一種利用混合藻類構建人工藻結皮的方法

2023-05-29 19:10:41 1

專利名稱：一種利用混合藻類構建人工藻結皮的方法
技術領域：
本發明涉及利用生物材料構建人工生物結皮的生物技術領域，具體的說，本發明涉及利用混合藻種來快速構建藻結皮的技術領域。
背景技術：
近年來我國是世界上沙漠化最嚴重的國家之一，沙漠化土地總面積已達373萬平方公裡，年擴展率為2460平方公裡，荒漠化越來越嚴重，每年因沙漠化造成的直接經濟損失高達540億元。針對這嚴重的現狀，尋求有效的途徑防止土地資源沙化已是當務之急。傳統的防風固沙措施如植樹造林、草方格沙障和粘土沙障表面上看是有效的，但不能從根本上解決沙化和沙漠化土地的治理問題。主要是因為高等植物生長緩慢，生長周期長，難以在短時間內起到防風固沙的作用。另外，每棵高等植物因其巨大的抽水作用使本已貧乏的地下水更加貧乏。生物結皮作為乾旱荒漠地區特殊環境的產物，是由微生物、藻類、真菌、地衣、苔蘚與土壤顆粒形成的有機複合體。生物結皮在其發育過程中，積極參與土壤的形成，對於增加土壤養分和鹽分，提高抗侵蝕性能、促進種子植物的植入發揮著重要的生態與地學效應。生物結皮在荒漠生態系統中所具有的重要生態功能引起了生態學家的普遍重視。生物結皮的相關研究成果又為荒漠化防治提供了低成本、高效益的新途徑。實現人工生物結皮的快速繁殖對沙漠治理和生態環境改善具有重要的科學意義和現實意義。藻結皮是生物結皮的早期階段，也是沙漠固定的首要標誌。而在人工藻結皮的恢復中，國內藻類學家多是先將藻種純化分離，經規模化培養，再將若干個優勢藻種混合後接種構建藻結皮(胡春香等，荒漠藻對流沙的固定方法，2004)，此方法在野外也取得較好的固沙效果，但是在藻種分離、培養過程周期較長，投入較大等不足。

發明內容
針對國內外本領域中普遍存在土壤藻類分離步驟複雜，培養過程容易汙染，且耗費大量的人力物力的現狀。本發明的目的在於提供了一種利用生物結皮中藻類進行混合培養，然後返接裸沙中形成生物結皮的方法，成功地避開了藻類的純化分離問題，在人工藻結皮的構建中效果良好，在荒漠恢復中發揮重要作用。本發明具體提供了一種利用混合藻類構建人工藻結皮的方法，其具體構建方法步驟如下(I)在沙漠選擇充分發育的藻結皮，採集，風乾後研磨，然後將土樣收集；土樣中所含藻類以具鞘微鞘藻、鞘絲藻、席藻、顫藻、念珠藻、單歧藻、偽枝藻絲狀藍藻為主體，其中具鞘微鞘藻是優勢物種，還有以土生綠球藻、小球藻、色球藻等球形藻類常見物種。(2)在培養盤中接入配製好的BG11液體培養基，將裸沙過O. 2mm篩後按照每升培養基加入IOOg裸沙加入培養基中，加入裸沙將培養盤底鋪滿，置於培養架上；然後將上述步驟(I)的研磨結皮土樣加入液體培養基進行培養，接種量是50g幹土 /升培養基，培養溫度是室溫，光照強度80μ E · m_2 · S—1，3周後將藻種和所固著的沙粒一併收集；經鏡檢，其培養的混合藻類中，優勢物種是以微鞘藻、鞘絲藻、席藻為主的絲狀藻佔總生物量的80% ;除此以外，還有顫藻、土生綠球藻、小球藻、衣藻、舟形藻和菱板藻等屬的一些物種佔總生物量的 20%。
(3)將收集的藻種自然風乾後，利用手動石磨低速研磨成藻粉，手動石磨可以保證低速研磨，有效地保護藻細胞的完整性。藻粉裝入封口塑膠袋，置於冰箱內_20°C保存。(4)在土壤溫度為20°C時即可接種，利用上述步驟(3)培養後收集的混合藻種在裸沙上接種，接種量是80g · m_2，在前15天內每天施加水分，施水量是3L · m_2，一個月內可初步形成藻結皮，3個月內形成穩定的藻結皮。本發明中，每升BG11 培養基組分如下=NaNO3 I. 5g，，K2HPO4 O. 04g, MgSO4 · 7H20O. 07g，CaCl2 · 2H20 0. 036g,檸檬酸0. 006g,檸檬酸鐵胺0. 006g,乙二胺四乙酸鈉鹽O. OOlg，碳酸鈉O. 02g，微量元素麼5溶液lmL。其中，A5溶液組分每升重蒸水中加入H3B032.86g, MnCl2 · 4H20 I. 86g, ZnSO4 · 7H20 0. 22g, Na2MoO4 · 2H20 0. 39g, CuSO4 · 5H20 0. 08g,Co (NO3) 2 · 6H20 0. 05g。通過實施本發明具體的技術內容，可以達到以下有益效果。I.通過本發明提供構建人工藻結皮的方法可以迅速擴繁藻種，從野外收集的自然藻結皮，其平均生物量是O. 016±0. 005mg葉綠素a/幹土，在BG11液體培養基中經室內培養2-3周後，藻種及沙粒經收集乾燥後，其生物量是O. 663±0. 054mg葉綠素a/幹土，生物量擴大了 124倍之多。2.通過本發明構建人工藻結皮的方法培養的混合藻種接種在裸沙上，經前期管理後，在3個月內能形成穩定的藻結皮，其形成藻結皮的藻類生物量、結皮厚度、抗壓強度分別是5. 77 ± O. 87mg葉綠素a/幹土，2. 75 ± O. 42mm, 2. 77 ± I. OON cm_2。與相同生物量接種的單藻種、混合藻種和野外自然藻結皮藻種相比較，其形成藻結皮的生物量、結皮厚度、抗壓強度、土壤肥力和酶活性均無顯著差異，這說明該技術的可行性和巨大的應用潛力。


圖I為是不同藻種處理形成藻結皮的生物量、結皮厚度和抗壓強度圖，圖中，A，B，C，D是指不同的藻種處理，圖中相同小寫字母表示不同處理間差異不顯著。
具體實施例方式下面，舉實施例說明本發明，但是，本發明並不限於下述的實施例。本發明中選用的所有原輔材料、試劑和儀器都為本領域熟知的，其他本領域熟知的一些試劑和設備都可適用於本發明以下實施方式的實施。實施例一利用混合藻類構建人工藻結皮本發明具體提供了一種利用混合藻類構建人工藻結皮的方法，其具體構建方法步驟如下(I)接種材料的準備在沙漠選擇充分發育的藻結皮，採集，風乾後研磨，然後將土樣收集。土樣中所含藻類以具鞘微鞘藻、鞘絲藻、席藻、顫藻、念珠藻、單歧藻、偽枝藻絲狀藍藻佔優勢，其中具鞘微鞘藻是優勢物種，另外、土生綠球藻、小球藻、色球藻等球形藻類常見物種。 (2)培養在培養盤中接入配製好的BG11液體培養基，將裸沙過O. 2mm篩後按照每升培養基加入IOOg裸沙加入培養基中，加入裸沙將培養盤底鋪滿，置於培養架上；然後將上述步驟的研磨結皮土樣加入液體培養基進行培養，接種量是50g幹土 /升培養基，培養溫度是室溫，光照強度80μ E · m_2 · s—1，3周後將藻種和所固著的沙粒一併收集；經鏡檢，其優勢物種是以微鞘藻、鞘絲藻、席藻為主的絲狀藻類佔總生物量的80%，是形成生物結皮的關鍵物種；除此以外，還有顫藻、土生綠球藻、小球藻、衣藻、舟形藻和菱板藻等屬的一些物種佔總生物量的20%，它們保持了生物結皮中藻類的物種多樣性。(3)藻種處理與保存收集的藻種自然風乾後，利用手動石磨低速研磨成藻粉，手動石磨可以保證低速研磨，有效地保護藻細胞的完整性。藻粉裝入封口塑膠袋，置於冰箱內-20°C保存。(4)接種在土壤溫度為20°C時即可接種，利用上述步驟(3)培養後收集的混合藻種在裸沙上接種，接種量是80g · m_2在前15內每天施加水分，施水量是3L · m_2，一個月內可初步形成藻結皮，3個月內形成穩定的藻結皮。本發明中，每升BG11 培養基組分如下=NaNO3 I. 5g，，K2HPO4 O. 04g, MgSO4 · 7H20O. 07g，CaCl2 · 2H20 0. 036g,檸檬酸0. 006g,檸檬酸鐵胺0. 006g,乙二胺四乙酸鈉鹽O. OOlg, CaCO3 0.02g，微量元素、溶液ImL0其中，A5溶液組分:每升重蒸水中加入H3BO32. 86g, MnCl2 · 4H20 I. 86g, ZnSO4 · 7H20 O. 22g, Na2MoO4 · 2H20 0. 39g, CuSO4 · 5H20 0. 08g,Co (NO3) 2 · 6H20 0. 05g。該發明利用BG11液體培養培養的混合藻種，最大限度地保持了自然藻結皮中的物種多樣性，它們不僅有具鞘微鞘藻、隱鞘鞘絲藻、席藻、小顫藻、美麗顫藻、顫藻、眼點偽枝藻等絲狀藻類，是形成生物結皮的關鍵物種；還具有不同類型的球形藻類，如色球藻、集球藻、土生綠球藻、小球藻和衣藻；另外，還發現一些硅藻，如舟形藻和菱板藻等。混合藻類中豐富的藻類物種多樣性，包含了更多抗幹擾的物種，接種形成的地表生物結皮系統更穩定，有利於抵抗幹擾。實施例二 本發明利用混合藻類構建人工藻結皮的效果試驗利用土壤中葉綠素a的含量表示藻類生物量，測定方法參見文獻(Xie et al.，2007, Soil Biology&Biochemistry, 567-572),根據接種量和土壤中藻類生物量含量,計算
出接種的藻類總生物量，收穫藻種生物量是藻種生物量含量與收穫藻種土壤重量的乘積。
蔟種擴大樣教=顏性雛L觀中M = 0.663 X (50+ 100)
接種藻類生物量含量X接種量 0.016x50'通過本發明提供構建人工藻結皮的方法可以迅速擴繁藻種，從野外收集的自然藻結皮，其平均生物量是0. 016±0. 005mg葉綠素a/克幹土，在BG11液體培養基中經室內培養2-3周後，藻種及沙粒經收集乾燥後，其生物量是0. 663±0. 054mg葉綠素a/克幹土，生物量擴大了 124倍之多。實施例三本發明利用混合藻類構建人工藻結皮的效果試驗本實驗在大棚中設置4個2. 5mX 2. 5m的樣方，鋪上厚度為IOcm的流沙，然後分別採用不同的藻種處理
A具鞘微鞘藻B :幾種生物結皮中常見的優勢藻種按常規比例混合C自然藻結皮經液體培養形成的混合藻種D :自然藻結皮藻種。藻種經研磨後，測定葉綠素含量，將其藻類生物量折合相等，用總生物量均為IOOmg葉綠素a的藻種進行接種，其他條件均相同。培養3個月後，採集土樣，土樣深度為
O.5cm,自然乾燥後測定葉綠素a含量。採用遊標卡尺測定所形成藻結皮的厚度，抗壓強度採用抗壓カ計(TE-3，南京，中國)進行測定，每個樣方均5個重複。數據統計方法藻類生物量、結皮厚度和抗壓強度不同樣方處理之間的差異顯著性採用單因素方差分析檢驗，軟體採用SPSS(13.0)完成。參見附圖1，通過本發明構建人工藻結皮的方法培養的混合藻種接種在裸沙上，在3個月內能形成穩定的藻結皮，其形成藻結皮的藻類生物量、結皮厚度、抗壓強度分別是
5.77±O. 87mg葉綠素a/幹土，2. 75±O. 42mm, 2. 77± 1. OONcnT2。與相同生物量接種的具鞘微鞘藻、以常規比例組合的混合藻種和野外自然藻結皮藻種相比較，自然藻結皮經液體培養形成的混合藻種形成藻結皮的生物量、結皮厚度、抗壓強度、土壌肥カ和酶活性均無顯著差異。該技術具有的明顯優勢是在最小限度破壞自然藻結皮的條件下快速擴繁藻種，並且最大限度地保持了自然藻結皮的藻類物種多祥性，這充分說明該技術的可行性和巨大的應用潛力。
權利要求
1. 一種利用混合藻類構建人工藻結皮的方法，其特徵在於，其具體方法包括以下步驟 (1)在沙漠選擇充分發育的藻結皮，採集，風乾後研磨，然後將土樣收集；土樣中所含藻類以具鞘微鞘藻、鞘絲藻、席藻、顫藻、念珠藻、單歧藻、偽枝藻絲狀藍藻為主體，其中具鞘微鞘藻是優勢物種，還有以土生綠球藻、小球藻、色球藻等球形藻類常見物種； (2)在培養盤中接入配製好的BG11液體培養基，將裸沙過O.2_篩後按照每升培養基加入IOOg裸沙加入BG11液體培養基中，加入裸沙將培養盤底鋪滿，置於培養架上；然後將上述步驟(I)的研磨結皮土樣加入液體培養基進行培養，接種量是50g幹土 /升培養基，培養溫度是室溫，光照強度80μ E · m_2 · s—1，3周後將藻種和所固著的沙粒一併收集；經鏡檢，其培養的混合藻類中，優勢物種是以微鞘藻、鞘絲藻、席藻為主的絲狀藻佔總生物量的80% ;除此以外，還有顫藻、土生綠球藻、小球藻、衣藻、舟形藻和菱板藻等屬的一些物種佔總生物量的 20% ； (3)將收集的藻種自然風乾後，利用手動石磨低速研磨成藻粉，藻粉裝入封口塑膠袋，置於冰箱內-20°C保存； (4)在土壤溫度為20°C時即可接種，利用上述步驟(3)培養後收集的混合藻種在裸沙上接種，接種量是80g · m_2，在前15天內每天施加水分，施水量是3L · m_2，一個月內可初步形成藻結皮，3個月內形成穩定的藻結皮； (5)本發明中，每升BG11培養基組分如下為，NaNO3I. 5g，，K2HPO4 O. 04g, MgSO4 · 7H20.O. 07g，CaCl2 · 2H20 0. 036g,檸檬酸0. 006g,檸檬酸鐵胺0. 006g,乙二胺四乙酸鈉鹽.O. OOlg, CaCO3 0.02g，微量元素、溶液ImL;其中，A5溶液組分為每升重蒸水中加入H3BO3.2. 86g, MnCl2 · 4H20 I. 86g, ZnSO4 · 7H20 O. 22g, Na2MoO4 · 2H20 0. 39g, CuSO4 · 5H20 0. 08g,Co (NO3) 2 · 6H20 0. 05g。
全文摘要
本發明公開了利用混合藻類構建人工藻結皮的方法，通過在沙漠選擇充分發育的藻結皮，採集，風乾後研磨，將裸沙過0.2mm篩後按照每升BG11液體培養基加入100g裸沙中，接種量是50g幹土/升培養基，在室溫，光照強度4000lux，3周後將藻種和所固著的沙粒一併收集；培養的混合藻，優勢物種是以微鞘藻、鞘絲藻、席藻為主的絲狀藻佔總生物量的80％；顫藻、土生綠球藻、小球藻、衣藻、舟形藻和菱板藻等物種佔總生物量的20％；將收集的藻種風乾後研磨成藻粉置於冰箱內-20℃；在土壤為20℃在裸沙上接種，接種量是80g·m-2，每天施加水分3L·m-2。本發明成功地避開了藻類的純化分離問題，具有廣泛的應用性。
文檔編號A01G33/00GK102613065SQ20121008496
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者張丙昌, 張元明, 王敬竹 申請人:中國科學院新疆生態與地理研究所