[發(fā)明專利]一種具有生物活力的人工合成材料及其農(nóng)業(yè)應(yīng)用

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• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113896786A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林敏;柯秀彬;燕永亮;王勁;戰(zhàn)崳華;周正富
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究所
• 主分類號: C07K14/805
• 分類號: C07K14/805;C07K14/195;C12N15/12;C12N15/31;A01N47/44;A01P21/00;C05F11/08;C05G3/00;C05G3/60;C05G3/80
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤

本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的具有生物活力的人工合成材料，含有本發(fā)明設(shè)計合成的人工親水蛋白、人工血紅蛋白以及聚羥基脂肪酸酯(PHA)。所述材料可用于制備微米級活性人工微囊，包裹具有固氮、解磷解鉀、抗病蟲和促生等特性的農(nóng)用微生物優(yōu)良菌株形成新型菌肥，還可用于制備新型農(nóng)作物種子活性包衣劑等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。所述材料具有保持菌體活力、定向結(jié)合根表和施肥精準(zhǔn)高效等獨特性能，適用于機械化播種、水肥一體化滴灌和無土栽培等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種具有生物活力的人工合成材料及其在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

理想的農(nóng)用微生物制品(制劑)應(yīng)該具有可塑性、可降解性、保水性、根表親和性和供氧供碳等優(yōu)良特性，以實現(xiàn)固氮、解磷解鉀、抗病蟲等功能，促進植物生長。

目前，微生物肥料產(chǎn)品存在菌株存活力差、活性低導(dǎo)致的貨架期短、劑型單一、難以長距離運輸、施用方式復(fù)雜、效果不穩(wěn)定等問題。此外，固氮微生物菌劑等產(chǎn)品受根際氨氮、逆境等脅迫因子影響極大，導(dǎo)致田間固氮效率低下，節(jié)肥增產(chǎn)效果不穩(wěn)定，且只能采用人工播種、難以滿足當(dāng)前我國機械化和設(shè)施化農(nóng)業(yè)發(fā)展的迫切需求。利用種子包衣將高分子化合物配制的成膜劑、增塑劑和著色劑等，與抗菌劑、殺蟲劑和植物生長調(diào)節(jié)劑等混合，包裹在作物種子外表，從而達到防治苗期病蟲害、促進生長發(fā)育、提高作物產(chǎn)量等目的。但是，現(xiàn)有種子包衣劑均缺乏保護微生物活性的功能，被包裹的農(nóng)用微生物存活率低，其固氮、解磷解鉀、抗病蟲和促生等功效迅速喪失。針對傳統(tǒng)微生物菌肥田間應(yīng)用效果不穩(wěn)定、不能滿足適應(yīng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求等不足，需要研制新型的合成生物材料，或合成微米級活性微囊包裹活性微生物形成新型菌肥，或作為新型農(nóng)作物種子活性包衣劑等。

聚羥基脂肪酸酯，簡稱PHA，是很多微生物在營養(yǎng)失衡的情況下，在體內(nèi)合成的一種可生物降解的細胞內(nèi)聚酯，主要作為微生物的碳源及能量儲備。PHA結(jié)構(gòu)多元化，通過改變菌種、給料、發(fā)酵過程可以很方便地改變PHA的組成，而組成結(jié)構(gòu)多樣性帶來的性能多樣化使其在應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。鑒于PHA微球表面易被修飾改造，越來越多的功能蛋白通過與PHA微球表面蛋白的融合表達，呈遞在了PHA微球表面，使其成為一種高效的蛋白固定化及呈遞的新技術(shù)。此外，由于PHA微球可完全降解并被徹底代謝掉，不僅避免了其他基質(zhì)材料在大劑量使用時的毒性問題，而且可為環(huán)境中的微生物提供生長所需的碳源。因具以上良好的生物降解性和生物相容性等特性，PHA在藥物緩釋體系和新型包被材料研發(fā)中發(fā)揮著重要作用。

親水性蛋白是一種帶有極性基團的生物大分子，對水有強的親和能力。這類分子形成的固體材料的表面，易被水所潤濕，保持高的親水性，保水性能極佳。作為極端響應(yīng)逆境脅迫的重要組成部分，親水性蛋白已成為生命科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點之一。

血紅蛋白廣泛存在于動物、植物及微生物體內(nèi)，具有典型的分子結(jié)構(gòu)和生理功能，大量應(yīng)用于食品、藥物的工業(yè)生產(chǎn)中。在正常生理條件下，血紅素以亞鐵的形式存在，稱為氧合血紅蛋白，負責(zé)生理呼吸過程中的氧結(jié)合。此外，血紅蛋白還具有抗菌功能。

如果能將生物可降解材料聚羥基脂肪酸酯(PHA)與具有親水和攜氧等功能的人工合成蛋白組分結(jié)合，作為新型材料包裹固氮微生物，有望實現(xiàn)保護微生物活性、固氮、促進作物生長等功效。

現(xiàn)有技術(shù)中，僅有PHA單獨作為種衣包裹的報道，但未見采用親水蛋白和/或血紅蛋白相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的具有生物活力的人工合成材料。

所述材料含有以下三種成分：

人工親水蛋白，由本發(fā)明設(shè)計合成，氨基酸序列如SEQ ID No.2所示；

人工血紅蛋白，由本發(fā)明設(shè)計合成，氨基酸序列如SEQ ID No.4所示；

聚羥基脂肪酸酯(PHA)。