发酵的土壤添加剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于改善土壤的基于发酵糖的土壤添加剂和其制备方法。
【背景技术】
【背景技术】 [0002] 的以下讨论意在只是促进对本发明的理解。讨论并非确认或承认任何提 及的材料是或曾是截止本申请的优先权日期的公知常识的部分。
[0003] 增加的土壤有机物质含量赋予农业土壤产率益处。这样的益处包括通过增加聚集 体稳定性来改善土壤结构、改善保水能力、提高土壤养分含量和对植物的可用性和赋予抗 根病性。增加土壤碳的方法可以通过针对较低的投入成本生产出较高的产量和通过结合土 壤中的碳为作物和粮食生产者提供商业利益。
[0004] 土壤有机物质产生于来自大气的通过植物的光合作用而逐渐转化进入植物生物 质中的二氧化碳。这样的植物生物质成为土壤微生物的能量来源，所述土壤微生物通过氧 化分解有机物质，留下难以进一步分解并因此在土壤中积累的残余物。难治和稳定的有机 物质以改善土壤的结构和肥沃力的形式逐渐累积增加土壤碳的量。
[0005] 参与植物残余物的氧化分解的生化机制的研宄已经表明，含有诸如软木脂和木质 素的物质的木质残余物不容易被氧化。能够分解这种难治性物质的生物体需要高能量催化 反应以使环裂解，其中酚醛残余物中可用的能量变成对新陈代谢可用的。这样的生物体通 常都属于高等的土壤微生物，包括高等双核亚界真菌（fungi Dikarya)和高等细菌放线菌 (Actinobacteria)。这些微生物具有比低等的土壤微生物更复杂的生长要求，如简单的细 菌变形菌（Proteobacteria)和厚壁菌（Firmicute)。虽然低等微生物可以在诸如糖的简 单基质上生长，但是高等的微生物需要包括维生素和较高分子量的有机基质在内的生长因 子。在天然土壤中，高等的微生物所要求的生长因子通常通过由低等的微生物产生的生物 质和碎肩提供。
[0006] 土壤激发（priming)是这样一种现象，其中当有机物质被添加到土壤中时它刺激 微生物的呼吸，经常达到氧化的有机物质的总量超过添加量的程度。在最早的几天内，有机 添加物是类似于叶肩、稻草或肥料的物质。在过去的五年左右的时间中，研宄人员已经加入 逐渐变小的量的类似于葡萄糖和氨基酸的较纯的物质。这证明活性的起始爆发来自于简单 的细菌例如变形菌，这在生态学上是k-对策者（strategist) -意味着它们迅速成长，以简 单的培养基为生，从而可以在整个微生物种群中占优势。该活性随着时间的推移而消退，并 且R-对策者来接管。R-对策者是具有更复杂的生长要求的微生物，通常为可在较低的能源 可用性下生存的贫营养微生物（oligotroph)，并且通常具有比k-对策者高得多的生物多 样性。
[0007] 已经开发诸如宏基因组学（直接从环境样品中重新获得的遗传物质的研宄）的技 术来研宄土壤微生物生态学。宏基因组学通常使用鸟枪法测序或焦磷酸测序以确定提取自 土壤中的微生物的DNA的性质，从而允许在自然样品中产生微生物多样性的分布。当土壤 微生物根据它们的系统发育分组时，宏基因组学表明每个主要的群组（group)中存在多个 分类群（taxa)，而且群组和那些群组中分类群的比例根据土壤的物理、化学和环境属性发 生变化。
[0008] 宏基因组学已经表明，用于农业生产的土壤的培育和肥料和其他农用化学品的应 用对土壤中的微生物种群产生了深刻的变化。农业上的使用通常会导致在低等的土壤微生 物中的个体和分类群的数目的相对增加和高等的土壤微生物的数目和分类群的减少。此 外，天然植被的清理和农业用地的使用造成土壤有机物质的大幅下降。由于它是为土壤微 生物提供生长基质的土壤有机物质，因此对农业用地的清理会导致微生物多样性的显著损 失。
[0009] 正是在这样的背景下研发出了本发明。
[0010] 本发明力图为消费者提供用于通过净植物产率的提高来改善土壤结构和/或肥 沃力的土壤添加剂的有用的或商业选择
[0011] 发明概述
[0012] 本发明提供了一种包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信号传导分 子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50 %的有机物质。
[0013] 优选地，所述土壤添加剂的信号传导分子选自下列组中的一者或多者：微生物群 体（quorum)感应剂和淬灭剂、灭微生物剂和/或植物激活剂
[0014] 本发明还提供了用于生产包含糖发酵剂的土壤添加剂的方法，所述方法包括以下 步骤：
[0015] a)在高代谢胁迫的条件下用微生物发酵糖
[0016] 其中所述高代谢胁迫的条件导致通过所述微生物产生高水平的信号传导分子。
[0017] 本发明还提供了用于调节土壤的试剂盒，所述试剂盒包含：
[0018] a)包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信号传导分子，所述信号传 导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w)的有机物质；和
[0019] b)用于施用所述土壤添加剂的说明书。
[0020] 本发明还提供了用于调节土壤的方法，所述方法包括以下步骤：
[0021] a)向所述土壤加入一定量的包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信 号传导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w)的有机物质。
[0022] 本发明还提供了用于促进植物生长的方法，所述方法包括以下步骤：
[0023] a)向所述土壤加入一定量的包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信 号传导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w)的有机物质。
[0024] 本发明还提供了用于增加作物产量的方法，所述方法包括以下步骤：
[0025] a)向所述土壤加入一定量的包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信 号传导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w)的有机物质。
[0026] 本发明还提供了用于改变根际微生物区系（microflora)的种群组成的方法，所 述方法包括以下步骤：
[0027] a)向土壤加入一定量的包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发酵剂含有信号传 导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w)的有机物质。
【附图说明】
[0028] 将参照附图进行描述，在所述附图中：
[0029] 图1是根据本发明糖蜜溶液在发酵期间比重随着时间的推移的变化的图形。
[0030] 图2是根据本发明糖蜜溶液在发酵期间pH随着时间的推移的变化的图形。
[0031] 图3A和图3B是在用20/50发酵剂处理的高有机物质（试验地1)地块和低有机 物质（试验地2)地块中的5-6天时的出苗数量的图形。
[0032] 图4A和图4B是在用20/50发酵剂处理的高有机物质（试验地1)地块和低有机 物质（试验地2)地块中的植物干重的图形。
[0033] 图5A-图是示出了采集自用20/50发酵剂处理的具有高有机物质（试验地1) 和低有机物质（试验地2)的地块的叶片组织中的N和P的水平的图形。
[0034] 图6A-图6D是示出了用20/50发酵剂处理的具有高有机物质（试验地1)和低有 机物质（试验地2)的地块中被植物摄取的N和P的水平的图形。
[0035] 图7A和图7B是在用20/50发酵剂处理的高有机物质（试验地1)地块和低有机 物质（试验地2)地块中生长的植物根部上的VAM定植的图形。
[0036] 图8A-图8C是定植于在用20/50发酵剂处理的高有机物质（试验地1)和低有机 物质（试验地2)地块中生长的植物根部的六种主要生物体群的相对丰度的图形。
[0037] 图9示出了如通过ARISA测定的20/50发酵剂对微生物群的运算分类单位（OTU) 计数的影响的曲线图。该曲线图仅示出了通过处理被显著改变的那些群组。条块显示每个 处理的平均计数的+1的标准误差。
[0038] 图10示出了 20/50发酵剂对（a)放线菌和（b)双核亚界真菌的OTU群落 (community)组成的影响。曲线图为在两个轴上作图的针对每个群组的OTU (存在/缺失数 据）的说明数据集的坐标中的最大方差的优化多维标度坐标。字母表示九个地块在坐标轴 上的位置以及它们接受的氮处理（无-0N，低-LN，高-HN)和20/50发酵剂（无-0B，低-LB， 高-HB)。重叠的椭圆（通过眼睛拟合）描绘出20/50发酵糖处理的群组，其中画阴影的椭 圆描绘出无20/50发酵剂群组。
[0039] 图IlA和图IlB示出了使用根据本发明的20/50发酵剂处理的区域（A)的植物生 长和未处理的区域（B)的原生植物再生长之间差异。
[0040] 图12A和图12B示出了使用根据本发明的20/50发酵剂处理的野桉（Eucalyptus rudis)植物（A)和未处理的野桉植物（B)的生长差异。
[0041] 图13A和图13B示出了使用根据本发明的20/50发酵剂处理的金合欢（Acacia) 植物（A)和未处理的金合欢植物（B)的生长差异。
[0042] 图14A和图14B示出了使用根据本发明的20/50发酵剂处理的山龙眼（Banksia) 植物（A)和未处理的山龙眼植物（B)的生长差异。
[0043] 图15是通过Vitazyme产生的峰值的LC/MS/MS曲线图。
[0044] 图16是通过TM Ag产生的峰值的LC/MS/MS曲线图。
[0045] 图17是通过过期的TM Ag产生的峰值的LC/MS/MS曲线图。
[0046] 图18是通过Mycorcin产生的峰值的LC/MS/MS曲线图。
[0047] 图19是通过Digestor产生的峰值的LC/MS/MS曲线图。
[0048] 图20是通过Bioprime 20/50发酵剂产生的峰值的LC/MS/MS图。
[0049] 图21是通过Bioprime 20/50发酵剂产生的峰值的LC/MS/MS图。
[0050] 图22是采用和未采用Bioprime 20/50发酵剂的情况下在不同葡萄品种上生长的 微生物种群的整理过的ARISA结果的曲线图。
[0051] 详细说明
[0052] 本发明的详细说明
[0053] 根据本发明，提供了一种基于发酵糖的用于改善土壤的土壤添加剂。本发明的优 点在于能够将来自多种来源的糖转化成复杂有机分子的混合物，所述复杂有机分子的混合 物在结构和组成上与植物使用的用于信号传导微生物种群的以及在微生物种群中使用的 用于信号传导的复杂有机分子的混合物具有相似性。由糖源产生的复杂有机分子起到信号 传导分子的作用，以改变土壤微生物学，从而提高植物产率。
[0054] 土壤添加剂
[0055] 在一个实施方案中，本发明提供了一种包含糖发酵剂的土壤添加剂，其中所述发 酵剂中含有信号传导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发酵剂中的约1-50% (w/w) 的有机物质。优选地，土壤添加剂包含信号传导分子，所述信号传导分子包含存在于所述发 酵剂中的约1-50%、5-50%、10-45%、15-40%、20-40% (w/w)的有机物质，存在于所述发 酵剂中的20-30%或20-25%的有机物质。所述土壤添加剂可含有信号传导分子，所述信号 传导分子包含存在于所述发酵剂中的1%、2. 5%、5%、7. 5%、10%、15%、20%、25%、30%、 35 %、40 %、45 % 或 50 % (w/w)的有机物质。
[0056] 优选地，所述糖发酵剂为糖蜜发酵剂，最优选含有约20-25%的信号传导分子的糖 蜜发酵剂。
[0057] 该信号传导分子可以是种内信号传导分子，种间信号传导分子或二者的混合 物。信号传导分子是一种结合到膜受体和/或穿过细胞膜运动进入细胞的内部并导致 基因表达和/或代谢发生变化，从而使得对变化的条件或外部威胁引发适应性响应的分 子。信号传导分子可以在微生物种群和/或群落水平上调苄基因表达，导致所述种群或 群落的成员中的活性发生变化。信号传导分子的概念讨论在，例如，C 〇〇per(2000) "The Cell: A Molecular Approach. "第 2 版；Sunderland (MA) : Sinauer Associates ;Signaling Molecules and Their Receptors''。
[0058] 涉及信号传导分子的最新公布的文献包括：Cirou等人（2012) Appl Env Micro 78:481-492 ;Brackman 等人（2011)PL〇S ONE 6:el6084.doi:10.1371/ journal, pone. 0016084；B Jolivet(博士 论