專利名稱：：含有一種能夠激活植物抗脅迫的天然保護機制的混合物的硅肥的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及硅化合物以及它們在農(nóng)業(yè)上的應用。
背景技術：
：眾所周知，天然植物保護自身抗任何脅迫的機理具有其化學基礎(Zai11in和Pa1ukaitis，2000)。植物具有非特異性防御系統(tǒng)和基因調(diào)控的防御系統(tǒng)，前者通過合成非特異性脅迫酶來實現(xiàn)其功能，后者通過合成被遺傳信息控制的特異性和非特異性脅迫蛋白來實現(xiàn)其功能(Tarchevsky，2001)。植物保護機制系統(tǒng)通過下列步驟啟動。脅迫作用從物理或化學的角度去影響植物細胞。這種影響能夠使細胞的信號系統(tǒng)(形成特殊的信號分子)活化，把關于脅迫的信息轉(zhuǎn)導給植物細胞的核仁和植物的其他控制植物的新陳代謝的細胞器。在收到即將受到脅迫的信息之后，非特異性脅迫酶的合成過程開始。如果植物細胞的核仁能夠利用特異的信號體系識別出脅迫的類型，那么細胞核仁則在DNA中找到必要的關于特異性脅迫蛋白合成的信息。信使RNA將這個信息進行轉(zhuǎn)導并向細胞器發(fā)出新的命令，則開始合成適當?shù)拿{迫蛋白。然后，新合成的特異性和非特異性脅迫蛋白移動至脅迫區(qū)域，減小脅迫或脅迫因素侵害的負面影響(Tarchevsky，2001)。成功保護植物免受脅迫的關鍵因素在于能夠正確并且及時地提供關于脅迫的信息，這些信息是通過基于化學的體系產(chǎn)生的。特異性或非特異性信號分子在受脅迫區(qū)域和非特異性脅迫酶合成區(qū)域之間，受脅迫區(qū)域和遺傳器之間以及遺傳器和特異性脅迫酶的合成區(qū)域之間傳遞著信息(Tarchevsky，2001)。科學研究證明，當植物受到能夠啟動或模擬脅迫作用的某些物質(zhì)的影響或自然界的刺激時，或者受到能夠把脅迫信息傳遞給生物體的物質(zhì)的影響時，就會導致特異性和非特異性脅迫蛋白和其他脅迫保護物質(zhì)的形成，從而避免發(fā)生真正的脅迫作用(Tarchevsky,2001;Montesinos等，2002;Struszczyk等，2005)。植物受到輕微脅迫作用而導致植物"硬化"的結(jié)果是一個大家熟知的機理。由此，植物免疫系統(tǒng)已經(jīng)為其受到脅迫作好準備，植物也因此能夠更加高效的保護自身免受即將遭受的真正脅迫帶來的危害。這就意味著啟動(激發(fā))植物防御機制(在危險性脅迫導致真實的侵害之前)是可能的，通過模擬輕微脅迫的方式來預備和準備使生物體增加植物的抗性，以免受到預期的即將遭受的真實且危險的脅迫作用。能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的物質(zhì)將被稱為活化劑。本發(fā)明
背景技術：
的第二部分是關于具有生物地球化學活性的硅元素。很多現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，施用硅肥或含硅的改良土壤的物質(zhì)可以增強植物抗脅迫能力(Snyder等，2006)。關于硅能夠使植物增強抗脅迫能力的真實機理的解釋也有很多。硅之所以能夠增強植物的抗性是由于被吸收的硅元素在植物表皮組織中的積累，或者由于發(fā)病機理誘導的宿主防御反應的表達(Snyder等，2006)。積累的單硅酸聚合成多硅酸，然后轉(zhuǎn)化成無定形二氧化硅，形成一層厚厚的硅-纖維素類的膜，把膠質(zhì)和鈣離子結(jié)合起來(Hudson,Sangster,1988)。這就意味著一個雙表皮層對植物進行保護，并且機械地使植物變強壯(Ma,Takahashi，2002)。硅也可以與表皮細胞細胞壁中的有機化合物形成配合物，因此可以增強它們對在脅迫作用下酶的釋放導致的降解的抵抗力。然而，調(diào)查研究表明，對植物的機械保護的增強僅僅是硅肥引起的植物防御增強的一部分(Belanger，2005)。我們所作的研究以及其他科學家進行的研究都證實了植物保護的生化機理的存在，而且當可溶性硅化合物被施用至植物時，該機制就會被引發(fā)(Matichenkov，Bocharnikova2004)?？紤]到施用娃肥能夠使植物中抗氧化劑的含量增加(Belanger,2005;Snyder等，2006)以及多硅酸能夠通過合成有機分子(Banerjee，2001)來保護植物免受低溫損傷，可以形成如下的假設硅可以控制脅迫蛋白和其他保護植物免受脅迫的物質(zhì)的合成(Matichenkov,Biel，2006)。下列兩個過程綜合起來構(gòu)成了上述假設和本發(fā)明的基礎(a)以特殊物質(zhì)的合成開始(抗氧化防御酶，脅迫蛋白等)作為生物體系中遺傳器對脅迫作用的響應，(b)同樣物質(zhì)在多硅酸基質(zhì)上的另外的非酶合成。在這種情況下，硅基質(zhì)的結(jié)構(gòu)是由主要由遺傳器合成的蛋白質(zhì)來確定的。在防御系統(tǒng)中，硅基質(zhì)的功能是在遺傳器非直接參與下完成另外的脅迫蛋白的合成，這可以解釋"為什么硅元素是一種保護劑"這種已知的現(xiàn)象。這就意味著基于硅的合成為生物體(植物)節(jié)約了大量的能量，因此對脅迫作用提供了更大的抗性。根據(jù)本發(fā)明，這里形成的假設和上述關于天然植物防御系統(tǒng)功能的基本信息，一起為能夠增強天然植物抗脅迫的防御能力的新產(chǎn)物開辟了道路。
發(fā)明內(nèi)容一種能夠加強天然植物防御系統(tǒng)使其免受任何脅迫作用的新產(chǎn)物因此被提出。這種產(chǎn)物是一種由富含硅元素的物質(zhì)，植物免疫系統(tǒng)活化劑和/或能夠增強上述組分作用的物質(zhì)組成的混合物?；罨瘎┦且恍┪镔|(zhì)或自然界的作用，它們能夠傳遞脅勤目關的信息，并通過植物細胞合成非特異性或/和特異性的脅迫蛋白，脅迫酶以及其他保護植物免受脅迫的物質(zhì)。在通過活化劑模擬脅迫的條件下，這種新產(chǎn)物中含硅的部分能夠提供更多的硅植物營養(yǎng)，在遺傳器非直接參與的條件下形成用于脅迫蛋白復制的多硅酸基質(zhì)。這種多硅酸基質(zhì)被保留在植物細胞中，用來增強植物免疫系統(tǒng)。這種新產(chǎn)物可以通過使用各種各樣形式的富含硅元素的物質(zhì)，活化劑以及其他物質(zhì)進行改進，以幫助植物保護自身免受脅迫作用。所有這些組分的施用可以通過在澆水時施用于土壤(通過撒播或混合的方式)，通過葉敷，撒粉末或者通過噴煙的方式。所有這些組分可以同時施用或者隔一段時間單獨施用，其時間間隔不能超過6個月。優(yōu)選實施例說明這種能夠增強天然植物防御系統(tǒng)的新產(chǎn)物包含兩個主要組分(A和B)以及其它添加劑類物質(zhì)。部分(A)是至少一種富含硅元素的組分，部分(B)是至少一種植物防御系統(tǒng)的活化劑。部分(A)可以包含一種或多種富含硅元素的液體/膠狀物或者固體肥料物質(zhì)，其可以在PH值介于1至14的水溶液中，單硅酸的濃度為硅含量介于10到1000ppm或者更高的條件下施用，為植物細胞中硅基質(zhì)的合成提供珪植物營養(yǎng)。部分(B)可以包含一種或多種物質(zhì)或者自然作用力和物質(zhì)，它們能夠傳遞與脅i^目關的信息，合成植物細胞中的非特異性或/和特異性脅迫蛋白，脅迫酶和其他脅迫保護物質(zhì)?；瘜W或物理的作用如下低溫，高溫，風，強光或弱光。這種新產(chǎn)物的配方中添加的物質(zhì)(C)可以依據(jù)以下幾個原因增強活化劑的穩(wěn)定性，優(yōu)化(A)和(B)的混合物或者單獨的部分(A)和部分(B)的物理性質(zhì)(例如表面活性物質(zhì))，使植物更好地適應抗脅迫能力以及優(yōu)化植物營養(yǎng)或植物生長。這些物質(zhì)不提供硅植物營養(yǎng)，亦不會使植物免疫系統(tǒng)活化。部分(A)，部分(B)和添加類物質(zhì)可以混合在一起施用于土壤(通過撒播或者混合的方式)，或者在澆水或澆灌營養(yǎng)液時施用于土壤或植物，通過葉敷或噴煙的方式施用于植物，以及以固體，液體，膠體的形式噴灑在植物上或者將它們與水或者溶液一起施用于植物，這里水或溶液可以用作添加類物質(zhì)。A與B的比例介于1:100,000至1，000，000:1之間。部分(A)和部分(B)可以與添加類物質(zhì)一起或者在沒有添加類物質(zhì)的情況下分別單獨施用于土:t裏(通過撒播或者混合的方式)，或者在澆水或洗灌營養(yǎng)液時施用于土壤或植物，通過葉敷或噴煙的方式施用于植物，以及以固體，液體，膠體的形式噴灑在植物上或者將它們與水或者溶液一起施用于植物，這里水或溶液可以用作添加類物質(zhì)。施用有或者沒有添加類物質(zhì)的部分(A)和部分(B)的時間間隔必須在6個月以內(nèi)。用于增強部分(A)和部分(B)聯(lián)用或者單獨的部分(A)和部分(B)的添加類物質(zhì)可以加入并與單獨的(A)和(B)混合或者與(A)和(B)的混合物混合在一起。添加類物質(zhì)占新產(chǎn)品總重或總體積的比例從0.001%到99.999%不等。下列實施例闡明了本發(fā)明的內(nèi)容。實施例1本實驗是在溫室中進行，使用的土壤是沙土。花椰菜被用作試驗植物。選自澳大利亞東北部(Pallkarra)的硅藻土(DE)是一種富含硅元素的材料，被用作硅肥。這種材料的化學組成見表l。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>DE被研磨成粉末(粒徑介于0.01-0.02隱)。水楊酸，幾丁質(zhì)和脫落酸被用作活化劑。水楊酸是一種公認的植物免疫系統(tǒng)的通用活化劑(Montesinos等，2002)。幾丁質(zhì)是一種公認的植物免疫系統(tǒng)的抗昆蟲侵害的活化劑(Struszczyk等，2005)以及脫落酸是一種公認的植物免疫系統(tǒng)抗缺水的活化劑(Jakab等，2005)。所選活化劑與DE按如下比例混合DE:水楊酸=1000:1(A)，DE:幾丁質(zhì)=1000:1(B)，DE:脫落酸=10000:1(C),DE:水楊酸幾丁質(zhì)脫落酸=10000:10:10:1(D)。所有的混合物與DE用水按比例每1升二次蒸餾水中溶解100克固體材料混合后過夜。所選活化劑也可以在不加DE時使用?；罨瘎┡c水按如下比例混合，水楊酸水=1:10000(F),幾丁質(zhì)水=1:10000(G)，脫落酸水=1:100000(H)以及7jc楊酸:幾丁質(zhì)脫落酸水=10:10:1:100000(K)。花椰菜播種于盛有沙土的塑料盆(容積為1升)中(每個盆中種5粒種子)。播種1.5周之后，植物用調(diào)制好的溶液進行處理。對照樣品1)僅僅用蒸餾水處理，對照樣品2)用DE和水按照DE:水=1:10的比例混合而成的混合物進行處理。每一種處理方式在四個塑料盆中重復。合計接受每一種處理方式的植物共有20林。所用溫室被未成熟的小昆蟲(蟲牙蟲)侵染。侵染2.5周之后，統(tǒng)計被昆蟲感染的葉子的數(shù)量。標準偏差由統(tǒng)計過程來確定。得出的數(shù)據(jù)見表2。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>下比例與水混合，水楊酸水=1:10000(F),幾丁質(zhì)水=1:10000(G)，脫落酸水-l:100000(H)以及水楊酸:幾丁質(zhì)脫落酸水-10:10:1:100000(K)。除了化學活化劑之外，在本實施例中也用.到了物理活化劑。在低溫驟變的環(huán)境中暴露一段很短的時間(在植物生長2周之后在0°C下暴露30分鐘)。這種溫度驟變用于沒有使用任何其他物質(zhì)(L),Si02+低溫驟變(M)，低溫驟變+水楊酸幾丁質(zhì)脫落酸水=10:10:1:100000(N),或〗氐溫驟變+Si02:水楊酸幾丁質(zhì)脫落酸-10000:10:10:1(0)。大麥種到塑料盆(容積為1升)的沙土中(每個盆中種20粒種子)。正常條件下(20-24。C，灌溉適宜)在沙土中生長3周之后，再施用下列材料。4周后，部分塑料盆被放入恒溫恒濕箱，溫度介于8-12。C，一周后啟動低溫驟變。另一部分植物停止?jié)菜阅M干旱脅迫，其余部分植物保持正常的澆灌條件。大麥再生長一周，周末將植物收割。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>同時施用Si02和活化Si02對正常生長條件下的大麥有積極的影響(表3)。在這些處理方式中，生物數(shù)量由12%增至18%,這些可以解釋為硅元素的積極影響。僅僅應用活化劑對大麥的數(shù)量沒有顯著影響(表3)。模擬低溫脅迫增強了應用的Si02效果以及Si02與活化劑同時應用的效果，以及增強了這些效果對于大麥數(shù)量的影響(表4)。通用活化劑(水楊酸)和特殊活化劑(低溫驟變)對于大麥有最大的積極影響，而Si02與另外的實驗用活化劑同時應用與單獨應用Si02具有同樣的效果。僅4又應用活化劑對于大麥數(shù)量沒有顯著影響。表4在低溫脅迫下，Si02和活化Si02對大麥數(shù)量的影響(克每10林植物)處理方式無活化劑水楊酸幾丁質(zhì)脫落酸水楊酸+幾丁質(zhì)+脫落酸低溫驟變低溫驟變+水楊酸+幾丁質(zhì)+脫落酸對照組1.161.121.151.111.121.21.22Si021.381.491.351.41.381.571.59標準偏差0.050.060.10.050.050.050.05在缺水條件下進行的實驗說明了同樣的效果(表5)。施用Si02對大麥具有積極的影響。Si02和通用活化劑(水楊酸)聯(lián)用或者Si02與脫落酸聯(lián)用都增強了施用活化硅的效果。Si02與其他特殊活化劑聯(lián)用與僅僅施用Si02具有同樣的效果(表5)。表5在缺水脅迫條件下，Si02和活化Si02對大麥數(shù)量的影響(克每10抹植物)處理方無活化水楊幾丁脫落酸水楊酸低溫驟低溫驟變+式劑酸質(zhì)+幾丁變水楊酸+質(zhì)+脫幾丁質(zhì)+脫<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>得出的數(shù)據(jù)證實了我們關于特異性或非特異性活化劑能夠激活硅肥的可能性的理論研究。參考文獻BanerjeeA.K.，LayaMimoM.S.,VeraVegasW.J.Silicagelinorganicsynthesis2001.ji/s"'a"C力e/z/ca7jeF/eM.70(11):971-990.BelangerR.R.2005Therolesiliconinplant—pathogeninteraction:towarduniversalmodel.77757//c朋y^r/ci/〃i/ra/caa,ere/ce.(ed.)KorndorferG.H.，October22_26，2005，Umberlandia,UniversodadeFederaldeUberlandia.-2005.-P.34-40.HodsonM.J.，SangsterA.G.1988.Silicadepositionintheinfluencebractsofwheat(7W〃c咖aes〃ra邁).1Scanningelectronmicroscopyandlightmicroscopy.C肌/.o尸》0^3/2766(5):829-837.JakabG.，TonJ.，ZimmerliV.L.，M6trauxJ.P.andMauch-ManiB.2005.EnhancingArabidopsisSaltandDroughtStressTolerancebyChemicalPrimingforItsAbscisicAcidResponses,/7a力f戶A/"'o7c^j139:267-274*MaJ.F.，TakahashiE.2002.5b//，尸er〃7i'zer,a/3i/;7/a/2fW/iconresearc力/a;叫Elsevier,TheNetherlands.281pp.MatichenkovV.V.,BocharnikovaE.A.2004.Siinhorticulturalindustry.fofls^Ja/a51M戶/a/2f^1///2era/jVwfr/f/o/23/2^戶es〃"Ve鵬/2age/z/e/2f，v.2.，.217—228.MontesinosE.，BonaterraA.，BadosaE.，F(xiàn)rancersJ.，AlemanyJ.，LlorenteI.,MoragregaC.2002.Plant-microbeinteractionsandthenewbiotechnologicalmethodsofplantdiseasecontrol.7/7fWcr由'o/5:169-175Struszczyk,H.,Domarad,A.，Peter,M.G.，Pospies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