种子处理方法和组合物的制作方法
【专利摘要】公开的是增强植物生长的方法，包括用有效量的植物信号分子在播种前至少一个月处理种子，其中在收获时，与由未经处理的种子收获的植物相比，或与由使用信号分子在临播种前或在播种的一周或更短时间内处理的种子而收获的植物相比，该植物表现出以下至少一项：按蒲式耳/英亩测量的增加的植物产量、增加的根数目、增加的根长度、增加的根质量、增加的根体积和增加的叶面积。
【专利说明】种子处理方法和组合物
【背景技术】
[0001]革兰氏阴性土壤菌根瘤菌科(Rhizobiaceae)和慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae)与豆科植物例如大豆之间的共生关系有较多文献记载。这些关系的生化基础包括分子信号传导的交换，其中，植物对细菌的信号化合物包括黄酮、异黄酮和黄烷酮类，而细菌对植物的信号化合物包括慢生根瘤菌和根瘤菌nod基因表达的终产物，称为脂壳寡糖(LCO)。这些细菌与豆科植物之间的共生使得豆科植物能够固定大气氮从而在具有较低的可同化氮水平的土壤中生长，由此免去对氮肥的需求。由于氮肥会显著增加作物的成本，并且与许多污染效应相关，农产业继续努力运用这种生物关系并开发新的用于提高植物产量而不增加氮类肥料的使用的试剂和方法。
[0002]美国专利第6，979，664号教导了增强植物作物的种子萌发或出苗的方法，包括以下步骤:提供包含有效量的至少一种脂壳寡糖和农业上适用的载体的组合物，以及在种子或幼苗的紧邻处以相较于未经处理的种子或幼苗能增强种子萌发或出苗的有效量施用该组合物。
[0003]关于该概念的进一步拓展在W02005/062899中有过教导，其涉及至少一种植物诱导剂(即LC0)与杀真菌剂、杀虫剂或其组合的结合，以增强植物特性如植物挺立(plantstand)、生长、强健度(vigor)和/或产量。教导称这些组合物和方法适用于豆科植物和非豆科植物，并且可以用于处理种子(临播种前)、幼苗、根或植物。
[0004]相似地，W02008/085958教导了用于在豆科植物和非豆科植物中增强植物生长和作物产量的组合物，其包含LCO与另一种活性剂如几丁质或壳聚糖、类黄酮化合物、或除草剂的组合，其可以同时或相继地应用于种子和/或植物。与在，899公开中的情况一样，,958公开教导了在临播种前对种子进行处理。
[0005]大量其它的公开描述了 LCO在种子处理过程中的益处，例如，Kidaj等人，“Nodfactors stimulate seed germinat1n and promote growth and nodulat1n of peaand vetch under competitive condit1ns, ^Microb1l Res25426 (2011)和 Maj 等人，“Pretreatment of Clover Seeds with Nod Factors Improves Growth and Nodulat1nof Trifolium pratense, ” J.Chem Ecol (2009)35:479-487。
[0006]最近，Halford,“SmokeSignals”，Chem.Eng.News (2010 年 4 月 12 日)第 37 ~38页报道，在森林起火后，烟中所含的karrikin或丁烯羟酸内酯起到生长刺激剂的作用并促使种子萌发，并且能滋补已储存的种子如玉米、西红柿、莴苣和洋葱。这些分子是美国专利第7，576，213号的主题。
【发明内容】
[0007]本发明提供增强植物生长和作物生产的方法，其中可以得到植物信号分子(植物生长增强剂)的有益效果，而无需将植物信号分子(植物生长增强剂)在播种的同时施用于种子。本发明部分基于以下发现，即与经由未经处理的种子收获的植物相比，用例如LCO的植物信号分子处理种子，随后在播种前进行延长的储存，导致增强的植物生长，包括较高的植物产量和/或叶表面积和/或根数目、长度和质量。本发明还提供增强植物生长和作物生产的方法，其中在经由临播种前或播种的一周或更短时间内处理的种子而产生的植物作物中可以获得额外的改进。
[0008]本发明的第一方面涉及增强植物生长的方法，包括用有效量的植物信号分子在播种前至少一个月(三十天)处理种子。在实施方式中，可以根据本发明的方法在播种前2个月、在播种前至少3个月、在播种前至少4个月、在播种前至少5个月、在播种前至少6个月、在播种前至少9个月、在播种前至少I年、在播种前至少2年、且在一些实施方式中在播种前至少3年处理种子。
[0009]使用该处理来产生与由未经处理的种子收获的植物相比显现出以下至少一种的植物(作物):按蒲式耳/英亩测量的增加的产量、增加的根数目、增加的根长度、增加的根质量、增加的根体积和增加的叶面积。在特定实施方式中，可以使用该处理来产生与由用信号分子在临播种前或在播种一周或更短时间内处理的种子收获的植物(作物)相比显现出以下至少一种的植物(作物):按蒲式耳/英亩测量的增加的产量、增加的根数目、增加的根长度、增加的根质量、增加的根体积和增加的叶面积。
[0010]在本发明的某些实施方式中，植物信号分子是脂壳寡糖(LCO)。在一些实施方式中，LCO是重组的。在其它实施方式中，LCO是合成的。在其它实施方式中，LCO得自微生物，例如选自根瘤菌(Rhizobium sp.)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium sp.)例如大豆慢生根瘤菌(Bradyrhizobium japonicum)、中华根瘤菌(Sinorhizobium sp.)和固氮根瘤菌(Azorhizobium sp.)的根瘤菌菌种,或得自丛枝菌根真菌。
[0011]在其它实施方式中，植物信号分子是几丁质化合物例如壳寡聚体(CO)。在一些实施方式中，CO是重组的。在其它实施方式中，CO是合成的。在其它实施方式中，CO得自如同LCO的微生物。
[0012]在其它实施方式中，植物信号分子是类黄酮。在其它实施方式中，植物信号分子是茉莉酸、亚油酸、亚麻酸或其衍生物。在其它实施方式中，植物信号分子是karrikin。
[0013]可以使用两种或更多种不同植物信号分子(或其类型)的组合来处理种子。
[0014]在其它实施方式中，处理还包括使种子与至少一种其它的农艺学有益的试剂例如固氮生物(根瘤菌接种剂)、菌根真菌、解磷剂、除草剂、杀虫剂或杀真菌剂接触。在一些实施方式中，处理涉及将包含植物信号分子的组合物喷洒到种子上，且在一些其它实施方式中，处理涉及将组合物滴到种子上。
[0015]本发明的方法同样适用于丑科植物和非丑科植物。在一些实施方式中，丑科种子是大豆种子。在一些其它实施方式中，经处理的种子是非豆科种子，例如大田作物种子，如玉米，或蔬菜作物种子。
[0016]取决于特定的种子特性(储存之后的生存力)或产业标准，可以根据本发明的方法在从播种前I个月(30天)到I年、2年且在一些实施方式中甚至3年的任何时间处理种子。例如，大豆种子通常在下一季节播种，而玉米种子可以储存更长的时间，包括播种前3年以上。
[0017]本发明还涉及用植物信号分子/植物生长增强剂例如LCO或CO处理的种子，其在播种前已被储存至少30天到I年、2年且在一些实施方式中甚至3年。
[0018]本发明的又一方面涉及用植物信号分子/植物生长增强剂例如LCO或CO处理的经播种的种子，其在播种前已被储存至少30天到I年、2年且在一些实施方式中甚至3年。
[0019]本发明的相关方面涉及包(package)，其包括用于在处理之后播种的目的的根据本发明的经处理的种子。
[0020]如在工作例(其包括在温室和田间条件下进行的比较实验)中所证实的，即使将信号分子在播种时间很久之前且在延长的储存时间之后施用到种子，也可以得到信号分子/植物生长增强剂的益处。
[0021]如在工作例(其包括在温室和田间条件下进行的比较实验)中进一步所证实的，与未经处理的种子和在临播种前或在播种的一周内用LCO处理的种子相比，涉及用来自大豆慢生根瘤菌的LCO处理大豆种子的本发明的实施方式显现出增加的植物产量、叶表面积、以及增加的根长度和根体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1和图2示出可用于实践本发明的脂壳寡糖化合物(LCO)的化学结构。
[0023]图3是显示与对照(即未经处理的种子和用信号分子在播种前7天处理的种子)相比的由根据本发明实施方式(例如播种前55天)处理的种子而萌发的19天大的大豆植物上的第一片三叶的平均表面积的条形图。
【具体实施方式】
[0024]出于本发明的目的， 可以与“植物生长增强剂”互换使用的术语“植物信号分子”广泛地指代任何在植物或微生物中天然出现的和合成的(其可以是非天然出现的)试剂，其直接或间接地活化植物生化通路，引起增加的植物生长，这至少在以下至少一方面是可度量的:按蒲式耳/英亩测量的增加的产量、增加的根数目、增加的根长度、增加的根质量、增加的根体积和增加的叶面积。可以用于实施本发明的植物信号分子的代表性实例包括脂壳寡糖化合物(LCO)、壳寡糖(CO)、几丁质化合物、类黄酮、茉莉酸、亚油酸和亚麻酸及其衍生物、以及 karrikins。
[0025]植物信号分子可以是分离和/或纯化的组分。术语“分离的”是指信号分子从其天然状态移除出来并与其它与之天然相关的分子分开。术语“纯化的”是指相对于其它组分例如不想要的或较差的组分，信号分子的浓度增加(经纯化工艺)。
[0026]在领域内也称为共生Nod信号或Nod因子的LCO由在非还原端缩合有N-连接的脂酰链的β_1，4-连接的N-乙酰基-D-葡糖胺(“GIcNAc”)残基的寡糖骨架构成。LCO在骨架中GIcNAc残基的数目、脂酰链的长度和饱和度、以及还原和非还原糖残基的取代方面不同。LCO的实例在以下呈现为式1:
[0027]
【权利要求】
1.一种增强植物生长的方法，包括用有效量的植物信号分子在播种前至少一个月处理种子。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是脂壳寡糖(LCO)。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述LCO是合成的。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述LCO是重组的。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述LCO是天然出现的。
6.如权利要求5所述的方法,其中所述LCO从选自根瘤菌(Rhizobiumsp.)、慢生根瘤菌(Bradyrhizobium sp.)、中华根瘤菌(Sinorhizobium sp.)和固氮根瘤菌(Azorhizobiumsp.)的根瘤菌菌种获得。
7.如权利要求6所述的方法,其中所述IXO得自大豆慢生根瘤菌(Bradyrhizobiumjaponicum)。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述LCO得自丛枝菌根真菌。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是几丁质化合物。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述几丁质化合物是壳寡聚体(CO)。
11.如权利要求10 所述的方法，其中所述CO是合成的。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述CO是重组的。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述CO是天然出现的。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是类黄酮。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是茉莉酸或其衍生物。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是亚油酸或其衍生物。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是亚麻酸或其衍生物。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子是karrikin。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述处理包括使所述种子与至少两种不同的植物信号分子接触。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述处理还包括使所述种子与至少一种农艺学有益的试剂接触。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述农艺学有益的试剂是固氮生物、菌根真菌、解憐剂、除草剂、杀虫剂或杀真菌剂。
22.如权利要求1所述的方法，其中所述植物信号分子以包括信号分子和农业可接受的载体的种子处理组合物的形式进行施用。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述农业可接受的载体是固体载体、半固体载体、水性液体载体、非水性液体载体、混悬液、乳液或可乳化的浓缩物。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述农业可接受的载体包括佐剂、惰性组分、分散剂、表面活性剂、增粘剂、粘合剂、稳定剂和/或聚合物。
25.如权利要求22所述的方法，其中所述植物信号分子是LC0。
26.如权利要求22所述的方法，其中所述植物信号分子是CO。
27.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述种子是豆科的。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述豆科种子是大豆。
29.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述种子是非豆科的。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述非豆科种子是大田作物种子。
31.如权利要求30所述的方法，其中所述非豆科种子是玉米。
32.如权利要求29所述的方法，其中所述非豆科种子是蔬菜作物种子。
33.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述处理包括将包含所述植物信号分子的组合物喷洒到所述种子上。
34.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述处理包括将包含所述植物信号分子的组合物滴到所述种子上。
35.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在播种前至少3个月用所述植物信号分子处理所述种子。
36.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在播种前至少6个月用所述植物信号分子处理所述种子。
37.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在播种前至少9个月用所述植物信号分子处理所述种子。
38.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在播种前至少12个月用所述植物信号分子处理所述种子。
39.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中在播种前至少2年用所述植物信号分子处理所述种子。
40.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中作为所述处理的结果，所述植物信号分子保持涂覆在所述种子上。
41.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在播种前将经过处理的种子进行包装。
42.一种组合物，包括通过权利要求41所述的方法制备的经包装的种子。
【文档编号】A01N43/16GK104080337SQ201280052973
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2012年9月10日 优先权日:2011年9月8日
【发明者】R.S.史密斯, A.哈比卜, J.科桑克 申请人:诺维信生物农业公司