快速构建藻结皮的方法

摘要

本发明公开了一种快速构建藻结皮的方法，该方法将丝状的具鞘微鞘藻置于液体培养基中，通气培养，得到具鞘微鞘藻培养物，然后将具鞘微鞘藻培养物打碎，得到均匀的藻浆；将藻浆、液体培养基和粘土颗粒混合均匀，制成均匀的生物泥浆；将生物泥浆均匀接种在沙丘上并在沙丘表面形成泥浆层，并进行养护，即构建得到藻结皮。本发明基于粘土的吸水性、保肥性、可塑性和具鞘微鞘藻的耐旱性、捆绑胶结能力，将物理结皮和生物结皮有机的结合起来，在一周内构建出稳定的藻结皮，该方法易行，操作简便，为人工藻结皮的荒漠化修复提供有效方法。

权利要求

1.一种快速构建藻结皮的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)将丝状的具鞘微鞘藻置于液体培养基中，通气培养，得到具鞘微鞘藻培养物，然后将具鞘微鞘藻培养物打碎，得到均匀的藻浆；其中，液体培养基为BG‑11液体培养基，所述BG‑

11液体培养基组成及浓度为：2.86g/L的硼酸、1.86g/L的四水氯化锰、0.22g/L的七水硫酸锌、0.021g/L的钼酸钠、0.08g/L的五水硫酸铜、0.05g/L的硝酸钴、75g/L的七水硫酸镁、

36g/L的二水氯化钙、6g/L的柠檬酸、6g/L的柠檬酸铁铵、20g/L的碳酸钠、300g/L硝酸钠、

40g/L的三水磷酸氢二钾、1g/L的乙二胺四乙酸二钠；

2)将粘土机械磨细至粒径为10～50μm的粘土颗粒；其中，粘土为蒙脱石和高岭石中任意一种；

3)以上述藻浆的藻干重为基数，分别称取300～700倍质量的粘土颗粒；

4)将BG‑11液体培养基稀释5～10倍；得到稀释液体培养基，并按藻浆与稀释液体培养基体积比1：20～40称取稀释液体培养基；

5)将藻浆、BG‑11液体培养基和粘土颗粒混合均匀，制成均匀的生物泥浆；

6)将生物泥浆均匀接种在沙丘上并在沙丘表面形成泥浆层，并进行养护，即构建得到藻结皮。

2.根据权利要求1所述快速构建藻结皮的方法，其特征在于：所述步骤1)中，培养条件2

为：整个培养过程持续24天且昼夜周期各12h，光照强度40μE/(m·s)，温度25±2℃。

3.根据权利要求1所述快速构建藻结皮的方法，其特征在于：所述步骤1)中，藻浆的藻干重为0.0061～0.0065g/mL。

4.根据权利要求1所述快速构建藻结皮的方法，其特征在于：所述步骤6)中，泥浆层中2

的生物量为0.038～0.040g/m。

5.根据权利要求1所述快速构建藻结皮的方法，其特征在于：所述步骤6)中，养护方式为每隔1～2天加水，持续24天，后续改为每周加水，隔月添加上述稀释液体培养基。

说明书

快速构建藻结皮的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及荒漠藻类综合治理荒漠化领域，具体涉及一种快速构建藻结皮的方法。

背景技术

[0002] 土地荒漠化的问题已成为人类面临的严重威胁，也是给人类发起的重大挑战。全球总干旱土地面积占据了三分之一以上的总陆地面积，是一些国家土地资源匮乏的罪魁祸首。目前，我国荒漠化土地面积约261万平方公里，占总土地面积的27.2％。风沙四起、大风肆虐，再加上营养贫瘠、严重干旱缺水、温差大的恶劣条件，沙漠几乎寸草不生，很难形成完整的生态系统。我国对于荒漠化土地的治理主要通过调配水源，加强林草建设，但这种方法需要大量的经济支撑。然而，通过建立荒漠结皮是一种经济、高效、环保的方法。

[0003] 近年来，利用生物结皮解决荒漠问题成为热门。生物结皮是由藻类、地衣、苔藓、菌类等聚集缠绕，从而固结在一起的一层表土。在裸沙表面，首先由荒漠微藻定殖，然后逐渐向地衣结皮和苔藓结皮演替，最终形成单一结皮或三种结皮的排列组合。由于荒漠地区有约70％是流动沙丘，所以利用优势藻发育会延伸出藻丝捆绑沙粒，同时分泌胞外多糖胶结沙粒，形成一张生物网的生长特性，对流沙的治理具有颇高的成效。待藻结皮发育到一定程度，进化成更成熟的结皮，其中的光合自养生物能够固定大气中的碳、氮，向土壤输送营养，为其他生物创造了有利的生境和营养条件。

[0004] 粘土矿物是土壤中的主要矿物，大多是一些含铝、镁等的含水硅酸盐矿物。粘土矿物颗粒极细，大都处于微米级。一些粘土矿物如蒙脱土、高岭土，吸水膨胀，再次失水则形成团块，其颗粒之间的孔隙水不易挥发。粘土具有的较高阳离子交换量，保水保肥效果好，酸碱缓冲能力强。

[0005] 现今已有大量的扫描电子显微镜照片显示出藻丝能穿透、吸附粘土颗粒，所以粘土团块中的缝隙水能为藻所用。粘土贮存的肥力能为藻生长提供必要的营养离子。据报道，荒漠地区成熟的地衣或藓结皮中，粘土占比超过15％，可见粘土是形成荒漠生物结皮的必要驱动因子。基于粘土对藻生长的优势，通过喷施混合的藻‑粘土泥浆到流沙表面，快速形成稳定的物理结皮，随着藻类的生长，发展为藻‑粘土共同固定沙丘的形式，达到稳定沙丘的效果。经检索，关于构建荒漠地区人工结皮的技术主要包括：

[0006] 1)直接喷施大量优势藻，养护过程控制含水率约20％；

[0007] 2)喷施优势藻后覆盖防沙网，待发育至土表稳定后撤网，同样要保持较高含水率等。

[0008] 这些方法颇有成效，但仍然存在耗时长、成本高等问题，在荒漠地区不具有普适性。而对于结合藻和粘土矿物构建人工结皮的研究没有相关报道。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种快速构建藻结皮的方法，方法易行，操作简便，解决以下问题：

[0010] 1)接种藻初期表土不稳定；

[0011] 2)最适粘土添加质量；

[0012] 3)加快人工结皮的形成时间。

[0013] 在藻中引入粘土，将物理结皮和在流沙表面覆盖含藻泥浆，快速构建出藻‑粘土结皮，以较低的经济投入达到固定流沙，改善土质的目的。

[0014] 为实现上述目的，本发明所设计一种快速构建藻结皮的方法，包括以下步骤：

[0015] 1)将丝状的具鞘微鞘藻置于液体培养基中，通气培养，得到具鞘微鞘藻培养物，然后将具鞘微鞘藻培养物打碎，得到均匀的藻浆；

[0016] 2)将粘土机械磨细至粒径为10～50μm的粘土颗粒；

[0017] 3)以上述藻浆的藻干重为基数，分别称取300～700倍质量的粘土颗粒；

[0018] 4)将BG‑11液体培养基稀释5～10倍；得到稀释液体培养基，并按藻浆与稀释液体培养基体积比1：20～40称取稀释液体培养基；

[0019] 5)将藻浆、BG‑11液体培养基和粘土颗粒混合均匀，制成均匀的生物泥浆；

[0020] 6)将生物泥浆均匀接种在沙丘上并在沙丘表面形成泥浆层，并进行养护，即构建得到藻结皮。

[0021] 进一步地，所述步骤1)中，液体培养基为BG‑11液体培养基，BG‑11液体培养基组成及浓度为：2.86g/L的硼酸(H3BO3)、1.86g/L的四水氯化锰(MnCl2·4H2O)、0.22g/L的七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O)、0.021g/L的钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、0.08g/L的五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、0.05g/L的硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)、75g/L的七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)、36g/L的二水氯化钙(CaCl2·2H2O)、6g/L的柠檬酸(C6H8O7)、6g/L的柠檬酸铁铵(FeC6H5O7·NH4OH)、
20g/L的碳酸钠(Na2CO3)、300g/L硝酸钠(NaNO3)、40g/L的三水磷酸氢二钾(K2HPO4·3H2O)、
1g/L的乙二胺四乙酸二钠(EDTA‑Na2)。

[0022] 再进一步地，所述步骤1)中，培养条件为：整个培养过程持续24天且昼夜周期各2
12h，光照强度40μE/(m·s)，温度25±2℃。

[0023] 再进一步地，所述步骤1)中，藻浆的藻干重为0.0061～0.0065g/mL。

[0024] 再进一步地，所述步骤2)中，粘土为蒙脱石和高岭石中任意一种或二种。

[0025] 再进一步地，所述步骤6)中，泥浆层中的生物量为0.038～0.040g/m2。

[0026] 再进一步地，所述步骤6)中，养护方式为每隔1～2天加水，持续24天，后续改为每周加水，隔月添加上述稀释液体培养基。

[0027] 本发明的有益效果：

[0028] 1.本发明突破了原有的喷藻后再保护的模式，提供了一种结合藻和粘土矿物共接种的方法，为荒漠生境治理开辟了新的途径。该法操作简便，易于实施，具有很好的应用前景。

[0029] 2.粘土(蒙脱石/高岭土)延长了壤土的失水时间，提高了具鞘微鞘藻在荒漠地区的存活能力，并延缓了营养物质的流失。生物结皮的发育为地下沙质层注入源源不断的碳源和氮源，为微生物的存活提供庇护所。结皮厚度大即质量大，而且结皮表面的完整性提高了抗风能力。

[0030] 综上所述，本发明基于粘土(蒙脱石/高岭土)的吸水性、保肥性、可塑性和具鞘微鞘藻的耐旱性、捆绑胶结能力，将物理结皮和生物结皮有机的结合起来，在一周内构建出稳定的藻结皮，该方法易行，操作简便，为人工藻结皮的荒漠化修复提供有效方法。

附图说明

[0031] 图1为第0天和第14天的人工藻结皮照片；

[0032] 图中，a、c、e、g、i为接种后第0天(刚接种)的照片，b、d、f、h、j为第14天的照片；

[0033] a、b为不加粘土的处理组，c、d、e、f为添加蒙脱石的处理组，g，h，i，j为添加高岭石的处理组；

[0034] M代表蒙脱石处理组，K代表高岭石处理组；1/0表示粘土添加量为藻干重的0倍，1/300表示粘土添加量为藻干重的300倍，1/500表示粘土添加量为藻干重的500倍；

[0035] 图2为第24天和第86天的人工藻结皮照片；

[0036] 图中，a、c、e、g、i为接种后第24天的照片，b、d、f、h、j为第14天的照片；

[0037] a、b为不加粘土的处理组，c、d、e、f为添加蒙脱石的处理组，g，h，i，j为添加高岭石的处理组；

[0038] M代表蒙脱石处理组，K代表高岭石处理组；1/0表示粘土添加量为藻干重的0倍，1/300表示粘土添加量为藻干重的300倍，1/500表示粘土添加量为藻干重的500倍；

具体实施方式

[0039] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。

[0040] 实施例1

[0041] 一种快速构建藻结皮1的方法，包括以下步骤：

[0042] 1)将丝状的具鞘微鞘藻置于BG‑11液体培养基中，在光照强度40μE/(m2·s)，温度25±2℃条件下通气培养24天且昼夜周期各12小时，得到具鞘微鞘藻培养物，然后将具鞘微鞘藻培养物打碎，得到均匀的藻浆；其中，藻浆中藻的干重为0.0063g/mL；BG‑11液体培养基组成及浓度为：2.86g/L的硼酸(H3BO3)、1.86g/L的四水氯化锰(MnCl2·4H2O)、0.22g/L的七水硫酸锌(ZnSO4·7H2O)、0.021g/L的钼酸钠(Na2MoO4·2H2O)、0.08g/L的五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)、0.05g/L的硝酸钴(Co(NO3)2·6H2O)、75g/L的七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)、
36g/L的二水氯化钙(CaCl2·2H2O)、6g/L的柠檬酸(C6H8O7)、6g/L的柠檬酸铁铵(FeC6H5O7·NH4OH)、20g/L的碳酸钠(Na2CO3)、300g/L硝酸钠(NaNO3)、40g/L的三水磷酸氢二钾(K2HPO4·
3H2O)、1g/L的乙二胺四乙酸二钠(EDTA‑Na2)；

[0043] 2)将蒙脱石机械磨细至粒径为30μm的蒙脱石颗粒；

[0044] 3)以上述藻浆的藻干重为基数，分别称取300倍质量的蒙脱石颗粒；

[0045] 4)将BG‑11液体培养基稀释10倍；得到稀释液体培养基，并按藻浆与稀释液体培养基体积比1：30称取稀释液体培养基；

[0046] 5)将藻浆、BG‑11液体培养基和蒙脱石颗粒混合均匀，制成均匀的生物泥浆；

[0047] 6)将生物泥浆均匀接种在沙丘上并在沙丘表面形成泥浆层，并进行养护，即构建2
得到藻结皮1；其中，泥浆层中的生物量为0.038～0.040g/m ，养护过程中，在0～14天，每隔一天加水20mL，14～24天，每隔两天加水20mL，24～86天，每周加水20mL，在第30天和第60天加入稀释10倍的BG‑11培养基15mL。

[0048] 实施例2

[0049] 本实施例2的快速构建藻结皮2的方法与实施例1的藻结皮1构建方法基本相同，不同之处在于：

[0050] 蒙脱石颗粒为藻浆的藻干重的500倍。

[0051] 实施例3

[0052] 本实施例3的快速构建藻结皮3的方法与实施例1的藻结皮1构建方法基本相同，不同之处在于：

[0053] 粘土颗粒为高岭石颗粒。

[0054] 实施例4

[0055] 本实施例4的快速构建藻结皮4的方法与实施例3的藻结皮3构建方法基本相同，不同之处在于：

[0056] 高岭石颗粒为藻浆的藻干重的500倍。

[0057] 第0天，即接种时，泥浆在沙丘表面均匀分布，如图1中a，c，e，j，i所示。当结皮表面干燥后，即可形成完整的物理结皮。14天时，结皮中的藻与粘土成分形成藻结皮，且盖度均大于95％，如图1中b,d,f,h,j所示。第24天，藻结皮的照片如a，c，e，g，i所示。藻结皮的叶绿2 2 2
素含量20～25μg/cm ，胞外多糖含量17～23μg/cm ，可溶性蛋白含量24～27μg/cm。第86天，藻结皮的照片如b，d，f，h，j所示。藻结皮的结皮盖度98～99％，厚度4～6mm，叶绿素含量30
2 2 2
～35μg/cm ，胞外多糖含量21～23μg/cm ，可溶性蛋白含量140～160μg/cm ，光合速率0.37
2
～0.43μmol/(m·s)，各指标均显著优于对照处理(图1～2)。

[0058] 其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。