微藻强化的生物作物营养颗粒物

技术领域

本发明涉及微藻增强的作物营养颗粒物的配制和用途，所述微藻增强的作物营养颗粒物含有其他活性生物物质，诸如菌根或其他微生物，以及它们的休眠形式，诸如孢子。本发明进一步涉及一种用于在作为支持载体材料的基于天然粘土的颗粒物上制备微藻液体提取物和菌根孢子的均匀混合物的方法。

背景技术

如今，随着对食物作物生产需求的不断增长，世界范围内关注的严重问题之一是生产足够量和品质的食物以满足不断增长的人口的需求而同时用更少的土地和更少的资源做到这一点的能力。随着20世纪60年代绿色革命的到来，集约农业实践现包括高产抗病作物品种的使用以及农用化学品(诸如化肥和杀有害生物剂)的持续投入。此类化学品的应用可能对土壤和环境的动态平衡产生不利影响以及通过破坏提供关键营养和活性天然化合物以促进作物生长和发育的非靶有用微生物而影响农业生物多样性。

藻类普遍存在于几乎所有的陆地和水生环境中，并且是地球上最具特征的生物体之一，其潜在地应用于人类和动物营养食物成分、在农业中作为生物肥料和改善苏打土壤、废水处理以及作为生物燃料的来源。丝状、异胞、固氮、光合蓝细菌(BGA)是农田生态系统的一部分，被假设为是全球氮经济中作物生产可用氮的优异来源并且作为农用化学品的更好替代品被接受，具有显著的经济和环境益处。

藻类生物肥料，如BGA，诸如念珠藻属物种(Nostoc sp.)、鱼腥藻属物种(Anabaenasp.)、单歧藻属物种(Tolypothrix sp.)、管链藻属物种(Aulosira sp.)和其他物种，具有固定大气中的氮的潜力。确定了与在旱地条件下相比时，BGA在淹灌条件下具有更好的固氮能力，这可能与淹灌条件下水稻相对稳定的产率相关。蓝细菌发挥的关键作用包括维持和建立土壤肥力，这进一步导致水稻生长和产率增加。这些藻类的贡献包括(1)一群具有丝状结构的蓝细菌增加土壤孔隙度，并且产生粘性物质；(2)分泌促生长物质诸如植物激素(例如植物生长素、赤霉素)、维生素、抗氧化剂和氨基酸；(3)通过它们的凝胶状结构增加持水能力；(4)在它们死亡和分解后土壤生物质增加；(5)土壤盐度降低；(6)防止杂草生长；以及(7)通过分泌有机酸增加土壤磷酸盐可利用度。

菌根是真菌与维管植物的根之间的共生结合体(symbiotic association)。在这种结合体中，真菌定植在宿主植物的根部，在细胞内或者在细胞外。菌根真菌通常分为“外生菌根”(真菌的菌丝不穿透根内的单独细胞)和“内生菌根”(真菌的菌丝穿透细胞壁并且使细胞膜内陷)。内生菌根是可变的，并且进一步分类为丛枝菌根(arbuscularmycorhizae)、杜鹃花类菌根(ericoid mycorhizae)、浆果鹃类菌根(arbutoidmycorhizae)、水晶兰类菌根(monotropoid mycorhizae)和兰科菌根(orchidmycorhizae)。它们是土壤生命和土壤化学的重要组分。丛枝菌根(AM)真菌普遍存在于土壤生境中，并且与被子植物和其他植物的根形成有益的共生关系。在植物与真菌的共生结合体中，涉及植物与球囊菌门(Glomeromycota)真菌之间的结合体的那些在自然界中分布最广。丛枝菌根真菌栖息于各种生态系统，包括农用土地、森林、草地和许多胁迫环境，并且这些真菌定植在大多数植物(包括苔藓植物、蕨类植物、裸子植物和被子植物)的根部。丛枝菌根真菌属于接合菌纲(Zygomycetes)毛霉目(Muccorales)内囊霉科(Endogonaceae)。所述科的丛枝菌根形成属包括无梗囊霉属(Acaulospora)、内养囊霉属(Entrophospora)、巨孢囊霉属(Gigaspora)、球囊霉属(Glomus)、硬囊霉属(Sclerocystis)和盾孢囊霉属(Scutellospora)。

目前，作为HDPE袋中的水性接种物，微藻是最容易获得的，其必须储存在环境温度，不能直接暴露于阳光。这种应用过程已经证明是有些成功的；然而，产品通常只能通过浸湿或叶面喷雾来应用，而不能通过固体应用，诸如通过撒播到田地或稻田中。此外，由于用于应用微藻和菌根的配制品类型和液体类型的差异，这两种有益产品被分开应用，并且通常不一致地应用，导致不太理想的结果。

发明内容

本发明涉及组合微藻与菌根真菌的颗粒配制品。在一个优选的例子中，它包含从约0.5％至约5.0％或更多w/w的微藻接种物、从约0.5％％至2.0％或更多w/w的菌根真菌接种物以及足以维持水分不超过12％的量的脱矿物质水、以及从约80％至约95％w/w(或更多，取决于水分含量)的基于天然粘土或基于矿物的颗粒物，或其他固体基质，诸如有机组合物的挤出粒料或矿物或合成肥料的颗粒物。

在一些形式中，方法包括将至少两种或至少三种菌根真菌物种的孢子包衣或喷涂到载体颗粒物上。

在一些形式中，颗粒材料包括矿物粘土或粘土混合物，诸如白云石、绿坡缕石和煅烧膨润土。

优选地，产生包衣颗粒物的方法包括三个主要步骤：将微藻和菌根真菌混合，将颗粒物包衣，以及将包衣颗粒物干燥。一旦被包衣，覆盖物就像盔甲一样用于菌根真菌孢子，使得它保护免受不利环境条件的影响并且赋予对由处理导致的破坏或在其他方面可能在运输、储存或使用中发生的其他机械损害的抵抗力。包衣还保护免受潜在有损害的温度变化、脱水或其他环境影响。

本发明的其他优选组合物涉及颗粒混合物，所述颗粒混合物包含微藻与菌根真菌的颗粒配制品，其由基于矿物质、基于有机物、或基于矿物质或合成肥料的组合物、或这些或其他材料的组合制成。

本发明进一步涉及一种用于制备颗粒配制品的颗粒混合物的方法。在一个例子中，其包括将一部分微藻包衣溶液添加到罐或其他容器中，并且将一部分菌根技术溶液添加到容器中；添加足量的脱矿物质水以保持最终水分不超过12％；将溶液应用于一定量的基于天然粘土的颗粒物，用于进一步共混和混合；以及共混5至20分钟。

将溶液应用于粘土或其他颗粒物或粒料可以进一步包括通过具有尺寸范围为至少2-4mm的喷嘴的喷枪管、优选通过室混合物内可用的多个孔将包衣溶液喷涂到室混合器(booth mixer)或鼓式造粒机中。

所述方法还可以包括在包装前在环境温度下或任选地在钠灯或其他热源下将干燥颗粒物，以避免在最终包装的产品中形成任何水分。

本发明进一步涉及通过将本发明的配制品或混合物应用于植物、植物繁殖材料、或植物将生长的任何区域来增强植物生长的方法。

附图说明

图1是展示了用于制备组合微藻和菌根真菌的颗粒混合物的优选方法的流程图。

具体实施方式

参考图1描述了用于制备组合微藻和菌根真菌的颗粒混合物的优选方法。

微藻.在优选的混合物中，术语“微藻”是指单细胞原核和/或真核藻类或其组合。在一个优选的实施方案中，将微藻以具有微藻的提取物的形式掺入，所述提取物具有约3％至7％浓度的游离L-氨基酸和5％至10％浓度的有机碳。在一个优选的例子中，使用液体组合物，其含有按体积计11％的微藻提取物，具有在6％与7％之间的总游离L-氨基酸和在6％与7％之间的有机碳。

所述微藻可以包括任何合适的微藻物种。根据本发明，优选的物种包括小球藻属(Chlorella)、栅列藻属(Scenedesmus)、节螺藻属(Arthrospira)、微拟球藻属(Nannoch/oropsis)、拟穆氏藻属(Muriel/apsis)、球等鞭金藻属(lsochrysis)和T-1S0、鱼腥藻属(Anabaena)、链带藻属(Desmodesmus)和红球藻属(Haematococcus)。也可以使用又其他微藻物种，优选地在它们提供所希望的生物质或其他组成的程度上。在一些例子中，所述微藻包括两种或更多种不同微藻物种的组合。

微藻可以在各种条件(诸如异养、混合营养或光养)下产生，以便产生具有相应变化品质的微藻。同样，各种微藻物种可以以多种方式加工，诸如在使用全细胞生产液体组合物的产生中，将其还原成提取物，或干燥。此类过程可以提取或分离微藻的蛋白质或其他组分。如本说明书中所用，术语“微藻”涵盖任何形式的微藻，无论是天然且未加工的完整状态、干燥的、提取的还是以其他方式加工的。

在一个优选的形式中，液体组合物中使用微藻提取物。通常，在诸如生物反应器系统中培养微藻，然后收获并且诸如通过干燥、研磨和筛分转化成粉末形式。然后可以将所得粉末微藻生物质与水组合，以产生如上所述希望组成和浓度的微藻提取物。根据进一步优选的方面，将微藻提取物的酸度调节至所希望的范围，以获得理想的有效性以及随后与菌根的相容性。在一种形式中，微藻溶液的酸度最初在pH 3至5、或更优选pH3.6至4.2、或更优选pH 3.8至3.9之间的范围内。在一个例子中，将微藻溶液与脱矿物质水和缓冲液(诸如0.1M柠檬酸盐缓冲液)组合，旨在产生pH水平在6.0至6.5范围内的微藻溶液。必要时，将一定量的NaOH或HCl(或其他酸或碱)添加到微藻溶液中，目的是将微藻溶液的pH水平调节到在6.0至6.5范围内的最终希望水平。

菌根.如前所指出，菌根通常分为“外生菌根”(真菌的菌丝不穿透根内的单独细胞)和“内生菌根”(真菌的菌丝穿透细胞壁并且使细胞膜内陷)。在本发明的一些形式中，在包衣混合物中仅使用内生根菌，而在其他形式中使用外生菌根菌和内菌根菌的组合。在优选的形式中，使用菌根混合物，其中所述混合物含有至少95％或至少97％的内生菌根含量，并且达到100％的余量由外生菌根含量构成。

在优选的形式中，内生菌根含量包含以下内生菌根真菌物种中的任一种：根囊霉属物种(Rhizophagus sp.)、球囊霉属物种(Glomus sp.)、无梗囊霉属物种(Acaulosporasp.)、盾孢囊霉属物种(Scutellospora sp.)和球囊霉属物种(Glomus sp.)。内生菌根含量也可以可替代地包含前述内生菌根真菌的混合物。因此，可以产生前述内生菌根的组合，以在植物生长中产生希望的结果。根囊霉属物种能够穿透根细胞形成树状结构(丛枝)，用于与宿主植物交换糖和营养物，并且在营养物缺乏的土壤中高度有效。球囊霉属物种从宿主植物中获得碳以交换营养物和其他益处，有助于土壤解毒过程(例如，将含砷土壤解毒)。它们还改善土壤结瘤和植物对营养物的摄取，增加吸收水、磷、氨基酸和氮的表面积，并且对某些土传疾病更有抵抗力。无梗囊霉属物种能够与环境相互作用并且改变环境以有利于宿主植物，改善土壤结构和品质。盾孢囊霉属物种产生腐殖质化合物、多糖和结合土壤的糖蛋白，并且增加土壤孔隙度，并且促进曝气和水分移动到土壤中。可替代地，也可以使用其他形式的内生菌根真菌。

在一种优选的形式中，外生菌根含量包含豆马勃属物种(Pisolithus sp.)或者其他。此类外生菌根有效摄取无机和有机营养物资源，并且增强有效利用有机氮源的能力。它们进一步产生宿主固氮细菌的结构，其有助于植物在营养物缺乏的环境中摄取的氮的量。它们还具有很高的耐镍性，并且在超镁铁质土壤中工作效率很高。

优选地，菌根具有约1,000至10,000个感染性孢子/克的浓度，并且优选浓度大于5,000个孢子/克。在优选的形式中，示例性组合包含600,000个感染性繁殖体/100克外生菌根并且最少50,000个繁殖体/100克外生菌根。更优选地，菌根具有100,000并且最少或8,000个感染性繁殖体/100克外生菌根的最大浓度组合。

如上所指出，微藻液体可以具有高达3.8pH的pH水平，因此限制了与菌根的潜在混合物配制，菌根通常在液体形式中具有8.0至9.0的pH水平。如果在如此低的pH(即3.8)下与微藻溶液组合，则所述酸度可能导致菌根恶化并且失去在液体中的活力。因此，本发明的优选形式分别在相似的pH水平下针对各自产生液体溶液，并且然后将微藻提取物和菌根孢子两者与具有相似物理和化学特性的载体组合。

在一种优选的形式中，菌根溶液与微藻溶液分开制备，用于随后与微藻溶液组合。为了在不损害菌根的情况下最佳地组合两种溶液，将各自制备成相同或基本上等同的pH水平，优选在6.0至6.5的范围内，如上文针对微藻溶液所述。在一种形式中，将菌根溶液与脱矿物质水和缓冲液(诸如0.1M磷酸盐缓冲液)组合，旨在产生pH水平在6.0至6.5范围内的菌根溶液。必要时，将一定量的NaOH或HCl(或其他酸或碱)添加到菌根溶液中，目的是将菌根溶液的pH水平调节到在6.0至6.5范围内的最终希望水平。

微藻/菌根混合物.在一种形式中，基于重量比重量，优选的组合包衣溶液包含大约等于组合溶液中菌根浓度的微藻浓度。因此，在一种形式中，基于w/w，微藻包含从约2.0％至约5.0％并且更优选约2.7％，并且菌根包含约1.0％至3.0％并且更优选约2.0％w/w。将组合的包衣溶液进一步与足以促进喷涂并且在最终产品中达到所希望的浓度的脱矿物质水组合。在其他形式中，组合的包衣溶液中微藻和菌根的相对量可以变化。一旦组合，如果需要，就再次调节具有微藻和菌根两者的混合物的pH，以维持pH 6.0至6.5的希望范围，优选使用NaOH或HCL。

组合的包衣溶液可以使用混合搅拌器在适当的容器20中混合。在一种形式中，将成分混合5分钟与20分钟之间，优选使用搅拌或搅动。

混合后，通过泵或其他装置将最终包衣溶液转移到与一个或多个喷嘴连通的腔室中，以允许其被喷涂到载体颗粒物或其他希望基质上。

基于天然粘土的颗粒物是惰性的、可生物降解的、耐受由混合引起的磨损，并且具有中性pH。因此，组合溶液的酸度基本上与载体的酸度相匹配。粘土颗粒物可用几种尺寸等级，从12/25目到10/20&16/35目(ASTM)。一系列载体尺寸适用于本发明的优选形式。

在替代形式中，颗粒物可以由沸石或白云石形成。沸石和白云石被用作土壤调理剂，其中沸石可以控制和提高土壤pH和土壤水分，而白云石被用于土壤中和以修正酸度。向粪肥中添加沸石或白云石将改善硝化过程。这些材料通常用作杀有害生物剂、除草剂和杀真菌剂的缓释物质。在本发明的形式中，沸石或白云石颗粒或两者的组合可以用于载体颗粒物。

在另一种形式中，绿坡缕石可以用作载体颗粒物。绿坡缕石是页硅酸镁铝，其存在于一种粘土类型中，并且它被用作加工助剂并且作为天然漂白粘土用于植物油和动物油的纯化。它以胶体和非胶体两种形式可用。在本发明的一些形式中，绿坡缕石颗粒或颗粒物用作本发明的载体颗粒物。

风化褐煤是从近地表矿坑开采的褐煤的氧化产物。风化褐煤是一种高品质的腐殖质材料土壤调理剂，其可以充当天然螯合剂。它典型地是柔软的、深色的且玻璃状的，含有高浓度的活性腐殖酸和富里酸。在本发明的一些形式中，风化褐煤可以单独使用或与其他材料组合使用作为载体颗粒物。

膨润土粒料在农业中用于土壤改善、牲畜饲料添加剂、杀有害生物剂载体和其他目的。与化肥混合的膨润土可以固定氨，并且可以起到用于肥料的缓冲剂的作用。保水性和吸水性的固有特征使其成为改善土壤肥力的理想添加物。通过添加和共混煅烧膨润土，可以显著增强许多地区中遭受低的水和营养物保持特征的砂土的普遍性。在本发明的一些形式中，膨润土或煅烧膨润土用作载体颗粒物。

在本发明的又其他形式中，载体颗粒物可以包含不同材料的混合物，诸如粘土、风化褐煤、绿坡缕石和/或膨润土。

容器20中的包衣溶液通过优选具有尺寸范围为至少2至4mm的喷嘴的喷枪管，通过室混合共混器30内可用的多个孔喷涂。

将颗粒物在室混合共混器30中共混5至20分钟。共混可以例如是翻滚或其他搅动的形式。

任选地，也可以在包衣后使用筛网将颗粒物筛分50，以产生希望的均匀或最大粒度。

在共混、干燥和任选的筛分之后，可以将颗粒物转移到筒仓或其他储存罐60中，以供以后的包装、加工或使用。

根据上述优选方法，在一个实施方案中，示例性作物营养颗粒物包含在颗粒配制品中的微藻与菌根，所述颗粒配制品包含：

·从约0.5％至约5.0％重量比重量(w/w)并且更优选2.2％至3.2％并且甚至更优选约2.7％w/w的微藻接种物；

·从约0.5％至约5.0％w/w并且更优选1.5％至2.5％并且甚至更优选约2％w/w的菌根接种物；

·脱矿物质水，以提供约12％或更低并且优选大于6％的水分浓度；

·载体颗粒物(诸如天然粘土颗粒物、基于矿物的颗粒或其他固体基质，诸如有机组合物的挤出粒料或矿物或合成肥料的颗粒物)，在约80％至约90％w/w的范围内并且更优选约87％w/w，从而在干燥后补足微藻和菌根加上脱矿物质水后的重量的余量。

尽管已经说明和描述了本发明的优选实施方案(如上所指出)，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行许多改变。因此，本发明的范围不受优选实施方案的公开内容的限制。相反，本发明应该完全通过参考权利要求来确定。