[发明专利]用于改善作物生产率及减少氧化亚氮排放的固氮细菌接种剂

说明书

本发明涉及通过施加含有固氮细菌的新型人工制造的配制物，减少化肥使用和温室气体氧化亚氮排放的方法，以及改善农业中的植物生长率和种子生产率的方法，所述固氮细菌有效定殖在非豆类植物的地上部分和根系中。该细菌接种物和方法特别适合于麻疯树属、高粱属、棉属、油棕属、蓖麻属、稻属和木薯属植物。

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背景技术

本发明涉及通过施加含有固氮细菌的新型人工制造的配制物，减少化肥使用和温室气体氧化亚氮(N₂O)排放的方法，以及改善农业中的植物生长率和种子生产率的方法，所述固氮细菌有效定殖在非豆类植物的地上部分和根系中。该细菌接种物和方法特别适合于麻疯树属(Jatropha)、高粱属(Sorghum)、棉属(Gossypium)、油棕属(Elaeis)、稻属(Oryza)、蓖麻属(Ricinus)和木薯属(Manihot)植物。

化石燃料价格快速上涨、全球燃料的快速减少和关于起因于大气温室气体累积的快速全球变暖的忧虑已充当近期生物燃料热潮的三大催化剂(Chang，2007)。生物燃料消耗的环境效益归于广泛认为的温室气体(CO₂)排放减少的结果。

近来，新的问题已造成关于生物燃料益处的讨论。氧化亚氮在微生物的硝化作用和反硝化作用过程期间在土壤中天然产生。在生物燃料生产中使用的显著百分比的氮肥转换为活性氮N₂O，具有310倍在大气中捕获热能力的温室气体(Barton和Atwater，2002)。如果氮肥的使用不受控制，则通过生物燃料消耗的CO₂缓和的益处将被抵消(Galloway等人，2008；Melillo等人，2009；Crutzen等人，2008)。

氮肥的施加已变成现代农业中的基础实践，因为它对于维持竞争性的作物生产率是极其重要的。已众所周知的是由于称为根瘤的固氮结构的存在，豆类需要少得多的氮肥输入，在所述根瘤中大多数属于根瘤菌属(Rhizobium)、中华根瘤菌属(Sinorhizobium)、中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)(Jourand等人，2004；Kaneko等人，2000；Stacey等人，1991；Gottfert等人，2001)中的物种的固氮微生物(固氮生物)，与细菌形成天然有益的共生关系，所述细菌给植物供应氮源，同时从植物细胞中获取碳源(Long，1996；Young和Johnston，1989)。近来已发现一些例外。例如，结瘤甲基杆菌(Methylobacterium nodulans)是用于猪屎豆属(Crotalaria)(豆科植物)中的一些物种的根瘤诱导剂(Renier等人，2011；Jourand等人，2005)，并且固氮根瘤可以在一些豆类的茎组织中发展(Eaglesham和Szalay，1983；Dreyfus和Dommergues，1981)。弗兰克氏菌属(Frankia)，革兰氏阳性土壤细菌也在蔷薇科(Rosaceae)的少数物种中诱导固氮根瘤的形成(Moir等人，2011)。

共生根瘤的形成涉及在固氮生物和宿主之间复杂的遗传和化学相互作用。例如，当植物将大量下述甜菜碱和黄酮分泌到根际内时，在苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobiummeliloti)及其植物宿主之间的共生开始：4,4'-二羟基-2'-甲氧基查耳酮、金圣草黄素、菜蓟糖甙、4',7-二羟基黄酮、6″-O-malonylononin、甘草素、木犀草素、3',5-二甲基木犀草素、5-甲氧基藤黄菌素、美迪紫檀素、水苏碱、胡芦巴碱。这些化合物将苜蓿中华根瘤菌吸引至植物的根毛表面，细菌在其中开始分泌结瘤因子(Peters等人，1986；Maxwell等人，1989)。因此，形成共生根瘤的固氮几乎专一地在豆类物种中找到。慢生根瘤菌和根瘤菌与植物生长促进根际细菌(PGPR)共享特征。如同其他PGPR，根瘤诱导细菌能够定殖非豆类植物的根(Antoun等人，1998)。