CN114920598B - 一种生物肥料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种生物肥料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生物肥料及其制备方法和应用，所述生物肥料，含有质量比为10：1‑50：1的小球藻提取物和5‑氨基乙酰丙酸，所述应用为生物肥料在促进植物生长中的应用。本本发明的小球藻提取物，可有效提取和保留小球藻中的生物活性成分，提高了小球藻有效成分的利用率。同时，本发明精选5‑氨基乙酰丙酸和小球藻提取物复配，可以显著提高对植物生长的促进功效，有效促进种子萌发，增加根系活力，明显提高叶片的光合作用，显著提高作物的产量，发挥了协同增效的作用。另外，本发明生物肥料成分少，制备过程简单，成本低，使用方法简单，且对植物生长促进效果好，易于推广应用。

Description

一种生物肥料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于生物肥料技术领域，涉及一种生物肥料及其制备方法和应用，具体涉及一种含小球藻的生物肥料及其制备方法和应用。
背景技术
肥料对提高农作物产量做出了重要贡献，但随着肥料使用量的不断增加，我国面临的肥料质量安全和环境安全问题日益突出。尤其是近年来随着肥料的过量使用，造成环境污染，生态恶化，出现了土壤结构破坏、有机质含量下降等现象，并在部分地区出现了诸如江河湖泊的富营养化、农产品质量下降等一系列较为严重的生态环境问题。其原因既有科学用肥的问题，也有肥料的质量问题。肥料的质量安全严重制约着农业的可持续发展，直接或间接地威胁着人们的身心健康。因此，从肥料的质量安全入手，大力推广绿色生态的环保肥料，有效地防治环境污染迫在眉睫。
小球藻是普生性单细胞绿藻，在自然界分布广泛，以淡水水域居多，生物量大，能利用光能自养，也能在异养条件下利用有机碳源进行生长繁殖，现在世界上的小球藻有15种左右，加上变种有上百种之多。小球藻的粗蛋白含量特别高，可达50％以上，尤以蛋白核小球藻为最高，比大豆的粗蛋白(40％)含量要高出许多，并且蛋白质品质好很多。在必须氨基酸中，赖氨酸、精氨酸、亮氨酸、缬氨酸的含量很高，苯丙氨酸、异亮氨酸、苏氨酸的含量较高，组氨酸含量略低，蛋氨酸和色氨酸含量较低。还含有丰富的生理活性成分，如：生长因子(CGF)、β-胡萝卜素、叶绿素、维生素、微量元素、多糖藻蓝蛋白、不饱和脂肪酸等。由于小球藻营养成分较高，兼具保健功能，所以先后开发用于蛋白源饲料、食品、饮料、医药制品。
5-氨基乙酰丙酸作为一种叶绿素合成所需关键前体物质，可以明显提高叶片的光合作用，显著提高作物的产量，尤其在低温、干旱、盐碱等逆境条件下，诱导多种作物对各种非生物胁迫产生耐受性。添加少量的5-氨基乙酰丙酸处理黄瓜幼苗，植株抗氧化酶活性显著提高，随浓度的增加促进效应减弱。5-氨基乙酰丙酸还是一种新型光活化农药，可以作为植物生理反应调节剂、绿色除草剂、杀虫剂等多种药剂，在农业领域应用非常广泛。
目前，对于小球藻生物肥的开发及专利申请多集中在小球藻与化肥、芽孢杆菌、牲畜粪便及秸秆等生物有机质的混配方面，这些混配肥料成分复杂，步骤繁琐，且生物活性稳定性有待商榷，且经检索，尚未发现以小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸为活性成分的生物肥料。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种生物肥料及其制备方法和应用，该生物肥料以小球藻提取物作为主要原材料，避免了直接利用小球藻作为原料带来的活性不稳定及有效成分发挥不完全的问题，具有显著的植物生长促进效果。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种生物肥料，含有质量比为10：1-50：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸。
优选地，所述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸的质量比为15：1-45：1。
优选地，所述小球藻提取物的制备方法，包括以下步骤：
(1)异养培养小球藻，得到藻液；
(2)将步骤(1)得到的藻液进行酶解，过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
进一步优选地，步骤(2)中所述酶解使用的酶为纤维素酶、果胶酶、碱性蛋白酶和岩藻糖苷酶。
进一步优选地，步骤(2)中所述酶解为：向藻液中加入纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1-1.5h；再加入果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解1-2h；再加入碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解0.5-1h；最后加入岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解0.5-1.5h。
进一步优选地，所述纤维素酶的添加量为所述藻液质量的0.05-0.1％，所述果胶酶的添加量为所述藻液质量的0.1-0.15％，所述碱性蛋白酶的添加量为所述藻液质量的0.08-0.12％，所述岩藻糖苷酶的添加量为所述藻液质量的0.005-0.015％。
本发明还提供了上述生物肥料的制备方法为：按配方量将小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，得到所述的生物肥料。
本发明还提供了上述生物肥料在促进植物生长中的应用。
优选地，所述生物肥料的施用方式为：喷淋和/或灌根。
进一步优选地，所述喷淋的稀释比例为：生物肥料：水＝1：500-1：1500。
进一步优选地，所述灌根的稀释比例为：生物肥料：水＝1：300-1：1000。
本发明还提供了一种生物肥料，包括上述生物肥料或制备方法制备的生物肥料及辅料。
本发明的有益效果为：
利用藻类生产海藻源生物刺激素的过程中，一方面要使藻体消解，使细胞壁尽可能达到完全破碎，进而使细胞内的内含物释放以及获取细胞内由大分子物质降解的、易于被吸收利用的小分子物质；另一方面要很好的保留其中的植物激素。在早期海藻源生物刺激素生产工艺中，人们过于重视其中的多糖、矿物质元素和微量元素等营养物质的提取，普遍采用的是高温、高压的提取方式，导致海藻中含有的植物激素被破坏，生产出来的肥料对作物的促生长作用不显著。
本发明制备的小球藻提取物，可有效提取和保留小球藻中的生物活性成分，提高了小球藻有效成分的利用率。
本发明精选5-氨基乙酰丙酸和小球藻提取物复配，可以显著提高对植物生长的促进功效，有效促进种子萌发，增加根系活力，明显提高叶片的光合作用，显著提高作物的产量，发挥了协同增效的作用。
本发明的生物肥料成分少，制备过程简单，成本低，使用方法简单，且对植物生长促进效果好，易于推广应用。
附图说明
图1为喷淋处理后株高增加统计图；
图2为喷淋处理后植株干重变化统计图；
图3为喷淋处理后根长变化统计图；
图4为喷淋处理后叶面积增加统计图；
图5为喷淋处理后叶绿素含量变化统计图；
图6为喷淋处理后壮苗指数变化统计图；
图7为喷淋处理后生长函数变化统计图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中，若无特殊说明，所用的操作方法均为常规操作方法，所用设备均为常规设备，所用原料均为市售，其中，5-氨基乙酰丙酸的纯度≥98％。
实施例1一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为10：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸。
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.05％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.5h；再加入藻液质量0.1％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.08％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.005％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1.5h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例2一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为15：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.1％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1h；再加入藻液质量0.15％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解1h；再加入藻液质量0.12％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解0.5h；最后加入藻液质量0.015％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解0.5h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例3一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为25：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例4一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为45：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例5一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为50：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例6一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为8：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例7一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为55：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，
其中，所述小球藻提取物的制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2)向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
实施例8一种生物肥料
一种生物肥料，含质量比为25：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸，其中，所述小球藻提取物为市售产品，购自广州贝尔卡生物科技有限公司。
具体地，将上述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，即得所述生物肥料。
对比例1
单一的小球藻提取物，制备方法为：
(1)将小球藻进行高密度异养培养，得到小球藻密度为30亿个/ml的藻液；
(2向藻液中加入藻液质量0.08％的纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1.25h；再加入藻液质量0.12％的果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解2h；再加入藻液质量0.10％的碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解1h；最后加入藻液质量0.010％的岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解1h。过滤，得到原藻液；
(3)将步骤(2)得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物。
对比例2
单一的5-氨基乙酰丙酸。
应用效果评价
一、喷淋效果
将实施例1-8制备的生物肥料和对比例1-2的单一生物肥，按照生物肥:水为1:1000的比例进行稀释，自番茄幼苗长出2片真叶后开始喷淋，以后每隔7d喷淋一次，喷淋周期为2个月。
2个月后考察番茄的株高、植株干重、根长变化、叶面积、叶片叶绿素含量、壮苗指数和生长函数，结果如图1-7所示。
相比施用前，将实施例1-5制得的含小球藻活性提取物成分的生物肥料喷淋于番茄植株后，株高、根长、叶面积、叶绿素、壮苗指数、生长函数、植株干重、茎粗均得到了提高，说明含小球藻活性提取物成分的生物肥料明显促进了番茄植株的生长。从施用前实施例、对比例1及对比例2看，仅施用含小球藻活性提取物成分及5-氨基乙酰丙酸对植株有一定生长促进作用，但作用显著低于二者混配后对植株生长的促进效果，同时，通过实施例6、7和8可以发现，并非常规的小球藻活性提取物和5-氨基乙酰丙酸的混配均能发挥促进植株生长的效果，说明本发明实施例1-5提供的含小球藻活性提取物和5-氨基乙酰丙酸能够协同作用，其作用显著高于使用单一成分对植株生长的促进功效。
二、灌根效果
将实施例1-8制备的生物肥料和对比例1-2的单一生物肥，按照肥料:水为1:700的比例进行稀释，自番茄幼苗长出2片真叶后开始灌根，以后每隔7d灌根一次，灌根周期为2个月。2个月后考察番茄的株高、植株干重、根长变化、叶面积、叶片叶绿素含量、壮苗指数和生长函数，同样发现，相比施用前，将实施例1-5制得的含小球藻活性提取物成分的生物肥料喷淋于番茄植株后，株高、根长、叶面积、叶绿素、壮苗指数、生长函数、植株干重、茎粗均得到了提高，说明本发明的生物肥料采用灌根处理同样能产生明显促进番茄植株生长的效果。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种生物肥料，其特征在于，含有质量比为10：1-50：1的小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸；
所述小球藻提取物的制备方法，包括以下步骤：
（1）异养培养小球藻，得到藻液；
（2）将步骤（1）得到的藻液进行酶解，过滤，得到原藻液；
（3）将步骤（2）得到的原藻液喷雾干燥，得到所述小球藻提取物；
步骤（2）中所述酶解为：向藻液中加入纤维素酶，在温度为52-60℃、pH值为6.0-6.4的条件下酶解1-1.5h；再加入果胶酶，在温度为48-56℃、pH值为3.5-4.5的条件下酶解1-2h；再加入碱性蛋白酶，在温度为40-65℃、pH值为7.5-9.5的条件下酶解0.5-1h；最后加入岩藻糖苷酶，在温度为48-55℃、pH值为5.8-6.7的条件下酶解0.5-1.5h；
所述纤维素酶的添加量为所述藻液质量的0.05-0.1%，所述果胶酶的添加量为所述藻液质量的0.1-0.15%，所述碱性蛋白酶的添加量为所述藻液质量的0.08-0.12%，所述岩藻糖苷酶的添加量为所述藻液质量的0.005-0.015%。
2.根据权利要求1所述的生物肥料，其特征在于，所述小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸的质量比为15：1-45：1。
3.一种制备权利要求1-2任一项所述的生物肥料的方法，其特征在于，所述方法为：按配方量将小球藻提取物和5-氨基乙酰丙酸混合，得到所述的生物肥料。
4.权利要求1-2任一项所述的生物肥料在促进植物生长中的应用，所述植物为番茄。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述生物肥料的施用方式为：喷淋和/或灌根。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述喷淋的稀释比例为：生物肥料：水=1：500-1：1500。
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述灌根的稀释比例为：生物肥料：水=1：300-1：1000。
8.一种生物肥料，其特征在于，包括权利要求1-2任一项所述的生物肥料或权利要求3制备的生物肥料及辅料。
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