植物繁殖的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及植物繁殖领域。具体而言，本发明涉及用于无性生殖植物繁殖的方法以及通过这种方法所产生的植物和植物部位。本发明还提供包封的繁殖体。本发明还提供包封的繁殖体和从中生长出的植物的多种最终用途。本发明还提供用于改变根茎构造的方法和具有改变的构造的根茎，以及用于改变茎扦插构造的方法和具有改变的构造的茎扦插。本发明还提供用于繁殖体的包衣，以及用其包覆的繁殖体。
【背景技术】
[0002]最近，可降低我们对于传统能源(如煤、石油和核能)的依赖的替代能源引起了人们很大的兴趣。一种此类替代能源是生物燃料，其为来自作物(能源作物)的燃料，这些作物可被燃烧以产生热和电或采用酶处理以产生可用于生产乙醇或氢气的糖。芒属(Miscanthus)是多年生禾本植物的实例，由于其高生物量产率，已被鉴定为能源作物。
[0003]存在许多芒属属种，但目前最高产的克隆是不育性杂种奇岗(Miscanthus X giganteus)，其来自荻(M.saccharif 1rus)和中国芒(M.sinensis)的天然杂交。芒属是结种子的禾本植物，但杂种奇岗是三倍体，因此是不育的并且不产生种子。因该杂种只可通过无性方式来繁殖，这严重限制了它的商业引入。
[0004]对芒属的结籽变种的主要担忧是其变为入侵性的潜能，但是结籽变种的替代物是依靠无性繁殖，其在很大程度上效率较低。芒属无性繁殖的常规方法包括种植从专用增殖作物产生的根茎扦插，根茎是地下茎。随着商用芒属作物生长超过20年或更多年，其根复合体可变得相当大并且是木质的。适用于定苗新作物的根茎通常特别地在增殖试验田中产生，并且经常以高密度种植，并在2-4年后采收。这些常规的根茎形状不规则，可经常具有大量的根毛和不定根，使其难以通过常规农业设备来处理，并且由于根毛缠结及其大的、不规则的且体积大的本性而难以贮存和处理。根茎扦插是从上述“根复合体”中获得的，其通常约12-15cm长，包括周围的土壤在内重约50g。尽管这些根茎看似强壮，但它们对失水相当敏感，因此需要谨慎地贮存并处理。以上提到的因素使得芒属的增殖与其他作物相比相对昂贵。例如，在欧洲的典型生长条件下，芒属根茎在一个生长季的增殖率为约3-5倍，意味着一个根茎在一年的生长后最多产生五个根茎。与之相比，谷物的增殖率高达80倍，而油菜的增殖率超过5，000倍。同样，与清洁、处理和种植结籽作物的成本相比，种植常规芒属根茎的成本也高。
[0005]已经尝试通过使种植设备适合于根茎，包括引入精确种植，以解决上述问题，这两种尝试都增加了作物定苗的可靠性。
[0006]但是，迄今为止，未尝试过使根茎自身更好地适应常规农业设备。
[0007]产生用于燃料、饲料和纤维的原料所需的许多作物(多年生禾本植物)根本没有根茎，或根茎的数量不够，因此需要茎繁殖。但是，基于茎扦插的植物繁殖存在类似的问题。例如，甘蔗是一种经济上重要的作物，用于糖生产和生物燃料生产，但是甘蔗生产是劳动密集型的，并依赖于使用专门的机械。甘蔗的栽培包括约2年的相当长的过程用来生产甘蔗种子，其使用微组织繁殖技术，随后通过试验和育种以产生新的甘蔗栽培品种。在高的病害压力下，新栽培品种上市可需要长达5年。然后开始来自甘蔗种子的甘蔗增殖，这一过程通常可需要约3年，然后可开始商业生产。通常，约20%的总生长区域被留作增殖用，如果不是连续的，意味着约20 %的土地被占用至少3年用于连续的增殖周期。3年期间的增殖率也相对低效，表现出约8倍的增加。
[0008]对于根茎类作物如姜黄和竹子，已经报道了得自使用微组织繁殖技术的一些效率增加。例如，署名为 Nayak 的出版物(Plant Growth Regulat1n 32:41-47, 2000)描述了使用组织培养技术的姜黄体外增殖，还描述了使用蔗糖、6-苄基腺嘌呤和特定的光周期诱导微根茎。同样，Lo-apirukkul等人(J Nat Med(2012)66:265-270)描述了一种泰国药用植物多叶姜黄(Curcuma comosa Roxb.)的微组织繁殖，以及微根莖的诱导。竹子根莖的体外诱导已由 Kapoor 和 Rao 报道(Plant Cell, Tissue and Organ Culture (2006) 85:211-217)。与常规方法相比，在涉及使用体外微组织繁殖技术的现有技术方法中报道的效率增加表现出约7倍的改善。因此仍然需要更有效的方法用于无性生殖植物的繁殖。
[0009]阻止芒属和其他此类作物的更广泛栽培的主要障碍之一是上面所讨论的低效的繁殖，至少部分归因于其无性生殖方式。因此仍然需要经济上更为有效的方法，用于芒属和其他无性生殖作物的定苗。
【发明内容】
[0010]本发明旨在通过提供更有效的植物繁殖方法，以及通过提供呈备用于种植形式的包封的繁殖体，而解决上述与芒属和其他无性生殖植物的繁殖有关的一些问题。
[0011]与常规技术相比，现有技术方法显示约7倍的改善；而与现有技术方法相比，通过实施本发明的方法而获得的效率增加，根据所针对的植物，带来约50倍至约200倍的改善。
[0012]因此，根据本发明，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤:
[0013](i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
[0014](ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
[0015](iii)将步骤(ii)中产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中。
[0016]本发明还提供包封的小根茎和包封的小茎扦插，其在本文中统称为“包封的繁殖体”。本文还提供包封的繁殖体的多种用途，以及由此获得的植物的多种用途。
[0017]本发明还提供用于包覆繁殖体的生物可降解聚合物，以及包覆在其中的繁殖体。
[0018]还提供使用植物激素和/或通过实施本发明的方法改变根茎或茎扦插的构造的方法。
【具体实施方式】
[0019]本发明的方法克服了与芒属繁殖的常规方法有关的低效率，导致更高的生产率和更均一的最终产物。此外，与常规方法相比，本发明的方法更适用于自动化，导致进一步的效率增加。此外，由于通过该方法所产生的小根茎或小茎扦插的大小和形状更均一，常规农业设备可在最小调整(如果需要)后容易地用于种植过程中，因此去除了与不得不生产定制设备有关的任何额外费用。
[0020]因此，根据本发明，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤:
[0021](i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
[0022](ii)使来自步骤⑴的小植株或其部位接触至少一种植物激素，使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
[0023](iii)将步骤(ii)中产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中。
[0024]微组织繁殖是标准的、众所周知的园艺技术，用于大量小植株的快速增加。所述方法步骤(i)中所描述的微组织繁殖旨在产生大量适合进入所述方法步骤(ii)的材料。所使用的微组织繁殖技术可以是任何常规的微组织繁殖技术，例如组织培养或有根的茎扦插。
[0025]微组织繁殖产生小植株，这些小植株通常在温室中备用于增殖。用于植物增殖的常规方法被用于所述方法的该步骤中。小植株的温室增殖通常导致每2-3个月增加20-30倍。对芒属和芦竹(Arundo donax)而言，微组织繁殖和增殖使每株植物在约8周的周期内产生约10株植物；然后这10株植物可在下一个约8周的周期内转而产生约100株植物。
[0026]有利地，取决于所使用的植物，微组织繁殖及随后的增殖可在少于6个月或少于8个月或少于10个月或少于12个月或少于14个月或少于16个月或少于18个月之内，使每I株植物产生1000万小植株、扦插植物或裸露的根扦插(指单个茎，其可从较大的植物分离出来)。
[0027]有利地，与常规微组织繁殖相比，微组织繁殖及随后的增殖导致突变率降低，这再次促进由实施本发明的方法所带来的总体效率增加。
[0028]然后，将所产生的小植株备用于所述方法步骤(ii)中的激素处理。
[0029]术语“小植株”、“扦插植物”和“裸露的根扦插”在本文中可互换使用，用来表示按照所述方法步骤(i)的微组织繁殖和增殖技术产生的小植物。小植株的大小根据待繁殖的植物而不同，技术人员将任意使用适合的方式