專利名稱：減少植物應激的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于提高植物抗逆性的物質組合物。具體地，所述方法包括將植物的一部分或其位點與包含由部分腐殖化的天然有機質表征的可溶有機質的農業(yè)上可接受的復合混合物的物質組合物接觸。
背景技術：
本領域中已經提議將有機物的各種混合物作為肥料添加劑。具體地，腐植酸組合物，Bio-Liquid Complex ,由 Bio Ag Technologies International 提出(1999)www.phelpstek. corn/portfolio/humic_acid. pdf以協(xié)助從土壤到植物輸送微量營養(yǎng)素,更具體地陽離子營養(yǎng)素。American Agritech 的 TriFlex 開花制劑(Bloom Formula)營養(yǎng)素組合物被描·述為包含“磷酸、磷酸鉀、硫酸鎂、硫酸鉀、鉀硅酸鹽[和]硅酸鈉?！盇merican Agritech的TriFlex 生長制劑(Grow Formula) 2-4-1營養(yǎng)素組合物被描述為包含“硝酸鉀、硝酸鎂、硝酸銨、磷酸鉀、硫酸鉀、硫酸鎂、硅酸鉀和硅酸鈉。”據(jù)報道兩種組合物都“采用所選擇的維生素、植物組織培養(yǎng)成份、必需氨基酸、海藻、腐植酸、灰黃霉酸和碳水化合物來加強。”參JAL www. horticulture source, com/product_inf o. php/p) roducts_id/82。據(jù)報道這些產品主要配制用于果實作物和開花作物的“無土栽培”(即水培)，但是同樣據(jù)報道在容器土壤園藝中優(yōu)于傳統(tǒng)的化學肥料。沒有提及它們用于葉面施用(與營養(yǎng)液或土壤生長介質相對照)的適應性或其他方面，參見 www. americanagritech. com/product/product_detaiI.asp ID = I&pro_id_pk = 4-0。商標Monarch ，由Actagro，LLC擁有，是包含2-20-15主要植物營養(yǎng)素的具有來源于天然有機質的3 %非植物性養(yǎng)料有機組合物的肥料組合物。植物通常對多種環(huán)境應激敏感，包括例如干旱、鹽度、低光照、水浸、疾病、蟲害和溫度。常規(guī)的營養(yǎng)植物處理通常不能或不會向植物提供對環(huán)境應激的抗性并且因此對向其它健康或繁茂的植物提供好處有限。然而，商業(yè)化的農業(yè)工藝需要另外的植物處理以降低植物應激或增加植物抵抗一般環(huán)境應激的能力和/或從這樣的應激迅速恢復。一般環(huán)境應激的典型例子包括連續(xù)的無水期(干旱)、暴露于鹽水、水浸、長時間黑暗和溫度變化/霜凍。暴露于這些應激通常可導致產量不良或沒有產量，而且可表現(xiàn)出減少的根系生長，和/或減少的葉生長或數(shù)量和/或減少的莖重量和/長度和/或減少的果實大小和/或重量和\或營養(yǎng)價值。盡管植物可能具有對這些應激的某些天然防御，但是有有需要向植物提供增強的對這些應激響應和/或從這些應激恢復的能力以允許將農業(yè)生產最大化。發(fā)明概述物質組合物(下文也稱為“CP”;CAS注冊第1175006-56-0號)向植物提供增強的抗逆能力以便對環(huán)境應激響應和/或恢復并且允許將農業(yè)生產最大化。本文公開的物質組合物提供在植物中增加和/或增強對一般環(huán)境應激的植物響應的基因調節(jié)。這一基因調節(jié)包括，在其他的機制中，轉錄因子的調節(jié)。與未用CP處理的處于相似條件的植物相比，應激條件之前、過程中或之后立即向植物應用CP增加植物抵抗所述應激和/或從所述應激農藝學上恢復的能力。溫室和田間試驗已經證實CP可促進植物生長和發(fā)育以便增加作物產量。生理學研究表明本文所公開的所述物質組合物提供了植物內部增加的營養(yǎng)素有效性和移動性。另外，CP增加植物激素的合成或有效性，和/或CP具有與這些植物激素中的一些的協(xié)同作用。在分子水平，植物生長和發(fā)育活性由基因和基因表達的控制和/或影響。很可能CP通過觸發(fā)或改變與在植物生長、發(fā)育、應激耐受力和/或疾病抗性中有關的關鍵基因的表達來起作用。上文提及的物質組合物對植物基因表達的強力影響為這些產品在農業(yè)、園藝和園林設計中提供了廣泛的應用。附圖簡述
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圖I.表現(xiàn)與對照相對比CP組合物應用對擬南芥根形成的影響的照片；圖2.表現(xiàn)與正常條件下的對照相對比CP組合物應用對擬南芥生長的影響的照片;圖3.表現(xiàn)與對照相對比鹽應激后的CP組合物應用對擬南芥生長和發(fā)育的影響的照片；圖4.表現(xiàn)與對照相對比鹽應激前的CP組合物應用對擬南芥生長的影響的照片；圖5.表現(xiàn)與對照相對比CP組合物應用對擬南芥干旱耐受力的影響的照片；圖6.通過BioAnalyzer確定的RNA制備質量；圖7.與對照相對比CP應用后擬南芥的全基因組表達概況；圖8.與對照相對比CP應用后具有P值< O. 01時變化彡I. 5倍的表達水平的擬南介基因的基因表達概況；圖9.與對照相對比CP應用后具有P值< O. 01時變化彡I. 5倍的表達水平的擬南芥基因的火山圖；


圖10.與對照相對比CP調節(jié)的擬南芥基因的熱圖；
圖11.與對照相對比CP1000應用后具有P值< O. 01時變化彡I. 5倍的表達水平的擬南芥基因的基因表達概況；
圖12與對照相對比CP1000應用后具有p值< O. 01時變化彡I. 5倍的表達水平的擬南芥基因的火山圖；
圖13.與對照相對比CP1000調節(jié)的擬南芥基因的熱圖；
圖14.與對照相對比CP組合物應用對擬南芥干旱耐受性的影響的曲線圖；
圖15.與對照相對比CP組合物應用對擬南芥鹽度耐受性的影響的曲線圖；
圖16.與對照相對比CP組合物應用對擬南芥萎蔫干旱耐受性的影響的曲線圖和照片；
圖17.與對照相對比CP組合物處理之后擬南芥基因分析的示意圖；
圖18.由CP組合物組分共有的上調的擬南芥基因的示意圖；
圖19.由CP組合物組分共有的下調的擬南芥基因的示意圖詳細說明材料和方法
本文公開的所述物質組合物包含從富含天然有機質的來源分離和提取至水溶液中的有機分子的混合物。所述天然有機質主要來源于在土壤環(huán)境中已經隨時間被修飾至不同程度的植物材料。所述植物材料中的一些近來已經被沉積在環(huán)境中。天然有機質的至少一部分已經通過腐殖化的部分過程以成為部分腐殖化的天然有機質。腐殖化包括天然有機質的微生物、真菌和/或環(huán)境(熱、壓力、光照、閃電、火等)降解和/或氧化。最優(yōu)選地，CP包含沒有充分經歷腐殖化的天然有機質(部分腐殖化的天然有機質)。在一個方面，所述天然有機質從通常包含或提供 5ppm、lOppm、15ppm、20ppm、25ppm、30ppm>35ppm、40ppm、45ppm、50ppm、55ppm、60ppm、65ppm、7Oppm、75ppm、80ppm、85ppm、90ppm、95ppm、IOOppm 或高達500ppm的可溶有機質(DOM)的環(huán)境獲得。在其他方面，所述天然有機質從通常包含或提供約 500ppm、lOOOppm、1500ppm、2000ppm、2500ppm、3000ppm 或更多 DOM 的環(huán)境獲得。天然有機質是非常復雜的，通常存在有上千種化合物，取決于來源和來源周圍普遍存在的環(huán)境條件。腐殖質例如灰黃霉酸(CAS注冊第479-66-3號)和腐殖酸(CAS注冊第1415-93-6號)是來源于天然有機質的有機復合物的實例，然而，如下文詳述的，CP在化學和生物上與灰黃霉酸和腐殖酸不同。 CP包含可溶有機質，所述有機質在如上文描述的腐殖化過程中形成，例如微生物、真菌和/或環(huán)境(熱、壓力、光照、閃電、火等)的降解過程?？砂ɑ蚩墒褂闷渌奶烊换蚝铣傻奶烊挥袡C質降解過程。在一個方面，CP主要包含沒有經歷完全腐殖化的天然有機質(例如部分腐殖化的天然有機質)。腐殖化的量可使用已知方法例如通過13C NMR確定和表征。在一個方面，CP通過將天然有機質從其來源移除來獲得，任選地加工和/或濃縮以提供具有相對于其原始來源約 10X、25X、50X、100X、200X、300X、400X、500X、600X、700X、800X、900X、1000X、1500X、2000X、2500X、3000X、3500X、4000X、4500X 或 5000X 的可溶有機質(DOM)濃度水平的CP組合物。在另一個方面，CP濃縮物的可溶有機質(DOM)的濃度水平可以是約 7500XU0, 000XU5, 000X、20, 000X、25, 000X 以及高達 50，OOOX0 CP 組合物可被調整以使DOM的濃度在約IOppm至700，OOOppm之間。優(yōu)選地，CP可被調整以使DOM的濃度在約IOOOppm至500，OOOppm之間。CP組合物可被調整至在水溶液中由約IOOOppm和500，OOOppm之間的任何ppm值表示的DOM值，包括以500ppm增量的任何ppm值(例如
10,500ppm> 11, 000ppm> 11, 500ppm> 12, OOOppm等)。其他的DOM濃度可被使用，例如可制備約75，OOOppm和約750，OOOppm之間的極度濃縮的組合物。例如，原始來源的約30，000X的濃度可包含約550，OOOppm的D0M。在某些方面，CP組合物是大約在約91%至約99%之間的水，其余的有機質主要是DOM以及微量堿金屬、堿土金屬和過渡金屬鹽。在還有其他的方面，CP組合物的DOM已經被以適于用水溶液重構的形式干燥或冷凍干燥。CP組合物包含物質的復合混合物，通常是沒有單個結構式能夠滿足的化合物的異構混合物。詳細的化學和生物測試已經顯示CP與腐殖酸和灰黃霉酸相比在其對植物的生物學效應和其化學組成上都是獨特的組合物。如下文進一步討論的，CP物質的元素和光譜學表征將其與大多數(shù)其他的腐殖酸類的有機復合物例如腐殖酸和灰黃霉酸區(qū)分開?？蛇M行CP組合物的混成以提供物質的一致性和對天然來源的物質的正常變化的補償。CP組合物可被應用于種子、葉或植物的任何其他部分或者其位點。CP的應用率可以是以約0. 01克/公頃至約10. O克/公頃干重之間、約0. 2克/公頃至約2. O克/公頃干重之間、O. 3克/公頃至約I. 5克/公頃干重之間或約O. 4克/公頃至約I. O克/公頃干重之間應用于土壤中或作為葉面施用至植物的葉或位點。表征方法組成CP的所述有機物可以各種方式表征(例如通過分子量、不同官能團中碳的分布、相對兀素組成、氨基酸含量、碳水化合物含量等)。在一個方面，CP被相對于腐殖類物質的已知標準品表征。為了表征不同官能團中碳分布的目的，適合的技術包括但不限于13C-NMR、元素分析、傅里葉變換離子回旋共振質譜法(FTICR-MS)和傅里葉變換紅外光譜(FTIR)。使用電噴霧離子源傅里葉變換離子回旋共振質譜法(ESI-FTICR-MS)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR) 和使用ICP-AES的用于金屬的元素分析來進行CP和腐殖質標準品的化學表征，由Huffman實驗室，Inc.和華盛頓大學進行。CP的元素、分子量和光譜學表征由主要由木質素和單寧化合物(和縮合和未縮合單寧的混合物)、稠環(huán)芳烴以及痕量的脂質和無機物組成的有機復合物構成。存在上千種化合物，具有從225至700道爾頓范圍的分子量，大部分化合物具有每個分子約10至約39個碳原子。CP組合物通常由碳、氧和氫，以及小量的氮和硫組成。CP組合物還可以包含超過5%的水平的鉀和鐵。通常存在于CP組合物中的可溶固體的元素組成在表A中給出。如果有機物與無機元素分離,元素明細為C 55%,H 4%, O 38%,N I. 8%和S 2.2%。
元素 ％
~~Φ. 35. I 氧 24.6 氫 2. 5 硫 2. I T I. 3 鉀 27. 3 ^ 6. I ,丐 0.2 0.2
磷 O. I 其他 O. 5表A以來自10個不同CP批次的平均值為基礎的可溶固體的平均元素組分
在CP中存在的有機物的種類中，分析通常表明有木質素和單寧(縮合和未縮合的混合物)、稠環(huán)芳烴、不明物質和某些脂質存在。在一個方面，CP組合物特征在于，存在于CP組合物中的化合物的總百分含量的至少10%是單寧和/或縮合單寧。在另一個方面，CP組合物特征在于，存在于CP組合物中的化合物的總百分含量的至少15%是單寧和/或縮合單寧。在另一個方面，CP組合物特征在于，存在于CP組合物中的化合物的總百分含量的至少20%是單寧和/或縮合的單寧。化合物的這些種類中的每一種由相當窄的Mw范圍和碳/分子的數(shù)目來進一步表征。對CP的代表性取樣的不同化合物種類、它們的MW和碳原子/原子(碳范圍)中的每一種的數(shù)目和百分比的明細在表BI中給出。
權利要求
1.一種提高植物中應激響應的方法，該方法包括將種子、植物的一部分或其位點與物質組合物接觸，所述物質組合物包含由部分腐殖化的天然有機質表征的可溶有機材料的農業(yè)上可接受的復合混合物。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述物質組合物上調所述植物的受體。
3.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述物質組合物下調選自WRKY元件、乙烯敏感元件、ABA阻抑物、耐鹽鋅指基序、高光敏感元件、假定抗病基因、假定甲殼酶蛋白、鈣離子結合蛋白、鋅離子結合蛋白、磷酸鹽誘導蛋白、ABC轉運體家族蛋白、陽離子/氫交換劑(質子反向轉運體)、糖脂轉運體基因、鈣調蛋白相關蛋白、蛋白激酶/糖結合、蛋白酶抑制劑基因、果膠甲酯酶家族蛋白、氧化還原酶、跨膜受體基因、熱休克蛋白基因或衰老相關蛋白的至少一種植物基因。
4.根據(jù)權利要求I或2中的任一項所述的方法，其中所述物質組合物上調選自植物調節(jié)劑產生或反應，植物生長素反應家族蛋白，赤霉素20氧化酶基因，編碼氨基酸轉運體、碳水化合物轉運體、嘌呤轉運體，編碼酶的基因，防御相關的基因，編碼轉錄因子或轉錄調節(jié)劑的基因或編碼ATP酶/離子運動的基因中的至少一種植物基因。
5.根據(jù)權利要求I或2中的任一項所述的方法，其中所述物質組合物上調選自編碼轉錄因子的基因，編碼酶、蛋白激酶或水解酶的基因中的至少一種植物基因。
6.根據(jù)權利要求I所述的方法，其中所述物質組合物上調選自植物調節(jié)劑產生或反應，植物生長素反應家族蛋白，赤霉素20氧化酶基因，編碼氨基酸轉運體、碳水化合物轉運體、嘌呤轉運體，編碼酶的基因，防御相關的基因，編碼轉錄因子或轉錄調節(jié)劑的基因或編碼ATP酶/離子運動的基因中的至少一種植物基因；并且下調選自轉錄因子、轉錄調節(jié)劑、生長、防御、新陳代謝或離子轉運的至少一種植物基因。
7.一種調節(jié)植物物種的至少一種基因的方法，所述方法包括將植物的一部分或其位點與物質組合物接觸，所述物質組合物包含由部分腐殖化的天然有機質表征的可溶有機質的農業(yè)上可接受的復合混合物； 其中，所述至少一種基因調節(jié)與生長、防御、新陳代謝或離子轉運有關的植物機能。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述至少一種基因調節(jié)選自編碼轉錄因子的基因，編碼酶、蛋白激酶或水解酶的基因的至少一種植物基因。
9.根據(jù)權利要求1、2、6或7中的任一項所述的方法，其中所述物質組合物由下列中的兩項或更多項表征 a.縮合烴、木質素和單寧和/或縮合單寧的混合物； b.大于約O.5的所述可溶有機質的氧/碳比值； c.單寧化合物的總數(shù)大于約200，根據(jù)質譜法測量，所述單寧化合物具有約O.5至約I. 4的氫/碳的比值和小于約O. 7的芳香度指數(shù)；或 d.根據(jù)質譜法測量，約55-60%木質素化合物、27-35%單寧化合物和約8-15%縮合烴的碳分布。
10.根據(jù)權利要求I或7中的任一項所述的方法，其中所述物質組合物由包含縮合烴、木質素和單寧和/或縮合單寧的混合物來表征，其特征在于，所述組合物的化合物的總百分含量的至少10%是單寧和/或縮合單寧。
11.根據(jù)權利要求I或7中的任一項的所述的方法，其中所述物質組合物由包含縮合烴、木質素和單寧和/或縮合單寧的混合物來表征，其特征在于，所述組合物的化合物的總百分含量的至少20%是單寧和/或縮合單寧。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法， 其中應激減少方面的所述提高包括與未用所述物質組合物處理的相同植物物種相比，在所述應激被減少或中斷后所述植物的得以提高的農藝學恢復。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述應激是干旱。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種調節(jié)植物基因的方法。所述方法為植物提供改善的干旱應激或鹽應激。所述方法包括用物質的組合物處理植物的一部分或其位點，所述物質的組合物包含所定義的組合物的天然有機質的化合物的農業(yè)上可接受的混合物。
文檔編號A01C3/00GK102958347SQ201080044097
公開日2013年3月6日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權日2009年9月28日
發(fā)明者布萊恩·B·古德溫 申請人:Fb科技控股公司