CN110691508B - 植物生长培养基及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产植物生长培养基的方法，该方法包括对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理，从而产生适合作为植物生长培养基的浆料。本发明还涉及一种由微生物纤维素材料生产的植物生长培养基。

Description

植物生长培养基及其制备方法

技术领域

本发明涉及植物生长培养基以及生产植物生长培养基的方法。更具体地，本发明提供了一种加工微生物纤维素以生产植物生长培养基的方法以及从微生物纤维素获得的植物生长培养基。

背景技术

背景技术中的下述讨论仅旨在便于本发明的理解。该讨论并不是承认或认可在申请的优先权日之前所提及的任何材料是公知常识的一部分或者曾经是公知常识的一部分。

用于种子萌发和植物生长的无土培养基因其在控制水、养分供应以及抑制土壤传播疾病的能力在园艺中变得越来越流行。不幸的是，这些基质中的大多数是合成的和/或不可生物降解的，这体现了再种植和处置或用于可食用植物时的问题。

尽管使用非合成的基质是已知的，但是这些基质主要限于基于植物的纤维素材料。然而，尽管这种材料的保水能力可媲美某些其它类型的基质，但是如果不能连续地浇水，它们仍必须经常浇水。

微生物纤维素是由某些类型的细菌产生的有机化合物。虽然微生物纤维素与植物纤维素具有相同的分子式，但是它的高分子性质和特性大不相同。吸引它成为植物生长基质的这些特性之一是高保水能力。然而，尽管具有良好的保水能力，但是微生物纤维素的结构对于根系穿透(root penetration)而言过于致密。

在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则词语“包括”或者其变体将被理解为包括指定的整数或整数组，但不排除任何其它整数或整数组。

本文描述的发明可以包括一个或多个值的范围(如，大小、位移和场强等)。值的范围应理解为包括该范围内的所有值，包括定义该范围的值和与该范围相邻的值，这些与范围相邻的值导致的结果与紧邻限定边界范围的值的结果相同或基本相同。

发明内容

本发明提供了一种用于生产植物生长培养基的方法，该方法包括：

对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理，从而产生适合作为植物生长培养基的浆料(pulp)。

在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则术语“适合作为植物生长培养基”或其变体应理解为是指可用来代替土壤支持植物生长的培养基。该培养基提供了种子萌发的物质并为植物的根系提供了支持。

在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则术语“潮湿的微生物纤维素”或其变体应理解为是指具有含水量的微生物纤维素材料。

在本发明的一种形式中，微生物纤维素材料由细菌种类产生，所述细菌种类选自包括八叠球菌属(Sarcina sp.)、土壤杆菌属(Agrobacterium sp.)和醋酸杆菌属(Acetobacter sp.)的组。

如本领域技术人员理解的，微生物纤维素是由细菌产生的β-1,4-D-葡萄糖亚基(sub-units)的有机聚合物。有利地，微生物纤维素是有机的并且是完全可生物降解的。

在整个说明书中，除非上下文另外要求，否则术语“均化处理”或其变体应理解为减小混合物的至少一个部分的粒度的过程，该混合物包含至少两个离散部分。在本发明的上下文中，均化处理减小了微生物纤维素的平均粒度。均化处理不必产生完全的均匀混合物。

细菌产生的潮湿的微生物纤维素作为微生物纤维素原纤维的三维基质(three-dimensional matrix)。该基质形成为致密的垫子(mat)，形成凝胶状的膜状形态。尽管种子可能在未处理的潮湿的微生物纤维素上萌发，但是发明人已经确定了在萌发之后，根部无法穿透致密的原纤维网络。因此，根部不能充分利用保持在微生物纤维素结构中的水。发明人已经发现减小微生物纤维素的粒度可允许植物的根部穿透，同时保留适合作为植物生长培养基所需的保水性能。不希望受到理论的束缚，可以理解的是，本发明的粒度减小至少部分地破坏了微生物纤维素原纤维的致密的三维基质。有利地，与未处理的微生物纤维素的致密网络不同，植物种子的根部能够穿透浆料并获得使根系适当发育的结构支撑。已经发现，对潮湿的微生物纤维素进行均化处理可以将微生物纤维素的粒度减小到特定的狭窄范围内。发明人理解的是，已经发现这种粒度的减小使微生物纤维素浆料适合用作植物生长培养基。

优选地，均化处理选自机械均化处理、压力均化处理或其组合中的任何一种。更优选地，均化处理是机械均化处理。

如本领域技术人员理解的，机械均化处理通过机械力施加的应力使潮湿的微生物纤维素变形和/或破裂。机械力选自拉伸应力、弯曲应力、压缩应力、扭转应力、冲击应力和剪切应力中的一种或多种。优选地，机械力是压缩应力、冲击应力和剪切应力中的任何一种或多种。

如本领域技术人员理解的，压力均化处理迫使潮湿的微生物纤维素流通过系统，该系统经受多种力中的任何一种，所述力旨在减小任何组分中的粒度。通常，样品被迫通过具有狭窄缝隙的阀门(valve)或膜。在实践中，根据特定系统的设置，高压均化器可以在剪切力、冲击力和气穴现象的任意组合下运行。

发明人已经发现，使用高速旋转刀片的机械均化在微生物纤维素的均化中特别有用。在这样的处理中，可以理解的是，机械力主要包括旋转叶片和微生物纤维素的碰撞所产生的冲击力和因培养基中的速度差而产生的剪切力。

在本发明的一种形式中，均化处理在均化装置中进行。如本领域技术人员理解的，能够将机械力施加给微生物纤维素的任何设备都是合适的。优选地，该设备是搅拌机。

如本领域技术人员理解的，经常通过激光衍射分析来测量粒度分布，并使用D值表示。各个D值的含义是：

D10：按体积计算，10％的颗粒的尺寸小于的尺寸；

D50：按体积计算，50％的颗粒的尺寸小于的尺寸；和

D90：按体积计算，90％的颗粒的尺寸小于的尺寸。

在整个说明书中，对粒度分布特征的引用是指由激光衍射分析测量的特征。

优选地，浆料的粒度分布是D90在750～1500μm之间。更优选地，D90在1000～1400μm之间。

优选地，浆料的粒度分布是D50在330～800μm之间。更优选地，D50在400～700μm之间。更优选地，D50在500～650μm之间。

优选地，浆料的粒度分布是D10在40～150μm之间。更优选地，D10在60～120μm之间。更优选地，D10在80～105μm之间。

在本发明的一种形式中，D10至少为40μm，且D90小于1500μm。优选地，D10至少为60μm，且D90小于1400μm。更优选地，D10至少为80μm，且D90小于1300μm。更优选地，D10至少为100μm并且D90小于1200μm。

在本发明的方法的优选形式中，在对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理之前，所述方法包括以下步骤：

从生长培养基中分离出微生物纤维素，以产生潮湿的微生物纤维素。

在本发明方法的替代形式中，在对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理之前，所述方法包括以下步骤：

将水溶液施加到干燥的微生物纤维素上，以产生潮湿的微生物纤维素。

有利地，发明人已经确定，本发明还原干燥微生物纤维素的方法的适用性允许经济地将干燥的微生物纤维素从生产它的位置运输到通过本发明的方法进行进一步处理的位置。发明人理解的是，当干燥微生物纤维素时，基质的结构发生变形且难以将微生物纤维素还原到原始程度。因此，优选地使用从生长培养基分离的潮湿的微生物纤维素。此外，优选的是不允许浆料干透(dry out)。

在本发明的一种形式中，在施加水溶液以产生潮湿的微生物纤维素之前，对干燥的微生物纤维素进行尺寸减小。

在本发明的一种形式中，该方法还包括控制潮湿的微生物纤维素的含水量的步骤。优选地，控制浆料的含水量的步骤更具体地包括对潮湿的微生物纤维素进行浇水或脱水。

在本发明的一种形式中，潮湿的微生物纤维素中的微生物纤维素的浓度为0.1～2.5wt/wt％。如本领域技术人员理解的，wt/wt％是指100g浆料中微生物纤维素的重量百分比。例如，10wt/wt％是指将10g的微生物纤维素用水补足到100g。

如本领域技术人员理解的，潮湿的微生物纤维素中的水越少，潮湿的微生物纤维素越稠密。发明人已经发现，随着潮湿的微生物纤维素的浓度接近2.5wt/wt％，潮湿的微生物纤维素变得太稠而不能有效地进行均化处理以产生适合于植物生长培养基的浆料。

优选地，微生物纤维素的浓度在0.2～2.0wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.2～1.5wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.5～1.2wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.5～1.0wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.6～0.9wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.7～0.8wt/wt％之间。

当微生物纤维素的浓度在0.1～1.0wt/wt％之间时，通过激光衍射分析(laserdiffraction analysis)测量D10、D50和D90。

当微生物纤维素的浓度在1.0～2.5wt/wt％之间时，通过一系列的嵌套式测试筛(nested test sieve)测量D10、D50和D90。

在本发明的一种形式中，浆料的浓度小于2.5wt/vol％。如本领域技术人员理解的，wt/vol％是指100ml浆料中微生物纤维素的重量百分比。例如，10wt/vol％是指100ml浆料中含有10g微生物纤维素。

在本发明的一种形式中，浆料的密度小于0.025g/cm³。如本领域技术人员理解的，密度是指每立方厘米浆料的重量。

在本发明的一种形式中，浆料的粘度在0.0030～0.088Pa.s(帕.秒)之间。优选地，浆料的粘度在0.0030～0.065Pa.s之间。更优选地，浆料的粘度更优选在0.0035～0.0275Pa.s之间。仍优选地，浆料的粘度在0.006～0.0275Pa.s之间。仍优选地，浆料的粘度在0.008～0.0275Pa.s之间。仍然优选地，浆料的粘度仍优选在0.01～0.018Pa.s之间。

如上所述，本发明的均化处理将产生适合用作植物生长培养基的浆料。不希望受理论的束缚，发明人理解的是，浆料中微生物纤维素的浓度和微生物纤维素的粒度都直接影响浆料用作植物生长培养基的适用性。如上所述，非均化的潮湿的微生物纤维素的密集堆积的纤维不允许根系穿透。均化处理被理解为减小了微生物纤维素的粒度，破坏了纤维堆积并允许根系穿透。发明人已经确定，如果浆料中的微生物纤维素的wt/wt％浓度和/或其粒度减小太多，浆料将无法支撑正在发育的幼苗或新芽的重量。此外，浆料的保水能力降低，不利于植物生长。

在本发明的一种形式中，在对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理之前，所述方法包括以下步骤：

洗涤潮湿的微生物纤维素。

在本发明的优选形式中，洗涤潮湿的微生物纤维素的步骤包括：在60℃～100℃的温度下在水中加热潮湿的微生物纤维素。

更优选地，洗涤潮湿的微生物纤维素的步骤包括在水中使潮湿的微生物纤维素沸腾。

在本发明的一种形式中，在对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理之前，所述方法包括以下步骤：

净化潮湿的微生物纤维素。

在本发明的优选形式中，净化潮湿的微生物纤维素的步骤包括在水中使潮湿的微生物纤维素沸腾。

在本发明的一种形式中，浆料是可浇注的(pourable)。

根据本发明的另一方面，提供了一种通过上述方法制备的植物生长培养基。

根据本发明的另一方面，提供了一种植物生长培养基，该植物生长培养基包括微生物纤维素浆料，其中，该浆料包括0.1～2.5wt/wt％的微生物纤维素且该浆料的粒度分布是D90在750～1500μm之间。

优选地，微生物纤维素的浓度在0.2～2.0wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.2～1.5wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.5～1.2wt/wt％。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.5～1.0wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.6～0.9wt/wt％之间。更优选地，微生物纤维素的浓度在0.7～0.8wt/wt％之间。

优选地，D90在1000～1400μm之间。

优选地，浆料的粒度分布为D50在330～800μm之间。更优选地，D50在400～700μm之间。更优选地，D50在500～650μm之间。

优选地，浆料的粒度分布为D10在40～150μm之间。更优选地，D10在60～120μm之间。更优选地，D10在80～105μm之间。

在本发明的一种形式中，D10至少为40μm且D90小于1500μm。优选地，D10至少为60μm且D90小于1400μm。更优选地，D10至少为80μm且D90小于1300μm。更优选地，D10至少为100μm且D90小于1200μm。

根据本发明的另一方面，提供了一种植物生长培养基，该植物生长培养基包括微生物纤维素浆料，其中，该浆料包括小于2.5wt/vol％的微生物纤维素且浆料的粒度分布为D90在750～1500μm之间。

根据本发明的另一个方面，提供了一种植物生长培养基，该植物生长培养基包括微生物纤维素浆料，其中，浆料的密度小于0.025g/cm³，且浆料的粒度分布为D90在750～1500μm之间。

在本发明的一种形式中，浆料的堆积密度(bulk density)在0.005～0.015g/cm³之间。优选地，浆料的堆积密度在0.006～0.010g/cm³之间。优选地，浆料的堆积密度在0.007～0.009g/cm³之间。如本领域技术人员理解的，在本文中，材料的堆积密度是指每单位体积的浆料中微生物纤维素的干重。总体积是固体和含水量(water content)总共的体积。因此，堆积密度指每单位干燥材料的浆料的持水能力。

如上所述，本发明的均化处理破坏了微生物纤维素的纤维的密集网络(densenetwork)，从而增加了水相(aqueous phase)在其中的分散。如本领域技术人员理解的，在经历均化处理之前，潮湿的微生物纤维素的堆积密度在0.025～0.045g/cm³之间。这表明了与未处理的微生物纤维素相比，浆料的持水能力增加。持水能力的增加特别有利于支持植物的生长。另外，本发明的植物生长基质的堆积密度比可商购获得的无土基质(例如，盆土基质)的堆积密度低得多，无土基质的堆积密度在0.25～0.75g/cm³之间。蛭石的堆积密度在0.7～1.1g/cm³之间。本发明的植物生长培养基的低堆积密度显示了其具有非常高的持水能力。极低的堆积密度也表明它是轻便的，价格便宜且易于运输。许多种子萌发和植物生长培养基的运输成本高得令人难以承受。

在整个说明书中，除非上下文另有要求，否则术语“田间持水量”(fieldcapacity)或其变体应理解为是指仅在重力作用下允许过量水排出一段时间直到没有更多的水排出为止后残留在土壤/培养基中的水量。

在本发明的一种形式中，浆料处于田间持水量时的重量持水量(gravimetricwater capacity)(θg)为71.6～76.5g H₂O/1g干燥的微生物纤维素(～7405％)。这与θg为～0.03g/g(3％)的沙土和θg为～0.4g/g(40％)的黏土进行比较。较高的θg意味着本发明的植物生长培养基中含有大量的水和/或用于种子萌发和植物生长的营养液。

在本发明的一种形式中，植物生长培养基是可食用的。有利地，发明人发现植物生长培养基对于人类食用是安全的。如本领域技术人员理解的，大多数土壤和土壤替代物对于人类食用而言是不安全的。此外，土传病原真菌(soil borne pathogens)也存在健康风险。为了解决这些问题，在土壤中生长的任何食物或典型的土壤替代物都需要进行严格的洗涤过程。发明人发现，在本发明的浆料中生长的食品不需要这种洗涤过程就可安全食用。

附图说明

以下几个非限制性实施例的描述将更全面地描述本发明的其它特征。仅出于举例说明本发明的目的而包括该描述。不应将其理解为对上述本发明的广泛概括、公开或说明的限制。以下将参考附图进行描述，其中：

图1是一组照片，显示了在本发明植物生长培养基上的各种植物的生长与在其它植物生长培养基上的各种植物的生长的比较；

图2为尝试在本发明的植物生长培养基上进行细菌生长的显微图像；

图3是一组照片，显示了改变实施例3中制备的浆料的浓度时植物生长基质的差异；

图4是一组照片，显示了图3中植物生长基质上的植物生长的差异；和

图5是在图3的每种植物生长基质上的植物生长的曲线图。

具体实施方式

本发明涉及适合用作植物生长培养基的浆料的生产。在其最广泛的形式中，本发明的方法包括对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理，从而产生适合作为植物生长培养基的浆料。

制备潮湿的微生物纤维素

木醋杆菌(acetobacter xylinum)菌株可以通过将酒暴露于空气而自然获得。几周后，在酒的表面上形成了结实的纤维素薄膜(pellicle)表明酒已经接种了醋酸杆菌(A.xylinum)。通常，在600ml的烧杯或类似大小的容器中生长的这种微生物纤维素薄膜进一步用作制备较大培养物的起子培养物(starter culture)。为了最大程度地减少其它微生物对起子培养物的污染，容器由一块多孔纸巾密封，该纸巾用一根橡皮筋固定在容器的顶部。这使起子培养物可以呼吸。

从起子培养物中取出几片微生物纤维素薄膜(含有醋酸杆菌)并放入尺寸适合所需微生物纤维素的数量的较大容器中。这些较大的塑料容器的尺寸为5L～20L。用水将用作液体培养基的酒稀释到其原始浓度的2/3来制备用作液体培养基的酒。这使酒的酒精含量降低到大约7～8％。将薄薄的一层经过稀释的酒倒入较大的容器中，确保覆盖了微生物纤维素薄膜。将盖子放置在容器上，确保其不透气且培养物可以呼吸。1～2周之后，根据培养物暴露的温度，去除新形成的微生物纤维素薄膜，以进行进一步处理。

一旦去除了微生物纤维素薄膜，将更多经过稀释的酒加入培养物中，以形成更多的微生物纤维素，从而进行连续培养。

将潮湿的微生物纤维素薄膜干燥至水分含量小于5％。

微生物纤维素也可以干燥的高纤椰果(Nata de Coco)的形式获得(在椰子水中使用木醋杆菌生产)。

洗涤和净化潮湿的微生物纤维素

在本发明的优选形式中，洗涤潮湿的微生物纤维素的步骤包括在含有10～15g洗涤剂的3～4升的水中将30～40克干燥的微生物纤维素煮沸30分钟。使用一种效果良好的洗涤剂“Biozet Attack plus softener”，其包含阴离子和非离子表面活性剂、铝硅酸钠、碳酸钠、硅酸钠、土壤悬浮剂、荧光剂、消泡剂、酶和香料。酶是蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶。然后，在沸水(2x 3-4升，每次15分钟)和温水(2x 3-4升，每次15分钟)中进一步洗涤。

在本发明的一个实施方案中，将从培养容器中移出的微生物纤维素薄膜在洗涤剂溶液中煮沸，以去除颜色和其它杂质。经过几次更换沸水之后，将当前的白色微生物纤维素片材放置在

实验室搅拌机中，以最大速度，浸软3分钟，然后加水至最终浓度。得到的浆料具有优良的纤维黏稠度(consistency)。最终浓度为0.75wt/wt％，平均粘度为0.013Pa.s。

作为浇注溶液(pouring solution)，植物生长培养基可以被制成任何形状，且甚至可以喷洒在土壤表面上进行修复。如果将植物种子混合到浇注溶液中，那么这种新颖的种子微生物纤维素溶液将理想地喷洒到受干扰的景观(landscape)上，作为稳定土壤表面并同时开始和维持种子萌发和植物生长的一种方法。

设置植物生长培养基

可以将上述植物生长培养基浇注到底部具有排出孔的容器中，该排出孔的直径为2mm。浇注溶液可以自由排放，直到不再有水从浇注溶液中自由排放。现在，浇注溶液已达到了田间持水量(FC)，且被称为植物生长培养基。

现在，浆料能够适应种子萌发并维持植物生长。

实施例1

进行一系列生长试验，以将本发明的植物生长培养基与其它生长基质进行比较。被测试的基质为：

植物生长培养基(按照上述方法制备)。

席子(Matting)-由玉米制成的纤维垫，用于种子萌发。

蛭石–含水层状硅酸盐粘土矿

在每个基质上准备了具有以下指定植物的四个托盘：

芝麻菜(紫花南芥)

甘蓝(红球甘蓝)

野芥菜(红茎萝卜)

芥菜(京水菜)。

试验的物理条件如下：

温度范围：最高20～28℃/最低12～16℃

光照：75％遮光布

前两天用保鲜膜覆盖托盘，通过喷雾瓶浇水，每天两次。第三天移开盖子，使植物在充足的阳光下生长。

从第三天起，每天用喷雾瓶浇灌每个样品三次。

图1(a)–1(g)显示了7天中每个品种在三种不同基质上的生长进度。每个图像显示了(从右到左)：

席子的四个托盘；蛭石的四个托盘；和植物生长培养基的四个托盘。每个系列的四个托盘种植有(从左上角顺时针方向)：芝麻菜(紫花南芥)、甘蓝(红甘蓝)、野芥菜(红茎萝卜)、芥菜(京水菜)。

5天后的高度比较

种类	基质	高度(mm)*
			红茎萝卜	植物生长培养基	30-40
	蛭石	35-50
				席子	35-45
京水菜	植物生长培养基	30-45
				蛭石	40-45
	席子	30-40
			紫花南芥	植物生长培养基	25-45
	蛭石	35-50
				席子	35-45
红球甘蓝	植物生长培养基	20-25
				蛭石	30-35
	席子	25-30

*这些高度描述了每种处理方法中幼苗的平均高度，测量的是从生长培养基的顶部到叶片顶部的距离。

7天后，样品保持在充分的阳光下，但是停止浇水。与在席子和蛭石上生长的四种微型草本植物相比，在植物生长培养基上生长的四种微型草本植物没有枯萎且能够保持结构完整性。

图1显示了为期7天的试验期间中样品的一系列照片。

从上表的结果可以看出，本发明的植物生长培养基与其它无土基质一样，适于种子的萌发。有利地，相比于其它基质，本发明的植物生长培养基具有更高的保水率，可防止一旦停止浇水就枯萎。

本发明的另一个优点是，由于植物生长培养基完全是有机的，因此，在种植时，不必将其从幼苗中除去。这意味着不必为了去除植物生长培养基而破坏根系。如本领域技术人员理解的，在种植之前或在将该植物用作食物之前，必须完全去除合成的植物基质。由于根部生长穿过合成材料时，通常必须在种植前将其折断。

实施例2

对本发明的植物生长培养基上的真菌的生长进行了分析。初步试验表明，青霉菌栓(Penicillium plug)没有在植物生长培养基上生长。图2显示了第3天的显微镜图像。显微镜图像显示了绿色斑块上的青霉菌子实体(Penicillium fruiting body)，而绿色斑块没有生长在植物生长培养基上。

实施例3

进行了一系列试验，以确定均化对不同浓度的浆料的粒度的影响。在

实验室搅拌机中以最大速度对一系列具有不同浓度的浆料分别处理2分钟。然后，对每个样品进行粒度分析。结果如下所示：

浓度(wt/wt％)	D10	D50	D90	加权残差(％)	均匀度
						0.1	122.38	661.603	1388.774	0.5	0.588
0.25	130.558	686.282	1401.08	0.721	0.568
						0.5	78.765	452.305	1201.31	0.624	0.775
0.75	101.471	607.611	1342.417	0.699	0.635
						1	72.917	414.007	1225.797	0.598	0.862

如本领域技术人员理解的，D10表明按体积计，10％的样品的粒度小于所示的数字。因此，D10＝122.38um意味着按体积计，10％的样品的粒度为122.38微米或更小。描述复合物的粒度的术语通常被称为“D90”、“D50”或“D10”。

D90是指按重量计，90％的样品的粒度小于所示的数字。例如，D90为40(或D90＝40)意味着按体积计，至少90％的样品的粒度小于40微米。同样，D10表示按体积计，10％的样品的粒度小于所示数。

D50的值代表平均粒度。平均值是指以重量计，一半的样品位于该数值以上，且以体积计，一半的样品位于该数值以下。D50是以微米为单位的尺寸，该尺寸将分布划分为一半位于该直径以上，一半位于该直径以下。

已经发现，通过对潮湿的微生物纤维素进行均化处理，可使粒度在特定的狭窄范围内。已经发现，该特别狭窄的范围使微生物纤维素浆料适合作为植物生长培养基。

熟悉粉碎工艺技术的人员应理解的是，对90％或更多颗粒设定尺寸限制是进一步将本发明的浆料与呈现出较宽尺寸分布的未加工的微生物纤维素区分开的特征。由于所有通过粉碎过程减小尺寸的物质会发生尺寸变化，因而以本文所述的方式表示粒度差异是本领域技术人员容易接受的。

浆料中的微生物纤维素颗粒是不规则形状。因此，有必要通过不同于实际尺寸的测量方法来表征颗粒(如厚度或长度)，例如，通过测量特性(如衍射光的强度和角度)，并将其等同于已知的具有相同特性的球形颗粒的直径。因此，为这些颗粒分配了“等效球形直径”。通过表征大量“未知”颗粒而获得的值可以绘制为体积与直径的关系图，通常，采用体积的缩小比例值。这提供了代表样品的尺寸分布的特性曲线(累积缩小比例分布曲线)。可以直接从曲线中读取值，或者，将测量值绘制在对数概率纸上，以给出一条直线，然后可以从中读取数值。因此，找到的D90的等效球形体积直径是累积频率曲线上90％的点的统计表示。

使用Mastersizer 2000(Malvern，UK)激光衍射仪确定粒度分布。使用分散单元“Hydro 2000SM(A)”进行测量。Hydro 2000SM是潮湿的样品分散装置，其具有连续可变的单轴泵和搅拌器。在每次测量中，放置在测量系统中的样品浆料的量使模糊度(obscurance)的值落在10～20％的范围内。选择泵和搅拌器的速度，以使悬浮液的均化最大化。对于大于1.0wt/wt％的浆料，由于样品的浓厚凝胶性质而无法测量，因而无法获得均化。对于所有其它待测样品，搅拌器速度设置为2000r.p.m。

根据米氏理论或弗劳恩霍夫理论，可以将记录在测量系统的特定检测器上的激光的强度转换为粒度分布。理论的选择取决于测量的执行者。ISO 13320标准建议对小于50μm的颗粒使用米氏理论，对于较大的颗粒，两种理论提供相似的结果。当激光束通过已知大小的不透明实心圆盘时，弗劳恩霍夫模型可以预测产生的散射图案。然而，由于样品的性质，几乎没有颗粒被认为是盘状且完全不透明的，因此，采用米氏理论来测量浆料的粒度。米氏理论准确地预测了所有条件下所有材料的光散射行为。米氏模型预测了光穿过球形粒子的散射方式并考虑了光穿过或被粒子吸收的方式。

鉴于以上情况，有必要确定样品的吸收指数和折射率的指示值。测量的折射率为1.33(与水相同，因为分散相为水)，且吸收率假定为0.01(请注意，吸收率通常基于样品的颜色强度。待观察的样品越透明，越轻，吸收值越低，例如为0.0001)。

Mastersizer 2000测量了三份样品并将这些值报告为平均值。

如上表所示，浆料的浓度越低，D90的颗粒分布越大。

在2分钟的均化处理之后，还获取每个样品的粘度。这些粘度如下所示：

浓度(wt/wt％)	平均粘度(Pa.s.)
		0.1	0.0035
0.25	0.006
		0.5	0.008
0.75	0.013
		1	0.0275
2	0.065
		3	0.088

动态粘度以帕斯卡.秒(Pa.s)(其为SI单位)为单位进行测量。这些与非标准但仍在使用的cPs(厘泊)有关。测量是在Bohlin Visco 88粘度计上进行的。粘度计是带有扭矩检测系统的恒速电动机。待测试的样品放在上部测量系统和下部测量系统之间的间隙中。该仪器使用受控的剪切速率。即，它施加剪切速率(旋转速度)并测量保持剪切速率所需的合成剪切应力(扭矩)。使用一组测量系统常数将扭矩和运动转换为“流变格式”(rheological format)。

计算的剪切速率、剪切应力和粘度基于牛顿流体性质。在研究非牛顿流体时，可以通过使用转速和扭矩读数来计算真实的剪切速率等。用于将旋转速度和扭矩转换为剪切速率和应力的测量系统常数基于牛顿流体。样品以上下摆动的方式放置在两个测量系统之间。它由实心的内部圆柱体和外部圆柱体组成，圆锥形基座在外部圆柱体中旋转，样品置于两者之间。粘度计的旋转速度为572rpm，并使用测量组合系统2。在这种定向下，内圆柱的直径为25mm，外圆柱的直径为27.5mm。

从上表可以看出，粘度随着样品浓度的增加而增加。潮湿的微生物纤维素的粘度约为0.12至0.13Pa.s。这比均化处理后产生的浆料的粘度高得多。发明人认为这证明了均化处理对未处理的潮湿的微生物纤维素的纤维状网络(fibrous network)的密集堆积的影响。

进行了一系列试验，以确定不同程度的均化对粒度的影响。结果如下所示：

从以上结果可以看出，混合时间的增加显著地减少了颗粒的尺寸。

实施例4

浓度超过1.0wt/wt％的微生物纤维素浆料无法使用Mastersizer 2000来测量，因为浆料太稠而无法通过仪器。本领域技术人员可理解的，可以通过使用分散单元来克服该问题，以在将样品引入仪器之前，更均匀地分散样品。然而，发明人发现，由于颗粒的团聚能力，本发明的浆料不能均匀分散。这样，如果通过激光衍射技术测量粒度，则该测量将不能反映真实的结果。

为了测量浓度高于1.0wt/wt％的浆料的粒度分布，发明人使用了筛分测量技术。筛分测量技术涉及使用一系列嵌套测试筛(nested test sieves)(Endecotts Ltd)，尺寸分别从4.75mm、2mm、1mm、500um和250μm减小。通过平缓的水流，浆料的样品穿过这些筛子，以使颗粒移动通过筛子。筛分部分中剩余的颗粒的重量被计算为添加的原始样品的百分比。2.9wt/wt％和4.8wt/wt％的微生物纤维素样品分别在

实验室混合器中以最大的速度处理3分钟。然后，对每个样品进行粒度分析。结果如下表所示：

实施例5

进行了一系列试验，以确定浆料中的微生物纤维素的浓度变化对将该浆料用作植物生长培养基的适合性的影响。将每个样品混合2分钟，将单独的0.5wt/wt％的样品进一步处理3分钟和5分钟。然后，将每个样品转移到半透明的塑料托盘中，直到达到托盘的顶部(1.7厘米)。然后，允许每个托盘进行排水直到达到田间持水量。测量残留物的高度。

图3图示了每种样品在田间持水量下的照片。将浆料以不同的浓度倒入塑料托盘中，排水约一小时，以达到田间持水量。塑料托盘的基座上每1cm²钻有2mm的孔，以使水从浆料中排出。如果浆料中所含的微生物纤维素的浓度过低，则水会排出，从而减少了种子生长所需的微生物纤维素的量。这可从0.1和0.25wt/wt％的处理中看到。由于较小的粒度分布且水从排出孔中排出，浸泡5分钟的0.5wt/wt％的微生物纤维素还显示出塑料托盘中的浆料减少。一旦达到田间持水量，0.75wt/wt％、1.0wt/wt％、1.5wt/wt％和2.0wt/wt％的处理使托盘中留有足够的微生物纤维素浆料，为良好的种子萌发和随后的生长保留足够的水。2.0wt/wt％的样品的浆料显示出更多的固体状性质并且不可浇注。发明人认为，较高的浓度导致较小的微生物纤维素部分被浸软。由于残留了大量的纳米纤维素纤维的密集网络，浆料仍然比较坚硬。

然后，将1.85g的芝麻菜种子添加到每个托盘中，再用穿孔的封口膜覆盖托盘。图4显示了63小时的植物的生长。在63个小时后，每隔7和10小时(大约)定期给植物浇水。发芽的温度范围为19℃～32.8℃。

托盘的照片是在95小时的时候拍摄的，结果如图5所示。

托盘的照片是在141小时的时候拍摄的，结果如图6所示。

定期测量每个样品的生长，结果如下所示：

生长	63小时	71小时	95小时	112小时	141小时
						0.1wt/wt％	2.2	2.5	2.6	2.6	3.3
0.25wt/wt％	1.4	2	2.5	2.7	2.5
						0.5wt/wt％,2分钟	1.1	2	3.3	3.1	2.7
0.5wt/wt％,3分钟	1.3	2	2.4	3.1	2.8
						0.5wt/wt％,5分钟	1	1	1	1	1.6
0.75wt/wt％	1.7	2.6	3.3	3.6	4.2
						1wt/wt％	1.6	2.3	3	3.5	4.3
1.5wt/wt％	1.7	2.5	3	3.5	4
						2.0wt/wt％	1.5	2.4	2.8	3.7	4.1

为了比较，将这些结果绘制在图表中，结果如图7所示。

托盘中剩余的微生物纤维素浆料较少，在达到田间持水量之后，托盘中保留的水量越少，可用于种子萌发和植物生长的水量越少。从结果可以看出，经过均化5分钟的0.5wt/wt％的样品显示出较差的植物生长。发明人相信该样品的粒度减小意味着大部分的MC培养基通过排出孔损失，导致支持植物生长的浆料和水更少。产品。由于缺乏可用的水，95小时之后，某些植物(例如，0.25wt/w％)的生长减少。与其它样品相比，由于可用水增加，因而0.75wt/wt％，1.0wt/wt％，1.5wt/wt％和2.0wt/wt％的处理获得了优秀的植物生长。

对比例

如上所述，潮湿的微生物纤维素(在均化之前)形成为致密纤维的凝胶状基质。这些纤维不允许根系穿透基质。为了将潮湿的微生物纤维素的物理性质与本发明的浆料的物理性质进行比较，生产了一系列微生物纤维素薄膜。生产了三张潮湿的微生物纤维素薄膜，每张薄膜的直径为10.5cm。两张薄膜的厚度为1cm，第三张薄膜的厚度为0.5cm。称取潮湿的微生物薄膜，然后，在再次称重之前，在烤箱中干燥两个小时，以除去水。这允许计算潮湿的微生物薄膜的wt/vol％和wt/wt％。结果如下所示：

薄膜	厚度	体积(cm<sup>3</sup>)	湿重	干重	wt/vol％	wt/wt％	密度(g/cm<sup>3</sup>)
								1	0.5	43.3	39	1.1	2.54	2.82	0.025
2	1	86.5	76	2.5	2.89	3.29	0.029
								3	1	86.5	83	3.3	3.82	3.98	0.038

在纯的(unadulterated)薄膜中，微生物纤维素的浓度范围为2.5～3.8wt/vol％。发明人理解的是，本发明的均化处理将减小微生物纤维素的粒度，使其更大程度地分散在水性培养基中。当浆料的wt/vol％接近2.5wt/vol％时，浆料变得与纯的薄膜一样稠。这将不允许植物的根系渗透，因此不适合种子萌发和植物生长。

如上所述，均化处理生产的浆料的堆积密度为0.005和0.015g/cm³。这显著地降低了上述计算的未处理的潮湿的微生物纤维素的堆积密度。这表明，与未处理的潮湿的微生物纤维素相比，浆料具有更高的持水能力。如本领域技术人员理解的，增加持水量特别有利于支持植物生长。

本领域技术人员将理解的是，本文描述的发明除了那些具体的描述之外还可以进行变化和修改。本发明包括所有这样的变化和修改。本发明还包括说明书中单独或共同提及或指出的所有步骤、特征、配方和化合物以及任何和所有组合，或者，任何两个或更多个步骤或特征。

Claims (17)

1.一种生产植物生长培养基的方法，所述方法包括：

控制潮湿的微生物纤维素的含水量；和

对潮湿的微生物纤维素材料进行均化处理，从而产生适合作为植物生长培养基的浆料，其中，所述浆料包括浓度为0.1~2.5 wt/wt%的微生物纤维素，所述浆料的粒度分布是D90在750~1500µm之间、D10在40~150µm之间且D50在330~800µm之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微生物纤维素由细菌种类产生，所述细菌种类选自包括八叠球菌属、土壤杆菌属和醋酸杆菌属的组。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述均化处理选自机械或压力均化处理中的任一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述均化处理在均化装置中进行。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述均化装置是搅拌器。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制潮湿的微生物纤维素的含水量之前，所述方法包括以下步骤：

从生长培养基中分离出微生物纤维素，以产生潮湿的微生物纤维素。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制潮湿的微生物纤维素的含水量之前，所述方法包括以下步骤：

将水溶液施加到干燥的微生物纤维素上，以产生潮湿的微生物纤维素。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在施加水溶液以产生潮湿的微生物纤维素之前，对干燥的微生物纤维素进行尺寸减小步骤。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料的粘度为0.0030~0.088Pa.s。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在产生潮湿的微生物纤维素之后且控制潮湿的微生物纤维素的含水量之前，所述方法包括以下步骤：

洗涤所述潮湿的微生物纤维素。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，洗涤所述潮湿的微生物纤维素的步骤包括：在60℃~100℃的温度下在水中加热所述潮湿的微生物纤维素。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浆料是可浇注的。

13.一种植物生长培养基，所述植物生长培养基包括微生物纤维素浆料，其特征在于，浆料包括0.1~2.5wt/wt％的微生物纤维素，且所述浆料的粒度分布为D90在750~1500µm之间、D10在40~150µm之间且D50在330~800µm之间。

14.根据权利要求13所述的植物生长培养基，其特征在于，微生物纤维素的浓度为0.2~2.0wt/wt％。

15.根据权利要求13或14所述的植物生长培养基，其特征在于，D90在1000~1400µm之间。

16.根据权利要求13所述的植物生长培养基，其特征在于，微生物纤维素的堆积密度在0.005~0.015 g/cm3之间。

17.根据权利要求13所述的植物生长培养基，其特征在于，所述浆料处于田间持水量时的重量持水量(θg)为：71.6~76.5克 H₂O/每克干燥的微生物纤维素。

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