炭吸附聚谷氨酸

炭吸附聚谷氨酸是在聚谷氨酸基础上经生物炭处理得到的新型材料，它是一种通过微生物发酵产生的高分子生物聚合物，具有良好的水溶性，高负电性，成膜性，吸水性、缓释性，可生物降解性，对环境安全友好性等特性。炭吸附聚谷氨酸通过微生物在适合的培养基中经深层液体发酵生成聚谷氨酸；再将生物炭置于聚谷氨酸微生物发酵液中，使其进一步发酵生成炭吸附聚谷氨酸。

炭吸附聚谷氨酸的由来：国内外关于聚γ-谷氨酸生产的研究十分活跃，主要集中在生产合成以及聚γ-谷氨酸在工业和医疗上的应用方面，并且以日本和韩国的研究报道居多，但是由于聚谷氨酸特殊的产物性质、微生物发酵产率低以及其代谢机制的不明等原因，导致聚氨酸发酵生产成本过高，国际上成功地实现聚谷氨酸商业化生产的企业并不多。

随着科学技术的不断进步，国内公司通过对聚谷氨酸的不断改进，制备了一种炭吸附聚谷氨酸新型材料，解决了聚谷氨酸在农业应用上持效期短、成本高等问题，有力推动了聚谷氨酸的商业化进程。最近几年，国内某家企业成功实现了炭吸附聚谷氨酸的大规模生产及推广应用，使其聚谷氨酸产品成为防治土壤污染和化肥减量现阶段最受人关注的生物制品之一。 农业应用

（1）提高肥料利用率、缓解耐肥性、进行化肥减量 炭吸附聚谷氨酸具有超级亲水性，是养分与根系接触的最佳平台，可以加速作物对肥料等营养的吸收。不管阳离子基团或阴离子基团，只要碰到炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥，即全部呈溶解态，可先贮存吸附，再缓缓释放至土壤中，促进作物对氮、磷、钾及中微量元素的吸收，减少土壤肥料流失和固化，最终提高肥料利用率，缓解耐肥性，减少化肥施用量。 （2）改良土壤、防止土壤板结酸碱化

导致土壤板结的主要原因是黏粒含量过高且有机质含量较低，表土黏粒含量高易板结( 黏韧性强) ，犁底层或心土层黏粒含量高则不利于水分下渗，易发生土壤上层滞水；另外，长期施用化肥、土壤酸化也是导致土壤板结的重要原因。炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥可促进土壤有机质合成，有效补充土壤有机质含量，平衡土壤酸碱值，达到改良土壤、防止土壤板结酸碱化的作用。

（3）促进作物生长、提质增产

炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥可有效提高根系活性，生根、壮根，促进对作物水分和养分的吸收、输送和转化，增强作物的光合作用，促进有机物的合成，从而达到促进植物生长发育、增产等目的；可明显提高作物生长过程中的POD酶、SOD酶和PAL酶等的活性，从而提高作物的抗逆性和抗病性。 （4）抗旱保湿

炭吸附聚谷氨酸具有3000-5000倍超高吸水保水能力，在土壤中有强力的保水力和缓释效果，具有抗旱保墒作用，可明显提高干旱条件下作物的发芽率。

炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥在实验室和田间的示范应用。

（1）室内试验

①炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥在小麦上的应用

实验方法：将水洗沙与草炭以1:2的比例混匀，填入中号花盆并压实，在播种前用放置12小时的自来水将土壤浇透。试验设3个处理，3次重复：

处理1：在小麦播种20d后喷施普通水溶肥。 处理2：在小麦播种20d后喷施炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥。 处理3：在小麦播种20d后喷施普通聚谷氨酸肥。 实验结果：由表1可知，与普通水溶肥和普通聚谷氨酸肥相比，炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥显著提高了幼苗的各种基本素质。 处理 处理2 处理3 处理1

总根数 15.00a 11.67b 12.67b

表1.炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对小麦幼苗素质的影响 次生根 须根数 苗高苗基宽 分蘖数 叶龄 （cm） （cm） 4.67a 2.67b 3.33b

9.33a 7.33b 7.67ab

20.77a 0.97a 3.67a 2.67b 2.67b

16.00a 9.33b 10.33b

蓄水量 (g) 2.03a 1.19b 1.36b

16.97bc 0.68b 16.50c

0.65b

表中同一列中带有相同字母经Statistix9.0软件分析在0.05水平上差异不显著（P>0.05），不同字母差异显著（P<0.05）。 ②炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥在玉米抗逆上的应用 试验方法：试验设有 CK1(不进行水分胁迫)，CK2( 喷施普通水溶肥，进行水分胁迫) 和普通聚谷氨酸( SCA) 处理( 进行水分胁迫)，炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥（NA-MY）处理（进行水分胁迫）。 实验结果：炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥可以减轻干旱胁迫对玉米萌发和幼苗的伤害，增强玉米的抗旱性，此为该技术在田间中的应用提供了理论依据。 70aGermination energy (%)50403020100CK1CK2SKANA-MYbbGermination rate (%)60A110a1009080706050aaBabCK1CK2 SKANA-MYDifferent treatments 图1 炭吸附聚谷氨酸对干旱胁迫下玉米种子萌发的影响

表2 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对玉米根系的影响

处理 Treatments

根长 RL （cm）

CK1 CK2 SCA NA-MY

34.7a 26.8a 24.7a 32.3a

15.7a 13.3ab 11.7b 14.3ab 根数 RN

根体积 RV (ml) 10a 4.2b 5.3b 6b

根鲜重 RFW (g) 5.5a 3.4a 3.6a 4.8a

根系活力 RA (mg/g*hFW) 40.24a 29.04c 21.04d 38.84b

单株鲜重 PFW (g) 9.35a 5.97a 6.49a 7.78a

表3 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对干旱胁迫下玉米电解质渗出率和叶绿素含量的影响 处理 Treatments

相对电导率 REC（%）

叶绿素a+b含量 CC（mg/g）

类胡萝卜素含量 carotenoid content

（mg/g）

CK1 CK2 SCA NA-MY

23b 36a 38a 24b

1.85a 1.27b 1.28b 1.7a

0.13b 0.09c 0.1c 0.16a

SOD activity (U*g-1FW)1801501209060300646056524844403632bbb-1POD activity (U*g-1minFW)210Aa3903603303002702402103230282624222018161412BbbacCK1CK2 CK1CK2 SCANA-MYaSCAaNA-MYMDA content (nmol*g-1FW)CbCATactivity (U*g-1FW)DbbcccCK1CK2 SCANA-MYCK1CK2 SCANA-MYDifferent treatments

图２ 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对干旱胁迫下玉米幼苗保护酶活性和丙二醛含量的影响

（3）田间试验示范推广 试验方法：试验设3个处理： 处理1：常规施肥 处理2：普通聚谷氨酸施肥 处理3：炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥

每个处理的播种时期，播种量，施肥水平和其他管理措施相同。

100 NA-MY a SCA aab CKabb80bbSeedling emergence (%)6040200XYLKXHPlace图1 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对小麦出苗率的影响

注：NA-MY: 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥；SCA: 普通聚谷氨酸；CK：普通肥料。

表1炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对小麦幼苗生长的影响 地点

兰

考

处理 NA-MY SCA CK

单株鲜重（g） 单株干重（g） 苗高（cm） 分蘖数（个）

0.27 0.26 0.26 3.48 2.42 2.43

0.13 0.11 0.13 0.87 0.59 0.61

4.59 3.95 4.22 25.6 21.12 22.32

3.33 3.00 3.00 4.12 3.08 2.72

夏 邑

NA-MY SCA CK

西 华

NA-MY SCA CK

1.76 1.51 1.48

1.04 0.87 0.91

19.70 14.30 15.50

3.00 3.33 3.00

表2 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对小麦产量指标的影响 地点

兰 考

处理 NA-MY SCA CK

亩穗数 （万） 穗粒数 （粒） 千粒重（g） 估产 （Kg） 实产 （Kg）

38.7 33 31.3 34 28.1 28.9 30.7 29.5 29.5

39.6 35.9 35.7 38.9 34.7 31.2 40.7 34.6 31.9

46 46 46 46 44.5 42 46 46 46

599.2 463.2 436.9 553.1 381.5 352.3 457 378.7 338.4

619.8 477.4 457.1 517.1 452.6 370 423 361 335

夏 邑 西 华

NA-MY SCA CK NA-MY SCA CK

西 华

NA-MY SCA CK

1.76 1.51 1.48

1.04 0.87 0.91

19.70 14.30 15.50

3.00 3.33 3.00

表2 炭吸附聚谷氨酸有机水溶肥对小麦产量指标的影响 地点

兰 考

处理 NA-MY SCA CK

亩穗数 （万） 穗粒数 （粒） 千粒重（g） 估产 （Kg） 实产 （Kg）

38.7 33 31.3 34 28.1 28.9 30.7 29.5 29.5

39.6 35.9 35.7 38.9 34.7 31.2 40.7 34.6 31.9

46 46 46 46 44.5 42 46 46 46

599.2 463.2 436.9 553.1 381.5 352.3 457 378.7 338.4

619.8 477.4 457.1 517.1 452.6 370 423 361 335

夏 邑 西 华

NA-MY SCA CK NA-MY SCA CK

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