解盐促生菌微胶囊的制备及其控释机制研究

针对新疆棉区早春温度偏低、变化幅度大、土壤性质不一及土传微生物的竞争等环境因素，不利于解盐促生菌发挥其解盐促生功效的现象，以课题组前期获得的具有提高棉花抗盐胁迫并能促进其生长的菌株Rs-5为对象，研究解盐促生菌微胶囊化的关键技术及工艺，探讨解盐促生菌微胶囊的组成、结构特性与控释性能之间的影响关系；模拟土壤环境，研究不同环境因子对胶囊中解盐促生菌的扩散传质及控释特性的影响，建立解盐促生菌的释放模型；研究盐胁迫条件下微胶囊菌体剂型的施用方式对棉花解盐促生的作用效果，进一步优化胶囊中微生物的释放模式以适应作物生长的需求。探讨微胶囊化解盐促生菌在棉花根际的定殖、存活周期、持效时间及数量消长等规律。从而为解决农业生产中长期滴灌产生的土壤次生盐渍化加重等问题奠定理论指导和技术支持。

项目以自主筛选的具有解盐促生功能的菌株Raoultella planticola Rs-2为研究对象，考察了各种条件和不同壁材制备的微胶囊的特性及释放动力学机制，并在模拟土壤中研究了Rs-2微胶囊的释放动力学及膨胀行为，探讨了微胶囊化Rs-2对棉花的解盐促生效应。获得如下主要结论：. 1、确定了NaAlg的浓度为2.0%，其与 Rs-2的培养液体积比为2:1 时、交联剂CaCl2 浓度为180 mM 及成膜反应1小时的条件下制备的Rs-2微胶囊，具有较高的包埋率和得率，较好的释放性及膨胀性。微胶囊的释放性能及膨胀率随着交联剂浓度和成膜反应时间的增加而降低，在一定程度上调控囊芯物质的释放速率和释放量。. 2、NaAlg-S-B复合壁材制备Rs-2微胶囊，获得了较好的复合物壁材组分为NaAlg0.5%、淀粉 3%、膨润土2%，通过改变淀粉和膨润土的加量能够有效地调控微胶囊的生物降解性、膨胀性和释放速率与释放量，可以满足农作物生长周期的需要。. 3、Rs-2 微胶囊的释放动力学研究表明，NaAlg和NaAlg-S制备的Rs-2 微胶囊释放机制较符合Ritger-Peppas模型，以骨架溶蚀释放行为为主；NaAlg-B制备的Rs-2微胶囊释放较符合Higuchi模型释放机制，以骨架向介质扩散为主的释放行为。NaAlg-S-B的Rs-2微胶囊释放行为较符合Ritger-Peppas 模型释放机制。微胶囊中 Rs-2 的释放与其微胶囊的溶胀性能呈正相关。Rs-2微胶囊在不同环境中释放都是通过Ritger-Peppas模型的Case II扩散机制发生。而且Rs-2微胶囊剂型能够在一个比较宽泛的温度及土壤水分和盐分的自然条件下应用。. 4、贮存六个月后微胶囊化Rs-2仍然有较强的活力、固氮、溶磷及解钾特性，菌体存活率达88.9%。盐胁迫下，微胶囊化 Rs-2比游离Rs-2更能提高棉花种子的发芽率和成苗率，并且显著增加了植株的茎长、根长、鲜重及干重；在实际土壤中更能体现出微胶囊化 Rs-2促进棉花生长及缓解盐胁迫的功效。. 该项目研究结果已发表论文9篇，其中SCI收录6篇，中文核心文章3篇；申请国家发明专利2项，其中授权1项；参加国内外学术会议2次；培养博士1名，负责人博士论文获北京理工大学优秀博士论文奖，培养硕士3名。