CN113387742A - 一种纳米有机硒肥及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及硒肥技术领域，公开了一种纳米有机硒肥及其制备方法和应用，上述硒肥通过以下步骤制备：将亚硒酸钠、复合氨基酸、葡萄糖、麦芽糖溶于水后，在35～40℃下搅拌反应并维持体系的pH为6.0～8.0；待混合液的颜色变为深红后，将植物保护剂接种至该体系中，37～41℃发酵至pH降为4.0～4.6时停止，即得纳米有机硒肥；所述植物保护剂包括活化的嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌。本发明通过化学转化的大批量生产和微生物对小分子纳米硒的包裹保护有机结合，得到安全性高的纳米有机硒肥。
Description
技术领域
本发明涉及硒肥技术领域，具体涉及一种纳米有机硒肥及其制备方法和应用。
背景技术
硒为人体必需的微量元素之一，人体硒元素缺失会导致克山病、大骨节病等40多种疾病的发生。人体硒元素主要来源于日常食物，食物中的硒则主要来源于土壤，然而硒元素在不同地区的土壤中分布极为不均匀。研究发现，在作物种植培养过程中合理施加安全有效的硒肥是解决这一问题的有效方法。目前市场上常见的含硒肥料的有效成分主要是亚硒酸钠，且一般采用在作物生长周期内叶面或根际喷施3次以上，当季的作物才能够达到富硒水平。由于多数农作物对亚硒酸钠的吸收转化率较低、周期较长，导致投入产出比低、浪费严重，富硒成本高。更重要的是，亚硒酸钠有剧毒，口服1克可致人死亡，且会对水稻等作物产生烧苗等现象，使富硒作物存在较大的安全隐患，对环境也有一定程度的污染。
红色纳米硒与无机硒相比具有毒性低、生物活性高等优点，是可广泛运用在农业生产领域的新型硒源。纳米硒的制备方式多样，例如化学反应、微生物转化、结晶技术、反向胶束法等，其中微生物转化和化学反应法运用最多。由于微生物耐受无机硒能力有限，且高耐受微生物筛选过程复杂，导致微生物转化法难以大规模生产纳米硒，例如专利CN104488647公布的微生物转化法纳米硒肥纳米硒含量仅300-400ppm，难以满足大规模种植需求，且需发酵20-40d，耗时较长。采用化学转化法制得的纳米硒稳定性较差，且需要严格除杂分离纯化后才能用于农业生产，否则会存在安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种制备纳米有机硒肥的方法，通过化学转化的大批量生产和微生物对小分子纳米硒的包裹保护有机结合，得到安全性高的纳米有机硒肥。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：
一种纳米有机硒肥的制备方法，包括以下步骤：
S1、将亚硒酸钠、复合氨基酸、葡萄糖、麦芽糖溶于水得混合液，在35～40℃下搅拌反应，并维持体系的pH为6.0～8.0；
S2、待步骤S1所述混合液的颜色变为深红后，将植物保护剂接种至该混合液中，37～41℃发酵，待pH降至4.0～4.6时停止发酵，发酵时长约为24-72h，即得纳米有机硒肥；
所述植物保护剂包括活化的嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌。
优选的，步骤S1所述混合液的原料包括1000份水，20～100份亚硒酸钠，30～80份复合氨基酸，20～50份葡萄糖，10～30份麦芽糖，按重量份数计。
优选的，所述植物保护剂的接种量为1×107～1×109CFU/L。
优选的，所述活化的过程为：将菌种驯化分离后，分别接种到不同的MRS液体培养基中，于28～40℃条件下摇瓶培养24～48h，传代3～5次。
优选的，所述植物保护剂包括20％～50％嗜热链球菌、20～50％嗜酸乳杆菌、10～30％凝结芽孢杆菌，按活菌数比计。
优选的，步骤S1所述亚硒酸钠优先于其它物料加入水中，且每加入一个物料需搅拌均匀后再加入下一个物料。
优选的，所述复合氨基酸中至少包含一种或多种还原性氨基酸。
本发明第二方面提供了一种采用上述制备方法得到的纳米有机硒肥。
本发明第三方面提供了上述纳米有机硒肥在富硒植物种植中的应用，能够显著提高作物的硒含量，具体可采用叶面施肥的方式施用。
本发明的有益效果为：
(1)创造性地将化学反应法合成纳米硒的廉价快捷与微生物转化法制备纳米硒的稳定性、生物活性高的特点相结合，通过两个核心反应步骤即可大量制备具有良好活性的小分子纳米硒，且制备的硒肥具有高效高转化易吸收的优点；
(2)原料廉价易得，且在制备过程中，无需去杂提纯、加热灭菌等工艺，极大的节省了时间成本和资金成本，无需大量耗能即可完成转化；
(3)使用的复合氨基酸及糖类物质均可作为农作物生长营养物质，得到的产品中含有一定量益生活菌，在提高作物生长性能的同时，也能一定程度净化环境、提高作物抗逆能力。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
实施例1
通过以下步骤制备纳米有机硒肥：
(1)将嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌分别接种到MRS液体培养基中，于37℃条件下摇瓶培养24h，传代3次；
(2)取10L水加入到发酵罐，按照1000份水、25份亚硒酸钠、50份复合氨基酸、40份葡萄糖、10份麦芽糖的比例将各物料溶于水中形成混合液，其中，亚硒酸钠最先添加，每次加入下一物料前以200rpm的转速搅拌5分钟(需要说明的是，搅拌速度和时间为技术效果无影响，只要保持物料均匀分散与水中即可)；待所有物料加入完毕后，使反应体系在38℃、160rpm转速下反应，pH维持在6.8，至反应体系的颜色变为深红色，反应时间约为72h；
(3)按照活菌数配比嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌得到植物保护剂，该植物保护剂包括40％嗜热链球菌、30％嗜酸乳杆菌和30％凝结芽孢杆菌；
(4)将植物保护剂按照1×108CFU/L的接种量接种到步骤(2)反应结束后的深红色液体中，于37℃发酵，待反应体系的pH降至4.5时停止发酵，发酵时间约为36h；
(5)将发酵结束后的液体在250rpm转速的搅拌下由出料口放出并装瓶，采用250ml液体肥料瓶装载，完成后复铝膜封口封盖，保存待用。搅拌转速无特殊规定，目的在于保持装瓶时液体的均匀性；瓶子的大小可根据实际生产中的需求进行设置。
实施例2
通过以下步骤制备纳米有机硒肥：
(1)将嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌分别接种到MRS液体培养基中，于35℃条件下摇瓶培养36h，传代3次；
(2)取10L水加入到发酵罐，按照1000份水、50份亚硒酸钠、40份复合氨基酸、25份葡萄糖、25份麦芽糖的比例将各物料溶于水中形成混合液，其中，亚硒酸钠最先添加，每次加入下一物料前以180rpm的转速搅拌6分钟；待所有物料加入完毕后，使反应体系在40℃、150rpm转速搅拌下进行，pH维持在6.5，至反应体系的颜色变为深红色，反应时间约为80h；
(3)按照活菌数配比嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌得到植物保护剂，该植物保护剂包括50％嗜热链球菌、30％嗜酸乳杆菌和20％凝结芽孢杆菌；
(4)将植物保护剂按照1×109CFU/L的接种量接种到步骤(2)反应结束后的深红色液体中，于38℃发酵，待pH降至4.2停止发酵，发酵时间约为24h；
(5)将发酵结束后的液体在300rpm转速的搅拌下由出料口放出并装瓶，采用500ml液体肥料瓶装载，完成后复铝膜封口封盖，保存待用。
该纳米有机硒肥在富硒植物种植中的应用，具体过程如下：在水稻灌浆初期，使用该纳米有机硒肥，用量为每亩农田每次50mL，兑水稀释后人工喷施2次，间隔时间为10d为宜。喷施时间应选择晴朗天气，在上午10点前或下午4点后为宜。待水稻完全成熟后，按照正常采收期采收，取新鲜采收的稻谷样品250g，粉碎制样检测硒含量。
实施例3
通过以下步骤制备纳米有机硒肥：
(1)将嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌分别接种到MRS液体培养基中，于38℃条件下摇瓶培养24h，传代4次；
(2)取10L水加入到发酵罐，按照1000份水、60份亚硒酸钠、50份复合氨基酸、40份葡萄糖、10份麦芽糖的比例将各物料溶于水中形成混合液，其中，亚硒酸钠最先添加，每次加入下一物料前以200rpm的转速搅拌6分钟；待所有物料加入完毕后，使反应体系在40℃、160rpm转速搅拌下反应，pH维持在6.8，至反应体系的颜色变为深红色，反应时间约为48h；
(3)按照活菌数配比嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌得到植物保护剂，该植物保护剂包括30％嗜热链球菌、40％嗜酸乳杆菌和30％凝结芽孢杆菌；
(4)将植物保护剂按照1×107CFU/L的接种量接种到步骤(2)反应结束后的深红色液体中，于40℃发酵，待pH降至4.6停止发酵，发酵时间约为48h；
(5)将发酵结束后的液体在250rpm转速的搅拌下由出料口放出并装瓶，采用250ml液体肥料瓶装载，完成后复铝膜封口封盖，保存待用。
该纳米有机硒肥在富硒植物种植中的应用，具体过程如下：在清明节前1个半月，使用该有机硒肥机喷10亩白茶，兑水稀释后共喷施3次，施用量为每亩每次500ml，间隔时间为15d为宜。喷施时间应选择晴朗天气，在上午10点前或下午4点后为宜。清明节前，按照正常采收步骤白茶，取新鲜采收的白茶样品250g，粉碎制样用于检测硒含量。
对比例1
通过以下步骤制备硒肥：
(1)取10L水加入到发酵罐，按照1000份水、25份亚硒酸钠、50份复合氨基酸、40份葡萄糖、10份麦芽糖的比例将各物料溶于水中形成混合液，其中，亚硒酸钠最先添加，每次加入下一物料前以200rpm的转速搅拌5分钟；待所有物料加入完毕后，使反应体系在38℃、160rpm转速下反应，pH维持在6.8，至反应体系的颜色变为深红色，反应时间约为72h；
(2)将步骤(1)的深红色液体在250rpm转速的搅拌下由出料口放出并装瓶，采用250ml液体肥料瓶装载，完成后复铝膜封口封盖，保存待用。
对比例2
通过以下步骤制备硒肥：
(1)将嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌分别接种到MRS液体培养基中，于37℃条件下摇瓶培养24h，传代3次；
(2)按照活菌数配比嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌得到植物保护剂，该植物保护剂包括30％嗜热链球菌、40％嗜酸乳杆菌和30％凝结芽孢杆菌；
(3)取10L水加入到发酵罐，按照1000份水、25份亚硒酸钠、50份复合氨基酸、40份葡萄糖、10份麦芽糖的比例将各物料溶于水中形成混合液，其中，亚硒酸钠最先添加，每次加入下一物料前以200rpm的转速搅拌5分钟；待所有物料加入完毕后，将步骤(2)制备的植物保护剂按照1×108CFU/L的接种量接种至混合液中；然后使反应体系在38℃、160rpm转速下反应，pH维持在6.8，至反应体系的颜色变为深红色，反应时间约为72h；
(4)将发酵结束后的液体在250rpm转速的搅拌下由出料口放出并装瓶，采用250ml液体肥料瓶装载，完成后复铝膜封口封盖，保存待用。
对上述实施例和对比例制备的硒肥和种植得到的产品采用GB5009.93—2017中的氢化物原子荧光光谱法检测得到总硒含量，采用HPLC-AFS仪器测定无机硒占比，并采用试剂盒比色法测定各硒肥样品的抗氧化活性指标(DPPH自由基、超氧阴离子、羟自由基清除率，其结果如下表所示：
由上表可见，采用本发明制备的生物有机纳米硒肥中硒含量超过10000ppm，且有机纳米硒占比超过90％，转化比较完全。相对于与纯化学还原法制备纳米硒的对比例1及化学还原与微生物转化同步进行的对比例2，本发明的两步核心反应法所制备的纳米硒肥，转化率能提高20％以上，其具体原理为：先通过还原性氨基酸、还原糖等有机物大量还原及氨基酸螯合制备纳米硒，然后再利用微生物进一步转化生产纳米硒，并通过其生长代谢物修饰保护小分子纳米硒，增强其稳定性。
此外，本发明所述方法制备的硒肥在DPPH、超氧阴离子、羟自由基清除率均比对比例提高20-30％，说明本发明制备的有机纳米硒肥相较传统方法具有更好的抗氧化活性和更优异的生物活性。
将本发明制备的有机纳米硒肥应用到水稻及白茶的种植中，效果十分良好，两者均达到相关标准富硒含量水平。
由此可见，本发明制备的转化完整、且富含氨基酸、糖类及益生菌的有机纳米硒肥，能够显著提高纳米硒的转化制备效率，以一种更安全的硒肥添加形式应用于农作物的种植，使作物稳定富硒的同时亦能提升作物生长性能及抗逆能力，在农业生产上极大的应用前景。
本发明实施例中使用的嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌均购自中国工业微生物保藏中心，经实验室驯化分离后使用；使用的复合氨基酸为市场购买，包含半胱氨酸、蛋氨酸等20多种氨基酸，但需要说明的是，复合氨基酸中的氨基酸类型和种类数量的微小差别对硒肥质量无显著差异。
需要指出的是，以上的实施例只是对本发明的解释，并非是对发明的限定，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纳米有机硒肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将亚硒酸钠、复合氨基酸、葡萄糖、麦芽糖溶于水得混合液，在35～40℃下搅拌反应，并维持体系的pH为6.0～8.0；
S2、待步骤S1所述混合液的颜色变为深红后，将植物保护剂接种至该混合液中，37～41℃发酵，待pH降至4.0～4.6时停止发酵，即得纳米有机硒肥；
所述植物保护剂包括活化的嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和凝结芽孢杆菌。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述混合液的原料包括1000份水，20～100份亚硒酸钠，30～80份复合氨基酸，20～50份葡萄糖，10～30份麦芽糖，按重量份数计。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物保护剂的接种量为1×107～1×109CFU/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述活化的过程为：将菌种驯化分离后，分别接种到不同的MRS液体培养基中，于28～40℃条件下摇瓶培养24～48h，传代3～5次。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述植物保护剂包括20％～50％嗜热链球菌、20～50％嗜酸乳杆菌、10～30％凝结芽孢杆菌，按活菌数比计。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述亚硒酸钠优先于其它物料加入水中，且每加入一个物料需搅拌均匀后再加入下一个物料。
7.采用权利要求1～6任一权利要求所述制备方法得到的纳米有机硒肥。
8.权利要求7所述纳米有机硒肥在富硒植物种植中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，采用叶面喷施的方式进行施肥。
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