羽毛是鸟类和禽类表皮细胞角质化的衍生物，内含85%～90%的粗蛋白质^[1]。研究表明，羽毛经角蛋白酶或微生物降解后获得种类齐全的氨基酸和小分子多肽，可作为水溶性肥料的主要原料^[2]，将其应用到土壤中可被作物和微生物吸收利用，具有改善土壤结构^[3]，活化土壤微生物^[4]，促进作物生长^[5]，提高作物抗病性、抗逆性、产量和改善作物品质^[6-7]的作用，因而在种植方面具有广阔的应用前景。

我国是世界上第二大家禽生产国，每年产生超130万t的羽毛^[1]，因其受酶解工艺等因素的制约，只有少量优质羽毛被服装、工艺品、饲料等行业利用^[8]，大部分羽毛仍作为垃圾被丢弃，这样既浪费生物资源，又造成生态环境的严重污染。若能将废弃的羽毛制成活性氨基酸类肥料应用到农业生产中，不仅可以实现羽毛资源的再利用，减少环境污染，而且有助于实现作物的优质高产。

根系是植物的吸收器官，也是植物与环境进行营养物质交换的重要途径^[9]。发达的根系不仅可以促进作物对养分和水分的吸收利用，而且能增强植株的抗逆和抗病性^[10]。大量研究表明，氨基酸液肥对作物根系及植株生长发育有显著的促进作用^{[4-5，7，11]}。王东旭^[11]研究多肽-氨基酸液态肥料对作物生长和产量的影响时发现，水稻苗床喷施氨基酸液态肥可明显促进秧苗的发根能力，增加小麦根系的延展和伸长。张健^[12]研究也表明，低浓度氨基酸发酵液可刺激番茄根系的生长发育，增加番茄根系的鲜干重和根系活力。但也有研究指出，因原料和制备工艺的不同，所得氨基酸液肥的氨基酸种类和含量存在较大差异，进而导致其对作物的应用效果存在明显差异^[13-15]。目前，以废弃羽毛为原料，通过酶解工艺制备的氨基酸液态肥对作物根系及抗性能力的影响尚未见报道。基于此，本研究通过盆栽试验，研究羽毛酶解氨基酸肥和市场上广泛应用的海鱼酶解氨基酸肥及矿物源黄腐酸钾肥对小麦根系形态及抗性酶活的影响，初步阐明以废弃羽毛为原料制备的氨基酸液态肥对作物根系、抗性能力的影响及与海鱼酶解氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾肥之间的差异，以期为废弃羽毛资源化利用及形成的氨基酸液态肥实际应用提供理论依据和数据支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年11月至2021年4月在广东省科学院微生物研究所温室大棚内进行。供试土壤为粘性黄壤，有机质19.78g/kg、pH 7.56、碱解氮58.92mg/kg、有效磷19.2mg/kg、速效钾64.87mg/kg，供试前与河沙按1.5∶1混合并灭菌备用。供试羽毛酶解氨基酸肥由废弃羽毛酶解获得^[16]，游离氨基酸含量≥100g/L；海鱼酶解氨基酸肥由海鱼酶解获得^[17]，游离氨基酸含量≥100g/L，两种肥料均由广东博沃特生物技术有限公司生产。矿物源黄腐酸钾肥由意大利比奥其姆公司生产，黄腐酸钾含量 ≥100g/L。供试小麦品种为中麦9号，试验前将其催芽备用。

1.2 试验设计

试验共设4个处理，分别为清水对照（CK）、海鱼酶解氨基酸肥（SFAF）、矿物源黄腐酸钾肥 （BSFA）和羽毛酶解氨基酸肥（FEAF）。处理前选择大小一致、发芽均匀的5粒小麦种子于含400g/盆土壤的花盆中，上层盖约5cm厚的土壤，用喷壶将上层土壤喷湿，之后始终保持上层土壤湿润，待小麦出苗后5d开始各试验处理。所用液肥按1∶500进行稀释，每盆用量50mL，以后每隔10d处理1次。整个试验期共处理4次。每个处理15盆，随机排列，其它管理按小麦优质高产管理方式进行。

1.3 测定项目与方法

处理后60d，各处理随机选取5盆，测定小麦根系的形态学指标和相关抗性酶活。其中，根系形态学指标包括主根数、根体积、根鲜重、根干重及根系活力；相关抗性酶活测定丙二醛含量、超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活和总抗氧化能力。处理后140d，剩余的植株测定干物质积累和单穗重。

小麦根系的根体积依据阿基米德原理测定；根系活力采用TTC法，具体操作参照朱秀云等^[18]方法；丙二醛含量、超氧化物歧化酶活、过氧化氢酶活和总抗氧化能力采用试剂盒测定；干物质积累采用烘干法测定。

1.4 数据处理

数据用Excel 2010和SPSS 19.0统计和分析，用Duncan法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系形态的影响

由表1可知，与CK相比，FEAF处理显著增加了小麦根系的主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力，分别较CK增加25.00%、167.00%、 111.00%、95.50%和51.57%。与SFAF处理相比， FEAF处理的小麦根体积、根鲜重和根干重增加更为显著，分别较SFAF处理增加33.33%、19.53%和22.86%。与BSFA处理相比，FEAF处理的小麦根系主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力间均未达到差异显著水平。以上说明，FEAF处理能显著促进小麦根系的生长发育，其作用效果与BSFA处理差异不显著，但显著优于SFAF处理。

注：同列不同字母表示差异显著（P<0.05）。

2.2 羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系抗性酶活的影响

2.2.1 羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系丙二醛和超氧化物歧化酶的影响

由图1可知，FEAF处理的小麦根系丙二醛含量为6.14nmol/g，较CK处理降低20.47%，分别较BSFA和SFAF处理降低8.08%和5.83%。FEAF处理与CK间差异达到显著水平，但与BSFA和SFAF处理间差异不显著。超氧化物歧化酶活在FEAF处理下达到208.87U/mg，较CK增加36.57%，且处理间差异显著，与BSFA和SFAF处理相比，差异不显著。以上说明，FEAF处理能降低小麦根系的丙二醛含量，增加其超氧化物歧化酶的活性，但效果与BSFA和SFAF处理差异不显著。

注：不同字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。

2.2.2 羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系过氧化氢酶活和总抗氧化能力的影响

由图2可知，与CK相比，FEAF处理显著增加了小麦根系的过氧化氢酶活和总抗氧化能力。其中，过氧化氢酶活从12.03U/mg增加到43.33U/mg，增幅260.18%；总抗氧化能力从0.86U/mg增加到2.75U/mg，增幅219.77%。与SFAF处理相比，FEAF处理的小麦根系过氧化氢酶活增加48.14%，总抗氧化能力增加102.21%。与BSFA处理相比，FEAF处理的小麦根系过氧化氢酶活没有显著差异，但总抗氧化能力显著增加26.15%。说明FEAF处理能显著提高小麦根系的过氧化氢酶活和总抗氧化能力，其效果与BSFA处理差异不显著，但显著优于SFAF处理。

2.3 羽毛酶解氨基酸肥对小麦干物质积累及单穗重的影响

由图3可知，与CK相比，FEAF处理显著增加了小麦植株的干物质积累及单穗重。其中，干物质积累从0.22g/株增加到0.43g/株，增幅95.45%；单穗重从0.50g/株增加到1.20g/株，增幅140.00%。与SFAF处理相比，FEAF处理的小麦干物质积累增加22.86%，单穗重增加30.43%，差异达到显著水平。与BSFA处理相比，FEAF处理的小麦干物质积累及单穗重没有显著差异。说明FEAF处理能显著增加小麦植株的干物质积累及单穗重，其效果与BSFA处理差异不显著，但显著优于SFAF处理。

3 讨论

根系形态结构是影响作物产量和品质的关键因素，任何作物的稳产高产都离不开一个发育良好的根系^[10]。而根系具有较强的可塑性，根系环境因素的轻微变化就会使根系产生较为明显的反应，尤其表现在根系形态构型和根系生理功能方面^[11]。施肥是影响根系环境变化的关键因素，作物可通过根系形态的适应性变化来适应不同的施肥处理^[19]。因此，研究根系形态的变化特征能在一定程度上反应肥料的效果水平。本研究结果表明，FEAF处理能显著增加小麦根系的主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力，这与王东旭^[11]的研究结果一致。羽毛中大量的角蛋白经微生物和特定酶作用后形成了种类丰富的多肽和游离氨基酸^[8]。多肽作为有机肽营养，具有调节生理功能、活化植物细胞活性、提高作物抗逆性和抗病性的作用^[20]；游离氨基酸是一种有机氮源，能直接供给小麦生长需要，同时游离氨基酸还是一种生理活性物质，能刺激作物根系极端分生组织分裂与增长，提高肥料进入植物细胞膜的亲和力和利用率^[21]。与SFAF处理相比，FEAF处理更能增加小麦根系的体积、鲜重和干重。这可能与酶解材料、工艺不同，酶解后所获得的多肽和游离氨基酸种类、含量存在差异有关^[22-23]。与BSAF处理相比，FEAF处理的小麦根系主根数、根体积、根鲜重、根干重和根系活力未达到显著差异。研究表明，矿物源腐殖酸中含有高生理活性的小分子腐殖酸，能直接被植物吸收利用，刺激根系发生和生长^[23]。此外，腐殖酸能通过影响侧根细胞的增殖速度来促进植株根系生长^[24]。这说明增施羽毛酶解氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾肥均能明显促进小麦根系的生长发育，提高其根系活力，但作用机制存在差异。

丙二醛含量是植物体在逆境胁迫条件下细胞膜发生过氧化反应的产物，代表了细胞膜受逆境伤害的程度，丙二醛含量与植物细胞膜受伤害程度呈显著负相关^[25]。超氧化物歧化酶活、过氧化物酶活和总抗氧化能力是植物体内重要的抗氧化酶活，具有清除活性氧自由基、抵御和修复逆境损伤的作用^[26]。本研究表明，FEAF处理显著降低了小麦根系的丙二醛含量，增加其超氧化物歧化酶活、过氧化物酶活和总抗氧化能力。这与Man等^[27]研究发现的小麦生育期补充灌溉氨基酸类肥料能够显著提高小麦的光合能力和抗氧化酶活性、延缓衰老、提高籽粒灌浆能力相符。杜小凤等^[28]研究也发现，氨基多糖水溶肥可明显提高小麦叶片的叶绿素含量和根系活力，延缓叶片和根系衰老，进而提高小麦籽粒产量和品质。与SFAF处理相比，FEAF处理在降低丙二醛含量和增加超氧化物歧化酶活方面更为显著，而与BSAF处理相比，FEAF处理在降低小麦丙二醛含量和提高根系抗性酶活方面无明显差异。说明增施羽毛氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾均能提高小麦植株的抗性，更好地抵御外界伤害。

大量研究表明，增施氨基酸肥料和矿物源黄腐酸钾肥料有促进作物生长发育、增强植株抗旱和抗病能力、提高作物产量和改善品质的作用^[29-32]。本研究也得到类似的结论。与CK相比，FEAF、 SFAF和BSAF处理均显著增加了小麦植株的干物质积累和单穗重。羽毛酶解氨基酸肥、海鱼酶解氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾肥富含各类有益成分和植物所需的大量活性物质，施入土壤后能改善根际土壤环境，增加根际土壤微生物数量，促进根系生长和对养分的吸收利用，又能激活相关抗性酶的表达，增强小麦植株的综合抵抗力^[5，12]。与海鱼酶解氨基酸肥相比，羽毛酶解氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾肥的作用效果更为显著。

4 结论

与不施液体肥相比，增施羽毛酶解氨基酸肥、海鱼酶解氨基酸肥和矿物源黄腐酸钾肥3种液体肥均能显著改善小麦的根系形态，提高根系活力及抗性相关酶活，促进植株生长，进而增加单穗重。

增施羽毛酶解氨基酸肥对小麦根系形态、抗性酶活及单穗重的作用效果与矿物源黄腐酸钾肥相近，但显著优于海鱼酶解氨基酸肥。

参考文献