CN107827486A - 嗜热菌在改善肥力、提高钾肥和镁肥含量中的应用 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及嗜热属真菌在改善肥力、提高钾肥和镁肥含量中的应用。其中嗜热属真菌为嗜热杜邦菌(Thermomyces dupontii)和/或嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)。

Description

嗜热菌在改善肥力、提高钾肥和镁肥含量中的应用
技术领域
本申请涉及嗜热属(Thermomyces)真菌在改善腐殖土肥力中的应用，以 及在提高腐殖土中植物生长所需元素钾和镁含量中的应用。
背景技术
钾是继氮磷元素之后限制植物生长的重要营养物质。钾是植物中必需的营 养成分，也是最丰富的阳离子。细胞内K+浓度维持在100mM和200mM之 间，而细胞外K+浓度在10mM和200mM之间变化，最高浓度能够达到 500mM。钾在植物生长和新陈代谢的过程中承担着重要作用：1.钾对光合作用 的影响。钾对光合作用的影响包括以下两个方面：一是影响光合系统的活性， 二是影响光合能力，主要是影响蛋白质的合成。2.钾对碳水化合物的代谢影响。缺钾会引起植株体内蔗糖和淀粉的分解，进而引起葡萄糖和果糖的大量积 累。3.钾对蛋白质合成的影响。Edwards等人研究证明了钾不仅能够促进根系吸 收土壤中的NO3 -，还能促进氨基酸的输送。4.钾对酶的活化。Boyer等人在 1943年首次报道了K+能够活化丙酮酸激酶的催化活性，至今已证实K+能够活 化植物体内60多种酶。
镁也是植物必需的营养元素。镁在植物中的作用主要有以下几方面：1镁 在光合作用中的作用。镁是构成叶绿素的重要组成成份，一旦缺镁，叶绿体结 构受到破坏，被膜受损，基粒数降低，类囊体数目减少。2.对酶的活化。在植 物许多酶促反应中，镁能起到活化作用。例如在转移磷酸酰基反应中，转移酶 需要Mg2+的激活。3.促进蛋白质的合成。核糖体是合成蛋白质的场所，当镁离 子浓度低于0.001mo1/L时，镁不能稳定蛋白质合成时核糖体的正常构型。
随着我国农业生产水平的不断提高和对农作物品质的注重，作物对钾和镁 需求量逐年增加。据美国地质调查局资料显示，2008年我国钾资源的经济储量 仅为800万吨(K20)，基础储量为4.5万吨，仅占世界钾资源的2.5％。据国家统 计局的统计数据，2013年，我国累计生产钾肥(折合K2O 100％)593.02万吨，进 口量为603万吨。目前我国菱镁矿资源总储量为数十亿吨，缺镁土壤面积达 553.3万公顷，约占全国耕地总面积的6％左右。由以上数据可知，我国的钾、 镁肥资源较缺乏，需依赖大量进口才能满足农业生产的需求。
化学肥料如钾镁肥、磷酸镁铵等为农作物的生长提供了大量钾、镁养分， 但化学肥料的过量使用，会破坏土壤结构，导致土壤板结或土壤酸化，同时造 成土壤有机质含量降低。而如果通过利用微生物的手段来提高土壤中钾和镁营 养元素的含量，不但为可持续改善土壤钾镁营养状况提供了有效的技术手段， 而且还能够改善土壤结构，提高土壤保水保肥性等。
发明内容
申请人在实验过程中，意外的发现嗜热属(Thermomyces)真菌能够改善 腐殖土的肥力，特别是提高有机肥中植物生长所需元素的含量，比如其能够同 时提高两种主要的植物生长元素，钾和镁的含量。这尚属首次发现。
具体来讲，本申请之一提供了嗜热属(Thermomyces)真菌在改善腐殖土 肥力中的应用。
在一个具体实施方式中，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌(Thermomyces dupontii)和/或嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)。
在一个具体实施方式中，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌NRRL 2155和/或嗜热 棉毛菌ATCC 200065。
本申请之二提供了嗜热属真菌在提高腐殖土中植物生长所需元素含量中的 应用。
在一个具体实施方式中，所述植物生长所需元素为钾和/或镁。
在一个具体实施方式中，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌(Thermomyces dupontii)和/或嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)。
在一个具体实施方式中，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌NRRL 2155和/或嗜热 棉毛菌ATCC 200065。
本申请之三提供了一种处理腐殖土的方法，其包括如下步骤：
1)将腐殖土与如本申请之一中任意一项所述的应用和/或本申请之二中任 意一项所述的应用中的嗜热属真菌混合，得到腐殖土混合物；
2)将所述腐殖土混合物在40℃至55℃的温度下处理至少15天，并且在整个处理过程中，每间隔24h至48h，按1g腐殖土混合物中加入水500μl至 750μl以保持含水量。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，加入嗜热属真菌孢子的量在 107cfu/g腐殖土以上。
在一个具体实施方式中，在步骤1)中，加入嗜热属真菌孢子的量为 107cfu/g至108cfu/g腐殖土。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，处理温度为45℃至55℃。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中，处理的时间为30天至45天。
在一个具体实施方式中，将所述嗜热属真菌的1cm2至3cm2大小的菌块接 入到PDB培养基中，40℃至55℃有氧发酵6天至8天后得到用于处理所述腐 殖土的孢子液。
在一个具体实施方式中，所述菌块为活化后的菌块。
在一个具体实施方式中，将活化后所述嗜热属真菌的2cm2至3cm2大小的 菌块接入到PDB培养基中，在45℃至55℃，130rpm至180rpm下发酵6天至 8天后得到用于处理所述腐殖土的孢子液。
在一个具体实施方式中，将活化后所述嗜热属真菌的2cm2大小的菌块接 入到PDB培养基中，在45℃ 160rpm下发酵7天后得到用于处理所述腐殖土的 孢子液。
在一个具体实施方式中，在步骤2)中加入的水可以是自来水、地下水、 河水和湖水中的至少一种，也可以是去离子水、超纯水、纯净水中的至少一 种。
在本申请中，术语“腐殖土”为本领域广义概念下的“腐殖土”。其可以 是由表土层植物的枯枝残叶经过长时期腐烂发酵后而形成；还可以是由植物物 质以及各类有机垃圾(如厨余)组成的一层混合物。常规的腐殖土制备方法可 以为：从野外采集来的黑土(田土或竹林土)、干草、阔叶木的落叶、秸秆、 家畜粪便(可用牛粪、马粪、鸡粪等)、骨屑(或贝壳粉、珍珠粉)、米糠、 红糖、面粉、酵母粉等发酵而成。产业化后的腐殖土多为木材加工厂将木材碎 料挖坑掩埋，待几个月后开采无处理直接出售，以这种方式制备的腐殖土也在 本申请的“腐殖土”的范围内。根据不同的指标，可以对比腐殖土进行分类， 其中“均腐殖土”便属于“腐殖土”概念下的一个细化概念，其也属于本申请 的“腐殖土”的范围内。根据土壤腐殖质含量、暗色层段厚薄，及其钙积状 况，均腐殖土包括下列不同土壤类型：①黑钙土，②栗钙土，③黑土，④黑垆 土等。
本申请的有益效果：
通过使用本申请的真菌处理后的腐殖土来种植蔬菜，发现与没有经过本申 请处理的真菌相比，处理后的腐殖土明显有利于植物生长。其促生效果十分明 显，能使植物茎干粗壮，叶片更肥大、舒展，颜色更鲜绿。说明本申请的真菌处理能够提高腐殖土的肥力。
另外，黑土是中国最肥沃的土壤之一，盛产小麦、大豆和高粱。但开垦后 的黑土，水土流失严重，肥力降低较快。黑钙土的潜在肥力较高，宜发展农、 牧、林业，但常发生干旱，风蚀严重。栗钙土是中国主要的牧业基地，也是北 方的旱作农业区。黑垆土已大部耕垦,农业历史悠久,以旱作为主。但这些重要的 土壤均存在着肥力下降，农作物减产等重要问题。为提高土壤肥力，制备和使 用腐殖土是发展绿色有机肥提高土壤肥力的重要途径。腐殖土经过本申请的真 菌处理后，其中的钾肥和镁肥含量均有了不同程度的大幅提升。这对于缺乏钾 肥和镁肥的土壤是十分有利的。目前，我国制取钾肥、镁肥主要采用焙烧法和湿化学法等方法，其工艺流程长、投资大、成本高、尾渣多、经济效益差及污 染环境。利用本申请的真菌获取钾肥和镁肥，能够降低能耗物耗、减少废物排放等。并且由于这种获取钾肥和镁肥的方式不同于施用传统的化肥，因此，向 大田中施加腐殖土，特别是通过本申请的方法处理后的腐殖土，一方面有利于 提高大田的肥力，另一方面也有利于改善由于长期使用化肥而导致的板结等问 题。此外，对于盆栽植物，也可以直接使用腐殖土来种植。
在本申请中没有特殊说明的情况下，本申请中的术语均属于现有技术中所 指的通用术语。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请做以下详细说明。但这些实施例仅是范例性的， 并不对本申请的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离 本申请的精神和范围下可以对本申请技术方案的细节和形式进行修改和替换， 但这些修改和替换均落入本申请的保护范围内。
2014年后Houbraken等将真菌Talaromyces thermophilus(踝节嗜热菌/嗜热 踝节菌)修订为Thermomyces dupontii，相应的中文名称也被改为嗜热杜邦菌。 这样，嗜热杜邦菌(Thermomyces duponti)和嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)两个物种都归属在嗜热属Thermomyces同一分类属中，且此属中 有且仅有嗜热杜邦菌(Thermomycesdupontii)和嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)这两个物种。
本申请使用的是嗜热属真菌嗜热杜邦菌hermomyces dupontii NRRL 2155和 嗜热棉毛菌Thermomyces lanuginosus ATCC 200065，其可以购买获得。
所用腐殖土购买于云南省昆明市呈贡区云南省天府草炭公司，其腐殖土中 有机质含量为51.5g/kg，速效钾含量(以K+计)为56.5mg/kg，速效镁含量 (以Mg2+计)为44.6mg/kg。
PDA固体培养基：去皮马铃薯200g，切成小块后煮沸30min，4层纱布过 滤，在滤液中加入20g葡萄糖，加水定容至1L，加入1.5％(m/v)的琼脂， 121℃灭菌20分钟后待用；
PDB液体培养基：去皮马铃薯200g，切成小块后煮沸30min，4层纱布过 滤，在滤液中加入20g葡萄糖，加水定容至1L，121℃灭菌20分钟后待用。
实施例1嗜热杜邦菌(Thermomyces dupontii)NRRL 2155和嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)ATCC 200065的培养的培养
将嗜热杜邦菌Thermomyces dupontii NRRL 2155和嗜热棉毛菌Thermomyceslanuginosus ATCC 200065分别在PDA固体培养基中在45℃条件活化3天，在 无菌条件下，将2cm2大小的菌块分别接种于装有250mL PDB培养基的500mL 三角瓶中，45℃，160r·min-1摇床培养7d，获得嗜热杜邦菌孢子液和嗜热棉毛 菌孢子液。
实施例2高温真菌的堆肥处理
将发酵好的上述两种孢子液分别与腐殖土混匀并进行堆肥处理，1g腐殖土 分别加入实施例1中两个菌株的发酵液100μL，即在1g土中加入100μL的108 cfu·mL-1孢子悬浮液于45℃培养箱分别放置15d，30d和45d，在整个过程中， 每间隔24h，按1g腐殖土混合物中加入去离子水500μl以保持含水量。以向腐 殖土中加入相同量的PDB培养基在相同条件下处理不同天数作为阴性对照组。
实施例3高温真菌的堆肥处理
将发酵好的上述两种孢子液分别与腐殖土混匀并进行堆肥处理，1g腐殖土 分别加入实施例1中两个菌株的发酵液100μL，即在1g土中加入100μL的109 cfu·mL-1孢子悬浮液，于40℃，45℃和50℃培养箱放置30d，在整个过程中， 每间隔48h，按1g腐殖土混合物中加入去离子水750μl以保持含水量。以向腐 殖土中加入相同量的PDB培养基在不同培养温度下处理30d作为阴性对照组。
实施例4小青菜盆栽实验
种子培育：选取饱满圆润的小青菜种子，将种子用温水(沸水：冷水/3： 2，v/v)浸泡12h后，将种子播种到装有灭菌腐殖质的育苗盘中，放置于常温 生长，待其长至5片真叶时进行移栽。
以实施例2中处理30d后得到的腐殖土进行小青菜的盆栽实验。待堆肥处 理的腐殖土温度凉至室温(22℃)后将长势一致、含有5片真叶的小青菜幼苗 移栽于装有260g堆肥处理腐殖土，直径为12cm、高为9.5cm小花盆中，每株 幼苗加入60ml定根水。其中，移栽于没有加入TD堆肥处理的腐殖土为对照 组，每个实验处理设六个重复，置于云南大学重点实验室楼顶温室培养。随 后，每24h观察植株生长情况。28d后拔出小青菜植株并洗净根部泥土，分别 测量并记录叶面积，叶片最长长度，叶片最宽宽度，地上与地下植株鲜重。
表1.利用嗜热杜邦菌NRRL 2155或嗜热棉毛菌ATCC 200065 处理的腐殖土对小青菜生长的影响
从表1可以看出，小青菜在地上平均鲜重及地下平均鲜重增加80-88％和 110-120％，叶面积增加55-60％，说明利用嗜热杜邦菌Thermomyces dupontii NRRL 2155或嗜热棉毛菌Thermomyces lanuginosus ATCC 200065处理的腐殖土 对植物的促生效果十分显著。
实施例5堆肥处理后的土壤进行土壤理化性质检测
收集堆肥后的土样，送至农业部农产品质量监督检验测试中心(昆明)测 定土壤pH值、有机质、水解性氮、速效微量元素(Mg、K、P、Zn等)、全 氮等土壤理化性质。检测所用方法为：pH值NY/T 1121.2-2006、有机质NY/T 1121.6-2006、水解性氮LY/T 1229-1999、速效中微量元素NY/T 890-2004、全 氮NY/T 53-1987、全磷NY/T 88-1988、全钾NY/T 87-1988、腐殖酸HG/T 3276-2012。其中，速效钾和速效镁的含量变化显著，结果见表2和表3。
表2.不同处理天数下嗜热杜邦菌NRRL 2155和嗜热棉毛菌ATCC 200065 对腐殖土中的速效钾和速效镁的影响
从表2可以看出，用嗜热杜邦菌Talaromyces thermophilus/Thermomycesdupontii NRRL 2155处理15d，30d和45d后，腐殖土中的速效钾含量分别提高 了64.34％、193.75％和187.05％，速效镁含量分别提高了14.98％、120.31％和 62.82％。用嗜热棉毛菌Thermomyces lanuginosus ATCC 200065处理的15d，30d 和45d后，腐殖土中的速效钾含量分别提高了33.91％、107％和133.09％，速效 镁含量分别提高了6.01％、105％和48.03％。
表3.不同处理温度下嗜热杜邦菌NRRL 2155和嗜热棉毛菌ATCC 200065 对腐殖土中的速效钾和速效镁的影响
从表3可以看出，用嗜热杜邦菌Thermomyces dupontii NRRL 2155在 40℃，45℃和50℃条件处理后，腐殖土中的速效钾含量分别提高了54.79％，193.75％和195.34％，速效镁含量分别提高了19.61％，120.31％和99.23％。用 嗜热棉毛菌Thermomyceslanuginosus ATCC 200065在40℃，45℃和50℃条件 处理后，腐殖土中的速效钾含量分别提高了37.39％，107％和146.56％，速效 镁含量分别提高了12.06％，105％和80.11％。

Claims (10)

1.嗜热属(Thermomyces)真菌在改善腐殖土肥力中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌(Thermomycesdupontii)和/或嗜热棉毛菌(Thermomyces lanuginosus)。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，嗜热属真菌为嗜热杜邦菌NRRL 2155和/或嗜热棉毛菌ATCC 200065。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的应用中嗜热属真菌在提高腐殖土中植物生长所需元素含量中的应用。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述植物生长所需元素为钾和/或镁。
6.一种处理腐殖土的方法，其包括如下步骤：
1)将腐殖土与如权利要求1-5中任意一项所述的应用中的嗜热属真菌混合，得到腐殖土混合物；
2)将所述腐殖土混合物在40℃至55℃的温度下处理至少15天，并且在整个处理过程中，每间隔24h至48h，按1g腐殖土混合物中加入水500μl至750μl以保持含水量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在步骤1)中，加入嗜热属真菌孢子的量在107cfu/g腐殖土以上；优选在步骤1)中，加入嗜热属真菌孢子的量为107cfu/g至108cfu/g腐殖土。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，处理温度为45℃至55℃。
9.根据权利要求6-8中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，处理的时间为30天至45天。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的方法，其特征在于，将所述嗜热属真菌的1cm2至3cm2大小的菌块接入到PDB培养基中，40℃至55℃有氧发酵6天至8天后得到用于处理所述腐殖土的孢子液。
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