CN111657301A - 一种可湿性植物根际微生物促生粉剂及其制备方法 - Google Patents

一种可湿性植物根际微生物促生粉剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，制备原料按照质量百分比包括如下组分：膨润土7.5～10.0％、高岭土混合物载体2.5～3.5％、淀粉2.5～5.0％和润湿分散剂5～7％，其余为负载于载体的根际促生菌菌体组成，本发明还公开了上述一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，解决了现有技术中存在的不能满足植物在不同生长阶段通过水肥同施的方式补加微生物菌肥的问题。

Description

一种可湿性植物根际微生物促生粉剂及其制备方法
技术领域
本发明属于微生物肥料技术领域，涉及一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，还涉及上述一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法。
背景技术
我国是主要干旱国家之一，占国土总面积的47％属于干旱半干旱地区，其总面积为455万平方公里。近年来，为了提高水资源利用率并提高农作物产量，逐步发展成熟的膜下滴灌方法已经在干旱地区普及，同时也成为不可替代的节水灌溉方式。而应水肥一体化的需求，水溶性肥料也随膜下滴灌的普及逐步发展起来，随着膜下滴灌和化肥的长期大量应用在增加农作物产量的同时也带来了一系列问题。
随着我国人口持续增长，我们对粮食的需求也日益增加，但是耕地面积却逐年缩减，为了从有限的耕地资源中获得更多的粮食，农民通常选择增加化肥的施用量作为主要增产途径，但是化肥的长期不合理施用在增加成本的同时，农作物对化肥的依赖性也会逐步增强，因此为了维持粮食产量农民必须逐年增加期化肥使用量，这种恶性循环会加剧资源浪费、环境污染和土壤盐渍化。为降低化肥施用量并脱离这种恶性循环，我们需要在提高化肥利用率的同时提高作物的产量，另结合国内干旱地区逐渐普及的膜下滴灌模式要求的水肥一体化施肥方式，能够通过滴灌系统施用并显著提高作物产量的新型可湿性微生物促生粉剂成为满足以上需求的最佳选择。
为了响应农业生产对微生物菌肥的需求，市场上陆续出现了提高土壤营养元素利用率、刺激植物生物防治能力、提高植物抗逆能力和增加作物产量等功能的固体或液体微生物菌剂，但是目前微生物菌肥多为液体和半固体菌肥，其运输成本和保藏日期等限制了应用范围，而多数固体微生物菌肥并没有考虑通过滴灌系统随灌溉用水直接滴加到植物根部的需求，不能满足植物在不同生长阶段通过水肥同施的方式补加微生物菌肥的需求。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，解决了现有技术中存在的不能满足植物在不同生长阶段通过水肥同施的方式补加微生物菌肥的问题；
本发明的第二目的是提供上述一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，制备原料按照质量百分比包括如下组分：膨润土7.5～10.0％、高岭土混合物载体2.5～3.5％、淀粉2.5～5％和润湿分散剂5～7％或1～3％，其余为负载于载体的根际促生菌菌体组成。
本发明的特点还在于：
根际促生菌菌体包括植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44，其中植生拉乌尔菌SRPG-4的菌种保藏号为CGMCC No.9392，阴沟肠杆菌SRPG-70的菌种保藏号为CGMCC No.9395。
植生拉乌尔菌SRPG-4等非芽孢杆菌制备可湿性微生物促生粉剂所需润湿分散剂为CMC-Na，萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13所需润湿分散剂为PEG4000。
膨润土和高岭土粒度均为180-220目，且膨润土和高岭土的比例为3～4：1。
一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备根际促生菌菌体；
将膨润土、高岭土、淀粉和润湿分散剂按照75～100：25～35：25～50：50～70或10～30的比例预混合，得到预混合粉末；
步骤2，将制得的根际促生菌菌体与185～285g预混合粉末充分搅拌混匀，得到菌剂；
步骤3，将步骤2得到的菌剂转入真空干燥箱烘干，所得干粉即为可湿性植物根际微生物促生粉剂。
步骤3中真空干燥箱的烘干温度为35～45℃。
可湿性植物根际微生物促生粉剂的施用量为30～60kg/ha，且其使用过程为可湿性微生物促生粉剂与灌溉用水以1：50～100比例混合。
步骤1中制备根际促生菌菌体，具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，将保藏的植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44菌种用液体LB培养基活化培养以获得活化菌种，然后将活化菌种以1：100的体积比接种到液体营养培养基中，并于28℃、200rpm摇瓶培养至OD600＝0.8～1，得到发酵菌液；
步骤1.2，将发酵菌液于4℃、5000～6000×g离心5～10min，倾出上清液，得到根际促生菌菌体；
步骤1.1中的液体营养培养基分别为，植生拉乌尔菌SRPG-4和阴沟肠杆菌SRPG-70的培养基成分为玉米粉15g/L、蛋白胨10g/L、KNO3 2g/L、K2HPO4 2g/L和FeSO4 2.5mM；
枯草芽孢杆菌SL-44、萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13的培养基为麸皮15g/L、蛋白胨20g/L、MgSO4 1g/L和MnSO4 4mM。
玉米粉和麸皮的粒度小于160目。
本发明的有益效果是：本发明一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，解决了现有技术中存在的不能满足植物在不同生长阶段通过水肥同施的方式补加微生物菌肥的问题；可以通过悬浮于灌溉用水中经滴灌系统直接施加到植物根部，有效满足固体微生物肥料以水肥一体化形式在农业生产中应用的需求。另外本发明具有改善土壤的通透性和持水性，促进植物生长并提高作物产量的能力，本发明一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，制备操作简便，适宜大范围应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，制备原料按照质量百分比包括如下组分：膨润土7.5～10.0％、高岭土2.5～3.5％混合物载体、淀粉2.5～5％和润湿分散剂5～7％或1～3％，其余为负载于载体的根际促生菌菌体组成。
具体的，根际促生菌菌体包括植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44，其中植生拉乌尔菌SRPG-4的菌种保藏号为CGMCC No.9392，阴沟肠杆菌SRPG-70的菌种保藏号为CGMCC No.9395。植生拉乌尔菌SRPG-4等非芽孢杆菌制备可湿性微生物促生粉剂所需润湿分散剂为CMC-Na，萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13所需润湿分散剂为PEG4000；膨润土和高岭土粒度均为180-220目，且膨润土和高岭土的比例为3～4：1。
一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备根际促生菌菌体；
将膨润土、高岭土、淀粉和润湿分散剂按照75～100：25～35：25～50：50～70或10～30的比例预混合，得到预混合粉末；
步骤1中制备根际促生菌菌体，具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，将保藏的植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44菌种用液体LB培养基活化培养以获得活化菌种，然后将活化菌种以1：100的体积比接种到液体营养培养基中，并于28℃、200rpm摇瓶培养至OD600＝0.8～1，得到发酵菌液；
步骤1.1中的液体营养培养基分别为，植生拉乌尔菌SRPG-4和阴沟肠杆菌SRPG-70的培养基成分为玉米粉15g/L、蛋白胨10g/L、KNO3 2g/L、K2HPO42g/L和FeSO4 2.5mM；
枯草芽孢杆菌SL-44、萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13的培养基为麸皮15g/L、蛋白胨20g/L、MgSO4 1g/L和MnSO4 4mM。
玉米粉和麸皮的粒度小于160目。
步骤1.2，将发酵菌液于4℃、5000～6000×g离心5～10min，倾出上清液，得到根际促生菌菌体；
步骤2，将制得的根际促生菌菌体与185～285g预混合粉末充分搅拌混匀，得到菌剂；
步骤3，将步骤2得到的菌剂转入真空干燥箱烘干，所得干粉即为可湿性植物根际微生物促生粉剂。
步骤3中真空干燥箱的烘干温度为35～45℃。
可湿性植物根际微生物促生粉剂的施用量为30～60kg/ha，且其使用过程为可湿性微生物促生粉剂与灌溉用水以1：50～100比例混合。
本方案制备的可湿性微生物促生粉剂优选每次施用量为30～60kg/ha；而且可湿性微生物促生粉剂与清水混合比例优选为1：50～100，以利于菌剂充分悬浮于水中，从而使菌肥顺利通过膜下滴灌系统充分转移到植物根部。
本发明提供了一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，其制备原料包括SRPG-4或WU-13菌体、膨润土、高岭土、淀粉和CMC-Na或PEG4000，其中所选菌种由本课题组前期从新疆盐渍化根际土壤中筛选获得，大量研究结果表明两个菌株均具有缓解盐胁迫并促进植物生长的能力；而膨润土和高岭土是优秀的土壤改良剂，他们分别具有不同的载体职能，膨润土具有优良的膨胀性和造浆性，适量的膨润土可以为菌剂提供良好的悬浮率，高岭土具有较高的润湿速率，从而解决膨润土容易结团且不易润湿的问题；淀粉作为菌体保护剂可以在菌肥保藏期间提高促生菌株的存活率；另外润湿分散剂CMC-Na和PEG4000通过不同的机制提高菌剂悬浮率和悬浮时间,本方案提供的可湿性微生物促生粉剂菌体密度可达1×109cfu/g。
本发明提供的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂能够通过膜下滴灌系统直接施用到植物根部，并且方便在植物不同生长阶段多次施用，克服了大多数市售固体菌肥载体颗粒过大，容易堵塞滴灌系统中毛细管路而只能作为底肥于播种前施用的问题。辣椒盆栽和田间实验表明可湿性微生物促生粉剂具有优异的植物促生效果，在减施一定量氮肥和钾肥条件下，施用了菌肥的辣椒与正常使用化肥的辣椒具有相似的辣椒产量，即可湿性微生物促生粉剂达到了化肥减施增效的目的。为适用于膜下滴灌系统的固体菌肥开发提供了新的范例。
下面将结合本发明中的施用实例，我们将清晰、完整地描述本发明的技术方案。显然，仅部分施用实例将在本发明中被描述，而非全部施用实例。本发明所述可湿性微生物促生粉剂在提高作物产量和品质应用中涉及的作物包括但不限于辣椒。下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明。
实施例1
阴沟肠杆菌SRPG-4菌种的液体营养培养基各成分及其含量为：玉米粉15g/L、蛋白胨10g/L、KNO3 2g/L、K2HPO4 2g/L和FeSO4 2.5mM，其中玉米粉粒度小于160目。液体培养基于121℃灭菌20min后冷却备用。
课题组前期筛选并保藏的阴沟肠杆菌SRPG-4菌种接种于液体LB培养基活化培养以获得活化菌种，然后将活化菌种以1：100的比例接种于本发明设计的液体营养培养基，转入恒温摇床28℃、180rpm培养至OD600＝0.8～1，完成发酵后，所得发酵液6000×g离心10min，取菌体沉淀备用；
阴沟肠杆菌SRPG-4促生粉剂的载体为粒度小于200目的膨润土与高岭土的混合物，膨润土和高岭土的混合比例为3：1，且添加量分别为7.5～10.0％和2.5～3.5％
菌体保护剂选择了淀粉，其添加量为2.5％；另外CMC-Na作为SRPG-4对应菌肥的润湿分散剂，添加量为5％；
将膨润土、高岭土、淀粉和CMC-Na充分预混合，其混合物与菌体充分搅拌混匀后转入真空干燥箱40℃烘干，所得干粉即为SRPG-4对应可湿性微生物促生粉剂，其有效活菌数可达1×109cfu/g。
实施例2
枯草芽孢杆菌WU-13菌种的液体营养培养基各成分及其含量为：全麦粉15g/L、蛋白胨20g/L、MgSO4 1g/L和MnSO4 4mM，其中全麦粉粒度小于160目。液体培养基于121℃灭菌20min后冷却备用。
题组前期筛选并保藏的枯草芽孢杆菌WU-13菌种接种于液体LB培养基活化培养以获得活化菌种，然后将活化菌种以1：100的比例接种于本发明设计的液体营养培养基，转入恒温摇床28℃、180rpm培养至OD600＝0.8～1，完成发酵后，所得发酵液6000×g离心10min，取菌体沉淀备用；
枯草芽孢杆菌促生粉剂的载体为粒度小于200目的膨润土与高岭土的混合物，膨润土和高岭土的混合比例为7：2；
菌体保护剂选择了淀粉，其添加量为2.5％；另外PEG4000作为WU-13对应菌肥的润湿分散剂，添加量为2％；
将膨润土、高岭土、淀粉和PEG4000充分预混合，其混合物与菌体充分搅拌混匀后转入真空干燥箱40℃烘干，所得干粉即为WU-13对应可湿性微生物促生粉剂，其有效活菌数可达1×109cfu/g。
实施例3
采用实施例1中液体营养培养基为阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44发酵培养基，并以实施例2中液体营养培养基为萎缩芽孢杆菌WU-5的发酵培养基，这是因为实施例2培养基中含有全麦粉，其中的麸皮有利于芽孢杆菌形成芽孢，从而提高菌体抗逆能力。
阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44可湿性微生物促生粉剂的制备过程参考阴沟肠杆菌SRPG-4，而萎缩芽孢杆菌WU-5可湿性微生物促生粉剂的制备则参考枯草芽孢杆菌WU-13的制备过程，将各菌株制备的菌肥应用于辣椒田间实验并检测其促生能力，从而确定本发明设计的液体培养基和菌肥制备过程的广适性。
实施例4
对实施例1～2制备得到的可湿性微生物促生粉剂进行盐胁迫模拟盆栽实验，以检测本发明提供菌肥缓解盐胁迫并促进植物生长的能力。
实施例1～2提供的菌肥2g在辣椒种子播种前均匀地掺入100g盆栽基质，另外每个盆栽额外添加70mL霍格兰营养液，以此作为盆栽底肥。盆栽实验中每个实施例菌肥处理的辣椒分别设置无盐胁迫和盐胁迫(150mM NaCl)两种盐渍化处理，为了反应不同处理辣椒植株的生长状况，分别检测了植株鲜重和全磷含量，如表1和表2所示。
表1不同实施例菌肥和盐胁迫对辣椒植株鲜重影响
Figure BDA0002511520000000091
由表1可知，营养充足条件下，实施例1对应SRPG-4可湿性微生物促生粉剂提高辣椒幼苗鲜重8.8％，但是实施例2提供的菌肥提高了辣椒幼苗鲜重14.7％；盐胁迫处理降低了辣椒幼苗鲜重47.1％，而两个实施例提供的菌肥提高了盐胁迫处理辣椒鲜重38.9％。由此可见，盐胁迫显著抑制了辣椒幼苗的生长，而实施例1～2提供的可湿性微生物促生粉剂显著缓解了盐胁迫对辣椒生长的抑制。
表2不同实施例菌肥和盐胁迫对辣椒幼苗全磷含量的影响
Figure BDA0002511520000000092
Figure BDA0002511520000000101
由表2可知，营养充足条件下，两个实施例提供菌肥对植株全磷含量有不同程度降低，其中实施例2提供的菌肥降低了辣椒幼苗全磷含量16.8％；但是盐胁迫处理意外地提高了辣椒幼苗全磷含量20.6％，而两个实施例提供的菌肥进一步提高了盐胁迫处理辣椒全磷含量38.9％。由此可见，不同盐胁迫下，实施例提供的菌肥显示了不同的调节作用。
结合表1和表2可知，实施例提高的菌肥具有优良的缓解盐胁迫并促进植物生长的能力；另外相同的盐胁迫条件下，辣椒植株生长速率与全磷含量具有一定正相关性。
实施例5
对实施例1～3制备得到的五种可湿性微生物促生粉剂进行田间小区辣椒实验，以检测本发明提供菌肥促进植物生长并提高产量的能力。
辣椒幼苗移栽时，将2kg实施例1～3制备的可湿性微生物粉剂分别与100L灌溉用水充分混匀以使菌肥悬浮于水中，然后悬浊液转入施肥罐并通过膜下滴灌系统直接施用于一亩辣椒作物根部，另外辣椒花期需再次补加等量实施例1～3制备的可湿性微生物粉剂，盛果期采集各处理样本并分析实施例1～3提供菌剂的促生能力。
表3实施例1～3制备菌剂对盛果期辣椒植株生长的影响
Figure BDA0002511520000000102
由表3可知，SRPG-4、WU-13和SRPG-70制备的菌剂分别提高辣椒6.7％、6.2％和6.9％，另外SRPG-4、WU-5、SRPG-70和SL-44显著提高了辣椒植株的叶片数量，这表明部分菌剂显著提高了辣椒植株的生长速率和产量潜力。
表4实施例1～3制备菌剂对盛果期辣椒植株生物量的影响
Figure BDA0002511520000000111
由表4可知，各实施例制备的菌肥对辣椒植株生物量均有不同程度促生作用，其中SRPG-4和SRPG-70制备菌剂的促生作用尤为突出，分别提高总鲜重32.7％和16.9％，另外分别提高了茎叶干重41.8％和31.2％。这表明各实施例制备的菌肥不同程度地提高了盛果期辣椒植株的生物量。
表5实施例1～3制备菌剂对盛果期辣椒产量和品质的促进作用分析
Figure BDA0002511520000000112
由表5可知，实施例1～3提供的菌剂均能不同程度地提高辣椒果实鲜重和干重，另外SRPG-4、WU-5和SL-44分别提高了辣椒果实可溶性蛋白25％、15.7％和14.3％，但仅SL-44显著提高了Vc含量36.2％。由此表明不同实施例制备的可湿性微生物促生粉剂可以不同程度提高辣椒产量和品质。
实例6
为了检测各实施例提供的可湿性微生物促生粉剂在化肥减施增效中的作用，实施例6采用实施例5中可湿性微生物促生粉剂施用量和施用方式，但是化肥的施用量有所调整，其中氮肥(尿素)和钾肥(硫酸钾)分别减施22.8％和57.6％，通过分析化肥减施后实施例1～3制备菌剂对辣椒产量的影响，确定可湿性微生物促生粉剂对化肥的替代作用。
表6可湿性微生物促生粉剂对化肥的替代作用分析
Figure BDA0002511520000000121
由表6可知，正常施肥对照组的辣椒产量比减施对照组提高了22.98％,而SRPG-4和WU-5菌剂施用则分别提高辣椒果实产量22.15％和12.77％，其中SRPG-4菌剂基本弥补了化肥减施的不利影响；另外SRPG-4和WU-5菌剂也显著提高了辣椒植株茎叶部分的生物量，由此可知，SRPG-4和WU-5菌剂能够有效缓解化肥减施对辣椒植株生物量和最终产量的不利影响。

Claims (10)

1.一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，其特征在于，制备原料按照质量百分比包括如下组分：膨润土7.5～10.0％、高岭土混合物载体2.5～3.5％、淀粉2.5～5.0％和润湿分散剂5～7％或1～3％，其余为负载于载体的根际促生菌菌体组成。
2.如权利要求1所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，其特征在于，所述根际促生菌菌体包括植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44，所述植生拉乌尔菌SRPG-4的菌种保藏号为CGMCC No.9392，所述阴沟肠杆菌SRPG-70的菌种保藏号为CGMCC No.9395。
3.如权利要求2所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，其特征在于，所述植生拉乌尔菌SRPG-4等非芽孢杆菌制备可湿性微生物促生粉剂所需润湿分散剂为CMC-Na，所述萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13所需润湿分散剂为PEG4000。
4.如权利要求1所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂，其特征在于，所述膨润土和高岭土粒度均为180-220目，且膨润土和高岭土的比例为3～4：1。
5.如权利要求1-4任一权项所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，制备根际促生菌菌体；
将膨润土、高岭土、淀粉和润湿分散剂按照75～100：25～35：25～50：50～70或10～30的比例预混合，得到预混合粉末；
步骤2，将制得的根际促生菌菌体与185～285g预混合粉末充分搅拌混匀，得到菌剂；
步骤3，将步骤2得到的菌剂转入真空干燥箱烘干，所得干粉即为可湿性植物根际微生物促生粉剂。
6.如权利要求5所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中真空干燥箱的烘干温度为35～45℃。
7.如权利要求5所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，所述可湿性植物根际微生物促生粉剂的施用量为30～60kg/ha，且其使用过程为可湿性微生物促生粉剂与灌溉用水以1：50～100比例混合。
8.如权利要求5所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中制备根际促生菌菌体，具体按照以下步骤实施：
步骤1.1，将保藏的植生拉乌尔菌SRPG-4、萎缩芽孢杆菌WU-5、枯草芽孢杆菌WU-13、阴沟肠杆菌SRPG-70和枯草芽孢杆菌SL-44菌种用液体LB培养基活化培养以获得活化菌种，然后将活化菌种以1：100的体积比接种到液体营养培养基中，并于28℃、200rpm摇瓶培养至OD600＝0.8～1，得到发酵菌液；
步骤1.2，将发酵菌液于4℃、5000～6000×g离心5～10min，倾出上清液，得到根际促生菌菌体。
9.如权利要求6所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中的液体营养培养基分别为，植生拉乌尔菌SRPG-4和阴沟肠杆菌SRPG-70的培养基成分为玉米粉15g/L、蛋白胨10g/L、KNO3 2g/L、K2HPO4 2g/L和FeSO4 2.5mM；
枯草芽孢杆菌SL-44、萎缩芽孢杆菌WU-5和枯草芽胞杆菌WU-13的培养基为麸皮15g/L、蛋白胨20g/L、MgSO4 1g/L和MnSO4 4mM。
10.如权利要求9所述的一种可湿性植物根际微生物促生粉剂的制备方法，其特征在于，所述玉米粉和麸皮的粒度小于160目。
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