CN101524089A - 一种促进水稻生长的复合微生物制剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种促进水稻生长的复合微生物制剂及其制备方法。所述的促进水稻生长的复合微生物制剂,其特征在于,由菌种培养物20-40重量份和微生物载体60-80重量份组成;其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌2-8份、巨大芽孢杆菌2-8份、酿酒酵母菌5-10份和根瘤菌1-4份;所述的微生物载体为沸石、膨润土或它们的混合物。本发明的优点是:促进有益微生物的生长繁殖,同时增进水稻根系对氮、磷、钾和其他有机质的吸收,促进根系的正常发育,从而促进水稻生长减少施用化学肥料。
Description
技术领域
本发明涉及一种促进水稻生长的复合微生物制剂及其制备方法,施用在土壤中植物根系,用于固定空气中的氮为有机氮或按盐补充土壤中的氮素,属于土壤改良技术领域。
背景技术
水稻是发展中国家的主要粮食作物,无论是在具有20亿人口的亚洲,还是在具有近千万人口的非洲和拉丁美洲,人们大多以水稻为主要粮食。根据国际水稻研究所(IRRI)的报道,为了满足不断增长的人口对粮食的需要,到2020年时,全球水稻的年产量须由5亿2千万吨增加到7亿6千万吨。但在耕地面积不变甚至减少的情况下,只有提高单位面积耕地内水稻的产量,才能实现这一目标。本世纪五十年代以来,在农业生产上人们越来越依赖化学肥料以提高农产品产量,从1950-1990年40年间,全球应用化肥产量竟然增加了27倍,达到8亿吨(Hardy,1995).C assman和Pingali(1994)提出目前水稻产量的停滞和下降是由于氮的吸收不足造成的,只有增加氮肥的施用量才能维持或提高产量。如果要在2020年时将水稻产量提高50%,则氮肥用量也需将从现在的1千万吨增加到2千万吨。然而,化肥的过度使用所造成的污染远远超过杀虫剂,成为水质和土壤的最大污染物,而且破坏臭氧层(Ladha,1995)。为了减少不可再生资源的消耗及施肥所造成的环境污染,实现农业的可持续性发展,保护生态平衡,人们正试图减少化肥用量,希望通过一些新型的生物肥料和生物固氮解决上述问题,提高作物特别是水稻的产量。若干年以来,研究者们不断地从不同方面探索水稻的固氮作用,然而不论是水稻根圈的联合固氮作用,还是诱导水稻结瘤的共生固氮作用,以及试图将根瘤菌的固氮基因转移到水稻植株内使水稻自生固氮等研究虽然在理论上取得重大进展。
自从1904年德国微生物学家Lorenz Hiltner提出“根圈”(rhizosphere)这一概念以来,有关其生物学、微生物学和超微结构等多方面的知识已被人们研究而有了深入的了解。早期对根圈的研究主要限于微生物的根圈效应,六十年代后由于电子显微镜在土壤学和微生物学研究中的应用,初步证实了根圈微生态环境中存在着植物根系、根圈微生物和土壤环境三者之间相互作用的复杂关系。
现有的固氮微生物肥料一般都是单一菌种,菌的活力一般在106-108cfu/克,功能也比较单一,作物与微生物只是松散的联合,它们之间没有形成共生的组织结构,因此固氮的活动容易受许多条件的制约。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以有效改善作物根系的微生态环境,促进有益微生物的生长繁殖,同时增进水稻根系对氮、磷、钾和其他有机质的吸收,促进根系的正常发育,从而促进水稻生长减少施用化学肥料,达到一种安全、绿色的种植效果的复合微生物制剂及制备方法。
为了实现以上目的,本发明的技术方案是提供一种促进水稻生长的复合微生物制剂,其特征在于,由菌种培养物20-40重量份和微生物载体60-80重量份组成;
其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌2-8份、巨大芽孢杆菌2-8份、酿酒酵母菌5-10份和根瘤菌1-4份;
所述的微生物载体为沸石、膨润土或它们的混合物。
本发明还提供了上述促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟后与吐温以重量比100∶0.3-0.5混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶50-100的比例接种于上述第一液体培养基混合物中,在25-35℃以150-300转/分的速度搅拌15-25分钟后密闭静置发酵3-5天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到3.0-4.0时停止发酵;
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶50-100接种于第二液体培养基中,在25-35℃以150-300转/分的速度搅拌15-25分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以2000-4000转/分的转速离心5-25分钟,并在42-45℃干燥10-12小时使含水量降低到30wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在20-25℃破碎,过60-100目筛。
所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉3-5、大豆粉2-4、玉米粉1-2、碳酸氢铵0.01-0.3、糖蜜2-10、磷酸二氢钾1.2-2、硫酸镁0.01-0.8、硫酸锰0.001-1和无菌水75.9-90.8。
所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇10-20、豆粕粉2-10、糖蜜2-10、玉米粉2-10、磷酸二氢钾0.5-1、磷酸二氢钠1-2、硫酸镁0.3-1和无菌水46-82.2。
四种菌种分别都是从农业微生物菌种保藏管理中心购买:
枯草芽孢杆菌(Bacillus sub tilis)ACCC 11060;
巨大芽孢杆菌(Bacillus meyuterium)ACCC 10010;
酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)ACCC 20335;
根瘤菌(Azotobacter chroococcum)ACCC 10007。
本发明的原理如下:
本发明由多种有益微生物组成,利用他们解磷、钾、降解有毒物质、提高作物抗逆性、促进腐殖质形成等多种功效。同时还有特殊吸附功能的载体,能在土壤中长期存活,可以有效改善作物根系的微生态环境,促进有益微生物的生长繁殖,同时抑制和杀伤有害腐殖细菌或病虫害,促进根系的正常发育,从而促进水稻生长减少或停止施用化肥,达到一种安全、绿色的种植效果,产品中采用在土壤中正常生长的有益菌种,数量高达10亿/g、并含有多种活性代谢物质的种植土壤微生物生态修复改良剂。在使用后,可形成作物土壤中良性生态环境,促进作物对养分的吸收转化,改善土壤结构,抑制有害病原菌的生长和繁殖,分解土壤和作物中的残存农药。
土壤中含有很多钾细菌和磷细菌它们能够将土壤矿物无效态的钾和磷释放出来供植物生长发育使用,解磷的微生物种类很多目前报道的解磷细菌主要有芽孢杆菌属(Bacillus)假单胞菌属(Pseudomonas)根瘤菌属(Rhizobium)等,植物根圈有益细菌即植物促生细菌(Plant-Growth-promoting Rhizobacteria,简称PGPR),其在植物根圈是普遍存在的,是活跃在植物根圈的多种不同的细菌,通过抑病、直接刺激植物生长、增加可利用营养、增强根瘤菌植物根部的结瘤以及产生诱导抗性等促进植物生长、增加作物产量。本发明还将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酿酒酵母菌还进行发酵,其数量可以高达109个/g。
一些真菌的菌丝与高等植物的根系形成一种联合体,俗称“菌根”,它是植物在长期的生存过程中,与菌根真菌一起共同进化的结果。它的存在不仅有利于菌根真菌的生存,也有利于提高植物在不良环境下的抗御能力,促进植物生长,改善植物根际环境增强植物的抗病力,分泌生长素等。自然界中除十字花科等少数几个科外几乎所有的植物都能形成菌根。菌根主要分为外生菌根和内生菌根两种,内生菌根主要由内囊霉科中多数属种形成的泡囊,从枝状菌根(Vesicular arbuscularmycorrhiza)简称VA菌根。本发明产品在使用过程中可以利用根瘤菌和土壤中的腐殖质及假单胞菌联合作用,通过进入水稻根系,固定空气中的氮为有机氮或按盐补充土壤中的氮素,还可以将土壤中难溶的磷、钾分解出来,转变为有机态磷、钾化合物供作物吸收利用,同时微生物的活动,加速了土壤中根茬的腐熟及有机物质的发酵分解,从而提高了土壤有机质的含量。
虽然上述不同细菌和真菌可以在种植土壤中扮演“解磷、钾、降解有毒物质、提高作物抗逆性、促进腐殖质”等多个功效,但是微生物毕竟是一种简单的原核生物,它的生长、繁殖收到土壤环境中pH值、水分、温度、空气含量、等适宜生长条件的影响,同时有害病原菌如腐败细菌的生长速度比它们更快,所以提供一个安全的生长环境或载体,是发挥这些有益微生物作用的前提,其实一些简单的无机物既可以作为土壤改良剂在土壤中使用,又可以作为有益微生物的良好载体,本发明中的载体由沸石、碳酸钙组成。这类物质具有较强的吸附能力,能将分散的土粒吸附在一起,形成土壤团聚体,起到保水、保湿的功效。
本发明的优点是:
1.采用可以促进作物根系发育和改善土壤环境多种有益细菌和真菌,合理配伍,将促进作物根系发育,解磷、钾、降解有毒物质、提高作物抗逆性、促进腐殖质形成等功效有机的结合起来;
2.在液体培养中还有小肽,能抑制有害菌的生长,可以有效抑制水稻瘟病;
3.在产品中添加载体,既有吸附土壤团粒的功效,又做为载体,可以让有益微生物和代谢产物保留长期的活性,使其在土壤中发挥长久的功效;
4.采用常用的粮食作物及副产品为主要培养基,成本低、产品安全可靠。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种促进水稻生长的复合微生物制剂,由菌种培养物20重量份和微生物载体80重量份组成;其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌2份、巨大芽孢杆菌2份、酿酒酵母菌5份和根瘤菌1份,以上菌种均可在中国农业微生物菌种保藏管理中心购买;所述的微生物载体为沸石。
上述促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法的具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在115℃灭菌15分钟后与吐温-80以重量比100∶0.3混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶50接种于上述第一液体培养基混合物中,在25℃以150转/分的速度搅拌15分钟后放入消毒后塑料桶中静置发酵3天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到3.0时停止发酵;
所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉3、大豆粉2、玉米粉1、碳酸氢铵0.01、糖蜜2、磷酸二氢钾1.2、硫酸镁0.01、硫酸锰0.001和无菌水90.8。
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在115℃灭菌15分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶50接种于第二液体培养基中,在25℃以150转/分的速度搅拌15分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇10、豆粕粉2、糖蜜2、玉米粉2、磷酸二氢钾0.5、磷酸二氢钠1、硫酸镁0.3和无菌水82.2。
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以2000转/分的转速离心5分钟,并在42℃干燥10小时使含水量降低到30wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在室温20℃破碎,过60目筛,将过筛后的产品装入有单项放气阀的包装袋中,在干燥、避光处保存。
实施例2
一种促进水稻生长的复合微生物制剂,由菌种培养物40重量份和微生物载体60重量份组成;其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌8份、巨大芽孢杆菌8份、酿酒酵母菌10份和根瘤菌4份,以上菌种均可在中国农业微生物菌种保藏管理中心购买;所述的微生物载体为膨润土。
上述促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法的具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在130℃灭菌30分钟后与吐温-80以重量比100∶0.5混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶100的比例接种于上述第一液体培养基混合物中,在35℃以300转/分的速度搅拌25分钟后放入消毒后塑料桶中静置发酵5天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到4.0时停止发酵;
所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉5、大豆粉4、玉米粉2、碳酸氢铵0.3、糖蜜10、磷酸二氢钾2、硫酸镁0.8、硫酸锰1和无菌水75.9。
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在115℃灭菌15分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶50接种于第二液体培养基中,在25℃以150转/分的速度搅拌15分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇20、豆粕粉10、糖蜜10、玉米粉10、磷酸二氢钾1、磷酸二氢钠2、硫酸镁1和无菌水46。
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以4000转/分的转速离心25分钟,并在45℃干燥12小时使含水量降低到30wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在20℃破碎,过100目筛,将过筛后的产品装入有单项放气阀的包装袋中,在干燥、避光处保存。
实施例3
一种促进水稻生长的复合微生物制剂,由菌种培养物40重量份和微生物载体60重量份组成;其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌6份、巨大芽孢杆菌6份、酿酒酵母菌6份和根瘤菌3份,以上菌种均可在中国农业微生物菌种保藏管理中心购买;所述的微生物载体为重量比为2∶8的沸石和膨润土的混合物。
上述促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法的具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在125℃灭菌20分钟后与吐温-80以重量比100∶0.3混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶100的比例接种于上述第一液体培养基混合物中,在35℃以220转/分的速度搅拌20分钟后放入消毒后塑料桶中静置发酵5天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到4.0时停止发酵;
所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉4、大豆粉3、玉米粉1.5、碳酸氢铵0.2、糖蜜8、磷酸二氢钾1.5、硫酸镁0.4、硫酸锰0.5和无菌水50。
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在120℃灭菌20分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶75接种于第二液体培养基中,在30℃以200转/分的速度搅拌20分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇15、豆粕粉8、糖蜜5、玉米粉5、磷酸二氢钾0.5、磷酸二氢钠1.5、硫酸镁0.5和无菌水70。
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以3000转/分的转速离心25分钟,并在45℃干燥10小时使含水量降低到25wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在20℃破碎,过80目筛,将过筛后的产品装入有单项放气阀的包装袋中,在干燥、避光处保存。
实施例4
一种促进水稻生长的复合微生物制剂,由菌种培养物40重量份和微生物载体60重量份组成;其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌5份、巨大芽孢杆菌10份、酿酒酵母菌6份和根瘤菌3份,以上菌种均可在中国农业微生物菌种保藏管理中心购买;所述的微生物载体为重量比为1∶9的沸石和膨润土的混合物。
上述促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法的具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在130℃灭菌20分钟后与吐温-80以重量比100∶0.5混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶50的比例接种于上述第一液体培养基混合物中,在35℃以200转/分的速度搅拌20分钟后放入消毒后塑料桶中静置发酵5天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到4.0时停止发酵;
所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉4、大豆粉3、玉米粉1.5、碳酸氢铵0.2、糖蜜8、磷酸二氢钾1.5、硫酸镁0.4、硫酸锰0.5和无菌水50。
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在120℃灭菌20分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶75接种于第二液体培养基中,在30℃以200转/分的速度搅拌20分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇15、豆粕粉8、糖蜜5、玉米粉5、磷酸二氢钾0.5、磷酸二氢钠1.5、硫酸镁0.5和无菌水70。
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以3000转/分的转速离心25分钟,并在45℃干燥10小时使含水量降低到25wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在20℃破碎,过80目筛,将过筛后的产品装入有单项放气阀的包装袋中,在干燥、避光处保存。
使用时,根据不同土壤条件,产品可单独使用或与有机肥混合均匀后使用,播种或移栽前,按每株植物约五克的量将本品均匀置于条沟或坑穴底部,上覆松土约五公分,即可播种或移栽,前茬病虫害比较严重地块可酌情加量使用。施用基肥时,亦可将本品按每亩2公升的比例均匀混入有机肥料施用。本品需存放于密封干燥处,避免与农药、强刺激物品等混合堆放,开封后尽快使用。
本产品在研发完成后在上海松江前进农业园区进行水稻对比试验,一次性添加量为500克/亩,本生物土壤肥料使用后水稻产量提高6-8%,根系长度平均增加2-5cm,作物病虫害减少40-45%,穴穗数减少40%、结实率提高26%。
Claims (4)
1、一种促进水稻生长的复合微生物制剂,其特征在于,由菌种培养物20-40重量份和微生物载体60-80重量份组成;
其中,所述的菌种培养物由以下以重量份计的原料组成:枯草芽孢杆菌2-8份、巨大芽孢杆菌2-8份、酿酒酵母菌5-10份和根瘤菌1-4份;
所述的微生物载体为沸石、膨润土或它们的混合物。
2、权利要求1所述的促进水稻生长的复合微生物制剂的制备方法,其特征在于,具体步骤为:
第一步:将第一液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟后与吐温以重量比100∶0.3-0.5混合,将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌和酿酒酵母菌的混合物按重量比1∶50-100接种于上述第一液体培养基混合物中,在25-35℃以150-300转/分的速度搅拌15-25分钟后密闭静置发酵3-5天,抽样检测菌体生长情况和测定pH值,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml且pH值达到3.0-4.0时停止发酵;
第二步:在发酵罐中将第二液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟,开始通入空气,每分钟通入气体的体积与发酵罐的体积比为1∶20,将根瘤菌按重量比1∶50-100接种于第二液体培养基中,在25-35℃以150-300转/分的速度搅拌15-25分钟后静置发酵,抽样检测菌体生长情况,当显微镜下活菌总浓度数超过10亿/ml,停止通入空气,停止发酵;
第三步:分别将第一步和第二步所得的菌种培养物以2000-4000转/分的转速离心5-25分钟,并在42-45℃干燥10-12小时使含水量降低到30wt%以下,将菌种培养物按比例混合,将菌种培养物混合物与微生物载体按比例混合,在20-25℃破碎,过60-100目筛。
3、如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述第一液体培养基由以下以重量份计的原料组成:豆粕粉3-5、大豆粉2-4、玉米粉1-2、碳酸氢铵0.01-0.3、糖蜜2-10、磷酸二氢钾1.2-2、硫酸镁0.01-0.8、硫酸锰0.001-1和无菌水75.9-90.8。
4、如权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述第二液体培养基由以下以重量份计的原料组成:甘露醇10-20、豆粕粉2-10、糖蜜2-10、玉米粉2-10、磷酸二氢钾0.5-1、磷酸二氢钠1-2、硫酸镁0.3-1和无菌水46-82.2。
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