CN101911953B - 能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，其特征在于，包含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌。本发明还提供了上述能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法。本发明的优点是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、固氮、降解有毒物质、提高作物抗逆性等功效有机的结合起来；增强功能性水稻对环境的适应能力，增加功能性水稻遗传稳定性；提高功能性水稻的品质；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。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂及其制备方法，该复合微生物菌剂可在土壤中植物根系施用，固定空气中的氮为有机氮和分解土壤中有机磷，防治水稻纹枯病、稻瘟病和叶枯病等，属于土壤微生态领域。
背景技术
功能性稻米是指具有调节人体生理功能、适宜特定人群食用，但又不以治疗为目的的一类稻米。而能生产功能性稻米的水稻就称之为功能性水稻。功能性水稻与普通水稻相比，具有特殊的遗传性状和更丰富的蛋白质、人体必需氨基酸、矿物质元素及维生素等营养成分，此外，还含有膳食纤维、不饱和脂肪酸、黄酮、强心昔、街醇、生物碱等特殊生理活性物质。功能性水稻不仅可以是功能食品开发的理想加工原料，而且可以糙米米饭的形式直接为人们食用。近年来，由于社会经济飞跃式发展，人们生活水平的提高和消费观念的转变，具有营养保健的功能性稻米及其产品受到广大消费者的青睐。国内外的研究者们也开始加大力度着眼于功能性水稻的研究和开发，并取得了较大研究进展。
我国的功能性水稻多分布在中、高海拔地区。生育期一般较长，植株偏矮，产量较低；多数茎叶为绿色，也有在苗期为紫色后转为绿色；颖壳一般带黑色，也有黄色；糙米有绿、黄、红、黑等丰富多彩的颜色。还有含有高微量元素水稻，适用于糖尿病病人的高抗性淀粉水稻，芳香性水稻等。
功能性水稻中的功能成分含量除了遗传外，环境因素的影响也不可忽视。所以要针对不同地区不同品种研究出与之相适应的栽培方式和环境，以及研制专用肥，减少环境因素对其生长发育产生的负面影响，从而提升功能成分的含量。
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。
现有的微生物菌剂一般都是单一菌种，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，因此固氮和病虫害控制等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，利用微生物拮抗原理抑制有害病菌发发生，减少农药的对功能性水稻稳定性的伤害，从而达到一种安全、绿色的种植效果的复合微生物菌剂及制备方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，其特征在于，包含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌的活菌数目分别为枯草芽孢杆菌5-30亿/克、巨大芽孢杆菌1-10亿/克、蜡样芽孢杆菌1-10亿/克和稻黄杆菌1-5亿/克。
本发明还提供了上述能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将豆粕粉3-5重量份、玉米粉2-5重量份、碳酸氢铵0.01-0.3重量份、糖蜜0.2-2重量份、磷酸二氢钾0.8-1.5重量份、硫酸镁0.01-0.8重量份、硫酸锰0.001-1重量份和无菌水84.4.-94.0重量份混合得到液体培养基；
第二步、将第一步得到的液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟后，将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和稻黄杆菌的混合物按重量比1∶20-100的比例接种于上述液体培养基中，在25-37℃以150-300转/分的速度搅拌，有氧发酵20-48小时，发酵过程中通气比(体积比)为1∶20，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20亿/ml且pH值达到6.0-7.0时停止发酵；
第三步：将第二步得到的发酵产物以2000-4000转/分的转速离心5-25分钟，离心液在42-45℃干燥10-12小时使含水量降低到10wt％以下，在室温下(20-25℃)破碎，过80-150目筛得到复合微生物菌剂。
上述四种菌种的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 subtilis)ACCC 11060
巨大芽孢杆菌(Bacillus magaterium)ACCC 10010
蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)ACCC 11108
稻黄杆菌(Flovobacterium oryze)ACCC 10051
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、固氮、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。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30亿/g。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)黄杆菌属(Favobacterium)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。微生物在植物体内或根部、叶面定植，还能形成相互协同的菌膜，可以提高植物根部的营养吸收能力，有效抑制有害菌的生长和繁殖。
本发明产品在使用过程中可以利用巨大芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌联合作用，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分解出来，转变为有机态磷供作物吸收利用，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。利用枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌的抑菌原理，有效抑制纹枯病、稻纹病和叶枯病等，减少农药的使用，并且还有降解残留农药等功能，从而减少农药给功能性水稻在遗传稳定性的伤害。本发明得到了良好应用效果，不仅改良了土壤环境，促进作物对养分的吸收，同时还可以减少甚至整体预防了作物病虫害的发生，减少了农药的使用量，提高了作物的品质。
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、固氮、降解有毒物质、提高作物抗逆性等功效有机的结合起来；
2.微生物拮抗原理，能抑制有害菌的生长，可以有效抑制水稻瘟病；
3.代谢、消解残留农药；
4.增强功能性水稻对环境的适应能力，增加功能性水稻遗传稳定性；
5.提高功能性水稻的品质；
6.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。
附图说明
图1为微生物菌剂对七彩水稻秧苗素质的影响示意图。
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
一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，包含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌的活菌数目分别为枯草芽孢杆菌5亿/克、巨大芽孢杆菌1亿/克、蜡样芽孢杆菌1亿/克和稻黄杆菌1亿/克。以上菌种皆从农业微生物菌种保藏管理中心购买。
本发明还提供了上述能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将豆粕粉3重量份、玉米粉2重量份、碳酸氢铵0.01重量份、糖蜜0.2重量份、磷酸二氢钾0.8重量份、硫酸镁0.01重量份、硫酸锰0.001重量份和无菌水84.4重量份混合得到液体培养基；
第二步、将第一步得到的液体培养基在115℃灭菌15分钟后，将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和稻黄杆菌的混合物按重量比1∶20的比例接种于上述液体培养基中，在25℃以150转/分的速度搅拌，有氧发酵20小时，发酵过程中通气比(体积比)为1∶20，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20亿/ml且pH值达到6.0-7.0时停止发酵；
第三步：将第二步得到的发酵产物以2000转/分的转速离心5分钟，离心液在42℃干燥10小时使含水量降低到10wt％，在室温下破碎，过80目筛得到复合微生物菌剂。将产品装入铝箔包装袋中，在干燥、避光处保存。
实施例2
一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，包含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌的活菌数目分别为枯草芽孢杆菌30亿/克、巨大芽孢杆菌10亿/克、蜡样芽孢杆菌10亿/克和稻黄杆菌5亿/克。以上菌种皆从农业微生物菌种保藏管理中心购买。
本发明还提供了上述能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将豆粕粉5重量份、玉米粉5重量份、碳酸氢铵0.3重量份、糖蜜2重量份、磷酸二氢钾1.5重量份、硫酸镁0.8重量份、硫酸锰1重量份和无菌水94.0重量份混合得到液体培养基；
第二步、将第一步得到的液体培养基在130℃灭菌30分钟后，将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和稻黄杆菌的混合物按重量比1∶100的比例接种于上述液体培养基中，在37℃以300转/分的速度搅拌，有氧发酵48小时，发酵过程中通气比(体积比)为1∶20，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20亿/ml且pH值达到6.0-7.0时停止发酵；
第三步：将第二步得到的发酵产物以4000转/分的转速离心25分钟，离心液在45℃干燥12小时使含水量降低到5wt％，在室温下(20-25℃)破碎，过150目筛得到复合微生物菌剂。将产品装入铝箔包装袋中，在干燥、避光处保存。
实施例3
一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，包含枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌，枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌以及稻黄杆菌的活菌数目分别为枯草芽孢杆菌20亿/克、巨大芽孢杆菌5亿/克、蜡样芽孢杆菌4亿/克和稻黄杆菌2亿/克。以上菌种皆从农业微生物菌种保藏管理中心购买。
本发明还提供了上述能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将豆粕粉2重量份、玉米粉3重量份、碳酸氢铵0.05重量份、糖蜜2重量份、磷酸二氢钾1.2重量份、硫酸镁0.01重量份、硫酸锰0.001重量份和无菌水91.7重量份混合得到液体培养基；
第二步、将第一步得到的液体培养基在120℃灭菌18分钟后，将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌和稻黄杆菌的混合物按重量比1∶50的比例接种于上述液体培养基中，在30℃以200转/分的速度搅拌，有氧发酵30小时，发酵过程中通气比(体积比)为1∶20，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20亿/ml且pH值达到6.0-7.0时停止发酵；
第三步：将第二步得到的发酵产物以3000转/分的转速离心20分钟，离心液在44℃干燥11小时使含水量降低到8wt％，在室温下(20-25℃)破碎，过100目筛得到复合微生物菌剂。将产品装入铝箔包装袋中，在干燥、避光处保存。
在使用时，根据不同土壤条件、水稻品种和病害情况，每亩一般使用量为1500克。将500克菌剂溶解在25升水中，均匀喷洒到水稻叶子上，播种、移栽前或抽穗前使用，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250克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闵行浦江农业园区进行功能性水稻对比试验如下：
4月21日常温下浸种发芽，第3天(4月23日)开始调查发芽率；复合微生物菌剂对七彩水稻低温发芽的影响如下表所示：
表1、复合微生物菌剂对七彩水稻低温发芽的影响表：
复合微生物菌剂极显著提高低温条件下的水稻种子发芽势和发芽率，如应用于水稻直播栽培，将有助于提高出苗率和立苗率。
如图1所示，为微生物菌剂对七彩水稻秧苗素质的影响示意图，复合微生物菌剂有利于地上部和地下部的干物质积累、增加分蘖和新根数，但限制根系伸长和株高的生长，提高秧苗的综合素质，尤其是1500倍效果最好。
表2、低氮肥条件下复合微生物菌剂对分蘖动态的影响表：
由上表可知，复合微生物菌剂处理区的分蘖明显高于对照。
表3、复合微生物菌剂对稻田表层稻草分解过程中氮和磷含量的影响表：
由上表可知，复合微生物菌剂处理区麦秆分解速度明显快于对照区。
表4、复合微生物菌剂对降糖水稻产量及农艺性状的影响表：
Claims (2)
1.一种能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂，其特征在于，包含枯草芽孢杆菌ACCC 11060、巨大芽孢杆菌ACCC 10010、蜡样芽孢杆菌ACCC 11108以及稻黄杆菌ACCC10051，它们的活菌数目分别为枯草芽孢杆菌ACCC 11060 5-30亿/克、巨大芽孢杆菌ACCC10010 1-10亿/克、蜡样芽孢杆菌ACCC 11108 1-10亿/克和稻黄杆菌ACCC 10051 1-5亿/克。
2.权利要求1所述的能够提高功能性水稻遗传稳定性的复合微生物菌剂的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
第一步：将豆粕粉3-5重量份、玉米粉2-5重量份、碳酸氢铵0.01-0.3重量份、糖蜜0.2-2重量份、磷酸二氢钾0.8-1.5重量份、硫酸镁0.01-0.8重量份、硫酸锰0.001-1重量份和无菌水84.4.-94.0重量份混合得到液体培养基；
第二步、将第一步得到的液体培养基在115-130℃灭菌15-30分钟后，将枯草芽孢杆菌ACCC 11060、巨大芽孢杆菌ACCC 10010、蜡样芽孢杆菌ACCC 11108和稻黄杆菌ACCC 10051的混合物按重量比1∶20-100的比例接种于上述液体培养基中，在25-37℃以150-300转/分的速度搅拌，有氧发酵20-48小时，发酵过程中通气比为1∶20，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20亿/ml且pH值达到6.0-7.0时停止发酵；
第三步：将第二步得到的发酵产物以2000-4000转/分的转速离心5-25分钟，离心液在42-45℃干燥10-12小时使含水量降低到10wt％以下，在室温下破碎，过80-150目筛得到复合微生物菌剂。
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