基于微藻的土壤接种系统及使用方法技术方案

一些实施方案包括微藻培养系统，其包括生物反应器，该生物反应器适于结合使用自然光和人造光中的至少一者以及至少一种包含至少一种碳源的营养素在培养液中繁殖微藻，其中微藻游离地悬浮在培养液中并形成培养液的一部分。微藻进料源耦接到生物反应器和水调节组件与生物反应器之间的第一控制器。水调节组件作为供应水的输入端耦接到生物反应器，并且被配置成将供应水调节至指定的纯度，该指定的纯度使得培养液中的微藻能够基本不受阻碍地生长到指定的浓度，并且第一控制器被配置成控制微藻进料源到生物反应器的供应。进料源到生物反应器的供应。进料源到生物反应器的供应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于微藻的土壤接种系统及使用方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2019年2月15日提交的标题为“Method of Isolation,Selection,and Use of Endemic Microbes for Agriculture Production Areas”的美国临时申请第62/806,543号的权益和优先权。本申请要求2019年8月7日提交的标题为“Microalgae
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Based Soil Inoculating System and Methods of Use”的美国申请第16/534,907号的优先权，该申请是2018年12月3日提交的标题为“Microalgae
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Based Soil Inoculating System and Methods of Use”的美国专利申请第16/207,528号的部分延续申请，所述美国专利申请第16/207,528号是2013年11月1日提交的标题为"Microalgae
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Based Soil Inoculating System and Methods of Use”的美国专利申请第14/069,932号(现公布为美国专利第10,172,304号)的延续，所述美国专利第10,172,304号是2012年5月3日提交的标题为“Microalgae
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Based Soil Inoculating System and Methods of Use”的国际专利申请第PCT/US12/36293号的延续，所述国际专利申请第PCT/US12/36293号要求2011年5月3日提交的标题为“Microalgae
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Based Soil Inoculating System and Methods of Use”并且还是2017年7月11日提交的标题为“Soil Enrichment Systems and Methods”的美国专利申请第15/647,005号的部分延续的美国临时申请第61/481,998号的权益和优先权，本申请通过引用并入了所有此类优先权申请的公开内容。然而，如本公开与任何引用的申请相矛盾，本公开将被优先考虑。
[0003]背景
[0004]土壤中的微生物具有许多公知的有益效果。虽然本文中有许多对藻类的引用，但此类引用仅用作有用的实例，并不限制本文描述和要求保护的本专利技术的范围，本专利技术也通常涉及微生物。
[0005]藻类有适应其环境的能力。例如，在西南沙漠的土壤中发现的藻类已经适应了高高的温度、碱性pH水平和干燥期，而在北方气候中发现的藻类已经适应了低得多的温度、冻融循环、更高的土壤湿度水平和更酸性的土壤pH水平等。
[0006]特有藻类在野外生态系统中占据了生态位。在土壤生态系统中，与其它生物的共生已经形成，导致了生化环境，在所述环境中，特有藻类产生的化合物可能会促进其它想要的微生物的生长，并抑制不想要或非有益生物的生长。例如，已知藻类会产生诸如氨基酸、激素、肽和脂肪酸等生化物质，所述生化物质促进有益微生物的生长。这些有益的生化物质也直接帮助农作物植物。有益微生物产生藻类和农作物可利用来生长的生化物质(例如，糖类和维生素)，导致藻类和农作物持续生长。同时，藻类可以产生抗菌、抗真菌、杀藻和/或抗原生动物的化合物，所述化合物阻止土壤和地表水中有害微生物的生长。
[0007]当土壤藻类死亡时，细胞生化物质被释放出来，其可直接供给土壤生物群落和生长在土壤中的任何农作物植物。这些生化物质是大分子(例如，诸如蛋白质、脂肪、染料、肽、核酸等)，其中的一些或全部可被农作物植株吸收，从而产生营养价值更大的农作物。
[0008]如果活的外来藻类被引入土壤，生态系统被迫重新平衡。这种不平衡会导致一种或多种不需要的生化物质(诸如毒素)的产生，或者农作物植物所需的重要生化物质的缺
乏。
[0009]当藻类被引入土壤时，土壤中的代谢活性增加，导致更多的CO2产生。对于活的藻类来说尤其如此，所述藻类的代谢活动在进入土壤后仍在继续。这种CO2的产生降低了土壤的pH，导致碳酸钙和碳酸镁键的溶解，从而打开土壤，促进根系渗透，增加水肥流动。这种增加的水分运动将更多的盐带出根区，从而降低根区内的渗透压，并提高农作物对常量和微量营养素的生物利用率。较低的pH也释放出结合的钾和磷，使其可用于植物。在磷限制条件下，藻类几乎立即分泌细胞外磷酸酶。这些化合物从土壤颗粒中释放出磷酸盐，使植物可以利用它们。绿藻也产生多糖，水可保留在所述多糖上直到其被需要为止。
[0010]基本上恒定或定期添加藻类可导致土壤中有机物(腐殖质)的理想积累，所述有机物质还具有保持水分和营养素的特性，所述水分和营养物可以根据需要释放到植物中。将腐殖质引入土壤的其它方法通常需要翻耕有机物(堆肥、各种植物切屑、肥料等)，最好在田间种植之间进行。腐殖质有助于天然铁螯合物(黄腐酸
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铁)的形成，这防止土壤被碳酸钙和碳酸镁堵塞，从而避免因这些营养素的生物利用率低而导致的萎黄病问题。萎黄病是植物绿色的减少，这归因于由于缺乏诸如氮(N)、镁(Mg)、钙(Ca)和铁(Fe)等生物可利用的常量和微量营养素而导致的叶片中叶绿素量的减少(即使这些营养素存在于土壤中亦如此)。
[0011]离子交换能力是用于描述肥料元素与土壤颗粒结合以进行储存和释放的定量手段。腐殖质离子交换容量(例如，400至600毫当量/100g)为粘土的离子交换容量(例如，50至150毫当量/100g)的5至10倍。正是这种容量允许肥料保留在土壤中，供植物需要时使用。当植物利用土壤中的氮(N)、磷(P)和钾(K)时，储存的元素会在需要时从腐殖质中释放出来。通过与腐殖物质结合，铜和其它痕量元素变得毒性更小，更容易为植物所利用。
[0012]如果与微藻结合，肥料更有效。藻类细胞通过将某些分子分解成植物更容易利用的生物可利用形式来处理肥料。营养素被植物的根系更高效和更完全地吸收。例如，硝酸铵(一种优良的氮源)是最常见的用于生长农作物的散装肥料(bulk fertilizers)之一。虽然植物可以立即吸收这种肥料中的硝酸盐，但铵成分对植物来说不太容易获得。微藻细胞会吸收铵，天然地将其转化为含氮的生化物质，当它们死亡时，会将这些有价值的生化物质释放到植物中，以便吸收利用。另外，肥料中的营养素可与微藻细胞或其有机残余物结合，并且在下雨或灌溉期间不太可能流失到径流水中。当它们死亡时，藻类也可以在土壤中滋养细菌，所述细菌可将铵离子转化为硝酸根离子。
[0013]藻类产生生长调节剂(例如，赤霉酸)，其可提高耐盐性，诱导种子萌发，提高植物生长速度和果实产量。人工或浓缩的生长调节剂价格昂贵，尤其是在大量使用时，这使得种植者无法通过使用其它产品来复制这种效果。
[0014]藻类通过直接产生抗生素和抗真菌化合物，并通过滋养土壤中产生其它抗害虫化合物的有益微生物，在控制农业害虫方面发挥作用。这些化合物赋予植物防止病原物种入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种培养系统，其包括：生物反应器，其适于在培养液中结合使用自然光和人造光中的至少一种以及包含至少一种碳源的至少一种营养物来繁殖微藻，其中所述微藻游离地悬浮在培养液中并形成所述培养液的一部分；和水调节组件；耦接到所述生物反应器的藻类营养素供应源；第一控制器，其被配置成控制所述水调节组件与所述生物反应器之间的流体流动，所述水调节组件作为供应水的输入耦接到所述生物反应器，并且被配置成将所述供应水调节至特定的纯度，所述特定的纯度使得所述培养液中的微藻能够基本不受阻碍地生长至指定的微藻浓度，并且其中所述第一控制器被配置成控制所述藻类营养素供应源至所述生物反应器的输送；和耦接到所述生物反应器的二氧化碳源，其中所述二氧化碳作为碳源被注入所述培养液中。2.如权利要求1所述的系统，其还包括耦接到探针的第二控制器，所述第二控制器被配置成至少部分基于来自所述探针的一个或多个测量来调节二氧化碳从所述二氧化碳源到所述生物反应器的释放。3.如权利要求2所述的系统，其中所述探针是被配置成测量所述培养溶液的pH的pH探针。4.如权利要求1所述的系统，其中所述水调节组件包括耦接到臭氧接触器的臭氧发生器，其中所述臭氧发生器被配置成产生臭氧并输送臭氧以至少部分地臭氧化所述供应水。5.如权利要求4所述的系统，其还包括位于所述臭氧接触器上游的固体过滤器。6.如权利要求5所述的系统，其还包括位于所述固体过滤器下游的碳过滤器和/或紫外光系统，其中所述碳过滤器和所述紫外光系统中的至少一者被配置和布置成使所述臭氧化的供应水至少部分地去臭氧化。7.如权利要求1所述的系统，其还包括耦接到所述生物反应器的至少一个加压空气供应源，其中所述至少一个加压空气供应源被配置成产生气泡，以至少部分地对所述培养溶液充气并且/或者搅拌。8.如权利要求7所述的系统，其中所述气泡包括CO2、N2和O2中的至少一者。9.如权利要求1所述的系统，其还包括提供或耦接到供水的输入端的至少一个储水池或水箱。10.如权利要求1所述的系统，其还包括至少支撑所述生物反应器、所述水调节组件和所述二氧化碳源的移动拖车。11.如权利要求1所述的系统，其中所述微藻藻类营养素供应源包括肥料、常量营养素、微营养素和至少两种不同的微藻物种中的至少一者；以及其中所述常量营养素选自磷、氮、碳、硅、钙盐、镁盐、钠盐、钾盐和硫；以及所述一种或多种微量营养素选自锰、铜、锌、钴、钼、维生素和痕量元素；以及其中所述微营养素包含添加到所述经调节的供应水中的维生素和矿物质中的至少一种。12.如权利要求1所述的系统，其还包括遥测系统，所述遥测系统被配置用于远程监控和控制所述第一控制器、所述第二控制器、所述生物反应器以及所述水调节组件的至少一个部件或组件中的一者或多者的操作中的至少一项。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述人造光包括位于所述生物反应器内和/或靠近所述生物反应器的外表面并将所述微藻暴露于光中的至少一者的LED光。14.如权利要求1所述的系统，其中所述二氧化碳源包括包含二氧化碳液体或气体的罐、二氧化碳发生器和隔离并暂时存储大气二氧化碳的二氧化碳隔离物中的至少一者。15.如权利要求1所述的系统，其中所述藻类供应源包括第一藻类类型和第二藻类类型中的至少一种。16.如权利要求1所述的系统，其还包括耦接到所述生物反应器的输出端的流动成像设备，所述流动成像设备被配置成创建培养液中藻类、捕食者和污染物中的至少一种的图像以用于质量控制监控。17.如权利要求1所述的系统，其还包括微生物混合器，所述微生物混合器被配置成将藻类、细菌、病毒和真菌中的至少一种与离开所述生物反应器的任何培养液掺混。18.一种方法，其包括：从当前或计划的植物生长区域的至少一个地点制备一种或多种含微生物的样品；通过从所述样品中培养微生物来制备至少一种培养的样品；从所述至少一种培养的样品中选择至少一个目标微生物物种；通过以下步骤繁殖所述至少一种选择的目标微生物物种，以增加所述至少一种培养样品中的所述至少一种目标微生物物种的浓度：提供适于在培养液中繁殖所述至少一种选择的目标物种的生物反应器，所述至少一种选择的目标物种游离地悬浮在所述培养液中并形成所述培养液的一部分；将进料源耦接到所述生物反应器和用于控制水调节组件和所述生物反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：美兰得有限责任公司，
类型：发明
国别省市：