CN108383605A - 一种高效微藻滴灌肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高效持久微藻活菌滴灌肥的制备方法，利用黑曲霉、米曲霉和绿色木霉复合菌发酵小球藻和海带提取微藻活性物质，再与活体小球藻、褐藻酸、离子液体复配成具有高效捕集二氧化碳的微藻滴灌肥，能在提高光合作用的同时，褐藻酸能使滴灌肥在表面形成一层薄膜，促进根系吸收，减少蒸腾作用和养分流失。本发明制备的微藻活菌滴灌肥具有制备周期短、植物对二氧化碳的利用率高和营养物质吸收快、利用率高等特点，具有很好的发展前景。

Description

一种高效微藻滴灌肥的制备方法

技术领域

本发明属于滴灌肥制备技术领域，特别涉及一种高效微藻滴灌肥的制备方法。

背景技术

在远离海洋、常年干旱少雨的地区，水资源十分缺乏，我国是农业大国，水资源是农业发展的主要制约因素。滴灌技术是节约单位面积用水量的有效措施，它比传统的漫灌和沟灌可节约用水量20％~30％，为农作物稳产、高产和扩大耕地面积提供了水源保障。推行滴灌技术对减少农作物发病率，减轻发病指数的作用极为明显。

小球藻（Chlorella）为绿藻门小球藻属普生性单细胞绿藻，是一种球形单细胞淡水藻类，直径3~8微米，是地球上最早的生命之一，出现在20多亿年前，是一种高效的光合植物，以光合自养生长繁殖，分布极广。小球藻广泛分布于自然界，以淡水水域种类最多；易于培养，不仅能利用光能自养，还能在异养条件下利用有机碳源进行生长、繁殖；并且生长繁殖速度快，是地球上动植物中唯一能在20h增长4倍的生物，所以其应用价值很高。最新研究发现，以小球藻和小球藻提取物制备而成的海藻肥是一种很好的二氧化碳捕集剂，它即可在设施栽培条件下使用，也可以在大田栽培过程中使用，不仅适用范围比较广泛，而且用起来也比较便捷。利用小球藻的高效光合作用对二氧化碳的捕集作用，提高植物的光合作用的能力，进而增强长势、提高产量和品质。

发明专利CN201410426695.X一种棉花专用液体喷滴灌肥及其生产方法，其由以下原料组制得：尿素-硝酸铵溶液、工业磷酸一铵、硝酸钾、磷酸二氢钾、EDTA螯合锰、EDTA螯合锌、硼砂、七钼酸铵、黄腐酸钾、海藻精、水。该发明以适应棉花水肥一体化的发展，为棉花提供营养生长和生殖生长的需要，可提高棉花品质，增强抗寒、抗旱、抗病虫等抗逆能力。

发明专利CN201510221481.3一种海藻寡糖微生态滴灌肥及其制备方法，包括以下重量百分比的组分：10～60％的海藻寡糖溶液、10～50％的糖蜜液、20～40％的复合微生物菌液、10～40％的大、中、微量元素，所述海藻寡糖溶液是将粉碎后的海藻与水混合，加入生物裂解酶酶解得到海藻酶解液，在碱性条件下提取、压滤而得到。该发明同时提供一种海藻寡糖微生态滴灌肥的制备方法。本发明极大保留海藻中的有效成分，可以大大提高作物对养分的利用率，大大缩短制备周期，而且可以补充必要的有机质和微量元素，添加复合微生物菌液，具有抗病、抗逆、解磷、解钾，增加土壤物理结构的功能，并且可以有效防治各类土传病害。

现有技术的滴灌肥以提高资源利用率和促进植物生长、促进植物吸收为方向实现多功能化滴灌肥技术，但在密集的作物下，植物根部因缺少光照和二氧化碳导致光合作用低，同时蒸腾作用强，使得作物不能有效生长。

发明内容

针对现有技术中滴灌肥在密集作物施肥时存在不能促进植物吸收二氧化碳提高光合作用的缺陷，本发明提供一种高效微藻滴灌肥的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高效微藻滴灌肥，由以下重量百分比组分复配而成：小球藻活菌液40%~50%、混合藻发酵液6%~10%、褐藻酸1%~5%、硫酸铵1%~5%、氯化钾1%~5%、硫酸镁1~5%、黄腐酸钾5%~10%、余量为水。

所述高效微藻滴灌肥具体制备方法如下：

小球藻活菌液的制备：

（1）培养获得细胞浓度达2×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物；

（2）将小球藻液体培养物和功能化离子液体按照体积比（6~8）：（2~4）在25~30℃、0.1~0.5Mpa下充分混合后放置12h，得到小球藻活菌液；

所述的功能化离子液体为氨基化离子液体、氟烷基化离子液体、氰基化离子液体中的一种；

混合藻发酵液的制备：

（1）按重量份数比，取海带粉10~20份，褐藻酸溶液20~30份，细胞浓度达1×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物50~60份进行混合得到混合液；

（2）于混合液中加入其质量2~3倍的Basal液体培养基，接种0.1%~0.5%复合菌，在28~32℃、140~220r/min、2000~4000lux光照下连续发酵20~30h，即可得到混合藻发酵液；

所述复合菌含有以下菌类：黑曲霉、米曲霉和绿色木霉；

滴灌肥的制备：

按重量百分比计，取上述小球藻活菌液40%~50%、混合藻发酵液6%~10%、褐藻酸1%~5%、硫酸铵1%~5%、氯化钾1%~5%、硫酸镁1%~5%、黄腐酸钾5%~10%、余量为水进行混合，即得高效持久微藻活菌滴灌肥。

以小球藻为支撑体，在小球藻表面固载功能化离子液体，混合小球藻和海带发酵提取物制备成离子液膜态的滴灌肥，能提高二氧化碳捕集效率；功能化离子液体能对大气中的二氧化碳进行吸收富集，然后并传递到小球藻进行光合作用，同时混合藻发酵液中的褐藻酸能与离子液体形成一层液膜，使本发明的滴灌肥在喷施后形成一层薄膜，增大了滴灌肥和根部的接触面，减少了营养的流失和植物的蒸腾作用；

褐藻酸和海带发酵产物甜菜碱能提高植物的抗病能力，褐藻酸能使水溶性物质更容易地透过植物表面进入到植物细胞中，使植物更高效的吸收微藻中的营养物质；甜菜碱能促进植物细胞叶绿素的合成，进一步提高了植物的光合作用，从而调节了植物在吸收过程中由于气孔增大而增大的蒸腾作用与光合作用之间的平衡，使植物积累更多的有机物，促进生长。

叶面背部的气孔数量大于叶面上部，然而叶面密集的作物下部缺少光照和二氧化碳量，导致叶面背部蒸腾作用大于光合作用，本发明制备的滴灌肥施用于植物根部后能有效捕集二氧化碳，提高叶面背部的光合作用效率。

黄腐酸不仅能提高植物生长、提高光合作用速率，同时能提高水溶肥的渗透速率，从而使植物能更快的吸收营养物质，避免了干旱高温使营养物质挥发造成的浪费。

作为本发明的进一步改进，所述的Basal培养基含有以下浓度的物质：葡萄糖 20~50g/L，NaNO₃ 1250~3750mg/L，KH₂PO₄ 1250mg/L，MgSO₄·7H₂O 1000mg/L，EDTA 500mg/L，H₃BO₃ 114.2mg/L，CaCl₂·2H₂O 111mg/L，FeSO₄·7H₂O 49.8mg/L，ZnSO₄·7H₂O 88.2mg/L，MnCl₂·4H₂O 14.2mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O 11.92mg/L，CuSO₄·5H₂O 15.7mg/L，Co(NO₃)₂·6H₂O4.9 mg/L，pH为6.1。

作为本发明的进一步改进，所述复合菌由2×10⁷~5×10⁷个/mL孢子悬浮液的米曲霉、2×10⁷~5×10⁷个/mL孢子悬浮液的黑曲霉和1×10⁷~1.5×10⁷个/mL孢子悬浮液的绿色木霉按照体积比1:1:5混合而成。

单菌发酵所产的纤维素酶存在酶系不完整和个别酶活低的缺陷，如绿色木霉及其近缘菌株发酵产内切葡聚糖酶活力较高，但所产的纤维素酶中普遍存在β-葡萄糖苷酶（β-GA）活力低的缺陷，而黑曲霉产β-葡萄糖苷酶能力较高，产内切和外切葡聚糖酶能力较低，米曲霉发酵不仅能产蛋白酶和纤维素酶，同时产植酸酶以促进发酵液中菌的生长。通过复合菌发酵的互补能有效酶解小球藻细胞使藻内营养物质流出、大分子有机物降解为易吸收的小分子物质。米曲霉、黑曲霉和绿色木霉在繁殖过程中会产生孢子，影响微藻光合作用和叶绿体的光合作用能力，因此不宜浓度过大，但浓度过低的孢子量产生的酶活力低，无法完全降解快速生长的小球藻细胞，因此采用上诉孢子浓度的菌液作为混合菌发酵能最大程度促进藻细胞生长和降解藻细胞。

作为本发明的进一步改进，所述的氨基化离子液体为1-（3-氨基丙基）-3丁基咪唑四氟硼酸盐（[NH2p-bim]BF4）、1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐([APMIm][Br])中一种。

作为本发明的进一步改进，所述的氟烷基化离子液体为N-氨丙基-3-甲基咪唑三氟甲砜（[H₂NC₃H₆mim][CF₃SO₃]）、N-氨丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺（[H₂NC₃H₆mim][Tf₂N]）中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述的氰基化离子液体为1-丁基-三甲基咪唑二氰胺(［bmim］［N(CN)2］)、1-乙基-3甲基咪唑四氰硼酸盐（[emim][B（CN）₄]）中一种。

功能化离子液体对二氧化碳的吸收能力优于常规离子液体，氨基化离子液体可以对二氧化碳进行吸收和传递，使二氧化碳进入小球藻细胞和叶片细胞中，提高植物的光合作用。氟烷基化离子液体具有复杂的氢键网状结构，能大面积的吸收二氧化碳，提高植物细胞的二氧化碳的捕集效率。氰基化离子液体的极性原子可以与二氧化碳中碳原子发生Lewis酸碱作用，提高叶绿体对二氧化碳的利用率。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的微藻滴灌肥，结合小球藻的高效光合作用和氨基功能化离子液体液膜对二氧化碳的高效吸附和传递，使制备的滴灌肥具有更高的二氧化碳捕集效率，从而提高植物光合作用；

2、本发明制备的滴灌肥，能在植物吸收部表面形成一层膜，减少了肥力流失，同时褐藻酸能促进植物对营养物质的吸收，表面呈膜还能减少蒸腾作用，使光合作用和蒸腾作用保持平衡，避免了积累有机物的流失，促进植物生长。

3、本发明制备的滴灌肥能将二氧化碳捕集在植物叶面密集的下部，提高植物下部因为叶面遮挡缺光、缺少二氧化碳而下降的光合作用效率，同时提高植物叶面背面气孔对二氧化碳的利用率，从而促进植物生长。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不用来限制本发明的范围，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段，所用原料均为市售商品。

一、小球藻活菌液的制备

实施例1

（1）培养获得细胞浓度达2×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物；

（2）将小球藻液体培养物和1-（3-氨基丙基）-3丁基咪唑四氟硼酸盐（[NH2p-bim]BF4）离子液体按照体积比6：4在25℃、0.1Mpa下充分混合后放置12h，得到小球藻活菌液；

实施例2

（1）培养获得细胞浓度达2×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物；

（2）将小球藻液体培养物和N-氨丙基-3-甲基咪唑三氟甲砜（[H₂NC₃H₆mim][CF₃SO₃]）离子液体按照体积比8：2在28℃、0.5Mpa下充分混合后放置12h，得到小球藻活菌液；

实施例3

（1）培养获得细胞浓度达2×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物；

（2）将小球藻液体培养物和1-丁基-三甲基咪唑二氰胺(［bmim］［N(CN)2］)离子液体按照体积比7：3在26℃、0.3Mpa下充分混合后放置12h，得到小球藻活菌液；

二、混合澡发酵液的制备

实施例4

（1）按重量份数比，取海带粉20份，褐藻酸溶液30份，细胞浓度达1×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物50份进行混合得到混合液；

（2）于混合液中加入其质量2倍的Basal液体培养基，接种0.1%复合菌，在28℃、140r/min、2000lux光照下连续发酵20h，即可得到混合藻发酵液；

所述复合菌由2×10⁷个/mL孢子悬浮液的米曲霉、2×10⁷个/mL孢子悬浮液的黑曲霉和1×10⁷个/mL孢子悬浮液的绿色木霉按照体积比1:1:5混合而成。

所述的Basal培养基含有以下浓度的物质：葡萄糖 20g/L，NaNO₃ 1250mg/L，KH₂PO₄1250mg/L，MgSO₄·7H₂O 1000mg/L，EDTA 500mg/L，H₃BO₃ 114.2mg/L，CaCl₂·2H₂O 111mg/L，FeSO₄·7H₂O 49.8mg/L，ZnSO₄·7H₂O 88.2mg/L，MnCl₂·4H₂O 14.2mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O11.92mg/L，CuSO₄·5H₂O 15.7mg/L，Co(NO₃)₂·6H₂O 4.9 mg/L，pH为6.1。

实施例5

（1）按重量份数比，取海带粉20份，褐藻酸溶液30份，细胞浓度达1×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物50份进行混合得到混合液；

（2）于混合液中加入其质量3倍的Basal液体培养基，接种0.5%复合菌，在32℃、220r/min、4000lux光照下连续发酵30h，即可得到混合藻发酵液；

所述复合菌由5×10⁷个/mL孢子悬浮液的米曲霉、5×10⁷个/mL孢子悬浮液的黑曲霉和1.5×10⁷个/mL孢子悬浮液的绿色木霉按照体积比1:1:5混合而成。

所述的Basal培养基含有以下浓度的物质：葡萄糖50g/L，NaNO₃ 3750mg/L，KH₂PO₄1250mg/L，MgSO₄·7H₂O 1000mg/L，EDTA 500mg/L，H₃BO₃ 114.2mg/L，CaCl₂·2H₂O 111mg/L，FeSO₄·7H₂O 49.8mg/L，ZnSO₄·7H₂O 88.2mg/L，MnCl₂·4H₂O 14.2mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O11.92mg/L，CuSO₄·5H₂O 15.7mg/L，Co(NO₃)₂·6H₂O 4.9 mg/L，pH为6.1。

实施例6

（1）按重量份数比，取海带粉18份，褐藻酸溶液25份，细胞浓度达1×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物57份进行混合得到混合液；

（2）于混合液中加入其质量3倍的Basal液体培养基，接种0.4%复合菌，在30℃、200r/min、3500lux光照下连续发酵24h，即可得到混合藻发酵液；

所述复合菌由3×10⁷个/mL孢子悬浮液的米曲霉、3×10⁷个/mL孢子悬浮液的黑曲霉和1.2×10⁷个/mL孢子悬浮液的绿色木霉按照体积比1:1:5混合而成。

所述的Basal培养基含有以下浓度的物质：葡萄糖 35g/L，NaNO₃ 3000mg/L，KH₂PO₄1250mg/L，MgSO₄·7H₂O 1000mg/L，EDTA 500mg/L，H₃BO₃ 114.2mg/L，CaCl₂·2H₂O 111mg/L，FeSO₄·7H₂O 49.8mg/L，ZnSO₄·7H₂O 88.2mg/L，MnCl₂·4H₂O 14.2mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O11.92mg/L，CuSO₄·5H₂O 15.7mg/L，Co(NO₃)₂·6H₂O 4.9 mg/L，pH为6.1。

三、微藻滴灌肥的制备

实施例7

按重量百分数计，取实施例1小球藻活菌液40%，实施例4混合藻发酵液6%，褐藻酸1%、硫酸铵5%、氯化钾5%、硫酸镁1%、黄腐酸钾5%、余量为水进行混合，即得高效持久微藻活菌滴灌肥。

实施例8

按重量百分数计，取实施例2小球藻活菌液50%，实施例5混合藻发酵液10%，褐藻酸5%、硫酸铵1%、氯化钾5%、硫酸镁5%、黄腐酸钾10%、余量为水进行混合，即得高效持久微藻活菌滴灌肥。

实施例9

按重量百分数计，取实施例3小球藻活菌液42%，实施例6混合藻发酵液8%，褐藻酸2%、硫酸铵2%、氯化钾2%、硫酸镁3%、黄腐酸钾8%、余量为水进行混合，即得高效持久微藻活菌滴灌肥。

四、试验例

将实施例9制得的高效微藻滴灌肥，每亩施用1~10kg，稀释100~150倍滴灌，在实验基地进行试验，与农民常规施肥相比，对比结果如下表：

由上表可知，通过对黄瓜、茄子、苹果、柑橘和葡萄等作物的施用，与常规元素水溶肥相比，可以提高作物产量17%以上。可见，本发明的高效微藻滴灌肥具有很好的促进植物生长的功效。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.小球藻活菌液的制备

（1）培养获得细胞浓度达2×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物；

（2）将小球藻液体培养物和功能化离子液体按照体积比（6~8）:（2~4）在25~30℃、0.1~0.5Mpa下充分混合后放置12h，得到小球藻活菌液；

所述的功能化离子液体为氨基化离子液体、氟烷基化离子液体、氰基化离子液体中的一种；

B.混合藻发酵液的制备

（1）按重量份数比，取海带粉10~20份，褐藻酸溶液20~30份，细胞浓度达1×10⁸个/mL以上的小球藻液体培养物50~60份进行混合得到混合液；

（2）于混合液中加入其质量2~3倍的Basal液体培养基，接种0.1%~0.5%复合菌，在28~32℃、140~220r/min、2000~4000lux光照下连续发酵20~30h，即可得到混合藻发酵液；

所述复合菌含有以下菌类：黑曲霉、米曲霉和绿色木霉；

C.滴灌肥的制备

按重量百分比计，取上述小球藻活菌液40%~50%、混合藻发酵液6%~10%、褐藻酸1%~5%、硫酸铵1%~5%、氯化钾1%~5%、硫酸镁1%~5%、黄腐酸钾5%~10%、余量为水进行混合，即得高效持久微藻活菌滴灌肥。

2.如权利要求1所述的一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，所述的Basal培养基含有以下浓度的物质：葡萄糖 20~50g/L，NaNO₃ 1250~3750mg/L，KH₂PO₄ 1250mg/L，MgSO₄·7H₂O 1000mg/L，EDTA 500mg/L，H₃BO₃ 114.2mg/L，CaCl₂·2H₂O 111mg/L，FeSO₄·7H₂O 49.8mg/L，ZnSO₄·7H₂O 88.2mg/L，MnCl₂·4H₂O 14.2mg/L，Na₂MoO₄·2H₂O 11.92mg/L，CuSO₄·5H₂O 15.7mg/L，Co(NO₃)₂·6H₂O 4.9 mg/L，pH为6.1。

3.如权利要求1所述的一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，所述复合菌由2×10⁷~5×10⁷个/mL孢子悬浮液的米曲霉、2×10⁷~5×10⁷个/mL孢子悬浮液的黑曲霉和1×10⁷~1.5×10⁷个/mL孢子悬浮液的绿色木霉按照体积比1:1:5混合而成。

4.如权利要求1所述的一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，所述的氨基化离子液体为1-（3-氨基丙基）-3丁基咪唑四氟硼酸盐（[NH₂p-bim][BF₄]）、1-氨丙基-3-甲基咪唑溴盐([APMIm][Br])中一种。

5.如权利要求1所述的一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，所述的氟烷基化离子液体为N-氨丙基-3-甲基咪唑三氟甲砜（[H₂NC₃H₆mim][CF₃SO₃]）、N-氨丙基-3-甲基咪唑双（三氟甲磺酰）亚胺（[H₂NC₃H₆mim][Tf₂N]）中的一种。

6.如权利要求1所述的一种高效微藻滴灌肥的制备方法，其特征在于，所述的氰基化离子液体为1-丁基-三甲基咪唑二氰胺(［bmim］［N(CN)₂］)、1-乙基-3甲基咪唑四氰硼酸盐（[emim][B(CN)₄]）中一种。