CN111139077A - 糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术，将pH/温度双重敏感性智能微球与固定化酶技术相结合，成功构建出兼具刺激响应性和酶生物活性的智能蛋白信号，并将其运用于土壤pH值监控处理过程。当pH值在7左右，蛋白信号识别并随之裂解，释放出包裹的物质改良土壤。本发明对土壤中存在的重金属导致土壤板结，植物生长受损等问题，在土壤中加入具有吸附功能的草酸青霉，降低土壤中Cr、Pb²⁺，从源头上减低重金属危害。针对土壤连作、酸化等问题，在土壤中加入生物质炭、高活性脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和二甲基二硫醚，增强土壤营养，并改善有机质物质的吸收。

Description

糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术

技术领域

本发明属于土壤调节剂领域，尤其是一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术。

背景技术

现在苹果种植过程中存在的主要问题如下：由于土地资源、苹果产业化发展、矮化栽培等因素，果园重建和连续栽培已成必然，导致苹果连作障碍现象普遍发生。主要表现为幼树地上部和地下部生长较弱，苹果产量和品质下降，严重的直接导致植株死亡。

土壤中重金属含量过高，导致土壤板结，破坏土壤微生物结构，影响植物对土壤营养的吸收，植物吸收过多金属离子，产生中毒现象，甚至不能生长。

生产上施用过量氮肥会导致严重的土壤酸化现象，造成土壤肥力衰减显著、营养元素流失急增、重金属污染加剧等，进而严重危害作物产量和质量。

土壤是果树生长发育的基础，其中针对糖心苹果中“糖心”形成程度大的土壤，特点表现为有机质的含量高、偏碱性(pH值多在8左右)。

经过检索，与本申请相关的专利文献公开内容如下：

1、专利CN201710995299公开一种土壤修复方法，公开了以土壤过滤、消毒、修复为一体的土壤改良方案，但该方案没有形成特定的修复机制，对土壤存在的问题没有针对性处理。

2、专利CN201810774482公开一种土壤修复方法，公开了一种包括耕种和土壤改良剂，但改良剂主要以有机质为主，没有添加微生物来缓解土壤金属含量。

3、专利CN201811144555公开一种土壤改良材料，公开了改良土壤的物质，主要以水泥、炉灰渣等为主，缺少有机质类物质。

上述土壤修复没有针对糖心苹果的增产方法和制剂，与本发明存在较大差异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术，本发明针对土壤中存在的重金属导致土壤板结，植物生长受损等问题，在土壤中加入具有吸附功能的草酸青霉，降低土壤中Cr、Pb²⁺，从源头上减低重金属危害。

本发明实现目的的技术方案如下：

一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂，成分如下：

草酸青霉(CCTCCM2014505)菌粉和调节粉，使用质量比例为3:5。

而且，每亩土地中加入20-30kg。

而且，所述调节粉的制备方法如下：

首先将6mL丙烯酸、0.5g过硫酸铵、0.5g异丙醇加入至15mL水中，加热至80℃，在装有回流冷凝器的100mL三口烧瓶中进行聚合反应2h。反应结束后将聚丙烯酸溶液经石油醚去除杂质，并在真空室温下干燥待用。

将异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵的重量比7:3:3:2，溶解于10mL去离子水中，并用盐酸将溶液的pH值调节至4.0；

配制油相：在烧杯中，将100mL环己烷与2.5g斯盘80混合均匀；然后，在140rpm的搅拌速率下，将水相分散至油相中30分钟，制备油包水预乳液；

利用快速膜乳化器，使预乳液在一定的氮气压力下通过孔径为5.0μm的微孔膜，得到的乳液经过氮气除去溶液中的氧气；同时，将0.2-0.5gN,N,N',N'-四甲基二乙胺溶解在2mL环己烷中，并加入上述乳液中，以加速聚合反应；在20℃氮气环境下，反应4h，聚合反应后，将乳液经丙酮和去离子水分别离心洗涤三次，以便除去未完全反应的成分，最终得到的微球在去离子水中保存；

将含有生物质炭、脲酶、蔗糖酶、二甲基二硫醚的重量比5:2:2:4的磷酸缓冲液(50mM，pH7.0)加入到微球悬浮液(8mL，2.5mg/mL)中，并在4℃条件下保持1h，在25℃下，向上述溶液中再加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶液，以活化微球的羧基基团，然后，放置于4℃下继续反应；反应结束后，通过离心的方式将微球从反应溶液中分离出来，并用10mM磷酸缓冲液(pH7.2)对微球进行清洗，最终得到的调节粉在4℃条件下保存。

而且，所述生物质炭制备方法如下：

准备好充足的小麦秸秆，将其放置在高温炉中无氧热解，期间不断向炉中通入氮气以确保无氧环境。首先是升温过程，以26℃min^-1的升温速率升温至450℃，接着将该温度保持2小时，然后以3℃min^-1的速度缓慢降低热解温度，静置12 小时，待生物质炭完全冷却。将冷却的生物质炭磨成粉末并过2mm筛，备用。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明针对土壤连作、酸化等问题，在土壤中加入生物质炭、高活性脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和二甲基二硫醚，增强土壤营养，并改善有机质物质的吸收。

2、本发明针对糖心形成程度大小的要求，在土壤中添加蛋白信号分子，当土壤中pH值超过阈值，启动信号分子，蛋白裂解释放营养物质，改良土壤。

3、本发明将pH/温度双重敏感性智能微球与固定化酶技术相结合，成功构建出兼具刺激响应性和酶生物活性的智能蛋白信号，并将其运用于土壤pH值监控处理过程。当pH值在7左右，蛋白信号识别并随之裂解，释放出包裹的物质改良土壤。

4、本发明生物质炭作为新兴的酸性土壤改良剂，因其特殊的理化性质在缓解土壤酸化、提升土壤质量、改善作物生长环境等方面具有重要的应用价值。

5、本发明改善了连作土壤生态环境，增加高活性脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性，添加二甲基二硫醚提高抑菌效果，增加细菌数量，减少了真菌数量，提高了细菌真菌比值。

附图说明

图1为正常土壤下的苹果。

图2为使用土壤改良配方下的苹果。

图3为微球扫描电镜图片

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明以新疆阿克苏地区苹果种植园内的土壤为研究对象，在经过采样、检测和分析的基础上，阐述土壤养分含量。具体结果如下：阿克苏地区土壤有机质平均含量为13.6g/kg、全氮0.68g/kg、碱解氮62mg/kg、速效磷13.9mg/kg、速效钾145mg/kg、缓效钾1079mg/kg、总盐3.58g/kg、pH值8.17。根据结果显示，土壤的pH值在8左右，当土壤中酸含量升高，pH值降低至7.0±0.5，蛋白质变性裂解，释放包裹在其中的营养成分，改善土壤成分。

一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂及处理技术，成分及制备方法如下：

草酸青霉(CCTCCM2014505)菌粉、生物质炭粉和调节粉。使用比例为 3:5，每亩土地中加入20-30kg。

1、草酸青霉(CCTCCM2014505)发酵液，制备菌种制剂，粉剂最好。经过提取纯化后，吸收Pb²⁺能力情况如下：在Pb²⁺初始浓度为2500mg/L，培养时间7天的条件下，最高Pb²⁺去除率为155.6±8.0mg/g·dw，且去除方式以胞外吸附为主。

2、生物质炭制备

准备好充足的小麦秸秆，将其放置在高温炉中无氧热解，期间不断向炉中通入氮气以确保无氧环境。首先是升温过程，以26℃min^-1的升温速率升温至450℃，接着将该温度保持2小时，然后以3℃min^-1的速度缓慢降低热解温度，静置12 小时，待生物质炭完全冷却。将冷却的生物质炭磨成粉末并过2mm筛，备用。

3、调节粉的制备

首先将6mL丙烯酸、0.5g过硫酸铵、0.5g异丙醇加入至15mL水中，加热至80℃，在装有回流冷凝器的100mL三口烧瓶中进行聚合反应2h。反应结束后将聚丙烯酸溶液经石油醚去除杂质，并在真空室温下干燥待用。

将异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，过硫酸铵(重量比7:3:3:2)溶解于10mL去离子水中，并用盐酸将溶液的pH值调节至4.0。

配制油相：在烧杯中，将100mL环己烷与2.5g斯盘80混合均匀。然后，在140rpm的搅拌速率下，将水相分散至油相中30分钟，制备油包水预乳液。利用快速膜乳化器，使预乳液在一定的氮气压力下通过孔径为5.0μm的微孔膜，得到的乳液经过氮气除去溶液中的氧气。同时，将0.2-0.5gN,N,N',N'-四甲基二乙胺溶解在2mL环己烷中，并加入上述乳液中，以加速聚合反应。在20℃氮气环境下，反应4h。聚合反应后，将乳液经丙酮和去离子水分别离心洗涤三次，以便除去未完全反应的成分，最终得到的微球在去离子水中保存。

将含有生物质炭、脲酶、蔗糖酶、二甲基二硫醚(重量比5:2:2:4)的磷酸缓冲液(50mM，pH7.0)加入到微球悬浮液(8mL，2.5mg/mL)中，并在4℃条件下保持1h。在25℃下，向上述溶液中再加入2-5ml的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶液(浓度10wt％)，以活化微球的羧基基团。然后，放置于4℃下继续反应。反应结束后，通过离心的方式将微球从反应溶液中分离出来，并用10mM磷酸缓冲液(pH7.2)对微球进行清洗。最终得到的调节粉在4℃条件下保存，以便后续应用。

调节粉是利用蛋白质变性的原理。当土壤中的pH发生改变，蛋白质的结构遭到破坏，蛋白降解使得包裹在里面的物质流到土壤中。

通过检测加入改良配方后：土壤pH变化：使用农药或者化学品后导致土壤酸化，当pH在5.8-6.3，微球粒子表面的蛋白裂解，补充营养物质，使土壤尽快恢复到7.5-8.2左右。

4、土壤混合

使用挖掘设备将种植园中的土壤挖松，菌株液和蛋白信号分子按照每平方米 3:5添加到土壤中(加入重量)，并通过挖掘设备对土壤和添加物进行搅拌，并在搅拌的过程中对土壤进行过滤，除去土壤中有害物质。

本发明中草酸青霉(CCTCCM2014505)发酵液经过提取纯化后，吸收Pb²⁺能力情况如下：在Pb²⁺初始浓度为2500mg/L，培养时间7天的条件下，最高Pb²⁺去除率为155.6±8.0mg/g·dw，且去除方式以胞外吸附为主。

Claims (4)

1.一种糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂，其特征在于：成分如下：

草酸青霉(CCTCC M 2014505)菌粉和调节粉，使用质量比例为3:5。

2.根据权利要求1所述的糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂，其特征在于：每亩土地中加入20-30kg。

3.根据权利要求1所述的糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂，其特征在于：所述调节粉的制备方法如下：

首先将6mL丙烯酸、0.5g过硫酸铵、0.5g异丙醇加入至15mL水中，加热至80℃，在装有回流冷凝器的100mL三口烧瓶中进行聚合反应2h。反应结束后将聚丙烯酸溶液经石油醚去除杂质，并在真空室温下干燥待用。

将异丙基丙烯酰胺、聚丙烯酸、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸铵的重量比7:3:3:2，溶解于10mL去离子水中，并用盐酸将溶液的pH值调节至4.0；

配制油相：在烧杯中，将100mL环己烷与2.5g斯盘80混合均匀；然后，在140rpm的搅拌速率下，将水相分散至油相中30分钟，制备油包水预乳液；

利用快速膜乳化器，使预乳液在一定的氮气压力下通过孔径为5.0μm的微孔膜，得到的乳液经过氮气除去溶液中的氧气；同时，将0.2-0.5g N,N,N',N'-四甲基二乙胺溶解在2mL环己烷中，并加入上述乳液中，以加速聚合反应；在20℃氮气环境下，反应4h，聚合反应后，将乳液经丙酮和去离子水分别离心洗涤三次，以便除去未完全反应的成分，最终得到的微球在去离子水中保存；

将含有生物质炭、脲酶、蔗糖酶、二甲基二硫醚的重量比5:2:2:4的磷酸缓冲液(50mM，pH 7.0)加入到微球悬浮液(8mL，2.5mg/mL)中，并在4℃条件下保持1h，在25℃下，向上述溶液中再加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)溶液，以活化微球的羧基基团，然后，放置于4℃下继续反应；反应结束后，通过离心的方式将微球从反应溶液中分离出来，并用10mM磷酸缓冲液(pH 7.2)对微球进行清洗，最终得到的调节粉在4℃条件下保存。

4.根据权利要求3所述的糖心苹果色香味质构增强土壤生物改良剂，其特征在于：所述生物质炭制备方法如下：

准备好充足的小麦秸秆，将其放置在高温炉中无氧热解，期间不断向炉中通入氮气以确保无氧环境。首先是升温过程，以26℃min^-1的升温速率升温至450℃，接着将该温度保持2小时，然后以3℃min^-1的速度缓慢降低热解温度，静置12小时，待生物质炭完全冷却。将冷却的生物质炭磨成粉末并过2mm筛，备用。

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