一种利用小球藻改良盐碱地及促进藜麦生长的方法

摘要

本发明公开了一种利用小球藻改良盐碱地及促进藜麦生长的方法，属于土壤改良技术领域。本发明以三种小球藻(C.pyrenoidosaGY‑D26、C.vulgarisGY‑D25、C.emersioniiSXND‑25)为材料，首先筛选出盐碱胁迫耐受性最好的小球藻，其次采用土壤灌溉的形式评价目标小球藻对太谷(非盐碱地)和应县(盐碱地)土壤的改良效果，最后探讨了小球藻对两种土壤上藜麦的促生效果与作用机理。本发明研究了小球藻对盐碱地土壤的改良以及对藜麦的促生作用，为盐碱地的改良以及藜麦的种植提供了技术支撑。

说明书

技术领域

本发明属于土壤改良技术领域，尤其涉及一种利用小球藻改良盐碱地及促进藜麦生长的方法。

背景技术

迅速增长的人口强调了增加粮食生产的必要性，土壤盐碱化对粮食安全构成威胁，因此急需在改良盐碱地的同时开发其生态和经济价值。尽管藜麦具有优异的抗逆性且兼具高营养价值，是公认的实现盐碱地高值化综合利用的优良作物，但是也需要进一步提高藜麦在盐碱地中的产量。微藻是一大类能够进行光合作用的单细胞生物，含有多种生物活性物质，兼顾生物肥料与生物刺激剂的双重功效。但是，微藻在盐碱地改良及对作物在盐碱地中的促生效果未见报道。

发明内容

本发明以三种小球藻(Chlorella pyrenoidosa、Chlorella vulgaris和Chlorella emersionii) 为材料，首先筛选出盐碱胁迫耐受性最好的小球藻，其次采用土壤灌溉的形式评价目标小球藻对太谷(非盐碱地)和应县(盐碱地)土壤的改良效果，最后探讨了小球藻对两种土壤上藜麦的促生效果与作用机理。

本发明的目的之一在于提供蛋白核小球藻在盐碱地改良中的应用。

本发明的目的之二在于提供蛋白核小球藻在制备盐碱地改良剂中的应用。

本发明的目的之三在于提供蛋白核小球藻在对藜麦促生中的应用。

进一步地，所述藜麦生长在盐碱地中。

更进一步地，所述藜麦为陇藜1号。

进一步地，所述应用包括以下步骤：蛋白核小球藻培养至OD

进一步地，蛋白核小球藻的培养方法为：将藻株放入无菌BG-11培养基中培养25-35天作为种子液，温度25±1℃，光强100μmol photons m

本发明地目的之四在于提供一种盐碱地改良剂，所述盐碱地改良剂含有蛋白核小球藻。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明研究了小球藻对盐碱地土壤的改良以及对藜麦的促生作用，为盐碱地的改良以及藜麦的种植提供了技术支撑。

附图说明

图1为实施例1中三种小球藻在不同盐浓度下的OD680、细胞密度和干重结果图。

图2为实施例1中三种小球藻在不同盐浓度下的叶绿素含量(a、b和c)和叶绿素a/b变化图。

图3为实施例1中三种小球藻在200mmol L

图4为实施例2中对照、BG-11培养液和微藻处理下太谷和应县土壤的pH a、EC b、水分c和有机质d含量图。

图5为实施例2中对照、BG-11培养基和微藻处理下的太谷和应县土壤的pH a、ECb、水分c和有机质d含量图。

图6为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的pH a、EC b、水分c和有机质d含量图。

图7为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的SPADa和叶绿素含量b图。

图8为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤藜麦Fv/Fm a、ETRm b、Y(II)c、qP d、αe和Ik f结果图。

图9为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的MDAa、可溶性糖b、花青素c、总蛋白d、SOD e和POD f图。

图10为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的生长情况图。

图11为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的株高a、茎粗b和干重c图。

图12为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的种子数量a和种子重量b图。

图13为实施例3中对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的种子数量a和种子重量b图。

具体实施方式

实施例1小球藻耐盐碱特性的评估

1.实验设计及方法

本研究中，C.pyrenoidosa GY-D26(蛋白核小球藻)、C.vulgaris GY-D25(普通小球藻)和C.emersionii SXND-25(埃氏小球藻)由Institute of Molecular Agricultureand Bioenergy，Shanxi Agricultural University，China提供。将藻株在含有100mL无菌BG-11 培养基的250mL Erlenmeyer烧瓶中培养30天作为种子液，温度25±1℃，光强100μmol photons m

2.研究结果

结果(生长方面)：第8天小球藻的藻液颜色随着盐处理浓度的增加而变浅，三种小球藻的变化程度在中性盐处理下没有差异。C.pyrenoidosa在100mmol L

结果(叶绿素含量)：图2为在0(CK)、50(1)、100(2)、150(3)和200(4)mmol L-1中性盐(NS)、碱性盐(BS)和混合盐(NBS)处理下，C.pyrenoidosa、C.vulgaris和 C.emersionii的叶绿素含量(a、b和c)和a型叶绿素/b型叶绿素(d、e和f)变化图，第 8天小球藻与对照相比，在50mmol L

结果(小球藻的盐碱抗性的评估)：图3为在200mmol L

综上所述：三种小球藻在大于100mmol L

实施例2小球藻对盐碱地的改良效果

1.实验设计及方法

太谷和应县土壤由Molecular Agriculture and Bioenergy,ShanxiAgricultural University,China提供，土壤(20cm土层)来源于Taigu，Shanxi(112°28'E-113°01′E， 37°12′N-37°32′N)和Yingxian，Shanxi(112°58'E-113°37'E，39°17'N-39°45'N)，这些土样在阳光下晒6天，过3mm筛后置于阴凉处。土壤pH和盐度分别为：太谷7.2和0.5gkg-1，应县9.3和0.5g kg-1。应县土壤被认为是盐碱地，太谷土壤作为对照。按照实施例1的方法培养C.pyrenoidosa 8天至OD680为2.0，且每隔8天培养一次。在小球藻培养第3天时，用100mL蒸馏水灌溉应县和太谷土壤(每盆1kg土壤，共60盆)，5天后进行微藻处理土壤试验(10.3cm×10.5cm)，整个过程在温室(25±1℃和75％的相对湿度)中进行，并装置100μmolphotons m

2.研究结果

结果(对土壤pH、EC、水分和有机质含量的影响)：图4为对照、BG-11培养液和微藻处理下太谷和应县土壤的pH a、EC b、水分c和有机质d含量图，与太谷土壤相比，应县土壤的pH高出20.8％，EC值高出40.7％(图4中a和b)。与对照相比，培养液和小球藻处理后的太谷和应县土壤的pH没有显著差异，培养液处理后的EC值分别增加了 91.8％和34.7％。与培养液处理相比，小球藻处理后的土壤EC值没有显著差异。

对照组应县与太谷土壤的含水量没有显著差异，而应县土壤的有机质含量比太谷土壤低 22.7％(图4中c和d)。培养液处理后的两种土壤的水分和有机质含量与对照相比均没有显著差异。小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后的土壤含水量高于对照组，分别增加了7.2％、11.9％、13.4％和15.3％(太谷)，11.1％、15.4％、14.9％和18.8％(应县)。太谷土壤在小球藻OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后的有机质含量也显著高于对照组，而对于应县土壤，只有小球藻OD2.0处理增加了7.9％的有机质含量。

结果(对土壤总氮和养分含量的影响)：图5为对照、BG-11培养基和微藻处理下的太谷和应县土壤的pH a、EC b、水分c和有机质d含量图。与太谷土壤相比，应县土壤的可利用氮、磷和钾含量高27.9％、28.1％和30.8％(图5中b-d)。与对照相比，培养液处理增加了太谷土壤中84.6％、85.8％和87.95％的可利用氮、磷和钾，以及应县土壤中 48.2％、43.6％和47.2％的可利用氮、磷和钾。与培养液相比，小球藻OD0.5、OD1.0和OD1.5 处理后的太谷土壤以及小球藻OD0.5处理后的应县土壤的可利用氮、磷和钾含量没有显著差异。小球藻处理也增加了两种土壤可利用氮、磷和钾的含量且随着剂量的增加而增加。小球藻OD2.0处理后的太谷土壤与对照相比分别增加了103.5％、130.3％和117.3％的可利用氮、磷和钾含量，同时应县土壤分别增加了72.0％、71.8％和64.6％的可利用氮、磷和钾含量。

与应县土壤相比，对照组太谷土壤的总氮含量更高(36.9％)(图5中a)。与对照相比，培养液处理显著增加了两种土壤的总氮含量。小球藻OD0.5处理下的太谷土壤以及小球藻 OD1.5和OD2.0处理下的应县土壤的总氮含量与培养液处理没有显著差异，而小球藻OD1.0、 OD1.5和OD2.0处理增加了太谷土壤中9.9％、10.9％和11.4％的总氮含量，同时小球藻OD1.5 和OD2.0处理增加了应县土壤中16.3％和18.1％的总氮含量。在太谷土壤上，培养液和小球藻处理显著提高了土壤可利用氮和总氮的比率，且两种处理下的比率没有显著差异(图5中a 和b)。对于应县土壤可利用氮和总氮的比率，培养液和小球藻OD0.5处理之间没有显著差异，而小球藻OD1.0、OD1.5和OD2.0与培养液处理相比，增加了5.3％、11.6％和11.1％的比率。

实施例3小球藻对盐碱地中藜麦的促生效果

1.实验设计及方法

陇藜1号藜麦种子和自然土壤由Molecular Agriculture and Bioenergy,ShanxiAgricultural University,China提供，土壤(20cm土层)来源于Taigu，Shanxi (112°28'E-113°01′E，37°12′N-37°32′N)和Yingxian，Shanxi(112°58'E-113°37'E， 39°17'N-39°45'N)，这些土样在阳光下晒6天，过3mm筛后置于阴凉处。土壤pH和盐度分别为：太谷7.2和0.5gkg

大小均匀的藜麦种子用75％乙醇浸泡2min，5％次氯酸钠浸泡10min，无菌蒸馏水冲洗3 次，放在含有湿滤纸上的直径15cm的培养皿中萌发8天。整个过程在温室(25±1℃和75％的相对湿度)中进行，在黑暗条件下放置3天，然后转移到100μmol photons m

土壤取样按照五点取样法从每盆中收集5-7cm土层的土壤(非根际)并充分混合以备测定土壤性质。将土壤放入105℃的坩埚中，在马弗炉中放置24小时，计算土壤重量损失量以评估土壤含水量。将风干的土壤与蒸馏水1:5混合30min后，用pH meter和Salinitymeter 测定土壤pH和电导率(EC)。土壤有机质含量采用重铬酸钾氧化比色法测定。

藜麦生长50天后，取样测定叶片叶绿素含量以及原位测定叶绿素荧光参数，方法参考 2.1.5和2.1.6。叶片SPAD值采用SPAD仪原位测定。

藜麦生长50天后，取样并采用蒽酮比色法、考马斯亮蓝法、硫代巴比妥酸法和酸提法测定藜麦叶片的可溶性糖、蛋白、丙二醛(MDA)和花青素含量。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性采用氮蓝四唑法和愈创木酚法测定。

藜麦生长100天后进行收获，并计算种子数量和重量。藜麦株高、茎粗和干重分别使用直尺、游标卡尺和天平测定。

结果(对土壤pH、EC、水分和有机质含量的影响)：图6为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的pH a、EC b、水分c和有机质d含量图。对于太谷和应县土壤的pH，对照、培养液和小球藻处理之间没有显著性差异(图6中a)。与无藜麦土壤相比，对照组种植藜麦的太谷和应县土壤的EC值分别下降了25.1％和31.3％(图5中b和图6中b)。与对照相比，培养液处理显著增加了两种土壤EC值。小球藻与培养液处理后的太谷土壤的EC值没有显著差异，而小球藻处理后的应县土壤的EC值显著低于培养液处理，且小球藻处理之间没有显著差异。此外，培养液处理后的太谷和应县土壤水分和有机质含量与对照相比没有显著差异，而小球藻处理均显著增加了二者的含量，且小球藻处理之间没有显著差异(图6中c和d)。

结果(对藜麦叶绿素含量的影响)：图7为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的SPAD a和叶绿素含量b图。由图7可知，对照组应县土壤上藜麦的SPAD 值和叶绿素含量显著低于太谷土壤，分别下降了12.4％和18.8％。与对照相比，培养液处理下的藜麦SPAD值和叶绿素含量增加了25.3％和14.4％(太谷)以及23.9％和20.6％(应县)，且小球藻处理后的藜麦SPAD值和叶绿素含量均显著高于培养液处理。与对照相比，小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后的藜麦SPAD值增加了25.2％、37.0％、49.7％和53.3％(太谷)，40.1％、45.0％、64.8％和64.0％(应县)，叶绿素含量增加了50.8％、57.5％、52.3％和56.4％(太谷)，44.7％、61.6％、55.3％和58.6％(应县)。

结果(对藜麦光合系统的影响)：图8为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤藜麦Fv/Fm a、ETRm b、Y(II)c、qP d、αe和Ik f结果图。与太谷土壤相比，对照组应县土壤上藜麦的Fv/Fm，Y(II)，α和ETRm分别下降了5.2％、7.3％、 11.9％和12.5％，而qP和Ik没有显著差异(图8)，且NPQ升高了34.0％(图9)。与对照相比，培养液处理显著增加了太谷和应县土壤上藜麦的Ik，而Fv/Fm、Y(II)、qP、NPQ、α和ETRm均没有显著差异(图8)。在两种土壤上，小球藻处理后藜麦的Fv/Fm、Y(II)、ETRm 和Ik显著高于对照组，且这些值在小球藻处理之间没有显著差异。与对照相比，小球藻OD1.0、 OD1.5和OD2.0处理太谷土壤后藜麦的qP分别增加了8.7％、6.4％和5.9％，同时小球藻OD0.5、 OD1.0和OD1.5处理应县土壤后藜麦的qP分别增加了8.5％、12.5％和8.3％，且处理之间没有显著差异(图8中d)。太谷土壤上藜麦的α和NPQ在对照、培养液和小球藻处理之间没有显著差异。而在应县土壤上，与对照相比，小球藻OD1.0和OD1.5处理后藜麦的α增加了11.4％，相反的是，小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后藜麦的NPQ减少了23.1％、29.0％、 27.1％和27.8％(图8中e和图9)。

结果(对藜麦叶片生化组分的影响)：图10为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的MDA a、可溶性糖b、花青素c、总蛋白d、SOD e和POD f图。小球藻处理后的太谷土壤上藜麦的可溶性糖和蛋白含量与对照相比没有显著差异，而花青素含量增加了89.4％、77.8％、65.9％和65.3％(图10中b-d)。与对照相比，培养液处理两种土壤后的藜麦叶片的可溶性糖和蛋白含量没有显著变化，而花青素含量增加了57.0％ (太谷)和21.4％(应县)。与太谷土壤相比，应县土壤对照组藜麦叶片的可溶性糖含量没有显著变化，而蛋白含量减少了36.3％，花青素含量增加了44.4％。对于应县土壤，与对照相比，小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后藜麦叶片可溶性糖含量增加了83.8％、131.3％、 109.5和70.4％，蛋白含量增加了43.0％、36.0％、32.9％和34.1％，花青素含量增加了37.9％、62.5％、25.7％和26.6％。

对于太谷土壤，所有处理之间的藜麦叶片的MDA、SOD和POD含量没有显著差异(图10 中a，e和f)。对照组应县土壤上藜麦叶片的MDA、SOD和POD含量与太谷土壤相比增加了64.0％、64.7％和53.2％。小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理显著降低了应县土壤上藜麦叶片MDA、SOD和POD含量，且处理之间没有显著差异。

结果(对藜麦生长和产量的影响)：图11为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的生长情况图。图12为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的株高a、茎粗b和干重c图。与对照相比，太谷土壤上藜麦在培养液处理后的株高没有显著变化，而茎粗和干重分别增加了11.7％和13.8％，应县土壤上藜麦在处理后的株高、茎粗和干重分别增加了12.2％、12.0％和15.6％(图11和图12)。小球藻处理两种土壤后的藜麦株高、茎粗和干重显著大于培养液处理，且小球藻处理之间没有显著差异(除了应县土壤上的藜麦干重)。与对照相比，小球藻OD0.5处理太谷土壤后的藜麦株高、茎粗和干重提高了22.4％、31.9％和65.6％，处理应县土壤后的藜麦株高和茎粗提高了27.0％和31.7％，同时小球藻OD0.5、OD1.0、OD1.5和OD2.0处理后干重分别增加了35.4％，74.1％，72.8％，和68.0％。

图13为对照、BG-11培养基和微藻处理下太谷和应县土壤的藜麦的种子数量a和种子重量b图。与太谷土壤相比，对照组应县土壤上藜麦的种子数量和重量降低了22.6％和23.7％(图13)。培养液处理后，两种土壤上藜麦的种子数量和重量与对照相比没有显著变化。在太谷和应县土壤上，小球藻OD2.0与对照处理相比，藜麦种子数量和重量增加了28.4％和28.6％(太谷)，29.8％和28.2％(应县)，而在小球藻处理之间没有显著差异。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。