本發(fā)明涉及種子處理的方法及所得產(chǎn)物。

背景技術(shù)：

存在著重要的社會(huì)和商業(yè)推動(dòng)力來(lái)尋找提高主要用于人類消費(fèi)的作物的產(chǎn)量和質(zhì)量并且以安全且可持續(xù)的方式做到這些的方法。當(dāng)然，在我們的大部分農(nóng)業(yè)歷史上長(zhǎng)期一直認(rèn)為有這樣做的必要和積極性。然而，在過(guò)去兩個(gè)世紀(jì)，由于人口的迅速擴(kuò)張，現(xiàn)在已經(jīng)變得更加緊迫了，而且需要盡可能高效地使耕地可用于作物生產(chǎn)。將此置于相關(guān)社會(huì)背景中，聯(lián)合國(guó)估計(jì)世界人口在約1800年為10億，在1960年為30億，在2011年為70億，到2050年預(yù)計(jì)將增加至超過(guò)90億。

隨著過(guò)去幾十年來(lái)對(duì)植物遺傳學(xué)和生物學(xué)的科學(xué)認(rèn)識(shí)的顯著提升，大量研究已集中于從學(xué)術(shù)和商業(yè)角度提高作物的質(zhì)量和產(chǎn)量的方法。主要著眼于開發(fā)用于改善對(duì)非生物和生物脅迫的抗性的新方法，舉幾個(gè)例子來(lái)說(shuō)包括干旱、高可見光脅迫、害蟲損害和真菌病原體感染等等。普遍接受的理論是，如果種子和/或所得的植物具有適當(dāng)?shù)姆烙瑒t整體植物性能將得到改善，而下游結(jié)果應(yīng)該是作物的提高的產(chǎn)量和/或質(zhì)量。然而，遺憾的是，在實(shí)踐中經(jīng)常發(fā)生的是：如果獲得了一個(gè)有益性狀(例如脅迫抗性)，那么可能會(huì)犧牲掉另一個(gè)性狀(例如作物產(chǎn)量或質(zhì)量)。

在下面突出強(qiáng)調(diào)一些方法和發(fā)展。

農(nóng)藥(例如殺蟲劑、殺真菌劑和殺細(xì)菌劑)是保護(hù)種子或植物免受害蟲和/或疾病影響的常用藥劑。它們通常通過(guò)對(duì)害蟲或疾病的毒性起作用，并且理論上不旨在傷害宿主種子或植物。然而，農(nóng)藥也存在明顯的問(wèn)題，包括對(duì)非目標(biāo)蟲類、真菌或細(xì)菌的毒性。因此，它們的使用可能會(huì)損害整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，其中大部分對(duì)于一般植物生命而言是共生有益的。由于害蟲/疾病的抗性的建立，農(nóng)藥的有效性可能也隨時(shí)間而降低。此外，由于對(duì)人類的潛在有害影響，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)藥的使用變得越來(lái)越難以忍受了。

遺傳修飾也已被用來(lái)改善植物的基因型和所產(chǎn)生的表型性狀，特別是通過(guò)將害蟲抗性相關(guān)基因轉(zhuǎn)基因插入到植物基因組中。雖然一些研究和商品已經(jīng)顯示出了希望但仍有許多未知，而且公眾多數(shù)不信任。選擇育種是一種遺傳修飾形式，并且在幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)一直被用于鑒別和選擇有益的植物性狀以用于隨后的育種目的。雖然這通常運(yùn)作良好并且一般來(lái)說(shuō)，公眾認(rèn)為這是一種可以接受的操縱形式，但它也會(huì)有其缺陷，包括看到有益結(jié)果所必需的時(shí)間段、其他表型性狀的損失等等。

隨著在過(guò)去幾十年中對(duì)植物生物化學(xué)和遺傳學(xué)的更深的理解，研究人員轉(zhuǎn)為主要通過(guò)為植物觸發(fā)或提供信號(hào)分子來(lái)提升植物自身的防御機(jī)制。通過(guò)誘導(dǎo)或提供信號(hào)分子，這繼而可以導(dǎo)致觸發(fā)植物的自然級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致期望的性狀。一個(gè)很好的示例就是茉莉酸，它已被用作外部葉面噴霧或根部浸液，以在作物中誘導(dǎo)害蟲抗性。然而，由于該化合物的高成本，其在商業(yè)上并不可行。

更重要的是，添加化學(xué)劑有時(shí)可能對(duì)另一種生物化學(xué)途徑有害或引起陰性表型，與給人類的治療藥物幾乎總是具有負(fù)面的副作用相同。還是使用茉莉酸的示例，已發(fā)現(xiàn)它對(duì)作物有損害。另一個(gè)缺點(diǎn)是一些信號(hào)分子可能具有屬或物種特異性，因此雖然在某種植物中有時(shí)會(huì)改善性狀，但它可能不適用于其他植物。此外，添加到種子或植物中的化學(xué)劑仍然可能給公眾負(fù)面的感覺。

其他研究集中在對(duì)種子或植物的物理處理上，以改善植物的性能和隨后的作物產(chǎn)量/質(zhì)量?；谏鲜龈攀龅脑S多種原因，這里的目標(biāo)是遠(yuǎn)離化學(xué)劑或農(nóng)藥。

如美國(guó)專利號(hào)8,001,722所述，種子的物理處理包括施加熱水、熱空氣、uv-c、x射線、γ射線和電子束照射。然而，這些主要只是用來(lái)從種子中去除植物病原體和蟲類，而不是隨著時(shí)間的推移改善種子或植物的系統(tǒng)脅迫抗性和整體植物性能。

為了詳細(xì)說(shuō)明uv-c照射(us8,001,722的重點(diǎn))，該專利討論說(shuō)，常規(guī)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)顯示uv-c照射誘發(fā)各種水果和蔬菜對(duì)收獲后腐爛的抗性，延緩成熟，并且通過(guò)植物中的系統(tǒng)獲得性抗性(sar)途徑增強(qiáng)了植物害蟲抗性。然而，盡管在一定程度上可以改善害蟲抗性，但在其他報(bào)道的研究中發(fā)現(xiàn)，uv-c導(dǎo)致植物性能降低(幼苗和穗數(shù)減少，以及種子產(chǎn)量下降)。

us8,001,722中的討論隨后轉(zhuǎn)向如所要求保護(hù)的明顯的發(fā)明，即當(dāng)uv-c處理與化學(xué)農(nóng)藥(maximxl、apronxl和trilex)組合時(shí)uv-c處理播種種子用于提高收獲種子的產(chǎn)量的能力。然而，這并沒有克服使用農(nóng)藥的主要問(wèn)題。此外，在評(píng)估該專利的結(jié)果時(shí)，從實(shí)施例3可以明顯看出，單獨(dú)的uv-c照射對(duì)植物產(chǎn)量基本沒有有益的影響。事實(shí)上，在測(cè)試的三個(gè)品種中的兩個(gè)品種中，由于向種子施用uv-c，對(duì)產(chǎn)量整體上有負(fù)面影響。這與uv-c處理可能是有破壞性的并且被一致認(rèn)為是典型的殺菌、dna損傷刺激、并且不會(huì)導(dǎo)致提高的產(chǎn)量和/或質(zhì)量的傳統(tǒng)觀點(diǎn)是一致的。

本發(fā)明的目的在于解決前述問(wèn)題或至少為公眾提供有用的選擇。

本說(shuō)明書引用的所有參考文獻(xiàn)，包括任何專利或?qū)＠暾?qǐng)，均通過(guò)引用并入于此。并非承認(rèn)任何參考文獻(xiàn)均構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。對(duì)參考文獻(xiàn)的討論陳述了其作者的主張，并且本申請(qǐng)人保留對(duì)所引用文獻(xiàn)的準(zhǔn)確性和相關(guān)性提出異議的權(quán)利。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，盡管本文引用了許多現(xiàn)有技術(shù)出版物，但該引用并非在新西蘭或任何其他國(guó)家承認(rèn)這些文獻(xiàn)中的任何一個(gè)構(gòu)成本領(lǐng)域公知常識(shí)的一部分。

在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中，除非上下文清楚地要求，否則詞語(yǔ)“包括”、“包含”及類似詞語(yǔ)應(yīng)理解為包含性的含義，而非排他性或窮舉性的含義，即理解為“包括但不限于”的含義。

基于隨后僅以舉例的方式給出的描述，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種處理用于播種的種子以改善后續(xù)植物性能的方法，

其特征在于以下步驟：

a)用uv-b照射來(lái)處理用于播種的種子。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種處理用于播種的種子以改善植物性能的方法，

其特征在于以下步驟：

a)處理所述種子，使得所述種子、所得植物和/或所得可收獲作物物質(zhì)與未處理的種子相比具有增加的黃酮類化合物水平；或者

b)處理所述種子，使得所述種子、所得植物和/或所得可收獲作物物質(zhì)具有增加的基因轉(zhuǎn)錄水平或蛋白質(zhì)表達(dá)水平，從而導(dǎo)致其中的黃酮類化合物濃度增加。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種改善植物性能的方法，

其特征在于以下步驟：在用于播種的種子、所得植物或可收獲作物物質(zhì)中，

a)選擇增加的黃酮類化合物水平；

b)選擇與其中增加的黃酮類化合物濃度相關(guān)聯(lián)的增加的基因轉(zhuǎn)錄水平或蛋白質(zhì)表達(dá)水平。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于播種的種子，

a)其特征在于，所述用于播種的種子已用uv-b照射進(jìn)行處理。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種從至少一種用于播種的種子衍生的植物或可收獲作物物質(zhì)，

其特征在于，所述至少一種用于播種的種子已用uv-b照射進(jìn)行處理。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于播種的種子，

其特征在于，所述用于播種的種子具有以下特征中的一個(gè)或多個(gè)特征：

a)與正?；蚍钦T導(dǎo)狀態(tài)相比，黃酮類化合物的水平增加；

b)與正?；蚍钦T導(dǎo)狀態(tài)相比，uv-b介導(dǎo)的基因和/或蛋白質(zhì)產(chǎn)物的水平增加；和/或

c)與正常或非誘導(dǎo)狀態(tài)相比，與其中黃酮類化合物濃度增加相關(guān)聯(lián)的基因轉(zhuǎn)錄水平或蛋白質(zhì)表達(dá)水平增加。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種植物或收獲的作物物質(zhì)，

其特征在于，該植物或收獲的作物物質(zhì)具有以下特征中的一個(gè)或多個(gè)特征：

a)與正?；蚍钦T導(dǎo)狀態(tài)相比，黃酮類化合物的水平增加；

b)與正?；蚍钦T導(dǎo)狀態(tài)相比，uv-b介導(dǎo)的基因和/或蛋白質(zhì)產(chǎn)物的水平增加；和/或

c)與其中黃酮類化合物濃度增加相關(guān)聯(lián)的基因轉(zhuǎn)錄水平或蛋白質(zhì)表達(dá)水平增加。

如下文將進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明的，申請(qǐng)人已經(jīng)確定，與未處理的樣品相比，用uv-b照射處理的種子提供與植物性能相關(guān)的顯著改善的生物結(jié)果(即如下文討論的增加的黃酮類化合物濃度)，并且在初步試驗(yàn)中也顯示出：在30天后，可收獲作物物質(zhì)的產(chǎn)量提高。

基于以下概述的原因，預(yù)期采用根據(jù)本發(fā)明的uv-b照射處理之后，在很多種種子類型和植物上可以看到這些結(jié)果。

本發(fā)明避免了采用農(nóng)藥和化學(xué)添加劑來(lái)提高植物抗性和性能的需要。它還可以幫助克服關(guān)于種子的uv-c處理所示出的重大障礙，種子的uv-c處理盡管可能在一定程度上提高了害蟲抗性但顯示實(shí)際上降低了作物產(chǎn)量(文獻(xiàn)和申請(qǐng)人自己的試驗(yàn)(未示出)都顯示uv-c處理對(duì)植物造成了不可逆的損害)(vallad和goodman2004,cropsci；heil等人,2001,journalofecology)。

定義和優(yōu)選實(shí)施方案

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“用于播種的種子”應(yīng)被認(rèn)為是意指在種植任何形式的植物生命或作物以供隨后使用(通常但不僅僅是用于人類和動(dòng)物消耗))之前的和/或旨在用于種植任何形式的植物生命或作物的任何胚胎植物。

根據(jù)本發(fā)明，可以使用基本上任何類型的種子，其中如us8,001,722中所指出的目前全球已知的有約35,000種。基于對(duì)支持性科學(xué)文獻(xiàn)的進(jìn)一步討論和參考，以下假設(shè)是合理的：迄今為止看到的初步結(jié)果強(qiáng)烈地支持種子的uv-b處理可用于改善基本上任何植物物種的植物性能。

優(yōu)選地，用于播種的種子選自：生菜、豆類、青花菜、卷心菜、胡蘿卜、花椰菜、黃瓜、甜瓜、洋蔥、豌豆、胡椒、南瓜、菠菜、西葫蘆、甜玉米、番茄、西瓜、苜蓿、油菜、玉米、棉花、高粱、大豆、甜菜、小麥及其組合。

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“植物性能”應(yīng)視為意指改善：

a)在收獲之前或之后對(duì)種子和/或所得植物和/或所得作物的一個(gè)或多個(gè)環(huán)境脅迫的脅迫抗性(stressresilience)，和/或

b)提高可收獲作物物質(zhì)的產(chǎn)量；和/或

c)提高可收獲作物物質(zhì)的質(zhì)量。

優(yōu)選地，改善的脅迫抗性選自：改善的抗旱性、鹽脅迫、移植效應(yīng)(transplantationshock)、長(zhǎng)期抗逆性、高可見光脅迫、害蟲脅迫、真菌或細(xì)菌脅迫和/或其他疾病相關(guān)脅迫。術(shù)語(yǔ)長(zhǎng)期抗逆性應(yīng)視為意指植物在作物生產(chǎn)期間承受一種或多種脅迫以及允許收獲時(shí)期望的植物產(chǎn)量和/或質(zhì)量的能力。提高長(zhǎng)期抗逆性的方法是在2014年3月14日提交的以前提交的新西蘭專利申請(qǐng)(nz622482)的主題，該申請(qǐng)的內(nèi)容通過(guò)引用在此并入本申請(qǐng)。

例如，可通過(guò)與其中未用uv-b處理用于播種的種子的可收獲作物物質(zhì)相比，可收獲作物物質(zhì)如生菜葉、大豆、番茄果實(shí)的重量來(lái)測(cè)量提高的產(chǎn)量。或者，可以通過(guò)新鮮幼苗重量或整株植物干重來(lái)測(cè)量提高的產(chǎn)量。

在又一個(gè)實(shí)施方案中，提高的產(chǎn)量可以是源自于處理方法的種子的改善的發(fā)芽。在又一個(gè)實(shí)施方案中，提高的產(chǎn)量可以是所得植物的水利用效率提高。

例如，提高的質(zhì)量可以被評(píng)估為對(duì)作物上瑕疵(內(nèi)部或表面上，通常來(lái)自蟲類)的缺乏，改善的保質(zhì)期，對(duì)擦傷或其他收獲后處理的提高的抗性，畸形或不規(guī)則形狀/尺寸的缺乏，改善的味道、尺寸、形狀、顏色、質(zhì)地等中的任意一種或組合的定量或定性評(píng)估。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：在初步試驗(yàn)中，觀察到脅迫抗性和植物產(chǎn)量?jī)烧?通常這些性狀可以以相反的關(guān)系起作用，其中以產(chǎn)量為代價(jià)實(shí)現(xiàn)抗性——如用uv-c處理所看到的)。

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“紫外(uv)照射”應(yīng)被視為意指波長(zhǎng)比可見光短但比x射線長(zhǎng)并且在10nm至400nm(對(duì)應(yīng)于3ev至124ev)范圍之間的電磁輻射。uv輻射光譜被認(rèn)為是人類不可見的，因此有別于在約400nm至700nm的光譜中的可見光。

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)uv-b輻射應(yīng)視為意指尤其是在320nm至280nm的波段內(nèi)(本文描述為uv-b范圍)的輻射。這區(qū)別于uv-c波段(280nm至100nm)和uv-a波段(400nm至320nm)。它也應(yīng)該區(qū)別于自然光，自然光盡管提供uv-b輻射，但還包括其他uv輻射。

優(yōu)選地，uv-b輻射通過(guò)led燈進(jìn)行施用。

優(yōu)選地，在320nm至280nm之間的uv-b波段中施用uv-b輻射。

申請(qǐng)人進(jìn)行的試驗(yàn)已經(jīng)表明：在這種uv-b波段中的波長(zhǎng)處達(dá)到峰值的不同處理提供了有益的植物性能結(jié)果。

更優(yōu)選地，在uv-b波段中在大約286nm(±5nm)處施用uv-b輻射。

申請(qǐng)人進(jìn)行的試驗(yàn)表明：在大約286nm處施用的uv-b輻射顯示出多種有益的植物性能結(jié)果。

或者，如實(shí)施例15中示例的，當(dāng)在大約317nm處處理用于播種的種子時(shí)仍觀察到陽(yáng)性結(jié)果。

led燈被配置為管理光的峰值照射波長(zhǎng)，例如在286nm處。應(yīng)當(dāng)理解，使用設(shè)備來(lái)執(zhí)行本發(fā)明可以根據(jù)基于同一申請(qǐng)于2014年2月10日提交的先前提交的新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039來(lái)實(shí)現(xiàn)，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。

在初步試驗(yàn)中，施用uv-b照射約40分鐘。

盡管這顯示產(chǎn)生良好的結(jié)果，但申請(qǐng)人設(shè)想可以根據(jù)應(yīng)用、特別是對(duì)于不同的種子水合方案來(lái)修改(減少/增加)uv-b照射的時(shí)間長(zhǎng)度。

所述處理可以是單個(gè)或多個(gè)時(shí)間點(diǎn)處理。例如，申請(qǐng)人已經(jīng)測(cè)試了在初始水合后約24小時(shí)給予種子uv-b照射，其顯示運(yùn)行良好。然而，應(yīng)當(dāng)理解，施用的具體時(shí)間點(diǎn)不應(yīng)成為對(duì)本發(fā)明的限制。

優(yōu)選地，在種子引發(fā)過(guò)程之后和/或期間施用uv-b照射。

例如，種子引發(fā)過(guò)程可以包括用諸如peg8000的滲壓劑處理，這有助于管理種子水合過(guò)程。

優(yōu)選地，在初始水合過(guò)程之后施用uv-b照射。在處理方案期間可以對(duì)不同程度的水合作用進(jìn)行微調(diào)。

在初步試驗(yàn)中，兩種優(yōu)選的處理方案(采用滲壓劑和/或水合的種子引發(fā))均顯示運(yùn)行良好。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，該方案可以有很大的變化。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，uv-b處理可以在不同的時(shí)間點(diǎn)或持續(xù)時(shí)間開始。例如，可以在種子水合、發(fā)芽之前和/或在初始發(fā)芽期間(例如，在用于種子發(fā)芽的水分施用之后)和/或在覆蓋/種子引發(fā)處理期間施用uv-b處理。

優(yōu)選地，利用3.19×10^-5wcm^-2s^-1至1.42×10^-4wcm^-2s^-1的照射度范圍，用于播種的種子的uv-b處理方法包括在0.01至368kjm²范圍內(nèi)的劑量。應(yīng)注意，由于uv-c波長(zhǎng)在產(chǎn)生dna損害和生理?yè)p害方面具有非常強(qiáng)的生物有效性，因此相比較而言，可以施加更大的uv-b劑量。劑量可以與處理方案如水合方案相關(guān)地變化。

優(yōu)選地，用于播種的種子的uv-b處理方法包括在0.1至12kjm²范圍內(nèi)的劑量。

在替代實(shí)施方案中，在從隨后要用于播種的植物收獲種子之前將uv-b處理施加于植物。應(yīng)當(dāng)理解，由于生理學(xué)差異，生長(zhǎng)的植物的有效劑量可能與收獲的種子的有效劑量不同。

優(yōu)選地，所述方法包括uv-b照射與任何可見光的共同施用。

更優(yōu)選地，所述可見光為藍(lán)光和/或紅光。

具體而言，申請(qǐng)人認(rèn)為可見光(例如藍(lán)光和/或紅光)可以改善植物性能的一個(gè)或多個(gè)方面，如作物產(chǎn)量。初步結(jié)果顯示由于種子的可見光處理而導(dǎo)致產(chǎn)量略有增加，因此可以假設(shè)當(dāng)將其與uv-b處理相結(jié)合(其中看到顯著的結(jié)果)時(shí)，可以觀察到累加的或潛在的協(xié)同作用。

在另一個(gè)實(shí)施方案中，所述方法包括用于播種的種子的uv-a處理與uv-b照射的共同施用。

盡管絕對(duì)不是必要的，但與uv-a的這種共同處理在提高可收獲作物物質(zhì)的質(zhì)量(例如色素生產(chǎn))方面可能是有用的。

在又一個(gè)替代實(shí)施方案中，在從植物收獲種子之前將uv-b處理施加于植物，以用于隨后的植物育種應(yīng)用，而不是用于植物/作物性能。

這兩個(gè)實(shí)施方案說(shuō)明了uv-b處理仍然有效地施加于種子，但仍然與植物相關(guān)。這些實(shí)施方案和其他實(shí)施方案應(yīng)被認(rèn)為仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“可收獲作物物質(zhì)”應(yīng)視為意指可以收獲以用于隨后的目的或者人或動(dòng)物消耗的來(lái)自植物的任何物質(zhì)。作物物質(zhì)可以是收獲的種子，其可以作為食物被消耗或者替代地用于隨后的種植或育種目的。收獲的物質(zhì)可以是水果、蔬菜、樹、灌木、草、草本植物等。它也可以是上述作物物質(zhì)中的任一種的提取物或組分。還應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不需要限于實(shí)際收獲的物質(zhì)，并且可以替代地用于簡(jiǎn)單地構(gòu)建植物性能而不進(jìn)行任何收獲。一個(gè)很好的示例就是森林再生(從來(lái)沒有意圖進(jìn)行耕種)。

優(yōu)選地，可收獲作物物質(zhì)選自：生菜、豆類、青花菜、卷心菜、胡蘿卜、花椰菜、黃瓜、甜瓜、洋蔥、豌豆、胡椒、南瓜、菠菜、西葫蘆、甜玉米、番茄、西瓜、苜蓿、油菜、玉米、棉花、高粱、大豆、甜菜、小麥及其組合。

申請(qǐng)人認(rèn)為，這些作物物質(zhì)(當(dāng)然作為種子)可能是可以應(yīng)用本發(fā)明的商業(yè)上最重要的作物。

另外，如本說(shuō)明書別處所指出的，已知調(diào)節(jié)uv-b特異性基因信號(hào)的系統(tǒng)在這些植物(和其他植物)中是密切保守的，因此，存在對(duì)以下結(jié)論的良好支持：種子的uv-b輻射處理可以對(duì)這些不同的商業(yè)重要作物物質(zhì)產(chǎn)生相同的有益作用。

次級(jí)代謝物和遺傳學(xué)

首先，應(yīng)當(dāng)理解，目前沒有種子中uv-b光形態(tài)反應(yīng)的知識(shí)。種子是與生長(zhǎng)植物完全不同的發(fā)育實(shí)體。更重要的是，沒有關(guān)于uv-b感光體在uv-b反應(yīng)中甚至是否在種子中起作用、以及在由任何與uv相關(guān)的種子處理所誘導(dǎo)的秧苗中是否有反應(yīng)的知識(shí)。

在整個(gè)說(shuō)明書中，術(shù)語(yǔ)“黃酮類化合物”應(yīng)視為一類植物次級(jí)代謝物，其具有由兩個(gè)苯環(huán)和雜環(huán)(c6-c3-c6)組成的15碳骨架的一般結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的uv-b處理引起用于播種的種子、植物或可收獲作物物質(zhì)中的至少一種黃酮類化合物的濃度增加。

黃酮類化合物在植物中廣泛存在并且具有包括色素沉著在內(nèi)的多種功能。此外，它們還充當(dāng)化學(xué)信使、生理調(diào)節(jié)劑和細(xì)胞周期抑制劑。對(duì)黃酮類化合物的復(fù)雜性質(zhì)及其在植物中的生物化學(xué)途徑中的參與有著重要的研究。

不同的刺激可以調(diào)節(jié)很多種次級(jí)代謝物，包括很多種不同的黃酮類化合物。在植物中，有證據(jù)證明uv-b光(以及其中的特定波長(zhǎng))在某些類型的黃酮類化合物、相關(guān)的次級(jí)代謝物和陽(yáng)性表現(xiàn)方面產(chǎn)生不同的反應(yīng)(wargent等人，2014，plantcellandenvironment)。基于本專利申請(qǐng)中提供的新數(shù)據(jù)，申請(qǐng)人假設(shè)在種子和植物物質(zhì)中測(cè)量到的相同升高的黃酮類化合物的一部分或全部也可能至少部分地導(dǎo)致觀察到的提高的植物性能。

優(yōu)選地，濃度增加的黃酮類化合物選自槲皮素(quercetin)、花青素(cyanidin)、莰非醇(kaempferol)及其組合。

已知這些黃酮類化合物類型在uv-b刺激后的植物中上調(diào)。再次強(qiáng)調(diào)，沒有文獻(xiàn)提出種子的uv-b處理可能類似地引起種子或所得秧苗、植物或可收獲作物物質(zhì)中的這些或類似的黃酮類化合物的上調(diào)的任何聯(lián)系。

不希望受到理論的束縛，申請(qǐng)人設(shè)想在種子中的uv-b輻射處理實(shí)際上可能導(dǎo)致在所得種子、秧苗和/或植物中的某個(gè)水平的正反饋回路，這種植物性能從初始種子處理以來(lái)長(zhǎng)期協(xié)同改善。

如上所指出，黃酮類化合物是在很多種植物中植物對(duì)各種非生物和生物脅迫(例如干旱脅迫、高可見光脅迫、害蟲損害和真菌感染)的升高的植物抗性、改善的植物性能、以及增加的作物產(chǎn)量和質(zhì)量的指標(biāo)或標(biāo)志物。本文列出的優(yōu)選黃酮類化合物是已在植物(而不是種子)中觀察到對(duì)uv-b處理有反應(yīng)的那些。

不希望受到理論的束縛，申請(qǐng)人認(rèn)為這些某些類型的黃酮類化合物中的一些或全部直接導(dǎo)致在uv-b種子處理后觀察到的提高的植物性能。

此外，申請(qǐng)人認(rèn)為，黃酮類化合物的增加可以以很多種方式為植物提供保護(hù)，因?yàn)樗?jīng)歷了向前的生長(zhǎng)和發(fā)育(rozema等人，1997，trendsinecology&evolution)。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的uv-b處理引起與黃酮類化合物產(chǎn)生相關(guān)的至少基因轉(zhuǎn)錄和/或蛋白質(zhì)表達(dá)的水平的提高。

優(yōu)選地，uv-b處理導(dǎo)致：

a)uv抗性基因座8(uvresistancelocus8，uvr8)的活性增加，例如uvr8蛋白單體化增加，

b)查耳酮合酶(chalconesynthase，chs)的基因表達(dá)增加，

c)組成型光形態(tài)建成1(constitutivelyphotomorphogenic1，cop1)的基因表達(dá)增加，和/或

d)伸長(zhǎng)的下胚軸5(elongatedhypocotyl5，hy5)的基因表達(dá)增加。

這些優(yōu)選項(xiàng)基于在完成本發(fā)明之前申請(qǐng)人通常理解的植物遺傳學(xué)(而不是種子)的可用文獻(xiàn)。然而，應(yīng)當(dāng)理解，盡管存在關(guān)于植物的大量可用數(shù)據(jù)，但業(yè)內(nèi)無(wú)人提出或假設(shè)由于靶向的uv-b處理而在種子中可能發(fā)生相同或類似的級(jí)聯(lián)，也沒有提出或假設(shè)可以有利地操縱這樣的系統(tǒng)來(lái)不僅實(shí)現(xiàn)提高的脅迫抗性而且還實(shí)現(xiàn)提高的作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量。

已知uv抗性基因座8(uvr8)是植物中的uv-b光信號(hào)傳導(dǎo)的關(guān)鍵基因，負(fù)責(zé)涉及植物形態(tài)和功能的許多基因的uv-b介導(dǎo)的表達(dá)(favory等人，2009，embojournal)。因此，uvr8活性可被認(rèn)為是有益反應(yīng)的關(guān)鍵。

在植物中，研究顯示由uvr8觸發(fā)的初始信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)涉及uvr8蛋白的單體化(從同二聚體基態(tài))，以及隨后與e3泛素連接酶組成型光形態(tài)建成1(cop1)蛋白[cop1]的異二聚化，以及隨后與bzip轉(zhuǎn)錄因子伸長(zhǎng)的下胚軸5(hy5)的相互作用(rizzini等人，2011，science)。該信號(hào)傳導(dǎo)復(fù)合物被認(rèn)為是植物中uv-b光形態(tài)建成活化的至少一個(gè)標(biāo)志物。因此，基于所見結(jié)果(即，uv-b處理的種子(但不是uv-a、和/或紅/藍(lán)處理的種子)中提升的黃酮類化合物濃度和隨后的植物性能)，申請(qǐng)人現(xiàn)在提出：相同的信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)可能對(duì)種子和/或所得植物/可收獲作物物質(zhì)負(fù)責(zé)。就申請(qǐng)人所知，沒有任何現(xiàn)有技術(shù)報(bào)道uvr8以某種方式在種子反應(yīng)中發(fā)揮積極作用。

此外，在植物(同樣不是種子)中，研究顯示在葉中被uv-b光調(diào)節(jié)的至少一種基因是查耳酮合酶(chs)。chs編碼大量植物次級(jí)代謝物包括黃酮類化合物的生物合成途徑中的關(guān)鍵步驟(jenkins，2009，annualreviewofplantbiology)。

已知調(diào)節(jié)uv-b特異性信號(hào)傳導(dǎo)的那些系統(tǒng)在植物分類群中廣泛存在。在被子植物、苔蘚和綠藻中觀察到uvr8基因座的保守性(rizzini等人，2011，science；wu等人，2011，journalofchemicalinformationandmodeling)。因此，期望可以在所有作物植物物種中實(shí)現(xiàn)如本文所述的uv-b光形態(tài)建成的操作。

因此，不希望受到理論的束縛，申請(qǐng)人預(yù)見到在用uv-b處理種子之后，可能存在由至少uvr8(或相關(guān)途徑)發(fā)起的不同信號(hào)傳導(dǎo)途徑，其隨后導(dǎo)致某些黃酮類化合物和其他次級(jí)代謝物的表達(dá)，這可能與從本發(fā)明觀察到的改善的植物性能有關(guān)。

申請(qǐng)人已經(jīng)進(jìn)行了一些初步試驗(yàn)，以評(píng)估哪種(些)基因和/或哪些黃酮類化合物可能由于uv-b處理而被上調(diào)，以及哪些可能主要導(dǎo)致改善的植物性能。申請(qǐng)人進(jìn)行的試驗(yàn)(參見實(shí)施例13)已經(jīng)顯示，uvr8基因座和uvr8的增加的活性是由于uv-b處理而導(dǎo)致的改善的植物性能。

總之，應(yīng)當(dāng)理解，申請(qǐng)人已經(jīng)確認(rèn)了通過(guò)對(duì)用于播種的種子(包括用于播種的可收獲種子)進(jìn)行uv-b處理來(lái)改善植物性能的方法。現(xiàn)在，隨后的理解是，種子的uv-b處理最可能是通過(guò)基因信號(hào)傳導(dǎo)途徑和增加的黃酮類化合物濃度(及其下游作用)而導(dǎo)致植物性能的改善，這暗示申請(qǐng)人相同的結(jié)果可能潛在地通過(guò)非uv-b處理(例如通過(guò)遺傳育種或遺傳修飾來(lái)上調(diào)特定基因或基因組合)來(lái)實(shí)現(xiàn)(或選擇)，該非uv-b處理類似地觸發(fā)了種子和/或植物中與這些黃酮類化合物標(biāo)志物和/或基因表達(dá)譜相關(guān)聯(lián)的相同信號(hào)傳導(dǎo)途徑。

本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)優(yōu)點(diǎn)的概述可以包括

-本發(fā)明提高了與脅迫抗性和植物產(chǎn)量均相關(guān)的植物性能(通常這些性狀會(huì)以相反的關(guān)系起作用，其中以產(chǎn)量為代價(jià)來(lái)實(shí)現(xiàn)抗性——如采用uv-c處理所看到的)。

-結(jié)果表明，在種子中以及在處理后測(cè)試的所得植物物質(zhì)中，黃酮類化合物的表達(dá)水平增加(與在廣泛的植物分類群中保守的各種脅迫抗性路徑相關(guān)聯(lián))，因此意味著該方法預(yù)期通過(guò)明顯的共同作用模式對(duì)所有作物植物物種起作用。

-結(jié)果表明，種子處理后植物生產(chǎn)力顯著提高。

-被認(rèn)為歸因于uv-b特異性作用的黃酮類化合物(和/或其他次級(jí)代謝物)標(biāo)志物與已知負(fù)責(zé)uv-b介導(dǎo)的表達(dá)的某些基因密切相關(guān)，為替代種子處理方法、選擇性育種和/或遺傳操作開拓了更多機(jī)會(huì)。

-本發(fā)明(和所見結(jié)果)并不依賴于任何附加的農(nóng)藥或化學(xué)處理。

-本發(fā)明(和所見結(jié)果)并不依賴于已知會(huì)對(duì)植物造成不可逆損害的uv-c輻射的使用。

-uv-b輻射在陽(yáng)光下自然地提供，因此種子處理應(yīng)該具有廣泛的消費(fèi)者接受程度。

-處理的具體劑量和時(shí)間可以是可適配的以適合特定種子類型或種植者的目標(biāo)。

-種子處理在提供更精確的處理、降低對(duì)于植物秧苗處理可能發(fā)生的誤劑量的可能性方面可能是特別有利的。

-處理種子允許諸如行栽作物等待處理的寬范圍的作物，對(duì)于該寬范圍的作物，目前還沒有用uv處理來(lái)處理此類戶外作物的技術(shù)方法。

-至今尚未觀察到實(shí)質(zhì)的副作用。

-uv-b處理是相對(duì)成本有效的，并且可以使用標(biāo)準(zhǔn)led燈來(lái)實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)以下僅作為示例給出的說(shuō)明并且參考附圖，本發(fā)明的進(jìn)一步的方面將變得明顯，在附圖中：

圖1：uv-b處理后種子中的黃酮類化合物水平的分析；

圖2：在uv-b種子處理后20天ezmina生菜植物葉中的黃酮類化合物水平的分析；以及

圖3：uv-b處理后(通過(guò)鮮幼苗(shoot)鮮重測(cè)量的)植物生產(chǎn)力的分析。

實(shí)施本發(fā)明的最佳方式

實(shí)施例1uv-b處理后種子中的黃酮類化合物水平的分析

在該實(shí)施例中，將種子暴露于uv-b處理，然后冷凍以分析種子中uv-b吸收次級(jí)代謝物本身。

將品種legacy的種子(egmont種子，新西蘭)鋪在水浸泡的濾紙上。然后使用led(發(fā)光二極管)陣列將種子暴露于286nm處的窄帶uv-b劑量峰40分鐘。作為對(duì)照，將種子暴露于僅由藍(lán)光和紅光led組成的可見光劑量40分鐘。使種子在種子初始吸水后(0小時(shí)，24小時(shí))的不同時(shí)間點(diǎn)暴露于光劑量。當(dāng)種子在液氮中冷凍以用于uv-b吸收化合物分析時(shí)，使種子在處理之間保持在16℃，直到48小時(shí)結(jié)束試驗(yàn)。通過(guò)在酸化甲醇中的種子均質(zhì)化、離心、以及通過(guò)分光光度計(jì)在300nm處上清液吸光度的測(cè)量來(lái)進(jìn)行uv-b吸收化合物(推定的黃酮類化合物)的分析。

結(jié)果如圖1所示?？梢钥闯?，在兩種樣品(uv-b和可見光)處理之后的24小時(shí)之后，看到(在300nm處檢測(cè)到的)推定的黃酮類化合物增加。然而，與在相同的24小時(shí)時(shí)間點(diǎn)處的可見光處理的樣品相比，uv-b處理的樣品中黃酮類化合物的水平顯著增加。該增加被認(rèn)為是由于前文討論過(guò)的uv-b特異性黃酮類化合物產(chǎn)生。進(jìn)一步的測(cè)試希望證實(shí)這一點(diǎn)。

實(shí)施例2：在uv-b種子處理之后20天的ezmina生菜植物葉中的黃酮類化合物水平的分析

在該實(shí)施例中，在評(píng)估葉多酚之前，將種子暴露于uv-b處理，然后使其發(fā)芽，移植到土壤上，并生長(zhǎng)至一定年齡。

將品種ezmina的生菜種子(enzazaden，荷蘭)鋪在水浸泡的濾紙上。然后使用led(發(fā)光二極管)陣列將植物暴露于286nm處的窄帶uv-b劑量峰40分鐘。作為一個(gè)對(duì)照，將種子暴露于僅由藍(lán)光和紅光led組成的可見光劑量40分鐘。使種子在種子初始吸水后(0小時(shí)，24小時(shí))的不同時(shí)間點(diǎn)暴露于光劑量。第二種形式的對(duì)照由包裹在鋁箔中的種子組成，不暴露于任何光。

然后將發(fā)芽種子轉(zhuǎn)移到土壤上，并且在秧苗繁殖后，將植物在外部環(huán)境條件下保持10天。在這段時(shí)間之后，用dualexscientific多酚測(cè)定儀(force-a，巴黎)進(jìn)行葉黃酮類化合物水平的非侵入性測(cè)量。

結(jié)果如圖2所示，其中在種子處理后20天測(cè)量黃酮類化合物水平。無(wú)論在24小時(shí)還是在0小時(shí)處理，與20天可見光樣品相比，uv-b處理的樣品在20天時(shí)均顯示顯著更高的黃酮類化合物水平。有趣的是，在24小時(shí)用可見光處理的樣品中20天時(shí)的黃酮類化合物水平實(shí)際上比在零時(shí)間點(diǎn)處理的水平低。該研究說(shuō)明了種子中所見的uv-b誘導(dǎo)的黃酮類化合物濃度與所得植物物質(zhì)之間的關(guān)系。

實(shí)施例3：uv-b處理后(通過(guò)鮮幼苗鮮重測(cè)量的)植物生產(chǎn)力的分析

在該實(shí)施例中，在評(píng)估作為種子處理后的植物產(chǎn)量的指示的植物幼苗鮮重之前，將種子暴露于uv-b處理，然后使其發(fā)芽，移植到土壤上，并生長(zhǎng)至一定年齡。

將品種legacy的種子(egmont種子，新西蘭)鋪在水浸泡的濾紙上。然后使用led(發(fā)光二極管)陣列將種子暴露于286nm處的窄帶uv-b劑量峰40分鐘。作為對(duì)照，將種子暴露于僅由藍(lán)光和紅光led組成的可見光劑量40分鐘。使種子在種子初始吸水后(0小時(shí)，24小時(shí))的不同時(shí)間點(diǎn)暴露于光劑量。處理之后，將種子轉(zhuǎn)移到土壤上、并生長(zhǎng)30天。然后評(píng)估作為植物產(chǎn)量指示的植物幼苗鮮重(即地上生物質(zhì))。

結(jié)果如圖3所示。如在uv-b處理的樣品中觀察到的，與對(duì)照植物相比，植物中的平均鮮重增加了17％。與對(duì)照植物相比，在用可見光處理的植物中可以觀察到非常微小的增加。該結(jié)果說(shuō)明了提高植物性能、特別是作物產(chǎn)量的優(yōu)點(diǎn)。這與在種子和所得植物二者中觀察到的濃度增加的黃酮類化合物構(gòu)建了潛在聯(lián)系，并且預(yù)期某些類型的黃酮類化合物可能導(dǎo)致該作用，如前文所討論的。正在進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)以證實(shí)這一點(diǎn)。

實(shí)施例4：羽衣甘藍(lán)的葉黃酮類化合物的分析(蕓苔屬飼料作物)

在本實(shí)施例中，在播種之前用uv-b處理羽衣甘藍(lán)秧苗，并且未用uv-b處理從種子生長(zhǎng)的另一組秧苗。

首先將羽衣甘藍(lán)(brassicaoleraceavar.regal)種子通過(guò)浸入peg8000溶液(-1.25mpa)中而進(jìn)行引發(fā)并在黑暗中保持在16℃。在20小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的3.19×10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在持續(xù)處理28小時(shí)(總引發(fā)持續(xù)時(shí)間48小時(shí))之后，將種子取出并在16℃風(fēng)干72小時(shí)。然后將種子播種并在peg8000(-1.25mpa，400ml)中生長(zhǎng)以誘導(dǎo)干旱脅迫。在3周的持續(xù)干旱脅迫后，使用dualexscientific+葉綠素多酚測(cè)定儀(force-a，奧爾賽，法國(guó))測(cè)定葉黃酮類化合物濃度。

結(jié)果示于下面的表1中。與從播種之前未經(jīng)uv處理的種子生長(zhǎng)的秧苗相比，在播種之前用uv處理種子的羽衣甘藍(lán)秧苗的葉黃酮類化合物增加了12％。

表1

*p<0.05時(shí)統(tǒng)計(jì)上的顯著增加

這支持了以下結(jié)論：uv-b種子處理后的所得植物與未處理的種子相比具有增加的黃酮類化合物水平。

實(shí)施例5：干旱脅迫分析

在本實(shí)施例中，從種子發(fā)芽的點(diǎn)對(duì)羽衣甘藍(lán)植物施加干旱脅迫。一組種子經(jīng)uv-b處理，而另一組未經(jīng)uv-b處理。

將羽衣甘藍(lán)(brassicaoleraceavar.regal)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在4小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的1.42x10^-4wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理30小時(shí)之后，將種子在16℃風(fēng)干72小時(shí)。

然后使種子在發(fā)芽期間經(jīng)受干旱脅迫。使uv引發(fā)的種子和對(duì)照種子在2種濃度的peg8000(-1mpa“干旱”、-1.5mpa“嚴(yán)重干旱”)之一或水中發(fā)芽。在72小時(shí)之后，對(duì)秧苗重量和胚根長(zhǎng)度進(jìn)行定量。

結(jié)果示于下面的表2中。在干旱脅迫之后，與從播種前未經(jīng)uv處理的種子所播種的秧苗相比，從進(jìn)行uv-b處理的種子形成的羽衣甘藍(lán)秧苗在播種之后72小時(shí)積累了更多的生物質(zhì)并呈現(xiàn)更長(zhǎng)的胚根長(zhǎng)度。

表2

**p<0.001時(shí)統(tǒng)計(jì)上的顯著增加

該試驗(yàn)支持了以下結(jié)論：uv-b種子處理提供對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境中遇到的產(chǎn)量限制脅迫，如干旱或鹽脅迫的防護(hù)。

實(shí)施例6：秧苗尺寸、葉片葉綠素水平和氮指數(shù)的分析

在這個(gè)實(shí)施例中，使羽衣甘藍(lán)種子經(jīng)受uv-b處理，然后對(duì)生長(zhǎng)的植物的秧苗尺寸、葉片葉綠素水平和相對(duì)氮指數(shù)都進(jìn)行評(píng)估，所有這些都是良好植物性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

將羽衣甘藍(lán)(brassicaoleraceavar.regal)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在4小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的1.01×10^-4wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理6小時(shí)之后，

將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。在10日齡時(shí)，對(duì)植物的子葉葉片尺寸進(jìn)行評(píng)估，并且在21日齡時(shí)，評(píng)估植物的相對(duì)葉片葉綠素指數(shù)和氮指數(shù)(使用dualexscientific+測(cè)定儀(force-a，奧爾賽，法國(guó))進(jìn)行測(cè)定)。

結(jié)果示于下面的表3中。與從播種之前未經(jīng)uv-b處理的種子生長(zhǎng)的秧苗相比，在播種之前經(jīng)uv-b處理的種子的羽衣甘藍(lán)秧苗生長(zhǎng)和植物性能明顯提高。

表3

實(shí)施例7：秧苗重量分析

按照實(shí)施例6，相比于未處理的羽衣甘藍(lán)秧苗，測(cè)量經(jīng)uv-b處理的種子的羽衣甘藍(lán)秧苗重量。

根據(jù)上述實(shí)施例6所述的方法處理種子并使植物精確地生長(zhǎng)。在8周齡時(shí)，收獲植物并對(duì)葉面積和鮮重進(jìn)行定量。

如表4中所示，與從未經(jīng)uv-b處理的種子生長(zhǎng)的秧苗相比，從經(jīng)uv-b處理的種子生長(zhǎng)的羽衣甘藍(lán)植物顯示出5％的植物重量增加。此外，如通過(guò)uv處理的所得植物中的標(biāo)準(zhǔn)誤差(s.e.)值降低所顯示的，在uv種子處理的植物中，群體內(nèi)鮮重的變化性降低了36％。這進(jìn)一步支持了以下結(jié)論：用uv-b輻射處理用于播種的種子改善了隨后的植物性能。

表4

實(shí)施例8：第一片完全伸展葉片的尺寸分析

在這個(gè)實(shí)施例中，我們?cè)u(píng)估了uv-b處理和未處理的樣品的生菜秧苗的第4片完全伸展的葉片面積。幼小秧苗的真葉生長(zhǎng)緊束(growthcompaction)可以成為針對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境中未來(lái)脅迫的抗逆性的良好指標(biāo)。

將生菜(lactucasativavar.legacy)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。6小時(shí)后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的3.19×10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理1小時(shí)、3小時(shí)、6小時(shí)(表5中分別為種子處理“1”，“2”和“3”)之后，將種子取出并在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。在33日齡時(shí)，評(píng)估第4片完全伸展的葉片面積。

結(jié)果如表5所示。我們觀察到，與從播種之前未經(jīng)uv處理的種子生長(zhǎng)的秧苗相比，在播種之前經(jīng)uv處理的種子的生菜秧苗的第4片完全伸展葉片的尺寸平均減少最大31％。

表5

**p<0.001時(shí)統(tǒng)計(jì)上的顯著增加

這種初始生長(zhǎng)緊束支持了對(duì)在移植生菜秧苗和其他作物中對(duì)抗生長(zhǎng)環(huán)境中遇到的未來(lái)脅迫的抗逆性的誘導(dǎo)。

實(shí)施例9：玉米植物的干重分析

在這個(gè)實(shí)施例中，我們用uv-b輻射處理玉米種子，并將所得植物的性能參數(shù)范圍與播種之前種子未經(jīng)uv-b處理的植物進(jìn)行比較。

將玉米(zeamaysvar.nzyellowf1hybrid)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在16小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的3.19×10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理9小時(shí)之后，將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。在4周齡時(shí)收獲秧苗，并對(duì)幼苗和根的鮮重和干重進(jìn)行定量。使用dualexscientific+葉綠素多酚測(cè)定儀(force-a，奧爾賽，法國(guó))評(píng)估葉片葉綠素、黃酮類化合物的指數(shù)和氮指數(shù)。

結(jié)果如表6所示。我們看到，與從播種之前未經(jīng)uv-b處理的種子生長(zhǎng)的秧苗相比，播種之前用uv-b處理種子的玉米植物的整株植物干重增加。我們還觀察到葉黃酮類化合物水平和葉氮指數(shù)的增加。

表6

這進(jìn)一步支持了以下結(jié)論：用uv-b輻射處理用于播種的種子改善了后續(xù)植物性能。

實(shí)施例10：生菜植物的耐旱性和水分利用效率

在與實(shí)施例5中看到的類似的研究中，作者評(píng)估了在播種之前種子經(jīng)uv-b處理后11天對(duì)生菜植物施加的干旱脅迫的生理耐受性是否增加。

將生菜(lactucasativavar.legacy)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在4小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的1.42×10^-4wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理10小時(shí)之后，將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。4周后，將秧苗移植到單獨(dú)的種植小室中，每個(gè)種植小室包含250ml的盆栽混合物，其最大持水量為130ml。對(duì)于一半經(jīng)uv處理的秧苗和一半的對(duì)照秧苗，每個(gè)小室的盆栽混合物的水含量保持在130ml。使剩余的植物經(jīng)受干旱脅迫——通過(guò)將每個(gè)小室的盆栽混合物的水含量保持在40ml來(lái)實(shí)現(xiàn)。在11天的干旱脅迫之后，使用delta-t氣孔儀(delta-t設(shè)備，劍橋，英國(guó))評(píng)估氣孔阻力，并使用dualexscientific+測(cè)定儀(force-a，奧爾賽，法國(guó))計(jì)算葉片葉綠素、黃酮類化合物和氮含量的指數(shù)。

結(jié)果示于表7中。源自在播種之前經(jīng)uv-b處理的種子的生菜植物中，確實(shí)觀察到對(duì)干旱脅迫的生理耐受性增加[由氣孔阻力增加所指示的]。在充分澆水的植物中也觀察到氣孔阻力的增加，指示了不論干旱脅迫是否存在，從uv處理的種子培育的植物均顯示出增加的水分利用效率(wue)的潛力。

表7

這進(jìn)一步支持了以下結(jié)論：uv-b種子處理提供針對(duì)在生長(zhǎng)環(huán)境中遇到的產(chǎn)量限制脅迫如干旱或鹽脅迫的防護(hù)。這些數(shù)據(jù)還支持以下結(jié)論：uv-b種子處理可以在從uv處理的種子培育的植物中提供增加水分利用效率的能力。

實(shí)施例11：對(duì)羽衣甘藍(lán)和生菜植物的鹽脅迫

在另一個(gè)測(cè)試中，使羽衣甘藍(lán)植物(來(lái)自經(jīng)uv-b處理的種子和未經(jīng)處理的種子二者)經(jīng)受鹽脅迫。

將生菜(lactucasativavar.legacy)和羽衣甘藍(lán)(brassicaoleraceavar.regal)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在4小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的1.42×10^-4wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在生菜和羽衣甘藍(lán)分別8小時(shí)和72小時(shí)之后，停止處理，將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。在4周后，將秧苗移植到250ml盆栽混合物中，該盆栽混合物的最大持水量為130ml。然后使一半的經(jīng)uv引發(fā)的秧苗和一半的對(duì)照秧苗經(jīng)受鹽脅迫(150mm的nacl；每7天施用100ml；每3天加滿水)，并將剩余的秧苗用h2o澆灌。在鹽脅迫25天之后，收獲植物并評(píng)估幼苗重量。

結(jié)果如表8所示。可以看出，與從播種之前未用uv-b處理的種子生長(zhǎng)的植物相比，在播種之前種子經(jīng)uv-b處理的羽衣甘藍(lán)和生菜植物二者中對(duì)鹽脅迫的敏感性降低了13％(在植物鮮重的鹽度誘導(dǎo)的減少方面)。

表8

這進(jìn)一步表明uv-b種子處理提供了針對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境中遇到的產(chǎn)量限制脅迫，如干旱或鹽脅迫的防護(hù)。

實(shí)施例12：通過(guò)生菜的葉基色素測(cè)量的作物品質(zhì)的分析

為了評(píng)估作物質(zhì)量(例如顏色、味道、保質(zhì)期)，在播種之前對(duì)種子進(jìn)行uv-b處理之后評(píng)估生菜的紅色栽培品種中的葉基色素。這樣的紅色色素如花色素苷的增加與作物質(zhì)量、味道和保質(zhì)期的增加相關(guān)聯(lián)¹。

將生菜(lactucasativavar.redoak)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在3小時(shí)之后，使種子經(jīng)受500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光，其中這些種子的50％另外接收由uv-led源提供的1.42×10^-4wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)。在初始吸收過(guò)程后12小時(shí)，從水中取出種子并進(jìn)行uv-b處理。將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。在35天后，使用dualexscientific+葉綠素多酚測(cè)定儀(force-a，奧爾賽，法國(guó))在秧苗中評(píng)估花色素苷[紅葉色素]的指數(shù)。然后將秧苗干燥至恒定質(zhì)量，以便表示每單位(g)植物干重的花色素苷。

結(jié)果示于以下表9中。觀察到，與從播種之前未經(jīng)uv處理的種子生長(zhǎng)的植物相比，來(lái)自播種之前經(jīng)uv-b處理的種子的生菜的紅色栽培品種中的葉基色素增加。

表9

這些數(shù)據(jù)支持以下結(jié)論：uv種子處理可以提升從經(jīng)處理的種子生長(zhǎng)的植物的諸如顏色、味道、保質(zhì)期等的作物品質(zhì)特性。

實(shí)施例13：uvr8uv-b感光體的作用分析

為了評(píng)估潛在的遺傳反應(yīng)，我們研究了從缺乏功能性u(píng)vr8基因座[uv-b感光蛋白]的種子基因型培育的秧苗。將兩種基因型的種子暴露于uv-b種子處理，并與未用uv-b處理的種子進(jìn)行比較。

將包括兩種基因型“野生型”(landsbergerecta或ler)和uvr8無(wú)效突變體[‘uvr8’]的擬南芥(arabidopsisthaliana)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在12小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的6.57×10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理4小時(shí)之后，將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)，然后播種。經(jīng)過(guò)32天的生長(zhǎng)后，在meoh:h2o:hcl(70:29:1)中萃取葉黃酮類化合物，并通過(guò)分光光度法進(jìn)行測(cè)量。將幼苗稱重、研磨并通過(guò)離心澄清，總?cè)~黃酮類化合物估計(jì)為abs300nmgfw^-1。

結(jié)果如表10所示。發(fā)現(xiàn)這些uvr8突變秧苗[‘uvr8ko’]缺乏在其中uvr8種子在播種前經(jīng)uv-b處理的生長(zhǎng)植物中強(qiáng)烈的葉黃酮類化合物表達(dá)誘導(dǎo)。而在具有擁有正常功能的uvr8的種子基因型[‘wt’或野生型基因型]的種子的uv-b處理后的秧苗中觀察到葉黃酮類化合物表達(dá)的明顯增加[即，與對(duì)照相比，增加29％]。

表10

這支持了以下結(jié)論：所提出的uv-b種子處理的作用模式依賴于uvr8基因座和uvr8活性。

實(shí)施例14：經(jīng)處理的種子的種子發(fā)芽增加

在這個(gè)實(shí)施例中，用uv-b處理或不用uv-b處理玉米種子，隨后評(píng)估種子發(fā)芽。

將玉米(zeamaysvar.nzyellowf1hybrid)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在20小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。用uv-led源提供的3.19×10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在286nm處達(dá)到峰值)另外處理這些種子的50％。在處理8小時(shí)、24小時(shí)、32小時(shí)(表11中分別為種子處理“1”、“2”和“3”)之后，將種子在16℃風(fēng)干72小時(shí)，然后播種，隨后評(píng)估發(fā)芽成功。

結(jié)果示于表11中。可以看出，與播種之前未用uv-b處理的種子相比，在潤(rùn)濕發(fā)芽之前用uv-b處理種子的情況下種子的發(fā)芽提高。

表11

這支持使用uv-b處理種子來(lái)提高種子的發(fā)芽能力。

實(shí)施例15：使用另一uv-b峰值波長(zhǎng)來(lái)提高干旱脅迫下的秧苗發(fā)芽

在與實(shí)施例5中所見的類似的研究中，作者評(píng)估了在播種之前對(duì)這些種子進(jìn)行uv-b處理后對(duì)種子發(fā)芽期間施加的干旱脅迫的生理耐受性是否增加。在這個(gè)實(shí)施例中，使用uv-b波段內(nèi)的不同峰值波長(zhǎng)。

將羽衣甘藍(lán)(brassicaoleraceavar.regal)種子浸入水中并在黑暗中保持在16℃。在4小時(shí)之后，用500μmolm^-2s^-1的連續(xù)紅光/藍(lán)光照射種子。這些種子的50％如前所述只用紅光/藍(lán)光進(jìn)行處理，而剩余的50％用uv-led源提供的1.64.10^-5wcm^-2s^-1的uv-b光(其透射率在317nm處達(dá)到峰值)另外處理。在處理30小時(shí)之后，將種子在16℃下風(fēng)干72小時(shí)。

然后使種子在發(fā)芽期間經(jīng)受干旱脅迫。使uv引發(fā)的種子和對(duì)照種子在兩種濃度的peg8000(-1、-1.5mpa)之一或水中發(fā)芽。在72小時(shí)之后，對(duì)秧苗重量和胚根長(zhǎng)度進(jìn)行定量。

結(jié)果示于下面的表12中。在干旱脅迫之后，與從播種前未經(jīng)uv處理的種子所播種的秧苗相比，從進(jìn)行uv-b處理的種子形成的羽衣甘藍(lán)秧苗在播種之后72小時(shí)積累了更多的生物質(zhì)并呈現(xiàn)更長(zhǎng)的胚根長(zhǎng)度。

該實(shí)施例支持了以下結(jié)論：uv種子處理提供對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境中遇到的產(chǎn)量限制脅迫，如干旱或鹽脅迫的防護(hù)，并且本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)使用在uv-b波段內(nèi)的不同波長(zhǎng)的處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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