CN108191523A - 一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液及其制备方法，该营养液由：酸性聚谷氨酸发酵液、硝酸钾、硝酸钙、硫酸、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸锌、硼酸、磷酸盐、明矾等配制而成。所述酸性聚谷氨酸发酵液为在聚谷氨酸发酵液中加入***至发酵液pH 2～4。本发明直接以聚谷氨酸发酵液为原料，保留了发酵液中的营养物质，充分利用资源，其中的聚谷氨酸易形成水凝胶，使其包裹的肥料、微量元素具有明显的缓释效果，可增强作物吸收养分能力，提高肥效，减少施肥量；且其中的枯草芽孢杆菌对植物病害具有很好的防治作用，可减少农药的使用。

Description

一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子聚合物的制备领域，特别涉及一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液及其制备方法。
背景技术
目前，我国农业的施肥现状是：施肥单一、肥量大、利用率低，土壤养分流失严重，增产效果差，破坏生态环境。实践证明，叶面施肥具有肥效迅速、肥料利用率高、用量少等特点。采用叶面施肥，各种养分能够很快地被作物叶片吸收，迅速缓解作物的缺肥状况，发挥肥料最大的效益。
然而，目前叶面喷施的营养液存在如下问题，一是喷施液在叶面迅速干燥，影响吸收；二是叶面施肥提供的养分数量有限，不足以满足作物全部需要；三是叶面施肥配制不当，易造成叶片烧伤；四是叶面施肥残效时间短，需多次喷施，费工。五是叶面营养液一般仅具有营养功能，不能防治病虫害。
公开号为CN 104892062A，发明名称为一种纳米硒营养液体肥料的发明专利申请中，所述纳米硒营养液体肥料是由氨基酸、聚谷氨酸、纳米硒组成。含有十八种氨基酸：天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸、色氨酸、胱氨酸。该液体肥料含有纳米硒，含有聚谷氨酸及保肥保水成分PGA以及蛋白质、糖类、微量元素等营养。可以提高作物中硒含量，并使产量提高，是生产富硒功能食品的理想肥料。该发明的液体肥料虽然可以提高作物中硒含量，提升品质和产量，但是不具备防治病害的功效。
因此，研发一种营养齐全、易于吸收利用、具有抗病虫害的功效、又高效环保的新型液体肥料是解决上述问题的关键。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液及其制备方法。本发明利用生物高分子聚谷氨酸作为螯合剂，制备植物营养液，其中的聚谷氨酸易形成水凝胶，使其包裹的肥料、微量元素具有明显的缓释效果，可增强作物吸收养分能力，提高肥效，减少施肥量，且有效防治病虫害，减少农药的使用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，包括以下重量配比的原料：酸性聚谷氨酸发酵液1L、硝酸钾50～100g、硝酸钙80～120g、硫酸镁10～30g、硫酸亚铁0.2～1.0g、硫酸锰2～10g、硫酸锌0.1～1.0g、硼酸1.0～2.0g、磷酸盐10～30g、明矾0.5～1.5g。
所述酸性聚谷氨酸发酵液为在聚谷氨酸发酵液中加入***至发酵液pH 2～4。
所述聚谷氨酸发酵液中聚谷氨酸的分子量为700kDa以上；含量为30～80g/L。
所述磷酸盐为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾按1：1混合的混合物。
所述聚谷氨酸发酵液由如下方法制备：
(1)种子培养：将枯草芽孢杆菌FRD518CGMCC接种于装有种子培养基的三角瓶中，接种量1％，于35～38℃，180～220r/min摇床震荡培养至OD600达到1.6～2.2。
(2)发酵培养：将步骤(1)制备的种子液接种于发酵培养基中，接种量2％～5％，于35～38℃，通气搅拌培养42～54h，得到聚谷氨酸发酵液。
各培养基成分如下：
种子培养基：葡萄糖5～10g/L，酵母粉3～5g/L，硫酸铵2～10g/L，MgSO4 0.1～1.0g/L，pH 7.2～7.5，115℃灭菌20min。
发酵培养基：蛋白胨5～30g/L，酵母提取物5～30g/L，硫酸铵5～20g/L，谷氨酸钠30～100g/L，柠檬酸2～5g/L，MgSO4 0.1～0.5g/L，K2HPO4 1～4g/L，葡萄糖100～200g/L，pH7.2～7.5，115℃灭菌20min。
本发明含有聚谷氨酸的富硒植物营养液的制备方法是：
(1)向聚谷氨酸发酵液中加入***，并不断搅拌，直至发酵液pH 2～4，即为酸性聚谷氨酸发酵液；
(2)向酸性聚谷氨酸发酵液中加入硝酸钾、硝酸钙、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸锌、硼酸、明矾，30～50℃，搅拌反应1～3h，使各种营养元素与聚谷氨酸充分反应，形成聚谷氨酸螯合物。
(3)反应结束后，加入磷酸盐，搅拌溶解后，过滤，滤液即为含有聚谷氨酸的富硒植物营养液。
本发明中所加入的各种化合物均为植物生长所需。其中氮是核酸、辅酶、磷脂、叶绿素、细胞色素、植物激素(CTK)和维生素等的成分，是蛋白质和核苷酸的组成元素，参与叶绿素的形成，提高光合作用；钾在植物体内主要以离子状态存在，是生物体内60多种酶的活化剂，是构成细胞渗透势的重要成分，调节气孔的开闭，促进光合磷酸化，促进同化物的运输；钙是细胞壁胞间层果胶钙的成分，与细胞***有关，具有稳定生物膜的功能，可与有机酸结合为不溶性的钙盐而解除有机酸积累过多时对植物的危害；硼是植物开花时期的重要营养元素之一，促进花粉萌发和花粉管的伸长，对植物受精具有特殊作用，还能加速植物体内糖水化合物的输送和积累；铁元素直接参与植物的各种代谢活动，在植物体内起传递电子的作用，是叶绿素合成中必不可少的物质；锌是多种酶的组分和活化剂，主要参与生长素的合成和某些酶***的活动；镁是叶绿素的重要组分，是多种酶的活化剂，在光合作用中具有重要的作用；锰是叶绿体的成分，对光合作用和蛋白质的形成有重要作用；明矾具有有效的杀虫，抗菌作用。
本发明还提供，所述含有聚谷氨酸的富硒植物营养液在植物抗病增产中的应用，使用方法是将营养液稀释100～300倍喷施于植物。
本发明的技术关键点及突出优点如下：
(1)首先将聚谷氨酸发酵液调整为酸性，为使各种营养元素与聚谷氨酸充分反应，更好的形成聚谷氨酸螯合物。选择使用***调节发酵液的pH，既可以降低发酵液粘度，利于聚谷氨酸螯合反应的进行，又可以将无机硒元素通过聚谷氨酸的螯合作用变为有机硒，促进植物吸收利用，同时也避免了引入氯离子对植物的毒害。
(2)向营养液中加入磷酸盐既可以稳定营养液因稀释水质不同而造成的偏酸或偏碱，同时磷酸盐又是植物生长所必需的营养元素。
(3)本发明方法，制备条件温和，直接以聚谷氨酸发酵液为原料，保留了发酵液中的营养物质，充分利用资源，且其中枯草芽孢杆菌对植物病害具有很好的防治作用。
(4)本发明直接制成液体营养液，免除了干燥过程的能源消耗，节约能源。
(5)本发明含有聚谷氨酸的富硒植物营养液直接喷施于作物上，同时兼具提供营养成分和防治病虫害的功效，可以减少化肥及农药的使用，更加环保、安全。
具体实施方式
下面结合具体实施例和试验对本发明的技术方案及其所产生的技术效果做进一步的阐述，下述说明仅是为了解释本发明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。本发明所述方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。
实施例1
(1)聚谷氨酸发酵液的制备：将枯草芽孢杆菌FRD518CGMCC接种于装有种子培养基的三角瓶中，接种量1％，于38℃，180r/min摇床震荡培养至OD600达到1.8。将制备好的种子液接种于发酵培养基中，接种量5％，于38℃，通气搅拌培养42h，得到发酵液。
各培养基成分如下：
种子培养基：葡萄糖10g/L，酵母粉5g/L，硫酸铵5g/L，MgSO4 0.3g/L，pH 7.2，100mL培养基装于500mL三角瓶中，115℃灭菌20min。
发酵培养基：蛋白胨10g/L，酵母提取物10g/L，硫酸铵10g/L，谷氨酸钠50g/L，柠檬酸2g/L，MgSO4 0.2g/L，K2HPO4 2g/L，葡萄糖100g/L，pH 7.2，115℃灭菌20min。
(2)含有聚谷氨酸的富硒植物营养液的制备：
取上述步骤(1)聚谷氨酸发酵液1L，向其中加入***，并不断搅拌，直至发酵液pH至2.5，向酸性聚谷氨酸发酵液中加入硝酸钾50g、硝酸钙80g、硫酸镁10g、硫酸亚铁0.2g、硫酸锰2g、硫酸锌0.1g、硼酸1.0g、明矾1.0g，50℃，搅拌反应1h，反应结束后，加入20g磷酸盐(磷酸氢二钾和磷酸二氢钾按1：1混合)，搅拌溶解后，过滤，得到一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液。
实施例2
(1)发酵液的制备：将枯草芽孢杆菌FRD518CGMCC接种于装有种子培养基的三角瓶中，接种量1％，于36℃，220r/min摇床震荡培养至OD600达到2.2。将制备好的种子液接种于发酵培养基中，接种量2％，于36℃，通气搅拌培养48h，得到发酵液。
各培养基成分如下：
种子培养基：葡萄糖6g/L，酵母粉3g/L，硫酸铵10g/L，MgSO41.0g/L，pH 7.5，100mL培养基装于500mL三角瓶中，115℃灭菌20min。
发酵培养基：蛋白胨30g/L，酵母提取物30g/L，硫酸铵20g/L，谷氨酸钠50g/L，柠檬酸5g/L，MgSO4 0.5g/L，K2HPO4 4g/L，葡萄糖200g/L，pH 7.5，115℃灭菌20min。
(2)含有聚谷氨酸的富硒植物营养液的制备：
取步骤(1)制备的聚谷氨酸发酵液1L，向其中加入***，并不断搅拌，直至发酵液pH至3.5，向酸性聚谷氨酸发酵液中加入硝酸钾100g、硝酸钙120g、硫酸镁30g、硫酸亚铁1.0g、硫酸锰8g、硫酸锌0.8g、硼酸1.6g、明矾1.5g，30℃，搅拌反应3h，反应结束后，加入15g磷酸盐(磷酸氢二钾和磷酸二氢钾按1：1混合)，搅拌溶解后，过滤，得到一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液。
实施例3
(1)发酵液的制备：将枯草芽孢杆菌FRD518CGMCC接种于装有种子培养基的三角瓶中，接种量1％，于35℃，200r/min摇床震荡培养至OD600达到1.6。将制备好的种子液接种于发酵培养基中，接种量3％，于35℃，通气搅拌培养54h，得到发酵液。
各培养基成分如下：
种子培养基：葡萄糖5g/L，酵母粉4g/L，硫酸铵2g/L，MgSO40.5g/L，pH 7.3，100mL培养基装于500mL三角瓶中，115℃灭菌20min。
发酵培养基：蛋白胨5g/L，酵母提取物25g/L，硫酸铵5g/L，谷氨酸钠70g/L，柠檬酸4g/L，MgSO4 0.1g/L，K2HPO4 1g/L，葡萄糖180g/L，pH 7.2，115℃灭菌20min。
(2)含有聚谷氨酸的富硒植物营养液的制备：
取上述步骤(1)聚谷氨酸发酵液1L，向其中加入***，并不断搅拌，直至发酵液pH至3，向酸性聚谷氨酸发酵液中加入硝酸钾80g、硝酸钙100g、硫酸镁20g、硫酸亚铁0.5g、硫酸锰10g、硫酸锌1.0g、硼酸20g、明矾0.5g，40℃，搅拌反应1.5h，反应结束后，加入30g磷酸盐(磷酸氢二钾和磷酸二氢钾按1：1混合)，搅拌溶解后，过滤，得到一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液。
对比例1
本发明实施例1所提供的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液与市售第四元素水溶肥做比较试验。
(1)实验设计
将本发明制备的含有聚谷氨酸的植物营养液加水稀释100倍，制成喷剂，作为试验组。
将第四元素水溶肥按1：100加水稀释制成喷剂，作为对照组。
直接使用清水喷施作为空白组。
(2)实验方法
选取大白菜面积15亩，分为三组，每组5亩，各组播种施底肥等管理措施一致。在白菜包心期心叶喷施，每隔7天喷1次，连喷3次，每亩每次喷施20L。
结果显示：施用本发明营养液的试验区的大白菜和对照区、空白区相比，白菜植株比较大，抗病能力强，大白菜卷心结实，品质好，尤其是硒含量有极大提升。各项指标见表1。
表1
讨论：大白菜干烧心病是大白菜的重要病害之一，属生理性病害，主要是由于土壤中缺少活性锰、水溶性钙，致使白菜的营养失调而引起的。本发明营养液中富含螯合的聚谷氨酸钙、聚谷氨酸锰，有效补充大白菜可吸收利用的钙、锰，营养全面，因此能够有效防治白菜干烧心病。
白菜软腐病是由细菌引起的，在包心期发病较重，重病株的叶柄基部或根茎完全腐烂，布满粘稠状物，腐烂处产生臭鸡蛋臭味。本发明营养液中含有大量的枯草芽孢杆菌，通过喷施定植于大白菜表面，菌体迅速生长，通过拮抗作用，抑制其他治病微生物的生长，从而可以有效防治白菜软腐病。
结论：本发明所提供的含有聚谷氨酸的富硒植物营养素可以显著提高作物的产量，抗病能力强，提高作物中的硒含量，更能满足人们日常生活中对硒的要求。
对比例2
(1)实验设计
本发明实施例2所提供的含有聚谷氨酸的植物营养液与按照CN104892062A方法制备的纳米硒营养液体肥料做比较试验。
将本发明制备的含有聚谷氨酸的植物营养液稀释250倍，制成喷剂，作为试验组。
将按照CN104892062A方法制备的纳米硒营养液体肥料稀释250倍，制成喷剂，作为对照组。
直接使用清水喷施作为空白组。
(2)试验方法
冬小麦面积15亩，播种施底肥等管理措施一致。分别在小麦返青期、分蘖期、抽穗期、灌浆期喷施1次，每亩每次喷施25L。
(3)实验结果
结果显示：施用本发明营养液的试验区与施用纳米硒营养液体肥料的对照区和空白区的冬小麦相比，植株比较高，分蘖数增加，抗寒、抗旱、抗病能力强，不易倒伏，小麦品质好。各项指标见表2。
表2
本发明根据小麦生理特点和生长发育规律，针对小麦易受冻害、干旱、营养失调等原因的影响，造成小麦出现干尖、黄尖、苗小、苗弱、死孽、死苗、根系不发达、分蘖能力差等现象，添加的聚谷氨酸具有极佳的保水保湿作用，可在小麦叶面形成一层薄膜，减少水分蒸发和流失，提高小麦抗寒、抗旱能力，明矾能强力凝固麦蚜等小麦害虫的蛋白质，具有有效的杀虫作用，可以防止小麦蚜虫病的发生。营养液中含有大量的枯草芽孢杆菌，通过喷施定植于植株表面，通过拮抗作用，抑制其他治病微生物的生长能够有效防治小麦纹枯病。本发明营养液营养物质齐全，且都以有机质的形式存在，加速营养物质的运输与转化，促进干物质向籽粒中转移，小麦灌浆快、穗大籽饱，成熟早。
结论：本发明所提供的含有聚谷氨酸的植物营养素可以显著提高小麦的产量，提高作物抗病能力，降低小麦发病率，提高作物中的硒含量，满足人们日常生活中对硒的要求。

Claims (10)

1.一种含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，包括以下重量配比的原料：酸性聚谷氨酸发酵液1L、硝酸钾50～100g、硝酸钙80～120g、硫酸镁10～30g、硫酸亚铁0.2～1.0g、硫酸锰2～10g、硫酸锌0.1～1.0g、硼酸1.0～2.0g、磷酸盐10～30g、明矾0.5～1.5g。
2.如权利要求1所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述酸性聚谷氨酸发酵液为在聚谷氨酸发酵液中加入***至发酵液pH 2～4。
3.如权利要求1或2所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述聚谷氨酸发酵液中聚谷氨酸的分子量为700kDa以上；含量为30～80g/L。
4.如权利要求1或2所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述磷酸盐为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾按1：1混合的混合物。
5.如权利要求3所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述聚谷氨酸发酵液由如下方法制备：
(1)种子培养：将枯草芽孢杆菌FRD518CGMCC接种于装有种子培养基的三角瓶中，接种量1％，于35～38℃，180～220r/min摇床震荡培养至OD600达到1.6～2.2；
(2)发酵培养：将步骤(1)制备的种子液接种于发酵培养基中，接种量2％～5％，于35～38℃，通气搅拌培养42～54h，得到聚谷氨酸发酵液。
6.如权利要求5所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述种子培养基：葡萄糖5～10g/L，酵母粉3～5g/L，硫酸铵2～10g/L，MgSO4 0.1～1.0g/L，pH 7.2～7.5。
7.如权利要求5所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液，其特征是，所述发酵培养基：蛋白胨5～30g/L，酵母提取物5～30g/L，硫酸铵5～20g/L，谷氨酸钠30～100g/L，柠檬酸2～5g/L，MgSO4 0.1～0.5g/L，K2HPO4 1～4g/L，葡萄糖100～200g/L，pH 7.2～7.5。
8.制备权利要求1-7任一所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液的方法，其特征是，步骤如下：
(1)向聚谷氨酸发酵液中加入***，并不断搅拌，直至发酵液pH 2～4，即为酸性聚谷氨酸发酵液；
(2)向酸性聚谷氨酸发酵液中加入硝酸钾、硝酸钙、硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸锌、硼酸、明矾，30～50℃，搅拌反应1～3h；
(3)反应结束后，加入磷酸盐，搅拌溶解后，过滤，滤液即为含有聚谷氨酸的富硒植物营养液。
9.权利要求1-7任一所述的含有聚谷氨酸的富硒植物营养液在植物抗病增产中的应用。
10.权利要求9所述应用，其特征是，使用方法是将含有聚谷氨酸的富硒植物营养液稀释100～300倍喷施于植物。
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