法测定，全氮用凯氏定氮法测定，有效磷用0.5mol/LNaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾用1.0mol/LNH4OAc浸提—火焰光度法测定（鲍士旦2000）。2.3.4植株酶活及根系活力的测定丙二醛（malondialdehyde,MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法：取1g鲜样剪碎放入研钵，加10mL10%TCA研磨成匀浆，离心取上清为提取液，取提取液2mL加入2mL0.6%TBA溶液，混匀沸水浴15分钟，冷却离心，取上清液分别测定波长450nm、532nm、600nm下的吸光度。MDA浓度（μmol/L）=6.45（D532-D600）-0.56D450D450、D532、D600分别为波长450nm、532nm、600nm处的吸光值超氧化物歧化酶（superoxidedismutase,SOD）活性采用氮蓝四唑法；过氧化氢17 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文酶（catalase,CAT）活性采用紫外分光光度法;过氧化物酶（peroxidase,POD）活性测定采用愈创木酚法；可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝法;取0.5g鲜样，用预冷的50mmol/L磷酸缓冲液（pH7.0）5mL冰浴上研磨，定容至10mL，4℃离心（13000g）20分钟，上清液即为粗酶提取液。粗酶提取液用来测SOD、CAT、POD以及可溶性蛋白质含量。根系活力采用TTC法（张蜀秋2011）：取0.25g样品放入三角瓶中，加入0.5%TTC溶液和0.1mol/L磷酸缓冲液（pH7.5）各5mL充分混匀，并将根尖完全浸入在溶液中，至37℃保温箱内1h，保温后立即加入1mol/LH2SO42mL终止反应。根尖显示红色则表明该处有活跃的脱氢酶存在。2.3.5土壤酶活性及微生物数量的测定过氧化氢酶的活性采用容量法测定（关松荫1986）。取2g风干土，置于100mL三角瓶中，并注入40mL蒸馏水和5mL0.3%过氧化氢溶液。震荡20分钟，而后加入5mL1.5mol/L硫酸，过滤吸25mL滤液，用0.02mol/L高锰酸钾滴定至淡粉红色终点。过氧化氢酶活性以20分钟后1g土壤所需0.02mol/L高锰酸钾的毫升数表示。脲酶的活性采用靛酚蓝比色法测定（关松荫1986）。取5g风干土，置于50mL三角瓶中加1mL甲苯。15分钟后加10mL10%尿素液和20mLpH6.7柠檬酸盐缓冲液。摇匀后在37℃恒温培养箱中培养24h。过滤后取3mL滤液注入50mL容量瓶中，然后比色测定。脲酶活性以24h后1g土壤中NH3-N的毫克数表示。土壤微生物的测定采用土壤微生物数量精确测定的方法（肖和艾等2011）。取新鲜土壤，测量土壤含水量，称取相当于10g烘干重的新鲜土壤至灭菌后的锥形瓶中，加90mL无菌水，震荡得到10-1土壤悬浮液，按照10倍稀释法把土壤悬浮液依次稀释成10-2—10-6。吸取10-3—10-6土壤悬浮液0.1mL置于土壤可培养细菌、真菌、放线菌培养基中，涂布棒涂抹均匀，置于25-30℃下培养2-4天，计数。2.3.6CMS成分的测定CMS中大中量元素、重金属元素参考AQJM2129—2016的方法进行检测；微量元素采用GB/T14540-2003的方法进行检测；氨基酸含量利用GB5009.124—201的方法进行检测；有机酸参考Q/YB.J07.806-2016的方法进行检测，该部分内容安18 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用琪酵母公司完成测定。2.3.7数据统计所有的原始数据釆用MicrosoftOfficeExcel2016处理分析，由GraphPadPrism7制作图形，数据处理统计以及方差相关性等的分析采用SPSS22软件，文中所有显著性分析均采用Duncan法，文中的字母（a、b、c、d）表示在P＜0.05置信水平的显著性分析。文中误差线均为SD值表示。3结果与分析3.1CMS的性质及成分CMS主要由酵母发酵废液浓缩而成，其成分非常复杂。本研究所使用的CMS由安琪酵母公司（湖北，宜昌）提供。CMS为黄褐色的粉状物质，具有特殊的刺激性气味，易溶于水，水溶液呈弱酸性，低浓度情况下CMS呈浅黄色，随着浓度的增加CMS的颜色逐渐加深（图3）。图3CMS的实物图Fig.3ProfileofCMS通过对CMS中的矿质元素含量进行分析，我们发现该物质中含有植物所必需的14种矿质营养元素（表7）。其中，钾元素的含量最高在5%-6%左右，和低钾复合肥中钾含量相当；氮、磷元素的含量分别为2%、0.5%左右；中量元素钙、镁、硫含量也都在0.5%左右，这为CMS作为肥料提供了理论上的可行性。对于植物必需的微量元素，CMS中含有植物所必需的全部微量元素，其中氯和钠含量最高为2.34%-6.73%和1.93%，铁、锌、锰、铜、钼、硼、镍分别为54.32mg/Kg-890.14mg/Kg、19 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文340.12mg/Kg-664.84mg/Kg、50.64mg/Kg-84.48mg/Kg、5.10mg/Kg-10.17mg/Kg、0.07mg/Kg-0.37mg/Kg、0.06mg/Kg、0.02mg/Kg。表7CMS中各种矿质元素的含量Table7TheconcentrationofmineralelementsinCMS成分Components分类含量范围单位检测依据CategoryContentrangeUnitMethods中文英文缩写氮N1.81-2.38%AQJM2129—2016大量元素磷P0.22-0.50%AQJM2129—2016钾K5.01-5.95%AQJM2129—2016硫S0.42-0.59%AQJM2129—2016中量元素钙Ca0.51-0.61%AQJM2129—2016镁Mg0.19-0.70%AQJM2129—2016氯Cl2.34-6.73%GB15063—2009钠Na1.93%GB15063—2009铁Fe54.32-890.14mg/KgGB/T14540-2003锌Zn340.12-664.84mg/KgGB/T14540-2003微量元素锰Mn50.64-84.48mg/KgGB/T14540-2003铜Cu5.10-10.17mg/KgGB/T14540-2003钼Mo0.07-0.37mg/KgGB/T14540-2003硼B0.06mg/KgGB/T14540-2003镍Ni0.02mg/KgGB/T14540-2003为了验证CMS是否含有重金属等有害物质，我们对CMS中重金属的含量进行了测定（表9）。结果表明，汞含量为0.038mg/Kg-0.1mg/Kg，砷含量为0.00036mg/Kg，铅含量为0.048mg/Kg-0.52mg/Kg，镉含量为0.022mg/Kg-0.026mg/Kg，铬含量为0.71mg/Kg-1.99mg/Kg。其含量均远远低于国家或者行业标准，符合有机-无机复混肥料、有机肥料、生物有机肥和水溶肥中重金属的标准（附表4）。蛋白质是一切生命的物质基础，由多种氨基酸合成，氨基酸作为含氮的小分子有机化合物是植物生长和发育所必需的营养物质。我们测定了CMS中17种氨基酸的含量（表8），其中游离态的胱氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、精氨酸以及水解态的精氨酸含量为0。天冬氨酸和谷氨酸含量最高，水解态的天冬氨酸、谷氨酸的含量分别为5.56%、2.37%，游离态的天冬氨酸、谷氨酸的含量分别为0.55-1.58%、0.23-0.50%，其他氨基酸含量较低，均在在0.66%以下。水解态的氨基酸总含量为11.75%，大于含氨基酸叶面肥的国家标准。20 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用表8CMS中氨基酸的含量Table8ThecontentofaminoacidsinCMS成分Components含量范围%检测依据中文形态英文缩写ContentrangeMethods游离0.55-1.58GB5009.124—2016天冬氨酸ASP水解5.56GB5009.124—2016游离0.23-0.50GB5009.124—2016谷氨酸GLU水解2.37GB5009.124—2016游离0.00GB5009.124—2016胱氨酸CYS水解0.66GB5009.124—2016游离0.05-0.10GB5009.124—2016丙氨酸ALA水解0.40GB5009.124—2016游离0.01-0.20GB5009.124—2016丝氨酸SER水解0.39GB5009.124—2016游离0.06-0.30GB5009.124—2016酪氨酸TYR水解0.37GB5009.124—2016游离0.20-0.84GB5009.124—2016苏氨酸THR水解0.30GB5009.124—2016游离0.10-0.16GB5009.124—2016苯丙氨酸PHE水解0.29GB5009.124—2016游离0.00-0.18GB5009.124—2016亮氨酸LEU水解0.27GB5009.124—2016游离0.10-0.40GB5009.124—2016缬氨酸VAL水解0.26GB5009.124—2016游离0.00GB5009.124—2016甘氨酸GLY水解0.24GB5009.124—2016游离0.00-0.01GB5009.124—2016赖氨酸LYS水解0.23GB5009.124—2016游离0.00-0.04GB5009.124—2016异亮氨酸ILE水解0.18GB5009.124—2016游离0.00-0.06GB5009.124—2016脯氨酸PRO水解0.12GB5009.124—2016游离0.00-0.01GB5009.124—2016组氨酸HIS水解0.09GB5009.124—2016游离0.00GB5009.124—2016蛋氨酸MEL水解0.02GB5009.124—2016游离0.00GB5009.124—2016精氨酸ARG水解0.00GB5009.124—2016通过对CMS中有机酸含量的测定（表10），我们发现其中含有大量的苹果酸、柠檬酸、琥珀酸和乳酸，其中苹果酸含量最高达到了23017.4mg/Kg，乳酸、琥珀酸、柠檬酸含量分别为8122.5mg/Kg、6440.1mg/Kg、5464.3mg/Kg。对于羟基化21 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文合物我们对一些醇类做了测定，2,3-丁二醇和肌醇含量较高，分别为0.57g/L和0.34g/L，赤藻糖醇和甘露醇的含量较低，均为0.08g/L。表9CMS中重金属元素的含量Table9ThecontentofheavymetalelementsinCMS分类成分Components含量范围检测依据Category中文英文缩写ContentrangeMethods砷As0.038-0.10AQJM2129—2016汞Hg0.00036AQJM2129—2016重金属铅Pb0.048-0.52AQJM2129—2016（mg/Kg）铬Cr0.71-1.99AQJM2129—2016镉Cd0.022-0.026AQJM2129—2016表10CMS中有机酸和羟基化合物的含量表Table10TableoforganicacidsandhydroxycompoundsofCMS分类成分Components含量检测依据CategoryContentrangeMethods中文英文乳酸lacticacid8122.5Q/YB.J07.806-2016有机酸琥珀酸succinicacid6440.1Q/YB.J07.806-2016mg/Kg柠檬酸citricacid5464.3Q/YB.J07.806-2016苹果酸malicacid23017.4Q/YB.J07.806-20162,3-丁二醇2,3-butanediols0.57Q/YB.J07.806-2016羟基化赤藻糖醇erythritol0.08Q/YB.J07.806-2016合物g/L甘露醇mannitol0.08Q/YB.J07.806-2016肌醇inositol0.34Q/YB.J07.806-2016总的来说CMS成分复杂，含有植物所必需的营养物质（矿质养分和有机酸），符合有机肥料、生物有机肥和水溶肥的生产标准，可以作为一种新型有机肥。然而该成分中所含有的其它成分还需要进一步测试分析。3.2CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的调节作用对油菜、萝卜、白菜、玉米、水稻、小麦在播种后的第1、2、3、4天萌发率进行统计，结果表明对于双子叶作物而言，在播种1天后各处理之间差异较大，油菜种子T1、T2、T3、T4、T5、T6的发芽率分别为63%、45%、40%、55%、33%、58%；萝卜种子T1、T2、T3、T4、T5、T6的发芽率分别为73%、37%、43%、73%、40%、67%；白菜种子T1、T2、T3、T4、T5、T6的发芽率分别为68%、45%、28%、22 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用45%、25%、58%，但时间的增加，各处理之间差异减小，在第3天时各处理的发芽率基本相似，均达到90%以上（图4A-C）。对照处理（T1）在第1天发芽率高于其他处理，随着时间的增加各处理之间的差异减小直至消失。单子叶作物种子相比双子叶作物种子萌发有所不同。玉米种子第2天开始发芽T1、T2、T3、T4、T5、T6的发芽率分别为20%、13%、13%、27%、13%、7%，在第5天时各处理发芽率均达到90%左右；水稻种子发芽较慢，在第3天时各处理的发芽率为13%、17%、10%、20%、17%、7%，在第5天时各处理的发芽率均达到90%以上；小麦播种1天后开始发芽，第1天各处理的发芽率分别为27%、17%、23%、23%、20%、23%，在播种第4天时各处理的发芽率均达到了97%以上。表明不同浓度的CMS对作物种子发芽率的影响没有显著差异。图4不同CMS浓度下不同作物的萌发率。1D、2D、3D、4D分别为播种后的第1、2、3、4天。T1、T2、T3、T4、T5、T6处理分别为纯水、0.02g/LCMS、0.05g/LCMS、0.1g/LCMS、0.15g/LCMS、0.2g/LCMSFig.4GerminationrateofdifferentcropsunderdifferentCMSconcentration.1d,2d,3d,4dis1,2,3,4daysaftersowing.T1,T2,T3,T4,T5,T6treatmentswerepurewater,0.02g/LCMS,0.05g/LCMS,0.1g/LCMS,0.15g/Land0.2g/LCMS23 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文为了进一步分析CMS对作物幼苗生长的影响，我们对油菜、萝卜和白菜的根长和生物量进行了分析，结果如图5所示。从图5A中我们可以发现油菜在T3（0.05g/L）时根长最长，比T1（0g/L，纯水）处理长60%左右，且达到了显著差异，随着CMS浓度的增加油菜的根长表现出了先增加后减少的趋势。通过分析油菜2d的根长，我们可以发现油菜根系的生长速率也表现出了不同的差异，除了T6处理的伸长速率略低于T1处理，其它处理的伸长速率均高于T1处理。说明低浓度CMS能够促进油菜根长的伸长，但是随着浓度的增加，根的伸长会受到抑制。通过对油菜的生物量（鲜重）进行分析，我们发现施加CMS不能增加油菜幼苗期的生物量，反而高浓度的CMS（T6处理）会抑制油菜幼苗的生长（图5D）。萝卜根长表现出了和油菜根长相同的趋势，如图5B所示，不同的是萝卜的根长在T4处理最长，为8.62cm，比T1处理增长了247%左右。萝卜根系的伸长速率中T1处理是最小的为0.8cm/day。通过对萝卜的生物量（鲜重）进行分析，我们发现添加CMS的所有处理都比T1处理有所增加，且T3和T4处理的生物量显著高于T1处理。说明了CMS在一定的浓度下可以促进萝卜根系伸长及地上部生物量的增加。图5C的结果表明，添加CMS后白菜的根长都显著高于T1处理（1.93cm），T2处理的根长最高为6.52cm显著高于其他处理，对白菜的生物量分析发现T1处理最低，T6处理的生物量最高并显著高于T1处理。表明了CMS可以促进幼苗期白菜幼苗的生长及根的伸长。同时，我们还分析了不同CMS浓度对单子叶植物水稻、小麦和玉米幼苗生长的影响，发现不同的单子叶植物在不同CMS浓度下生长状况不同（图6-8）。通过对不同CMS浓度对水稻幼苗生长的影响进行分析（图6），我们发现在第8天时T3处理的根最长，为9.57cm，T5、T6处理根长显著低于T1、T2、T3分别为8.04cm、7.12cm。对水稻根伸长量进行比较，发现T2处理的伸长量最大，为4.89cm/day，T6处理伸长量最低，为3.62cm/day。水稻幼苗的生物量表现出和根长相同的趋势，在T3处理时达到了最高，数值为61.89mg，T5、T6处理的鲜重且显著低于T1、T2、T3。说明添加CMS对水稻幼苗没有促进作用，在高浓度（>0.15g/L）时反而抑制水稻的根长和鲜重。24 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图5不同CMS浓度对双子叶植物幼苗生长的影响。A油菜根长；B油菜鲜重；C萝卜根长；D萝卜鲜重；E白菜根长；F白菜鲜重。N=10Fig.5EffectsofdifferentconcentrationsofCMSonmonocotyledonousplants.rootlength（A），freshweightofBrassicanapus（B）,rootlength（C），freshweightofradish（D）,rootlength（E），freshweightofcabbage（F）.通过对不同CMS浓度对小麦幼苗生长的影响进行分析（图7），我们发现小麦总根长、总根投影面积、总根表面积、根系体积均表现出先增加后减小的趋势，在T3处理时显著高于其它处理，T1、T6处理最低。在根长、投影面积与根系表面积上T1显著低于T2、T4、T5。根系的平均直径在各处理之间没有显著差异。对生物量进行分析，发现生物量同样表现出先升高后降低的趋势，在T3处理最高，显著高于T1、T5、T6。说明低浓度（0.05g/L）CMS可以促进小麦根系和萌发期幼苗地上部的生长。而高浓度（0.2g/L）CMS对小麦萌发幼苗没有显著影响。25 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文图6不同CMS浓度对水稻根长、鲜重的影响。N=10Fig.6EffectsofdifferentconcentrationsofCMSonricerootlength,freshweight.图7小麦在不同酵母发酵浓缩液中的萌发情况；A—E：小麦种子根系的总长度、投影面积、表面积、平均直径、根系体积；F：小麦的鲜重；N=10Fig.7WheatgerminationindifferentCMS;A-E:totallength,projectedarea,surfacearea,averagediameter,rootvolumeofwheatseedroots;F:Freshweightofwheat.26 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图8玉米在不同CMS浓度处理下的生物量和根系生长。L总根长；SA总表面积；PA总投影面积；AD平均直径；RV根系体积。N=10Fig.8RootgrowthandbiomassofmaizeunderdifferentCMStreatments.Ltotalrootlength;SAtotalsurfacearea;PAtotalprojectedarea;ADaveragediameter;RVrootvolume.图8为不同CMS浓度下玉米种子幼苗时生物量与根系的各指标。玉米幼苗的生物量在T2、T3处理下显著高于其它处理，分别为0.73g、0.69g；T6处理最低为0.49g。根系系统结果表明T2、T3处理长势显著高于其它处理，进一步分析发现玉米根系的总根长、总根体积、总根表面积、总根投影面积均表现出先升高后降低的趋势，在T3处理时达到了最高，T6处理最低，并与其它处理之间存在显著差异，根系平均直径表现出增加的趋势，T1处理最低，T6处理最高。说明了低浓度的CMS可以促进玉米根系发育及地上部生物量积累，高浓度会增加玉米根系直径，但是抑制根系和地上部的生长。27 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文3.3CMS对油菜生长的影响及调节机制3.3.1单独施用CMS对油菜苗期生长的影响为了深入分析CMS对油菜苗期生长的影响及调节机制，我们设置了不同的试验处理：正常营养液处理（Hoagland营养液）、0.05g/LCMS、0.1g/LCMS、0.2g/LCMS，对该试验的结果进行分析，表明只施用不同浓度的CMS对油菜苗期的生长会产生抑制作用（图9）。与正常营养液处理相比，仅添加CMS会导致油菜的根系发黄，根茎连接处以下出现黑色坏死，地上部生长受到抑制。通过对各处理条件下地上部和根系鲜重进行分析发现，正常处理地上部生物量为296mg，0.05g/L处理的地上部生物量为220mg，0.1g/L处理的地上部生物量为176mg，0.1g/L处理的地上部生物量为119mg。与正常营养液处理相比，仅添加CMS不利于油菜的生长，反而随着CMS的浓度的增加而表现出了更加严重的抑制作用。试验结果说明，CMS作为唯一养分来源无法保证油菜的正常生长。图9在不同CMS浓度处理下油菜的苗期长势及生物量。N=4Fig.9GrowthandbiomassofBrassicanapusindifferentCMStreatments.3.3.2CMS与矿质养分配合施用对油菜苗期生长的影响为了分析正常营养液与CMS配合施用对油菜苗期生长的影响，我们在正常营养液处理的基础上添加了不同浓度的CMS（0.05g/L、0.1g/L、0.2g/L），分析了油菜的生长情况，结果如图10所示。在正常营养液处理的基础上添加低浓度的CMS可以促进油菜生物量的增加，而且地上部和根系的生物量在0.05g/L、0.1g/L的情况下均显著高于正常营养液培养处理，而正常营养液处理中添加高浓度（0.2g/L）28 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用的CMS会显著抑制油菜地上部和根系的生长。图10正常营养液处理与不同CMS浓度配合施用时油菜苗期的长势及生物量。N=4Fig.10GrowthandbiomassofBrassicanapusinundernormalnutrientsupplyanddifferentCMStreatments.图11正常营养液处理与不同CMS浓度配合施用时油菜苗期的根系形态构型。L总根长；SA总表面积；PA总投影面积；AD平均直径；RV根系体积。N=4Fig.11RootarchitectureofBrassicanapusundernormalnutrientsupplyanddifferentCMStreatments.Ltotalrootlength;SAtotalsurfacearea;PAtotalprojectedarea;ADaveragediameter;RVrootvolume.随后，我们分析了各处理条件下的根系形态特征，结果见图11。我们发现在正常营养液培养条件下添加0.05g/L和0.1g/L的CMS后，油菜的根系与正常营养营养液处理相比更加发达，其中总根长、总根表面积、总根投影面积，根系体积都显著高于CK处理。而当外源添加的CMS的浓度增加至0.2g/L时，油菜根系生长受阻，根长、根表面积、根投影面都显著低于CK处理，只有根系平均直径显著高于29 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文CK和0.05g/L处理。这一结果表明低浓度（0.05g/L）的CMS能促进油菜苗期根系及地上部的生长，而高浓度的（0.2g/L）CMS则会抑制根系及地上部的生长。3.3.3CMS对油菜苗期生长的调节机制3.3.3.1对油菜根系活力及根系形态构型的调节根据3.3.2中的研究结果，我们选取了两个处理，T1处理为正常营养液+0.05g/LCMS；T2处理为正常营养液+0.2g/LCMS，以正常营养液培养作为对照CK，深入研究CMS对油菜苗期生长的调节机制探讨。首先我们分析了这3个处理条件下的油菜表型、地上部和根系生物量，结果如图12所示。与3.3.2中的研究结果一致，在正常营养液供应条件下添加CMS后，油菜的根系均出现了黄化的现象。在添加高浓度的CMS（0.2g/L）时，油菜的根系出现了更为严重的黄化现象，且地上部及根系生长与对照相比均收到明显抑制。对生物量进行统计分析，得到的结果与图10的结果一致，低浓度（0.05g/L）的CMS可以促进油菜生物量的增加，高浓度（0.2g/L）的CMS抑制油菜生物量的增加，并且地上部和根系表现出了相同的趋势。图12正常营养液处理与不同CMS浓度配合施用时油菜苗期的长势及生物量。N=6Fig.12GrowthandbiomassofBrassicanapusinundernormalnutrientsupplyanddifferentCMStreatments.N=6随后，我们对3个处理条件下的油菜根系活力进行了分析，通过TTC根系活力试验，我们发现T2处理的油菜根系颜色最深，其次是T1处理。数据分析表明T2处理的根系活力显著高于T1处理，T1处理的根系活力显著高于CK处理（图13）。表明外源添加CMS促进了油菜根系活力的增加，而且外源添加CMS的浓度越高，根系活力越强，这一结果进一步说明CMS中含有有机酸类等可以促进根系活力增加的物质。30 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图13在不同CMS浓度中油菜的根系活力。N=3Fig.13RootactivityofBrassicanapusindifferentCMSconcentrations.N=3在分析根系活力的基础上，我们对油菜的根系形态性状进行了扫描分析。对不同CMS浓度处理下油菜根系的总根长、主根长、总投影面积、根系总体积、总根表面积、平均直径、根尖数及分叉数进行统计分析，我们发现油菜的主根长随着添加CMS浓度的增加而减少，并达到了显著水平，说明CMS抑制了油菜主根的伸长（图14B）。油菜根系的平均直径随着CMS浓度增加而增加，在高浓度时达到了显著差异（图14D）。总根长、根系总体积、总根投影面积、总根表面积均表现出低浓度CMS处理显著高于CK处理，CK处理显著高于高浓度CMS处理。根尖数、交叉数、分叉数表现出了高浓度CMS处理显著低于CK和低浓度CMS处理（图14）。这些结果与3.3.2中的研究结果基本一致，表明CMS抑制油菜的主根长，随着浓度的增加抑制作用越显著，但是CMS能够促进油菜根系直径的增加，浓度越高促进作用越明显。31 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文图14不同CMS浓度对油菜总根长（A）、主根长（B）、根系总体积（C）、根系平均直径（D）、总根投影面积（E）、总根表面积（F）、根尖数、交叉数、分叉数（G）及根系构型（H）的影响。N=6Fig.14EffectsofdifferentconcentrationsofCMSonBrassicanapustotalrootlength（A）,primaryrootlength（B）,totalrootvolume（C）,rootaveragediameter（D）,totalrootprojectedarea（E）,totalrootsurfacearea（F）,tips,forks,crossings（G）,rootarchitecture（H）.3.3.3.2对油菜苗期叶绿素含量的影响为了进一步分析CMS对油菜叶片光合作用的影响，我们测定了3个处理条件下叶片中的叶绿素a和叶绿素b的含量，结果如图15所示。结果表明外源添加CMS对老叶中的叶绿素a和叶绿素b均没有显著影响，而新叶中的叶绿素a和叶绿素b32 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用与CK相比均表现出了显著的下降趋势，即添加CMS会减少油菜新叶中叶绿素的含量，表明外源添加CMS可能抑制了油菜叶片的光合作用。图15不同CMS浓度条件下油菜叶片叶绿素的含量。NL新叶，OL老叶。N=4Fig.15ChlorophyllconcentrationofBrassicanapusindifferentCMStreatments.NLnewleaves,OLoldleaves.3.3.3.3对油菜苗期养分吸收累积及利用的调节图16在不同CMS浓度中油菜地上部和根系中氮磷钾的含量及累积量。N=6Fig.16Theconcentrationandcontentofnitrogen,phosphorusandpotassiuminshootandrootsofBrassicanapusindifferentCMStreatments.33 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文CMS中含有大量的矿质养分，为了分析CMS对油菜苗期养分吸收累积及利用的影响，我们测定了3个处理条件下油菜地上部和根系中的氮、磷、钾的浓度，并通过计算得出氮、磷、钾的累积量及养分利用效率。通过对油菜养分含量进行分析，我们发现3个处理条件下油菜地上部氮、磷、钾的含量均没有显著差异，但根中CK的磷含量显著低于T1和T2处理（图16）。与CK相比，T1处理的根系钾含量有上升的趋势，而T2处理的根系钾含量有下降的趋势，但均未达到显著水平。通过计算油菜地上部和根系养分的累积量，我们发现油菜地上部养分的累积量表现出和生物量相同的趋势，表明生物量与养分累积量未成正相关关系，而对于根系来说氮和钾元素的累积量均没有显著差异，磷元素的累积量表现出了和生物量相同的趋势（图16）。这些结果表明外源添加低浓度的CMS可以促进油菜对磷的吸收累积。图17在不同CMS浓度中油菜对氮、磷、钾的利用率及利用指数。N=6Fig.17Useefficiencyanduseindexofnitrogen,phosphorusandpotassiuminBrassicanapusindifferentCMStreatments.34 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用我们进一步对油菜养分利用率和利用指数进行分析，发现各处理间地上部的养分利用率并没有显著差异，根系则表现出了CMS的添加降低了油菜磷利用率，而增加了钾利用率（图17）。通过分析油菜地上部和根系养分的利用指数，我们发现与CK相比，T1处理显著增加了地上部氮、磷、钾的利用指数，T2处理显著抑制了根系氮、磷、钾的利用指数。试验表明低浓度的CMS可以在不影响油菜养分利用率的情况下提高油菜养分的利用指数，促进油菜的生长发育。高浓度的CMS可以提高钾元素的利用率但是会降低磷元素的利用率，并且养分利用指数均显著低于正常处理。这些结果表明在正常营养液中适量添加CMS可以促进油菜的生长发育，过量添加反而会对油菜的生长产生抑制作用。3.3.3.4对油菜苗期相关酶活的调节图18不同CMS浓度下油菜地上部和根系SOD、POD、CAT的活性及丙二醛的含量。N=4Fig.18SOD,POD,CATactivityandMDAcontentinshootandrootsofBrassicanapusindifferentCMStreatments.植物保护酶（SOD、POD、CAT）可以清除植物体内过多的自由基，使得植物体内自由基维持正常的动态平衡，提高植物的抗逆性。我们对油菜地上部和根系的酶活进行测定（图18），通过分析油菜叶片和根系的植物保护酶的含量，我们发现与对照相比添加高浓度CMS会使植物叶片中的CAT和POD的含量降低，SOD的含量增加，根系中POD的含量降低；添加低浓度CMS对油菜根系的SOD、POD、35 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文CAT均没有显著差异，反而增加了油菜叶片中的SOD含量。随着CMS的增加根系和叶片中的MDA含量也随之增加，并且在高浓度时达到了显著差异。说明高浓度的CMS会使油菜遭受一定的逆境迫害，不利于油菜的正常生长发育。3.3.4CMS对大田油菜全生育期生长的调节作用3.3.4.1对苗期生长的影响为了探究CMS在生产实践中的应用与影响，我们进行了CMS的大田肥效试验，试验共设10个不同施肥处理，分别为：T1）空白对照（不施加任何物质）；T2）CMS50g/m2；T3）CMS200g/m2；T4）CMS500g/m2；T5）正常施肥CMS；T6）正常施肥+CMS50g/m2（基施）；T7）正常施肥+CMS200g/m2（基施）；T8）正常施肥+CMS200g/m2（苗期）；T9）正常施肥+CMS200g/m2（抽薹期）；T10）正常施肥+CMS200g/m2（花期）。我们在播种66天后对大田油菜进行了拍照和苗期取样，不同处理条件下油菜的长势如图19所示。图19不同处理条件下大田油菜苗期的长势差异Fig.19GrowthdifferenceofBrassicanapusatseedlingstageunderdifferenttreatmentsinthefieldtrial结果表明，随着施肥量的增加，油菜的出苗率及生物量呈增加的趋势。对油菜苗期地上部的生物量进行分析（图20），我们发现T7处理生物量最高，显著高于T1（空白）、T2、T3以及T4处理。T1和T2处理的生物量显著低于T5处理；T3和T4处理相比T5处理有差异，但是没有达到显著水平。在正常施肥的情况下加施36 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用200g/m2酵母（T7）的效果最好，但是在正常施肥的基础上加少量的酵母T6（正常施肥+50g/m2）影响不显著，而且在还表现出了减少的趋势。图20不同处理条件下大田油菜苗期地上部和根系的生物量。N=16Fig.20ShootandrootbiomassofBrassicanapusattheseedlingstageinthefieldtrialunderdifferenttreatments.通过对油菜苗期地上部养分的测定以及对油菜养分含量、累积量、利用率及利用指数分析（表11），我们发现各处理之间油菜的氮含量差异不明显，磷含量在T8处理最高，且显著高于T1、T2和T5处理，而T7处理的钾含量最高，且显著高于T1、T3、T5和T8处理。植株养分累积量和养分利用指数均表现出了和生物量相近的趋势，在T7或T8处理达到最高，T1处理最低。在不施化肥的前提下油菜养分的含量及累积量随着CMS施加量的增加而增加，在正常施肥的基础上施加一定量的CMS可以显著提高油菜磷、钾元素的含量。各处理间氮、磷的利用率没有显著差异。这一结果表明施加酵母可以在一定程度上增加油菜养分的含量、累积量及利用指数，促进油菜对养分的吸收和利用。3.3.4.2对大田油菜抽薹期叶片养分含量的影响在播种145天，我们对抽薹期的油菜进行取样，在每个小区选出长势均匀的4-5株取其新叶（新展出的三片叶）和老叶（最下边的叶发黄的除外），对所取样品进行养分含量测定，发现老叶中的养分含量明显高于新叶，老叶中氮磷钾含量存在差别，但是在统计分析上并没有显著差异。新叶中氮含量表现出和苗期生物量相同的趋势，即随着CMS施加量的增加，氮的含量增加，新叶中磷钾含量在各处理下没有表现出显著的差异。说明了老叶中的养分含量和施肥没有直接的关系，新叶中氮的含量受肥料和CMS的影响，施加的越多，油菜新生叶片的氮含量越高。37 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文表11不同处处理下大田油菜苗期的养分含量、累积量、利用率及利用指数Table11Nutrientconcentrationandcontent,utilizationrateandindexofBrassicanapusattheseedlingstageinthefieldtrialunderdifferenttreatments含量累积量利用指数利用效率处理Concentration（mg/g）Accumulation（mg/plant）Useindex（g/plant）Useefficiency（mg/mg）TreatmentNPKNPKNPKNPKT137±4ab2±1c47±6c44±5e3±1e57±8f33±4f589±147b26±4d27±4ab491±123ab57±8fT232±5b2±1c53±3abc50±7e3±2de82±5e49±7e853±285ab29±2d31±4a550±184a82±5eT338±5ab2±1abc51±5bc79±10d5±2de104±10d54±7de899±224ab41±4c26±3ab437±109ab104±10dT443±7a2±1abc57±8ab101±17cd6±2cd132±18c56±9cde1008±280ab42±6c24±4b430±120ab132±18cT542±11a2±1bc49±10bc112±29bc6±2cd132±27c70±22bc1219±332a58±14b26±8ab452±123ab132±27cT644±13a3±2abc54±10abc117±35bc9±4bc145±26bc67±23bcd1162±937a50±8b25±9b435±351ab145±26bcT743±7a4±1ab61±7a181±31a15±5a253±29a98±17a1369±724a69±8a24±4b330±174b253±29aT846±8a4±1a50±7bc132±23bc10±4bc144±19bc64±12bcd895±378ab58±7b22±4b313±132b144±19bcT940±5ab3±1abc57±12ab114±13bc8±3bc163±33b71±7b1156±575a51±10b25±3b407±202ab163±33bT1046±9a3±1ab62±4a118±24bc9±3bc157±10b57±11bcde810±285ab42±3c22±4b316±111b157±10b不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。N=16Differentlowercaselettersindicateasignificantdifference（P<0.05）.Thedatainthetablerepresentsthemean±standarddeviation.N=1638 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图21不同处理下大田油菜抽薹期新叶和老叶的养分含量。N=8Fig.21NutrientconcentrationofnewandoldleavesofBrassicanapusattheseedlingstageinthefieldtrialunderdifferenttreatments.3.3.4.3对油菜成熟期产量相关性状及生物量的影响在各小区选取长势相近的四株油菜进行成熟期性状考察（株高、第一分枝高、分枝数、角果数、角粒数）。通过对油菜性状的差异进行分析，我们发现不同处理对油菜的株高、角果数及角粒数都有显著影响。正常施肥及施加大量的CMS均可以增加油菜的株高，在正常施肥的基础上施加CMS相比正常施肥油菜的株高并不会有显著变化。油菜的第一分枝高并没有随着施肥和CMS的施加而变化。油菜分枝数在施加大量CMS和正常施肥时都显著高于不施肥的处理。正常施肥、施加大量的CMS可以增加油菜角果数，在正常施肥的基础上添加CMS相比正常施肥的角果数有所增加。总体来说各性状在各处理之间有差异，但各性状在施加CMS处理下39 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文基本表现增长的趋势，但是只增加CMS相对于正常施肥长势略低，而正常施肥+CMS处理长势是最好的。而在不同时期施加CMS对油菜的表型性状没有显著差异（表12）。表12不同处理下大田油菜成熟期的产量相关性状Table12Yield-relatedtraitsofBrassicanapusatthematurestageinthefieldtrialunderdifferenttreatments处理株高第一有效分枝高分枝数角果数角粒数TreatmentPH（cm）FBH（cm）BNPNPSNT1134±5d60±54b117±19d20±1.1cdT2144±3cd64±34b148±16cd18±1.1dT3143±3cd70±24b126±14d17±1.4dT4156±7bc63±35a284±47ab22±1.3bcT5170±4ab70±35a222±19bc25±0.5abT6172±3a64±56a282±25ab26±0.5aT7174±4a61±46a309±28ab22±0.8bcT8174±2a64±36a340±30a24±0.9abT9169±5ab70±46a292±34ab24±0.6abT10163±8ab68±35a256±28ab24±0.3ab不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差N=16。DifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferenceatP<0.05.Thedataintableindicatedmean±SD.N=16我们对成熟期油菜的生物量进行统计分析，发现T1、T2和T3处理的生物量显著低于其它处理，T8处理显著高于T4、T5、T9和T10处理，T4、T5、T9和T10处理之间没有差异。说明了施加大量的CMS（T4处理）可以达到与正常施肥（T5处理）处理相当的生物量。在正常施肥的基础上施加CMS可以提高油菜的生物量，但是在抽薹期和花期施加CMS对油菜的生物量并没有显著影响。我们选取具有代表性的5个处理（T1、T4、T5、T7和T8），对茎秆和角果壳的生物量进行统计分析，发现T1处理显著低于其它处理，T4和T5处理之间各个部位的生物量均没有显著差异，T7和T8处理茎秆的生物量显著高于T4处理，角果壳的生物量显著高于T4和T5处理。这些结果表明在正常施肥的基础上施加一定量的CMS（基施或苗期追施）均可以显著增加油菜角果壳的生物量（图22）。40 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图22不同处理下成熟期油菜各部位的生物量。N=16Fig.22BiomassofvariouspartsofBrassicanapusatthematurestageunderdifferenttreatments.3.3.4.4对油菜籽粒品质性状的影响通过研究不同处理对油菜籽粒品质的影响，我们发现T6处理的含油量最高，达到50%，显著高于T1处理（44%），其它处理之间没有显著差异；蛋白质含量T1处理最高，为24%，显著高于除T4以外的其它处理，而其它处理之间没有显著差异；T8处理中硫苷的含量最高，为40%，显著高于T1处理（33%），其它处理之间没有显著差异；T8处理中芥酸含量最高，为9%左右，显著高于其它各个处理；T9处理的油酸含量最高，为67%，显著高于T8处理（57%），其它处理之间没有显著性差异；T1处理的亚油酸含量最高，达到了20%，显著高于T2、T3、T6、T7、T9和T10处理，其它处理之间没有显著性差异。说明施加CMS对油菜籽粒的品质影响不明显（表13）。41 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文表13不同处理下油菜籽粒的品质性状Table13SeedqualityofBrassicanapusunderdifferenttreatments.硫苷%芥酸%含油量%20碳烯酸%亚麻酸%亚油酸%硬脂酸%棕榈酸%蛋白%水分%油酸%GlucosinolateErucicOil20alkenoicLinolenicLinoleicStearicPalmiticproteinMoistureOleicacidacidcontentacidacidacidacidacidT132.5±3.1b2.1±0.7b44.3±1.9b2.4±0.523.8±1.6a6.2±0.410.6±0.619.9±1.6a1.5±0.2ab60.8±2.3ab4.2±0.1aT236.7±2.4ab2.7±1.3b48.5±0.6ab0.8±0.120.7±0.3bc6.2±0.210.6±0.815.3±0.8b1.1±0.1b65.9±2.1a3.7±0.2bT335.7±3.1ab2.2±1.2b48.2±2.4ab1.7±1.520.8±1.7bc5.9±0.410.3±0.615.6±2.9b1.3±0.4ab65.3±2.8a3.8±0.4abT436.1±2.2ab1.1±0.6b45.5±3.4ab2.8±1.022.2±2.4ab6.2±0.610.1±1.117.8±0.8ab1.6±0.2a62.5±1.9ab4.1±0.1aT537.1±5.4ab2.3±2.1b47.3±2.8ab2.7±1.619.5±2.0bc6.1±0.69.7±0.816.4±1.6ab1.6±0.3a64.7±2.7a4.1±0.3abT636.5±1.2ab3.5±2.1b49.8±2.4a0.9±0.818.7±1.1c5.9±0.49.6±0.714.8±2.5b1.2±0.1ab66.4±1.5a3.7±0.4abT734.2±2.2ab4.7±5.1b47.4±3.9ab2.9±2.720.2±2.1bc5.8±0.49.8±0.715.0±2.0b1.3±0.3ab62.4±7.0ab3.9±0.4abT840.3±8.0a9.2±4.4a49.0±2.1ab3.9±2.820.1±1.6bc5.9±0.29.7±0.616.2±3.5ab1.4±0.3ab57.1±8.5b4.0±0.3abT933.5±0.3ab2.7±0.7b48.2±2.8ab1.4±0.720.0±1.2bc5.8±0.79.7±0.816.0±2.8b1.2±0.3ab66.6±1.8a3.9±0.1abT1036.0±5.6ab2.8±1.5b48.6±4.3ab1.1±0.520.2±2.3bc5.7±0.610.1±0.915.7±3.6b1.1±0.1b65.2±3.2a4.0±0.3ab不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。N=16DifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferenceatP<0.05.Thedataintableindicatedmean±SD.N=1642 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用3.3.4.5对油菜成熟期各部位养分吸收累积的影响图23不同处理下油菜成熟期各部位的养分含量。N=16Fig.23MineralconcentrationinvariouspartsofBrassicanapusatthematurestageunderdifferenttreatments.为了探究CMS对油菜成熟期各部位养分含量及累积量的影响，我们测定了T1、T4、T5、T7和T8处理下茎、角果壳和籽粒中的养分含量及累积量，结果如图23所示。油菜氮含量的分布情况表现为籽粒＞角果壳＞茎，T5处理茎秆中的氮含量显著低于其它处理，T1处理角果壳的氮含量显著高于T5和T7处理，而籽粒中的氮含量T1处理显著高于T8处理。氮累积量受生物量的影响，在各部位T8处理时最高，T1处理时最低并达到了显著水平。油菜茎中的磷含量没有显著性差异，正常施肥角果壳中的磷含量最高，显著高于T7和T8处理，而T1和T5处理籽粒中的磷含量显著高于T8处理，各部位磷累积量表现出和氮相同的趋势。施加大量的CMS降低了油菜茎中钾的含量，角果壳和籽粒中的钾含量没有显著差异，各部位钾累积量表现出和氮磷相同的趋势。43 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文3.3.4.6对油菜产量及相关性状的影响表14不同处理下油菜的产量及相关性状Table14Yieldandyield-relatedtraitsofBrassicanapusunderdifferenttreatments处理千粒重单株产量小区产量理论产量增产TreatmentSW(g)PY(g)Plotyield(g)TY(kg/hm2)T12.00±0.127.74±1.79d461±159d1213-53%T21.95±0.058.69±2.45d625±297cd1644-37%T31.95±0.259.93±1.06d765±167bc2013-23%T41.93±0.2719.33±3.49c842±182bc2216-15%T52.07±0.1421.33±1.76bc991±139ab26080%T61.98±0.0223.91±1.96abc1038±95ab27325%T72.01±0.0325.76±3.22ab1132±115a297914%T81.99±0.2628.45±6.06a1162±79a305917%T92.04±0.1822.87±5.36bc1016±130ab26743%T101.94±0.0521.47±2.05bc999±264ab26291%理论产量由小区产量换算所得；增产是与T5处理（正常施肥）相比理论产量的增加。不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。N=16Thetheoreticalyieldisconvertedfromtheyieldoftheplot,andtheincreasementofyieldistheincreaseofthetheoreticalyieldcomparedwiththeT5treatment（normalfertilization）.DifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferenceatP<0.05.Thedataintableindicatedmean±SD.N=16通过对油菜千粒重、单株产量、小区产量及理论产量进行分析，我们发现油菜的千粒重在各处理间没有显著变化。T8处理的单株产量最高，并显著高于只施加CMS（T2、T3、T4）的处理和正常施肥处理（T5）。T2和T3处理相比T1处理没有差异，而T4处理相比T1处理显著增加，和T5处理没有显著差异，这表明施加大量的CMS（T4处理）才可能达与正常施肥相同的效果。我们认为T4处理施加的CMS已经是足够大的量了。所以CMS是不可以完全替代化肥来作为植物生长的唯一肥源。反观在正常的基础上只施加一点酵母（T6处理）就表现出了增长的趋势，但无差异显著。有趣的是，在抽薹期（T9处理）、花期（T10处理）相对于正常施肥（T5处理）完全没有差异。这表明在抽薹期和花期施加CMS对油菜的生长影响较小。小区产量T8处理依然是最高的，但是相比正常施肥并没有表现出显著差异。通过分析各处理的理论产量相对于T5（正常施肥）的增产情况，我们发现不施肥（T1）会导致油菜减产一半左右，而只施加CMS相比正常施肥也会出现减产，说明只施加CMS并不能替代化肥，T6、T7和T8处理相比正常施肥分别增产了5%、14%、44 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用17%，说明在施用化肥的基础上，添加CMS可以起到促进植株生长及增产的作用（表14）。3.3.5CMS的施用对油菜季大田土壤的调节作用3.3.5.1对土壤养分含量的影响为了探究CMS对土壤肥力的影响，我们测定了2016-2017年油菜大田收获后土壤的有机质、全氮、速效磷、速效钾（表15）。结果显示T7处理有机质含量最高，为19.9g/kg左右，T1处理有机质含量最低，为14.1g/kg左右，T7和T1处理相差5.8g/kg，但是没有达到显著差异。T7处理全氮含量最高，为1.4g/kg左右，T1处理全氮含量最低，为1.2g/kg左右，T7和T1处理相差0.2g/kg，达到显著性差异。T7处理速效磷含量最高，为14.3mg/kg左右，T1处理速效磷含量最低，为11.1mg/kg，T7和T1处理相差3.2mg/kg，没有达到显著性差异；T4处理的速效钾含量最高，为290.2mg/kg，显著高于其它处理，T5处理的速效钾含量最低，为175.5mg/kg。T4和T5处理相差114.7mg/kg，这表明施加CMS增加了土壤速效钾的含量，增加土壤的肥沃度，施加的CMS越多，土壤中残留的速效钾越多。表15不同处理下大田的土壤有机质及养分的含量Table15Thecontentoforganicmatterandmineralnutrientinsoilsunderdifferenttreatments有机质全氮速效磷速效钾处理organicTotalNAvailablePAvailableKTreatmentmatter（g/kg）（mg/kg）（mg/kg）（g/kg）T114.1±5.11.2±0b11.1±0.6194.1±21.5bcT216.2±2.41.2±0.1ab11.6±2.7199.0±11.7bcT318.4±5.11.3±0.1ab12.2±2.9228.4±36.1bT416.8±2.51.3±0.1ab12.6±4.1290.2±50.6aT514.6±1.51.2±0.1ab14.1±3.8175.5±19.3cT618.3±2.91.3±0.1ab13.6±3.4191.2±24.0bcT719.9±3.71.4±0.2a14.3±2.8234.3±33.9bT817.2±4.51.3±0.2ab12.7±3.7214.7±22.5bcT916.0±2.21.2±0.1ab12.2±6.2216.7±9.3bcT1016.1±2.11.3±0.1ab12.3±4.9233.3±22.4b不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。N=4DifferentlowercaselettersindicatesignificantdifferenceatP<0.05.Thedataintableindicatedmean±SD.45 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文3.3.5.2对土壤脲酶和过氧化氢酶活性的影响图24不同处理下土壤中过氧化氢酶、脲酶的活性。N=4Figure24Theactivityofcatalaseandureaseinsoilunderdifferenttreatments为了进一步探究施用CMS对土壤的影响，我们选取了2016-2017年大田中具有代表性的5个处理下的土壤：T1（空白）、T4（500g/m2CMS）、T5（正常施肥）、T7（正常施肥+200g/m2CMS基施）、T8（正常施肥+200g/m2CMS苗期追施），对土壤中过氧化氢酶和脲酶的活性进行了测定。如图24所示，我们发现T7处理土壤中过氧化氢酶和脲酶的活性最高，T1处理过氧化氢酶和脲酶的活性最低。其中脲酶活性和土壤中氮的含量趋势相同，说明CMS可以促进土壤中过氧化氢酶和脲酶的活性，也表明CMS可能会促进土壤中微生物的活性和促进土壤中氮的利用。3.3.5.3对土壤微生物活性的影响为了验证2016-2017年大田试验的结果，同时找到更加合适的施肥方式，进一步分析施用CMS对土壤微生物活性的影响，我们设置了2017-2018年大田试验。该实验设置4个处理：A1（不施肥）、A2（正常施肥）、A3（正常施肥+200g/m2CMS）、A4（1/2正常施肥+200g/m2CMS）。我们对该季油菜抽薹期土壤中的微生物活性进行测定，发现A1处理的细菌含量最低，A4处理的细菌含量最高，且显著高于A1处理，A2、A3和A4处理的细菌含量没有达到显著差异（图25）。A1和A2处理放线菌的含量显著低于A4处理，A3处理的放线菌含量和其它处理之间没有差异。这一结果说明施用CMS可以促进土壤中细菌和放线菌的生长，从而改善土壤。此外，我们还对各处理土壤中的真菌进行了多次测定，但均未得到结果。46 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图25不同处理的土壤中微生物的活性。A1（不施肥）、A2（正常施肥）、A3（正常施肥+200g/m2CMS）、A4（1/2正常施肥+200g/m2CMS）。N=4Fig25Microbialactivityinsoilsofdifferenttreatments.A1(withoutfertilization),A2(normalfertilization),A3(normalfertilization+200g/m2CMS),A4(1/2normalfertilization+200g/m2CMS)3.4CMS对水稻生长的影响及调节机制3.4.1CMS对水稻苗期生长的调节机制3.4.1.1对水稻生物量及根系形态构型的调节为了分析正常营养液与CMS配合施用对水稻苗期生长的影响，我们在正常营养液处理的基础上添加了不同浓度的CMS（0.05g/L、0.1g/L、0.2g/L），分析了水稻的生长情况，结果如图26所示。在正常营养液处理的基础上添加低浓度的CMS可以促进水稻根系生物量的增加，而正常营养液处理中添加高浓度的CMS（0.2g/L）会显著抑制水稻地上部和根系的生长。通过进一步对水稻根系形态进行分析，我们发现CMS对水稻根系的影响主要表现为增加平均根系直径，抑制根长、根体积和根表面积（图27）。47 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文图26不同处理条件下水稻的生物量。24DAT为移栽24天后。N=4Fig.26Biomassofriceunderdifferenttreatments.24DATmeans24daysaftertransplanting图27不同处理下水稻的根系形态。Fig.27Rootmorphologyofriceunderdifferenttreatments.图28不同处理下水稻苗期水培表型及生物量。N=3Fig.28Thephenotypeandbiomassofriceatseedlingstageunderdifferenttreatmentsbyhydroponicculture.N=348 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用根据研究结果，我们选取了两个处理，T1处理为正常营养液+0.05g/LCMS；T2处理为正常营养液+0.2g/LCMS，以正常营养液培养作为对照CK，深入研究了CMS对水稻苗期生长的调节机制。从表型上我们可以发现水稻的地上部没有太大的差异，但是根系差异较明显，T1、T2处理的根系均发黄，主根变短，并且T2处理的这种现象明显比T1处理的严重。但是对水稻样品的干重进行统计分析发现地上部和根系各处理之间均没有显著差异。说明添加CMS对水稻的根系会产生一定的影响，但是这种影响并没有对其生物量产生明显作用（图28）。图29不同处理下水稻根系形态。N=9Fig.29Rootmorphologyofriceunderdifferenttreatments.49 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文我们进一步对各处理下水稻的根系进行扫描分析，对根系的总根长、主根长、总投影面积、根系总体积、总根表面积、平均直径、根尖数、分叉数、交叉数进行统计方差分析。发现水稻总根长、总投影面积、总根表面积、根尖数、分叉数、交叉数等均随着CMS的增加而表现出了降低的趋势。根系平均直径随着CMS的增加而增加，根系的总体积保持不变。根系数据表明CMS可以增加水稻的根系直径，抑制根长、根尖等（图29）。3.4.1.2对水稻养分吸收累积及利用的调节图30不同处理下水稻地上部和根系氮磷钾的含量及累积量。N=3Fig.30Theconcentrationandcontentofnitrogen,phosphorusandpotassiuminshootandrootsofriceunderdifferentCMStreatments.为了分析CMS对水稻苗期养分吸收累积及利用的影响，我们测定了3个处理条件下水稻地上部和根系中的氮、磷、钾的浓度，并通过计算得出氮、磷、钾的累积量及养分利用效率图，结果如图30和图31。通过对水稻养分含量进行分析，我们发现各处理间水稻氮钾含量没有显著差异，而磷含量在地上部和根系均表现出了T2处理显著低于CK和T1处理。根系中的养分累积量均没有显著差异，地上部氮、50 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用磷的累积量同样表现出了T2处理显著低于CK处理。因此我们可以推断高浓度的CMS抑制了水稻根系对磷的吸收，同时还抑制了水稻地上部氮、磷的累积。我们进一步对水稻养分利用率和利用指数进行分析，发现地上部的养分利用率没有显著差异，根系中CMS的添加降低了水稻磷利用率，而增加了钾利用率（图31）。通过分析水稻地上部和根系养分的利用指数，我们可以发现T1处理显著增加了地上部氮磷钾的利用指数，T2处理显著抑制了根系氮磷钾的利用指数。试验表明低浓度的CMS可以在不影响水稻养分利用率的情况下提高养分的利用指数，促进了水稻的生长发育。高浓度的CMS可以提高钾元素的利用率，但会降低磷元素的利用率，并且养分利用指数均显著低于正常处理。因此，在正常营养液中适量的添加CMS是可以促进水稻的生长发育，过多会适得其反。图31不同处理下水稻养分的利用率及利用指数。N=3Fig.31Ricenutrientutilizationrateandutilizationindexunderdifferenttreatments.3.4.1.4对水稻相关酶活的影响我们对水稻叶片和根系的SOD、POD、CAT和MDA进行测定分析，发现添加51 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文CMS会使水稻根系中的CAT和POD的含量显著增加，叶片中的SOD、POD和CAT没有显著变化，而叶片和根系中MDA的含量均显著增加（图32）。表明增加CMS会使水稻根系的脂膜遭到破坏，并产生大量的MDA，而由于受到非生物逆境的影响，水稻根系会分泌更多的保护酶（POD和CAT）来使得根系受到的伤害减少，从而保证植株的正常发育。图32不同CMS浓度下水稻地上部和根系SOD、POD、CAT的活性、丙二醛的含量。N=4Fig.32SOD,POD,CATactivityandMDAcontentinshootandrootsofriceindifferentCMStreatments.3.4.2CMS对水稻盆栽成熟期各性状的影响3.4.2.1对水稻产量及其构成因素的影响为了探究CMS对水稻成熟期各性状的影响，我们采用盆栽试验设置了3个化肥梯度（不施加化肥、施加1/2正常化肥和施加正常化肥），并在这3个化肥梯度的基础上分别设置4个CMS梯度（0g/桶、1g/桶、5g/桶、10g/桶），共12个处理，然后分析了水稻成熟期表型及生物量，结果如图33。不施加化肥的处理相比1/2正常施化肥和正常施化肥长势较差，正常施肥的处理长势最好。在不施加化肥的基础上施加CMS长势显著高于不施加CMS的处理。在1/2正常施化肥和正常施化肥的处理上施加CMS在水稻表型上没有显著的效果。52 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用图33不同处理下水稻的长势及干重。N=3Fig.33Thegrowthstatusanddryweightofriceunderdifferenttreatments.对水稻成熟期的性状进行考察，我们发现在不施加化肥的处理上施加10gCMS能够增加水稻的株高和分蘖数，减少SPAD值，在1/2正常施肥的基础上施加CMS对株高和分蘖数并没有显著差异，在正常施肥的基础上施加10gCMS降低了水稻的株高（表16）。相比所有处理，我们发现正常施肥的株高、分蘖数和有效穗数高于不施化肥，SPAD值低于不施化肥。说明在不施加化肥处理上（低肥力的土壤上）施加CMS可以使水稻某些性状指标增加，在施加化肥的处理上（中、高肥力的土壤上）施加CMS对水稻成熟期的株高、分蘖数没有显著差异，表明在低肥力的土壤上施加一定量的CMS可以在一定程度上影响水稻的生长，在中、高肥力的土壤上施加CMS对水稻的影响作用较小（表16）。53 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文表16不同处理下水稻成熟期性的表型Table16Phenotypeofriceatmaturestageunderdifferenttreatments.处理株高分蘖数有效穗数SPAD值TreatmentPH（cm）NOT（个）EPN（个）097±1cd3±1e6±2d40±1a1g97±1d3±0e6±0d42±1a不施化肥5g102±2bcd4±1e8±3bcd41±1a10g107±6ab8±1cd8±1bcd25±2c0106±7abc9±2bc9±2bcd24±0c1g98±7cd11±1ab11±1ab33±3b1/2正常施化肥5g98±3cd5±2de7±1cd31±2b10g104±1abcd10±1abc10±1abc33±3b0108±3ab10±3abc10±3abc30±4b1g112±2a8±2bc8±2bcd32±1b正常施化肥5g109±1ab9±2bc9±2bcd38±2a10g95±10d12±3a12±3a32±1b不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。Differentlowercaselettersindicateasignificantdifference（P<0.05）.Thedatainthetablerepresentsthemean±standarddeviation.对不同处理下水稻的产量及其构成因素进行分析，我们发现施加不同量的化肥和CMS可以影响水稻的单株粒数，正常施加化肥的株粒数比不施化肥和1/2正常施加化肥高，但没有显著差异（表17）。施加化肥可以显著提高水稻的结实率，在施加相同化肥的基础上施加CMS对水稻的结实率也有一定的影响，主要表现为不施化肥、减半施化基础上施加10gCMS可以显著的增加水稻的结实率，而在正常施肥的基础上施加10gCMS会抑制水稻的结实率。化肥和CMS的施加量对水稻的千粒重并没有显著影响。在不施肥和1/2施肥的基础上施加10gCMS的条件下水稻的单株产量分别增加了143%、44%，且达到了显著水平，而与正常施肥处理的单株产量没有显著差异。在正常施肥的基础上施加CMS对单株的产量没有影响。说明了在养分缺乏的情况下施加一定量的CMS可以使水稻的产量有所增加，达到正常施肥下的产量，但是在养分充足的情况下施加CMS不仅不能增加水稻的产量反而有可能造成减产。54 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用表17不同处理下水稻产量及其构成因素Table17Riceyieldanditscomponentsunderdifferenttreatments结实率千粒重株粒数单株产量处理Seedsetting1000-grainNumberofgrainsPlantyieldTreatmentrateweightperplant(g/plant)(%)(g)0769±128b42bc23.6±1.57.6±1.9e不施1g807±68ab37c23.1±0.36.9±0.6e肥5g995±247ab37c23.7±0.98.8±2.7de10g1016±87ab76a24.1±1.918.5±1.2abc01164±187ab58ab23.9±0.916±1.3bcd1/2正1g1101±235ab47bc24.6±0.512.9±3.1cde常施5g1214±142ab32c23.2±1.012.4±2.5cde化肥10g1411±93a66a25.5±0.123.8±2.1a01343±460ab59ab25.2±0.620.5±8.1ab正常1g1359±711.8ab70a25.4±0.222.6±5.1ab施肥5g1255±203ab72a25.5±0.323.3±5.6ab10g1236±451ab41bc23.5±2.919.1±5.9abc不同的小写字母表示差异显著（P<0.05）。表中的数据表示平均值±标准偏差。N=3Differentlowercaselettersindicateasignificantdifference（P<0.05）.Thedatainthetablerepresentsthemean±standarddeviation.3.4.2.2对水稻养分吸收利用的影响对水稻籽粒和茎秆的养分含量进行分析，结果如图34。不施化肥的基础下施加CMS时水稻籽粒中的氮含量没有显著变化，在1/2正常施化肥的基础上施加5gCMS时，水稻籽粒氮含量显著高于不施加、施加1g和10gCMS3个处理，在正常施化肥的基础上施加5g和10gCMS时，水稻籽粒氮含量显著高于不施和施1gCMS的氮含量。对于茎秆中的氮含量，不施化肥的基础上施加CMS降低了氮含量，在1/2施肥的基础上施1gCMS增加了氮含量，而在正常施肥的基础上施加CMS则没有显著差异。不施化肥施10gCMS可以增加籽粒中的磷含量降低茎秆中的磷含量，在1/2施化肥的基础上施加10gCMS降低了籽粒中的磷含量而增加了茎秆中的磷含量，在正常施肥的基础上施加10gCMS增加了籽粒中的磷含量，茎秆中的磷含量没有显著变化。对于籽粒中钾的含量，在不施肥和1/2施肥的基础上施加CMS对钾含量均没有影响，在正常施肥的基础上施加CMS显著增加了籽粒中钾的含量，对于茎秆来说，不施化肥的基础上施加CMS可以增加茎秆中钾的含量，在1/2施肥和55 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文正常施肥的基础上施加CMS对茎秆钾的含量的影响没有明显的趋势。表明在不施化肥、1/2正常施化肥、正常施肥的基础上增施CMS对水稻籽粒和茎秆中的氮磷钾含量存在一定的影响。图34不同处理下水稻籽粒和茎秆的养分含量。N=3Fig.34Nutrientcontentofricegrainandstemunderdifferenttreatments.我们对水稻籽粒和茎秆中养分的累积量进行统计分析，结果如图35。在不施化肥的基础上施加CMS会显著增加水稻籽粒中氮磷钾的累积量，对茎秆中氮磷钾的累积量没有显著影响。在1/2正常施肥的基础上施加CMS对水稻籽粒氮磷的累积量、茎秆中磷钾的累积量没有显著的差异，施加10gCMS可以显著的增加水稻籽粒中56 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用钾的累积量，施加1gCMS可以显著增加茎秆中氮累积量。正常施肥时施加1gCMS可以增加水稻籽粒中钾累积量，施加10gCMS可以显著增加籽粒中磷的累积量。施加1g、5g、10gCMS处理对籽粒中氮累积量没有影响，茎秆中氮磷钾的累积量在正常施肥的基础上不受CMS量的影响。表明了CMS主要影响籽粒中的累积量，特别是在不施化肥时施加CMS会显著提高氮磷钾在籽粒中的累积量。图35不同处理下水稻籽粒和茎秆的养分累积量。N=3Fig.35Accumulationofnutrientsinricegrainsandstemsunderdifferenttreatments.57 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文4讨论4.1CMS的成分及应用潜力CMS由糖蜜废液浓缩干燥所得，糖蜜发酵会产生大量糖蜜废液，糖蜜废液的特点是具有极高的化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD），呈深褐色，含有丰富的矿质养分以及有机物质（魏凤举和王飞2002）。有研究表明其70%为有机质（氨基酸、维生素、蛋白质等），30%的灰分中含有氮、磷、钾等矿质元素，其中重金属含有微量，无毒无害。然而，不合理的排放这些废液会造成资源的浪费，环境的污染。本研究针对CMS的成分进行了分析，发现其含有植物所需的所有的矿质营养元素，其中氮磷钾含量分别为2%、0.5%、5%左右，微量元素氯和钠含量较高分别为4%和1.9%左右，因此我们推测CMS应该含有大量的盐分，不宜在忌氯作物和不耐盐的作物上施用。有报道表明糖蜜废液中含有大量的有机酸，如乳酸、乌头酸、醋酸、柠檬酸等（曹家兴和陆建平2010），我们测定发现苹果酸、乳酸、柠檬酸、琥珀酸大量存在；同时测定CMS中的氨基酸，天冬氨酸和谷氨酸含量最高，分别为5.56%、2.37%。氨基酸、有机酸可以使其络合土壤中的重金属修复污染土壤（Park2013），而且CMS中氨基酸的含量符合氨基酸叶面肥标准，因此CMS也是可以作为含氨基酸叶面肥的原材料，用于生产作物的专用叶面肥。除此之外，CMS中的重金属含量很低，完全复合国家以及行业标准，可以用来作为机无机复合肥、叶面肥、水溶肥等肥料的原材料。尽管如此，由于CMS成分复杂，其中一些物质由于技术原因并没有检测出来，如茉莉酸、脱落酸、水杨酸等一些对作物生长起重要作用的有机酸。在羟基化合物这一类物质中，我们仅检测到了2,3-丁二醇、赤藻糖醇、甘露醇、肌醇等4种。其它报道的维生素类、糖类等没有检测到，因此，针对CMS的成分还需要进一步进行深入的分析。我们的研究发现CMS具有很好的用于生产新型有机肥的潜力，但其肥效需要进一步的评价。特别是针对不同作物在不同时期的施用方法与技术上。CMS能否立足于肥料市场，仍需要我们进一步的探究。58 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用4.2CMS对不同作物种子萌发及幼苗生长的影响有研究表明适宜浓度的水杨酸分别浸种处理豌豆和棉花种子，能增加发芽率（牟筱玲和胡晓丽2003）；2.0g/kg矮壮素浸种处理小麦种子，能提高小麦幼苗及根的干重（汤海军等2005）；褪黑素在逆境条件下可以促进萌发出苗及生长发育（张娜等2014）；适宜浓度NAA浸种处理大豆种子，可增加大豆的产量（陈前华1995）。双子叶植物一般主根发达，多为直根系，单子叶植物一般主根不发达，由多数不定根形成须根系。本研究通过不同浓度的CMS对单子叶和双子叶作物种子的萌发试验验证了CMS对种子萌发的作用。我们的试验结果显示，施加一定量的CMS可能会使双子叶作物的发芽时间延长，但不同CMS浓度对不同种类作物种子的最终发芽率没有明显的影响。不同CMS浓度对作物萌发后幼苗的生长有一定的影响。具体表现为CMS对油菜幼苗的生长没有促进效果，反而在高浓度（0.2g/L）时会抑制油菜幼苗生长；不同浓度的CMS可以促进白菜幼苗根系和地上部生物量的增加；0.5g/L-0.1g/L的CMS可以促进萝卜幼苗的生长发育，过高或者过低均没有显著影响；水稻表现出和油菜相同的趋势，在高浓度（>0.15g/L）时抑制水稻的生长；低浓度（0.05g/L）的CMS可以促进小麦幼苗的生长发育，高浓度时效果不明显；低浓度的CMS促进玉米的生长发育，高浓度的CMS抑制玉米的生长发育。总的来说一定浓度的CMS可以提高作物幼苗根系和作物的生物量。当CMS的浓度过高时，在大部分作物上都没有促进作用，甚至还会有抑制作用。CMS中含有许多复杂的成分，多种成分相互作用构成了一种新型无法代替的植物调节剂。因此CMS作为一种新型的植物调节剂也具有广阔的应用市场与研究探索价值。4.3CMS对油菜及水稻全生育期生长的影响及调控机制关于新型有机肥料的报道有很多，有研究表明，施加有机肥可以增加水稻的产量，提高作物养分利用率（Surekhaetal2010）。我们通过水培试验发现在正常营养液基础上施加0.05g/LCMS促进油菜苗期的生长发育，0.2g/LCMS抑制油菜苗期的生长。为了探索CMS是如何促进或抑制油菜的生长发育，我们对油菜的一些生59 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文理指标进行研究分析，发现低浓度的CMS可以促进油菜根系构型的发育，根系活力的增加，根系磷含量的升高，叶片中CAT、SOD活性和MDA含量增加，根系中则没有显著性变化；而高浓度的则抑制根系构型的发育，并且表现出坏死的现象，根系活力显著的升高，根系中的磷含量上升，叶片中CAT、POD显著降低，SOD、显著增加，根系中POD显著降低，MDA显著上升。我们推测在添加低浓度的CMS可以促进油菜根系生长，增加根系活力，加快养分吸收利用，提高油菜的抗逆性。在高浓度的情况下，油菜根系生长受到抑制，根系表面存在或分泌大量的有机酸物质，使得根系活力显著的增加，进而影响油菜叶片和根系中抗氧化酶的变化，MDA的增加抑制油菜苗期的生长发育。在水稻中CMS的效果相对油菜不明显。地上部和根系的生物量没有发生显著的变化，但水稻的根系和油菜的相似，在高浓度的情况下均表现出了泛黄的现象。对根系构型分析发现，高浓度的情况下水稻的根系直径显著增加，根长、根体积显著降低，这也是解释根系表型差异显著但生物量没有显著差异的原因。对水稻养分的吸收利用分析发现高浓度抑制磷在根系和地上部的含量和累积。水稻中的抗氧化酶（SOD、POD、CAT）在根系中均表现出增加的趋势，而MDA在叶片和根系中均表现出增加的趋势。因此，我们推测水稻在高浓度的CMS下根系受到抑制，根系中抗氧化酶含量显著增加，进而缓解根系受到的抑制而没有影响到水稻地上部的生长。这可能是由于水稻生长在淹水条件下，自身有在淹水条件下调控的机制，阻止了其对地上部的抑制。总的来说，在水培条件下CMS对水稻和油菜的影响主要是通过影响作物的根系，进而影响作物的整个生长。在低浓度的情况下，CMS可以促进根系的生长，主要表现为根系活力增加，直径变大，根系总体积变大，根中抗氧化酶活性加强。但是在高浓度的情况下，由于过高的有机物质，油菜根系受到抑制，根系活力明显上升，根系的丙二醛含量增加表现出了逆境情况下的生长状态。而水稻由于是水生作物，常年生活在淹水情况下，在高浓度的情况下表现出来的症状没有油菜明显。所以针对不同的作物要找到不同的施加量和施加方式，把CMS变废为宝，而不是变废为害。60 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用4.4CMS施用对土壤的影响有报道表明有机肥的长期施用可以刺激活性有机氮的矿化，使土壤中的难以利用的有机氮转化为无机氮，使得作物得以吸收利用（Shangetal2015）。有研究表明有机肥的施用相比化肥的施用不仅可以增加作物的产量而且也会增加土壤中细菌、真菌、放线菌的数量以及酶活性（Changeetal2007）。有机肥的施用可以提高土壤酶活性，增加土壤的缓冲性和抗逆性。有机肥还可以增加土壤中的有机胶体，改善土壤的理化性，提高土壤保水、保肥能力。为植物生长提供适宜的生态环境（Naveedetal2013）。同时有机肥还可以在土壤中分解转化成各种腐殖酸物质。腐殖酸具有络合吸附能力，可以络合吸附重金属离子，从而减轻重金属对作物的毒害，并阻止其进入植株中。这对生产无污染的安全、卫生的绿色食品十分有利（Cencianietal2008）。我们的数据表明施加CMS后，土壤中的有机质含量高于空白和正常施肥处理，但是由于大田环境复杂，影响因素较多，各小区之间重复性较差因此有机质含量各小区有差别但是没有达到显著水平，土壤中的速效磷含量和有机质含量表现出相同的趋势有差别，仍没有显著性差异；正常施肥的基础上施加200g/m2CMS的处理下土壤中氮含量最高，显著高于空白处理；T4（500g/m2）处理的速效钾含量最高为290.2mg/kg，显著高于其它处理，T5处理的速效钾含量最低为175.5mg/kg。表明施加CMS可以活化土壤中有机氮增加土壤中氮的含量，由于CMS中含有较多的钾元素，所以施加越多的可溶性糖蜜，土中的钾含量就会越多。充分说明了CMS可以提高土壤中全氮、速效钾的含量，而且施加的CMS越多，土壤中残留的速效钾越多。同时施加CMS还可以提高土壤中过氧化氢酶、脲酶的活性，增加微生物的丰富度，使得土壤更加肥沃。4.5CMS在农业生产中的运用前景及存在问题CMS成分复杂，既含有营养矿质元素，又含有微量的重金属元素，同时还含有大量的有机物质（有机酸、氨基酸、糖类、醇类等等）。CMS应用方向广而浅，作为肥料直接在大田中应用的报道有很多（韦绍龙等2016）。然而，这些报道大都是61 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文应用于甘蔗、香蕉等经济作物。我们通过油菜大田、水稻盆栽探究CMS对油菜、水稻产量的影响。油菜大田我们设置了不同量、不同配比以及不同时期施加CMS，从结果中我们可以发现只施加大量的CMS是可以达到正常施肥的标准，但是施加的CMS量达到了500g/m2，没有任何经济效益。在正常施肥的基础上施加一定量的CMS是可以显著性增加油菜的产量，通过对不同时期施加相同的CMS我们发现在基肥或者苗期施加会使产量增加，在抽薹期、花期施加则没有效果。我们2017-2018大田试验设置了减肥施加CMS处理，从苗期、花期来看在减肥一半的情况下施加一定量的CMS处理下油菜的长势与正常施肥下相近，这也说明了CMS是可以用来替代部分化肥，缓解化肥带来的环境危害。因此在油菜大田的种植中，可以把CMS作为基肥或者苗期追肥与化肥适当配比，则会减少化肥的投入量，增加油菜的产量，获得更多的经济效益。由于CMS有很强的刺鼻性气味，在水稻大田布置试验费时费力，因此我们布置了水稻盆栽试验。我们的水稻盆栽数据表明，在土壤中养分缺乏的情况下CMS可以提供养分或者促进水稻吸收养分，增加水稻的产量。在土壤养分充足的情况下施加CMS没有效果，反而可能由于施加量过多会减产。说明CMS作为肥料在生产上的应用取决于多方面，作物种类、土壤肥沃程度、化肥的施加量、CMS施加量等不同造成的效果也是不同的。如果不能正确合理的在生产中施用CMS，很可能会取得相反的效果。总的来说，CMS作为新型有机肥料在农业生产上有很大的潜力，但是不同的浓度，不同的施加时间对不同的作物都会造成不一样的效果。想要把一种新型的有机肥料应用到农业生产实践中，要经过多年的实践、探讨与摸索。5研究总结与展望5.1研究总结1.CMS成分复杂，含有植物所必需的矿质营养元素，其中氮磷钾含量分别为2%、0.5%、5%左右，微量元素氯和钠含量较高分别为4%和1.9%左右；含有大量的氨基酸，其中天冬氨酸和谷氨酸含量最高，分别为5.56%、2.37%；苹果酸、乳62 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用酸、柠檬酸、琥珀酸等有机酸大量存在；重金属的含量很低。因此，CMS可以用来作为机无机复合肥、叶面肥、水溶肥等肥料的原材料，应用前景广阔。2.CMS对作物的调节作用整体表现为低浓度促进，高浓度促进作用消失或抑制。具体表现为低浓度时可以促进幼苗根系发育和生物量的增加，而高浓度（>0.2g/L）时没有表现出促进作用，甚至还会抑制作物生长。3.通过水培试验可以看出CMS对水稻和油菜的影响主要体现在根系。低浓度CMS可以使根系活力增加，直径变大，根系总体积变大，抗氧化酶活性增强，进而促进根系生长；而高浓度CMS的存在使得根系周围有机质浓度过高，根系活力明显上升，根系中的丙二醛含量增加，生长受到抑制。4.CMS与正常肥料按照一定比例配施可增加油菜的产量，又可以减少化肥的施用量，从而降低生产成本。5.施加CMS可以提高土壤中全氮、速效钾的含量，而且施加的CMS越多，土壤中残留的速效钾越多。同时施加CMS还可以提高土壤中过氧化氢酶、脲酶的活性，增加微生物的丰富度，使得土壤更加肥沃。5.2主要创新点1、比较系统地研究了CMS在不同作物种子（油菜、萝卜、白菜、水稻、小麦、玉米）萌发时期的长势、水培条件下油菜、水稻苗期生长发育的变化，油菜大田、水稻盆栽成熟期产量以及对土壤养分、酶活、微生物变化的影响。2、以单子叶粮食作物水稻和双子叶油料作物油菜为主要研究对象，深入探讨了施加CMS后作物苗期根系构型、养分以及相关酶活的变化，初步揭示了CMS对油菜和水稻生长发育的影响机制。5.3研究不足之处及展望1CMS由糖蜜废液浓缩而成，成分复杂，本研究检测到了其中的矿质营养元素、重金属元素、氨基酸、有机酸以及一些羟基化合物，还有很多未检测到例如水杨酸、茉莉酸等有机酸，因此，在下一步研究中，我们可以改进测定方法，寻找新的思路，尽可能对CMS进行更加深入的成分分析。63 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文2CMS影响作物生长的机制很复杂，本研究主要针对根系构型、养分吸收利用、抗氧化酶活进行深入探讨和分析，还有关于光合的深入探究、养分代谢的分子方面未做，下一步我们可以针对根系细胞分子方面进行深入的研究，养分代谢、碳氮代谢方面的研究。更深层次的解释其影响机制。3一种新型肥料的推出主要靠常年的实践得到验证与推广，本研究两年的大田试验，初步得出了大致施加量与施加时期，但是具体怎样才能让经济效益最大化，下一步大田增加施肥处理与施肥方式。4CMS对土壤的研究仅仅局限于成熟期养分含量、过氧化氢酶、脲酶与微生物活性，下一步可以在各时期取样对土壤中各指标进行测定，来衡量对土壤质量与环境的影响。64 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华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文附表2Hoagland营养液配方Schedule2Hoagland’ssolutionformacronutrients试剂名称原子量浓度质量浓度母液倍数1L母液需试剂量（大量元素）（g/mol）（mmol/L）（g/L）（g）KNO31015101200101Ca（NO3）2•4H2O2365236200236MgSO4•7H2O246.472246500246NH4H2PO411511151000115试剂名称原子量浓度质量浓度母液倍数1L母液需试剂量（微量元素）（g/mol）（umol/L）（g/L）（g）H3BO361.83251.54510001.545MnCl2•4H2O197.929.141.8110001.81Na2MoO4•2H2O241.950.50.12110000.121ZnSO4•7H2O287.560.770.22110000.221CuSO4•5H2O249.680.320.0810000.08Na2EDTA372.24207.44510007.445FeSO4·7H2O277.9205.5610005.56附表3土壤微生物培养基配方Schedule3Soilmicrobialmediumformula细菌培养基真菌培养基放线菌培养基试剂名称含量（g/L）试剂名称含量（g/L）试剂名称含量（g/L）牛肉膏10硝酸钠0.66可溶性淀粉20蛋白胨3磷酸二氢钾0.33氯化钠0.5氯化钠5硫酸镁0.165硝酸钾1琼脂20硫酸亚铁6.6×10-3磷酸氢二钾0.5放线菌酮*0.2~0.3酵母膏0.165硫酸镁0.5蔗糖10硫酸亚铁0.01琼脂20琼脂20链霉素硫酸盐*0.2~0.3四环素*0.01~0.015注：*表示灭菌冷却后加入76 可溶性浓缩糖蜜对不同作物生长发育的调节作用附表4肥料产品无害化指标对比表（国家标准、行业标准）Table4ComparisonTableofHarmlessnessofFertilizerProducts（NationalStandards,IndustryStandards）砷及其化合物镉及其化合物铅及其化合物铬及其化合物汞及其化合物参数指标粪大肠菌群数蛔虫卵死亡率（以As计）（以Cd计）（以Pb计）（以Cr计）（以Hg计）标准名称个/g（ml）%mg/kgmg/kgmg/kgmg/kgmg/kgGB8172-87大肠菌值95～100≤30≤3≤100≤300≤5城镇垃圾农用控制标准（现行有效）10-1～10-2GB18877-2009≤100≥95≤50≤10≤150≤500≤5有机-无机复混肥料（现行有效）GB/T23349-2009肥料中砷、镉、铅、铬、汞生态指标≤50≤10≤200≤500≤5（现行有效）≤15≤3≤50≤150≤2NY525-2012≤100≥95（以烘干基（以烘干基（以烘干基（以烘干基（以烘干基有机肥料（现行有效）计）计）计）计）计）NY/T798-2004≤100≥95≤75≤10≤100≤150≤5复合微生物肥料（现行有效）≤15≤3≤50≤150≤2NY884-2012生物有机肥（现行有效）≤100≥95（以干基计）（以干基计）（以干基计）（以干基计）（以干基计）NY1110-2006水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量≤10≤10≤50≤50≤5及其含量测定（现行有效）77 华中农业大学2018届硕士研究生毕业论文致谢本论文是在导师丁广大副教授悉心指导下完成的。两年的学习和科研过程中，丁老师不但在学业上倾注了大量心血，虽然丁老师出国一年，但是对我的指导丝毫没有因为距离而减少，回国后更是督促我学习，教我做人做事的道理。在生活和个人成长过程中丁老师也给予了很大关心、支持和鼓励。值此论文付梓之际，向丁老师致以诚挚的谢意！同时两年来还得到了课题组老师徐芳森教授、石磊教授、王创教授、蔡红梅副教授、汪社亮副教授的宝贵意见与精心指导。几位老师的意见与指导给予了我很大的帮助，在此向他们表示衷心的感谢。两年前来到华农，加入了徐芳森教授课题组。认识了这里的师兄师姐，在这两年的生活中离不开师兄师姐们的帮助。在此感谢课题组陈海飞师兄、王效华师兄、华营鹏师兄、李权师兄、汪威师兄、何明亮师兄、李海星师兄、段贤杰师兄、刘冬师兄、董旭师兄以及杜红园师姐、张泉师姐、周婷师姐、袁盼师姐、淮泽勋师姐、冯英娜师姐、黄榆普师姐、袁丹师姐、李亚林师姐、赵哲师姐、曾妮师姐、张成师姐、张倩雯师姐在试验过程中给出的建议与指导。感谢同窗韩贝、邓素仁、张兵兵、杨凝眉的支持与帮助。特别感谢王雪师姐、丁静丽师姐、杨新鑫、姬晨晨、李玉、王友强、刘同同、李双师妹、杞金芳师妹、钱干师弟在试验与生活上的帮助与鼓励。感谢我的父亲、母亲，你们一直不求回报的为我付出，支持与鼓励我，在我失落的时候给我动力，在我失败的时候给我希望，是你们让我有了走下去的信心与勇气，养育之恩无以回报。感谢我的妹妹赵国宁多年来对我的鼓励与帮助。感谢王涵棫在我试验和生活上的帮助、支持与鼓励。感谢国家重点研发计划项目的资助，感谢安琪酵母有限公司的资助与帮助！时光如白驹过隙，苦读二十载。已然到离开校园在社会中开始新生活的时候。从幼儿园→小学→初中→高中→大学一步步走来，终于要在华中农业大学结束这段旅程，虽然这段旅程并没有想象中的那么美好，但是它见证了我的成长。万般相聚终须一别，他日相见，仍是少年！赵星海2018年6月于华农狮子山下78