CN105130531A

CN105130531A - 一种复混生物有机硒肥及其制备方法和用途

Info

Publication number: CN105130531A
Application number: CN201510463541.2A
Authority: CN
Inventors: 王凤忠; 范蓓; 黄亚涛; 卢嘉; 李敏敏
Original assignee: Institute of Food Science and Technology of CAAS
Current assignee: Institute of Food Science and Technology of CAAS
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: CN105130531B

Abstract

本发明提供了一种复混生物有机硒肥及其制备方法和用途，所述复混生物有机硒肥中按质量百分比计包括以下元素：Se2.0～3.0％，N≥2.0％，P≥3.0％，K≥2.0％，B≥0.5％。所述制备方法包括以下步骤：菌株筛选、制备富硒酵母、富硒酵母的破壁和生物有机硒肥的复配。将本发明所提供的复混生物有机硒肥用于富硒大米的生产，不仅可以刺激水稻生产，促早熟，使大米增产5％-10％，而且生产出的大米硒含量可达0.2mg/kg以上，达到国家标准，且富硒效果稳定，有利于大规模标准化生产，食用栽培出的富硒大米可以有效提高硒的膳食摄入量。

Description

一种复混生物有机硒肥及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于肥料技术及农作物种植技术领域，尤其涉及一种复混生物有机硒肥、制备方法及其用途，特别涉及一种应用于水稻种植中的复混生物有机硒肥、制备方法及其用途。

背景技术

硒是生态环境中一个十分重要的微量元素，是联合国卫生组织确定的人体必需的营养元素之一，被科学界称为“人体微量元素中的原子弹”，目前研究显示包括癌症、心脏病、糖尿病在内的人体40多种疾病与体内缺硒有直接关系。

中国营养学会及FAO/WHO/IAEA联合专家委员会确定膳食硒供给量为50微克/天，适宜范围为50～250微克/天(相当于全血硒量为0.1×10^-6～0.44×10^-6)。但现在我国成人的硒摄入量仅有26-32微克/天，硒营养不良情况在我国普遍存在，我国有72％的县(市)低硒或缺硒，一些严重缺硒地区的克山病、大骨节病发病率显著高于其他地区，更值得注意的是，调查显示一些缺硒地区同时也是癌症高发区。随着经济的发展和科学研究的深入，人们对食品不仅要求吃的好还要吃的营养，而大米是我国的主食，通过食用大米补充日常所需的硒元素是最有效也是最安全的，因此，开发富硒大米是农业产业发展的重要领域。

富硒大米的生产主要有两种途径，第一种是天然富硒，即在天然富硒区种植水稻，此方法可以生产富硒大米，但是我国天然富硒区较少，且天然富硒区土壤中硒的分布是呈块状或带状分布的，很难找到大面积的均匀富硒土壤。且研究显示稻米中硒含量并不一定与土壤中硒含量成正比，因此不利于大规模标准化生产。

第二种是人工富硒，即通过施用硒肥生产富硒大米，目前的硒肥主要为无机硒，虽然在之前的一些专利中有提及到有机硒肥，但主要是有机肥和无机硒混合制得，其中硒还是以无机硒的形态大量存在，而无机硒毒性较高，存在一定的安全隐患；也有一些方法通过酵母菌将无机硒转化为有机硒用于农业生产，如专利(申请号CN104108962A)通过水解富硒酵母制备有机硒肥，但单纯的酵母硒在植物中富集转化效率低，造成一定程度的资源浪费。

发明内容

针对上述现有技术中大部分有机硒肥主要是通过有机肥和无机硒混合制得，以及单纯的酵母硒在植物中富集转化效率低等问题，本发明提供了一种应用于水稻种植中的复混生物有机硒肥、制备方法及其用途。本发明在筛选酵母菌的基础上，通过高密度发酵及高效的破壁技术以实现无机硒向有机硒的生物转化，然后添加助剂复混得到硒肥，最后优化了其在稻米种植过程中的使用方法，用于富硒稻米的生产。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种复混生物有机硒肥，所述生物复混有机硒肥中硒元素的含量为：按质量百分比计包括以下元素：Se2.0～3.0％，N≥2.0％，P≥3.0％，K≥2.0％，B≥0.5％。

其中，Se含量可为2.0％、2.01％、2.2％、2.4％、2.6％、2.8％、2.99％或3.0％等，P主要以P₂O₅的形式存在，K主要以K₂O的形式存在。

本申请中所述的复混生物有机硒肥中硒元素主要是以有机硒的形态存在，该有机硒是在筛选酵母菌的基础上，通过高密度发酵及高效的破壁技术以实现无机硒向有机硒的生物转化而制备得到的。硒元素含量在2～3％可以有效的满足水稻生产中对硒元素的需求，又不会造成原料的浪费，同时复混得到的生物有机硒肥中所含的氮、磷、钾和硼等元素能更好的刺激水稻生产，促早熟，使大米增产。

上述复混生物有机硒肥的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：菌株筛选、制备富硒酵母、富硒酵母的破壁和有机硒肥的复配。

优选地，所述菌株筛选包括：对酵母进行诱变，筛选出对亚硒酸盐和乙硫氨酸具有抗性的突变株，再进行3～4轮诱变和筛选获得酵母突变株，例如3轮或4轮诱变。

优选地，所述对酵母进行诱变采用等离子体诱变技术。

优选地，所述亚硒酸盐为亚硒酸钠和/或亚硒酸钙，例如亚硒酸钠、亚硒酸钙或亚硒酸钠和亚硒酸钙的组合物，其中亚硒酸钠和亚硒酸钙可以以任何比例进行组合。

优选地，获得的酵母突变株对亚硒酸盐的抗性≤5mg/mL，例如5mg/mL、4mg/mL、3mg/mL、2mg/mL或1mg/mL等；对乙硫氨酸的抗性≤10mg/mL，例如10mg/mL、8mg/mL、6mg/mL、4mg/mL、2mg/mL或1mg/mL等。

其中，所述酵母为市面所售常规的酵母菌，对酵母进行诱变后选出菌落较大，颜色较浅的酵母菌进行下一轮诱变，获得的酵母突变株对亚硒酸盐的最高抗性为5mg/mL，对乙硫氨酸最高抗性为10mg/mL。

优选地，所述制备富硒酵母包括：将经菌株筛选得到的酵母突变株与无机硒接种于培养基中进行培养得到富硒酵母。

优选地，所述培养基为酵母浸出粉胨葡萄糖培养基(YPD培养基)。

其中，酵母浸出粉胨葡萄糖培养基(YPD培养基)是经过优化后的培养基，其优化方法为本领域常规方法，此处不再赘述。

优选地，制备富硒酵母过程中培养温度为26～32℃，例如26℃、26.1℃、28℃、30℃、31.9℃或32℃等。

优选地，所述培养在震动条件下进行。

优选地，所述震动频率为120～150r/min，例如120r/min、120.1r/min、125r/min、130r/min、135r/min、140r/min、145r/min、149.9r/min或150r/min等。

优选地，所述培养的时间为40～48h，例如40h、40.9h、42h、44h、46h、47.9h或48h等。

优选地，制备富硒酵母过程中测定培养基中发酵液的OD值。

优选地，制备富硒酵母过程中根据测定的OD值添加无机硒。

优选地，所述无机硒的添加量为使最终得到的富硒酵母中无机硒浓度为500～800ug/mL，例如500ug/mL、500.1ug/mL、510ug/mL、530ug/mL、550ug/mL、570ug/mL、600ug/mL、630ug/mL、650ug/mL、670ug/mL、700ug/mL、730ug/mL、750ug/mL、770ug/mL、799.9ug/mL或800ug/mL等。

其中添加无机硒是根据测定得到的OD值进行分次、定量的添加，至菌体生长至对数生长期后，停止添加无机硒至终浓度为500-800ug/ml，其中OD值为发酵液的光密度。

优选地，所述富硒酵母的破壁为：将制得的富硒酵母在无菌条件下进行酶解和超声破壁处理，得到有机硒溶液。

其中，酶解所用酶为常规的蛋白酶、葡聚糖酶、甘露聚糖酶或耐高温淀粉酶中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述将制得的富硒酵母在无菌条件下进行酶解和超声破壁处理是在温度20～30℃下进行，例如20℃、22℃、24℃、26℃、28℃或30℃等。

优选地，所述超声破壁处理的超声时间为40～50min，例如40min、42min、44min、46min、48min或50min等。

优选地，所述生物有机硒肥的复混为：向制得的有机硒溶液中添加氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒，制得生物有机硒肥。

优选地，所述氮肥为尿素、硝酸铵、硝酸铵钙、碳酸氢铵、碳酸铵或氯化铵中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：尿素和硝酸铵的组合，硝酸铵钙和碳酸氢铵的组合，碳酸氢铵和碳酸铵的组合，碳酸铵和氯化铵的组合，尿素、硝酸铵、硝酸铵钙和碳酸氢铵的组合，碳酸氢铵、碳酸铵和氯化铵的组合，尿素、硝酸铵、硝酸铵钙、碳酸氢铵、碳酸铵和氯化铵的组合等。

优选地，所述磷肥为磷酸氢二钾、磷酸钙或过磷酸钙中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：磷酸氢二钾和磷酸钙的组合，磷酸钙和过磷酸钙的组合，磷酸氢二钾、磷酸钙和过磷酸钙的组合等。

优选地，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)或乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHA-Na)中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：乙二胺四乙酸二钠(EDTA)和N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)的组合，N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)和二乙基三胺五乙酸(DTPA)的组合，二乙基三胺五乙酸(DTPA)和乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHA-Na)的组合，乙二胺四乙酸二钠(EDTA)、N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸(HEDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)和乙二胺二邻苯基乙酸钠(EDDHA-Na)的组合等。

所添加的螯合剂是为了延缓金属元素被氧化的速度。

优选地，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾或草木灰中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：氯化钾和硫酸钾的组合，硫酸钾和草木灰的组合，氯化钾、硫酸钾和草木灰的组合等。

优选地，所述硼肥为硼砂和/或硼酸，例如硼砂、硼酸或硼砂和硼酸的组合等。

优选地，所述氮肥中氮元素的质量含量为45～55％，例如45％、45.1％、47％、49％、50％、53％、54.9％或55％等。

优选地，所述磷肥中五氧化二磷的质量含量为40～55％，例如40％、40.1％、43％、45％、47％、50％、53％、54.9％或55％等。

优选地，所述氮肥的用量为：每升有机硒溶液中氮肥的含量为20～40g，例如20g、20.1g、23g、25g、27g、30g、33g、35g、37g、39.9g或40g等。

优选地，所述磷肥的用量为：每升有机硒溶液中磷肥的含量为30～50g，例如30g、30.1g、33g、35g、37g、40g、43g、45g、47g、49.9g或50g等。

优选地，所述螯合剂的用量为：每升有机硒溶液中螯合剂的含量为1～5g，例如1g、1.1g、1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、4.9g或5g等。

优选地，所述钾肥的用量为：每升有机硒溶液中钾肥的含量为5～10g，例如5g、5.1g、5.5g、6g、6.5g、7g、7.5g、8g、8.5g、9g、9.5g、9.9g或10g等。

优选地，所述硼砂的用量为：每升有机硒溶液中硼肥的含量为5～10g，例如5g、5.1g、5.5g、6g、6.5g、7g、7.5g、8g、8.5g、9g、9.5g、9.9g或10g等。

一种上述复混生物有机硒肥的应用，将复混生物有机硒肥用于水稻生产。

优选地，将复混生物有机硒肥使用于水稻的扬花期和/或灌浆期。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在筛选酵母菌的基础上，通过高密度发酵及高效的破壁技术实现无机硒向有机硒的生物转化，提高了酵母细胞内有机硒的析出释放率，所得有机硒溶液中硒含量为500～800ug/mL，然后添加助剂复混得到生物有机硒肥，最后优化其在稻米种植过程中的使用方法，用于富硒稻米的生产。

利用本发明所提供的复混生物有机硒肥并将其用于富硒大米的生产，不仅可以刺激水稻生产，促早熟，使大米增产5％-10％，而且生产出的大米硒含量可达0.2mg/kg以上，达到国家标准，且富硒效果稳定，有利于大规模标准化生产，食用栽培出的富硒大米可以有效提高硒的膳食摄入量。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施实例不作为本发明的限定。

实施例1：

复混生物有机硒肥的制备：

(1)菌株筛选：

采用等离子体诱变技术，筛选酿酒酵母的亚硒酸钠和乙硫氨酸抗性突变株，选出菌落较大，颜色较浅的酵母菌进行下一轮诱变，经过3轮诱变筛选获得一株酵母突变株，亚硒酸钠最高抗性达到5mg/mL，乙硫氨酸最高抗性达到10mg/mL。

(2)制备富硒酵母：

将经菌株筛选得到的高富硒酵母突变株与无机硒接种于优化后的YPD培养基中，在30℃，135r/min的震动频率下培养45h，期间每间隔3～4h测定发酵液的OD值，然后根据该OD值添加无机硒，至菌体生长至对数生长期后，停止添加无机硒至最终得到的富硒酵母中硒浓度为700ug/mL，得到富硒酵母。

(3)富硒酵母的破壁：

将制得的富硒酵母在无菌条件25℃下进行，先加入蛋白酶、葡聚糖酶和甘露聚糖酶进行酶解，再超声处破壁处理45min，得到有机硒溶液。

(4)生物有机硒肥的复混：

向制得的有机硒溶液中添加尿素(N46％)30g/L、磷酸氢二钾(P₂O₅44％)40g/L、螯合剂乙二胺四乙酸二钠3g/L、氯化钾7g/L、硼砂7g/L和有机硒，制得复混生物有机硒肥。

通过高密度发酵和破壁技术，本实施例中制备得到的复混生物有机硒溶液中硒含量为720ug/mL，制得的复混生物有机硒肥中总硒为24.6g/kg，N为5.3wt％，P为4.6wt％，K为3.7wt％，B为1.2wt％。

实施例2：

除步骤(1)中诱变4轮；步骤(2)中在32℃，120r/min的震动频率下培养40h，停止添加无机硒至最终得到的富硒酵母中硒浓度为800ug/mL；步骤(3)中在无菌条件20℃下酶解，超声40min；步骤(4)中有机硒溶液中添加硝酸铵(N45％)40g/L、磷酸钙(P₂O₅40％)50g/L、螯合剂N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸5g/L、硫酸钾10g/L、硼酸10g/L和有机硒外，其他过程均与实施例1中相同。

本实施例中制备得到的复混生物有机硒溶液中硒含量为810ug/mL，制得的复混生物有机硒肥中总硒为23.1g/kg，N为3.2wt％，P为3.55wt％，K为3.1wt％，B为1.3wt％。

实施例3：

除步骤(2)中在26℃，150r/min的震动频率下培养48h，停止添加无机硒至最终得到的富硒酵母中硒浓度为500ug/mL；步骤(3)中在无菌条件30℃下酶解，超声50min；步骤(4)中有机硒溶液中添加硝酸铵钙(N55％)20g/L、过磷酸钙(P₂O₅55％)30g/L、螯合剂二乙基三胺五乙酸1g/L、草木灰5g/L、硼砂5g/L和有机硒外，其他过程均与实施例1中相同。

本实施例中制备得到的复混生物有机硒溶液中硒含量为515ug/mL，制得的复混生物有机硒肥中总硒为22.6g/kg，N为3.54wt％，P为3.45wt％，K为3.45wt％，B为1.61wt％。

实施例4：

复混生物有机硒肥的应用：

选择某水稻种植基地，选取9×9＝81平方米的小区，每个小区之间距离1米以上，选用实施例1中制备得到的复混生物有机硒肥，在水稻的抽穗期至灌浆期喷施不同量的复混生物有机硒肥，其施加量见表1，待水稻成熟后，测定大米的产量及硒含量，测定结果见表1。

表1：复混生物有机硒肥不同施加量的测定结果表

对比例1：

在实施例4中选择的某水稻种植基地中，选择其中一个小区作为对照组，不施加复混生物有机硒肥，收获期单独进行采集、加工，测定大米中的硒含量，结果显示对照组大米中硒含量为0.023mg/kg。

对比例2：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加氮肥，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为1.3％。

对比例3：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加磷肥，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为2.1％。

对比例4：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加螯合剂，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为3.1％。

对比例5：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加钾肥，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为2.9％。

对比例6：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加硼肥，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为2.8％。

对比例7：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加有机硒，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为3.4％。

对比例8：

实施例1中步骤(4)生物有机硒肥的复混过程中不添加氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒，其他过程同实施例1相同，制得的复混生物有机硒肥用于富硒大米生产，其大米增产量仅为0.91％。

从以上各实施例和对比例的结果中可以看出，在生物有机硒肥复混过程中加入氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒的复混生物有机硒肥比不添加氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒的复混生物硒肥，在大米增产方面有更为显著的作用，添加了氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒的复混生物有机硒肥能使大米增产率达到7％以上。

同时，本发明提供的复混生物有机硒肥生产出的大米，其硒含量可达0.2mg/kg以上，而不添加复混生物有机硒肥的大米中其硒含量仅为0.023mg/kg，由此可以看出，利用本发明制备的复混生物有机硒肥生产出的大米中硒含量高，这种生物硒的人体吸收利用率高，有较高的营养功能，较通过喷施无机硒生产富硒大米相比，该技术具有更安全、易吸收、效果好、环境污染小的优点。因此，通过这种方法来生产富硒大米有着非常广阔的应用前景，对改善我国居民硒营养不足有着重要的意义。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种复混生物有机硒肥，其特征在于，所述复混生物有机硒肥中按质量百分比计包括以下元素：Se2.0～3.0％，N≥2.0％，P≥3.0％，K≥2.0％，B≥0.5％。

2.一种如权利要求1所述的复混生物有机硒肥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：菌株筛选、制备富硒酵母、富硒酵母的破壁和生物有机硒肥的复混。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述菌株筛选包括：对酵母进行诱变，筛选出对亚硒酸盐和乙硫氨酸具有抗性的突变株，再进行3～4轮诱变和筛选获得酵母突变株；

优选地，所述对酵母进行诱变采用等离子体诱变技术；

优选地，所述亚硒酸盐为亚硒酸钠和/或亚硒酸钙；

优选地，获得的酵母突变株对亚硒酸盐的抗性≤5mg/mL，对乙硫氨酸的抗性≤10mg/mL。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，制备富硒酵母包括：将经菌株筛选得到的酵母突变株与无机硒接种于培养基中进行培养得到富硒酵母。

5.根据权利要求2-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述培养基为酵母浸出粉胨葡萄糖培养基；

优选地，制备富硒酵母过程中培养温度为26～32℃；

优选地，所述培养在震动条件下进行；

优选地，所述震动频率为120～150r/min；

优选地，所述培养的时间为40～48h。

6.根据权利要求2-5任一项所述的制备方法，其特征在于，制备富硒酵母过程中测定培养基中发酵液的OD值；

优选地，制备富硒酵母过程中根据测定的OD值添加无机硒；

优选地，所述无机硒的添加量为使最终得到的富硒酵母中硒浓度为500～800ug/mL。

7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述富硒酵母的破壁为：将制得的富硒酵母在无菌条件下进行酶解和超声破壁处理，得到有机硒溶液；

优选地，所述将制得的富硒酵母在无菌条件下进行酶解和超声破壁处理是在温度20～30℃下进行；

优选地，所述超声破壁处理的超声时间为40～50min。

8.根据权利要求2-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述生物有机硒肥的复混为：向制得的有机硒溶液中添加氮肥、磷肥、螯合剂、钾肥、硼肥和有机硒，制得生物有机硒肥；

优选地，所述氮肥为尿素、硝酸铵、硝酸铵钙、碳酸氢铵、碳酸铵或氯化铵中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述磷肥为磷酸氢二钾、磷酸钙或过磷酸钙中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述螯合剂为乙二胺四乙酸二钠、N-β-羟基乙基乙二胺三乙酸、二乙基三胺五乙酸或乙二胺二邻苯基乙酸钠中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述钾肥为氯化钾、硫酸钾或草木灰中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述硼肥为硼砂和/或硼酸；

优选地，所述氮肥中氮元素的质量含量为45～55％；

优选地，所述磷肥中五氧化二磷的质量含量为40～55％；

优选地，所述氮肥的用量为：每升有机硒溶液中氮肥的含量为20～40g；

优选地，所述磷肥的用量为：每升有机硒溶液中磷肥的含量为30～50g；

优选地，所述螯合剂的用量为：每升有机硒溶液中螯合剂的含量为1～5g；

优选地，所述钾肥的用量为：每升有机硒溶液中钾肥的含量为5～10g；

优选地，所述硼砂的用量为：每升有机硒溶液中硼肥的含量为5～10g。

9.一种如权利要求1所述的复混生物有机硒肥的应用，其特征在于，将复混生物有机硒肥用于水稻生产。

10.根据权利要求9所述的复混生物有机硒肥的应用，其特征在于，将复混生物有机硒肥使用于水稻的扬花期和/或灌浆期。