[發明專利]用于提高植物和農作物產量的通過植物根系輸運活性成分的作為土壤添加劑的合成共生系統

有效

• 申請號: 200980148840.X
• 申請日: 2009-10-06
• 公開（公告）號: CN102316912A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 加利普·奧考伊;戴維·羅伯特·布爾克
• 申請（專利權）人: 紐卡斯爾大學
• 主分類號: A61L27/16
• 分類號: A61L27/16;A61L27/18;A61L27/20;A61L27/22;A61L27/56;C08F2/24;C12N5/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 朱梅;徐琳

技術領域

本發明描述了一種制備用作土壤添加劑的有/無生物活性的納米結構大孔親水交聯離子聚合物顆粒系統的方法，所述系統允許植物根穿入和穿透該顆粒，由此提高了生物質和農作物的生長速度和產量，特別是在水分和肥料脅迫的條件下。當將所述方法應用于種子或植株的生長時，該方法還通過向生長中的植物提供使其長成的養分來提供適宜的生長條件。

當移栽這些植物時，仍然保持了所述適宜的生長條件，因此使得植物在更不利的新環境中也能夠長成。植物生長的促進作用和農作物增產作用被稱為農業集約化進程(A-PI)，而為了A-PI的用于促進植物根、水、養分和在可適用的情況下，微生物(如細菌和/或真菌)之間的相互作用的合成培養基被稱為合成共生系統(SSS)。所述SSS材料(聚合物)實質上為一種納米結構大孔(NSMP)彈性/海綿狀離子交聯親水性聚合物，其帶有或不帶有如細菌和真菌的生物活性物種并在微觀上使植物根、水、養分和細菌之間發生相互作用。

SSS的有益效果概述如下：

1、在土壤中分散高度吸水的(親水性的)且溶脹的納米結構大孔交聯離子聚合物顆粒能夠更有效地調配水，從而使生物質和農作物增產。與其他吸水性土壤改良劑不同，SSS聚合物停留在土壤里而不容易被沖走或被化學/生物降解掉。

2、在顆粒狀SSS聚合物的孔內儲存肥料能使養分直接、定向、緩慢地向植物根釋放。

3、如果植物根穿入SSS聚合物中，植物受益于已經被所述聚合物(該聚合物由于存在離子部分因此可同時起到離子交換介質的作用)吸附的養分和水的存在。

4、用固氮細菌對所述顆粒狀SSS聚合物進行接種和定殖能使根被細菌感染并發生從空氣中到豆科植物的共生氮轉移，導致農作物的氮、磷以及金屬濃度的提高。

5、接種混合微生物(例如，根瘤菌(rhizobium)和有益的土壤真菌，菌根真菌(mycorrhizal))能使氮轉移到非豆科植物并使如磷的養分有效轉移至植物。

6、在經接種的SSS-聚合物的存在下間作豆科植物和非豆科植物也使得與SSS-聚合物結合的共同根系并在植物間共享氮。

7、通過在罐內在SSS-聚合物上使植物的種子生長然后移栽，存活幾率及在新環境中長成植物的幾率提高。

基于對模型植物(草和麻風樹(其不能固氮)以及豌豆和大豆(其能夠固氮))的溫室實驗，SSS的益處概述如下：

1、彈性/海綿狀SSS聚合物允許土壤微生物(細菌或真菌)在其中生長。

2、提高農作物內的金屬濃度。

3、在干旱條件下的大幅度增產作用。

4、當肥料被沖走時提高收成的數量。

5、當根系穿過所述生物活性SSS-聚合物培養基時，增加了豆科植物的感染。

6、當根穿過SSS-聚合物培養基生長時，其形態得到改善。

7、由于細菌和根在數十微米內彼此共存，因此對SSS-聚合物接種混合細菌可促進共生。

背景技術

在脅迫條件下農業集約化進程(A-PI)是很重要的，而如果發生全球變暖該脅迫條件將會更加嚴重。在這種情況下，將會加重農業中水和氮的脅迫狀況，而對生物質、食物和肥料的需求增加將會使任何基于生物質的能量/化學制品供給技術不堪重負。本發明公開了如何通過靶向水調配、肥料釋放和生物固氮而同時實現植物生長。在本發明中，通過使植物根與SSS-聚合物的締合來實現水、生物固氮和肥料(包括氮)傳輸的靶向。本發明與采用土壤改良劑或緩釋肥料或間作的其他生物質/農作物增產技術有著本質的區別，這是因為，在本發明中，SSS-聚合物與植物根締合，因此養分和水的傳輸以及根感染(導致用于生物固氮的根瘤形成)是直接的并且集中在根毛處。下面的總結概述了可用于植物和農作物增產的技術。

超吸收劑聚合物(Super-absorbent?polymer)(SAP)