用于增强植物生长的脂壳寡糖组合和方法
【专利摘要】公开的是增强植物生长的方法，包括用有效量的至少两种脂壳寡糖处理植物种子或从种子萌发的植物，其中，与未经处理的植物或从未经处理的种子收获的植物相比，在收获时该植物表现出按蒲式耳/英亩测量的增加的植物产量、增加的根数量、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中的至少一种。
【专利说明】用于增强植物生长的脂壳寡糖组合和方法
【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（LC0)。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用于植 物生长，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（plant stand)、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（临种植前）、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LC0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施用于种子和/或植物。与在' 899公开中的情况一样，' 958 公开教导了在临种植前对种子进行处理。
[0005] 最近，Halford，"Smoke Signals"，Chem. Eng. News (2010 年 4 月 12 日）第 37 ?38 页报道，在森林起火后，烟中所含的卡里金（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、番茄、莴苣和洋葱。这些分子是美 国专利第7, 576, 213号的主题。
[0006] 但是，对于促进或增强植物生长的体系仍存在需求。
【发明内容】
[0007] 本发明的第一方面涉及增强植物生长的方法，包括：a)用有效量的至少两种脂壳 寡糖（LC0)来处理（例如，施用于）植物种子或从种子萌发的植物，其中，与未经处理的植 物或者从未经处理的种子收获的植物相比较，在收获时上述植物表现出以下的至少一种： 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。
[0008] 如上下文中清晰可见，两种LC0彼此不同。在一些实施方式中，对种子的处理包括 将至少两种LC0直接施用于种子，然后其可以进行种植或者在种植之前储存一段时间。对 种子的处理还可以包括间接处理，例如，通过将至少两种LC0引入至土壤中（在本领域中称 为犁沟施用）。在另外的实施方式中，可以例如经由叶喷将至少两种LCO施用于由种子萌发 的植物。该方法可以进一步包括使用其它的农艺学有益的试剂，例如痕量营养素，植物信号 分子（例如脂壳寡糖、几丁质化合物（例如C0)，类黄酮、茉莉酸、亚油酸、亚麻酸及它们的衍 生物、以及卡里金），除草剂，杀真菌剂和杀虫剂，解磷微生物，固氮生物（根瘤菌菌剂），和 /或菌根真菌。
[0009] 本发明的方法同样适用于見科植物和非見科植物。在一些实施方式中，見科种子 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，譬 如谷类（如玉米），或蔬菜作物种子（如马铃薯）。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图la和2a示出了可用于实践本发明的两种脂壳寡糖化合物的化学结构。
[0011] 图lb和2b示出了与图la和2a中的LC0对应的相应的壳寡糖化合物（C0)的化 学结构，并且其也可用于实践本发明。
[0012] 图3a和4a示出了可用于实践本发明的其它LC0(Myc因子）的化学结构。
[0013] 图3b和4b示出了也可用于实践本发明的相应的Myc C0的化学结构。
[0014] 图5示出了可用于实践本发明的脂壳寡糖的化学结构。
[0015] 图6是如下的条形图，示出以幼苗长度（以mm为单位，根+根上部）表示的用本 发明的LC0组合相比于对照来处理紫花大翼豆（Macroptilium atropurpureum)的种子的效 果。
[0016] 图7和图8是这样的条形图，示出以叶绿度表示的用本发明的LC0组合相比于用 单一 LC0和用对照来处理紫花大翼豆植物的效果。
[0017] 图9是如下的条形图，示出以每处理剂的花总量表示的用本发明的LC0组合相比 于用单一 LC0和用对照来处理紫花大翼豆植物的效果。
[0018] 图10是如下的条形图，示出以每处理剂的果实总数表示的用本发明的LC0组合相 比于用单一 LC0和用对照来处理紫花大翼豆植物的效果。
[0019] 图11是如下的条形图，示出以每株植物的平均果实数量表示的用本发明的LC0组 合相比于用单一 LC0和用对照来处理紫花大翼豆植物的效果。
[0020] 图12是如下的条形图，示出以每株植物的平均产量（克）的总数表示的用本发明 的LC0组合相比于用单一 LC0和用对照来处理紫花大翼豆植物的效果。
[0021] 图13是如下的条形图，示出以平均根长表示的用多种本发明的LC0组合相比于用 单一LC0和用对照（水）来处理番茄种子的效果。
【具体实施方式】
[0022] 在领域内也称为共生Nod信号或Nod因子的脂壳寡糖化合物（LC0)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。LC0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。参见，例如，Denarie等人，Ann. Rev. Biochem. 65:503-35(1996)， Hamel等人，Planta232:787-806(2010)(例如其中的图1，其示出了几丁质、壳聚糖、C0和 对应的 Nod 因子（LC0)的结构；Prome 等人，Pure&Appl. Chem. 70 (1) : 55-60 (1998)。LC0 的 例子如以下的式I所示：
[0023]
【权利要求】
1. 一种增强植物生长的方法，包括用有效量的至少两种脂壳寡糖（LCO)处理植物种子 或从种子萌发的植物，其中，与未经处理的植物或从未经处理的种子收获的植物相比，在收 获时所述植物表现出按蒲式耳/英亩测量的增加的植物产量、增加的根数量、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中的至少一种。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括由下式表示的LC0 :
其中札表示 C14:0、30H-C14:0、异-C15:0、C16:0、3-0H-C16:0、异-C15:0、C16:l、 C16:2、C16:3、异-C17:0、异-C17:l、C18:0、30H-C18:0、C18:0/3-0H、C18:l、0H-C18:1、 C18:2、C18:3、C18:4、C19:l 氨基甲酰基、C20:0、C20:1、3-0H-C20:1、C20:l/3-0H、C20:2、 C20:3、C22:l 和 C18-26(c〇-l)-0H(包括其 C18、C20、C22、C24 和 C26 羟基化种类以及 C16:1 Δ 9、C16:2 ( Δ 2, 9)和C16:3 ( Δ 2, 4, 9)) ;R2表不氢或甲基；R3表不氢、乙酰基或氨基 甲酰基；R4表示氢、乙酰基或氨基甲酰基；R 5表示氢、乙酰基或氨基甲酰基；R6表示氢、阿拉 伯糖基、岩藻糖基、乙酰基、硫酸酯、3-0-S-2-0-MeFuc、2-0-MeFuc和4-0-AcFuc ;R7表示氢、 甘露糖基或甘油；R8表不氢、甲基或-CH20H;R 9表不氢、阿拉伯糖基或岩藻糖基；R1(l表不氢、 乙酰基或岩藻糖基；且η表示0、1、2或3。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括图la中示出的LC0。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括图2a中示出的LC0。
5. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括由下式表示的LC0 :
其中11=1或2;1?1表示(：16、(：16:0、(：16:1、(：16:2、(：18:0、(：18:1八92或(：18:1八112 ; 且R2表示氢或S03H。
6. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LCO包括图3a中示出的LCO。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LCO包括图4a中示出的LCO。
8. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LCO包括图5中示出的LCO。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LCO包括从根瘤菌菌株获得的LCO。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中所述根瘤菌菌株选自根瘤菌（Rhizobiumsp.)、 慢生根瘤菌（Bradyrhizobium sp.)、中华根瘤菌（Sinorhizobium sp.)和固氮根瘤菌 (Azorhizobium sp.) 〇
11. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括从大豆慢生根瘤菌 (B. japonicum)获得的 LC0。
12. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括从豌豆根瘤菌蚕豆生物变 异型（R. leguminosarumbiovar viciae)获得的 LC0。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括从草木樨中华根瘤菌 (S.meliloti)获得的 LC0。
14. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括从根内球囊霉（Glomus intraradicus)获得的 LC0。
15. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括重组LC0。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述重组LC0具有至少60%的纯度。
17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述重组LC0具有至少70%的纯度。
18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述重组LC0具有至少80%的纯度。
19. 根据权利要求15所述的方法，其中所述重组LC0具有至少90%的纯度。
20. 根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种LC0包括合成LC0。
21. 根据权利要求1所述的方法，其中在种植之前或者在大约种植时将所述至少两种 LC0施用于种子。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述至少两种LC0的有效量为大约ΚΓ5至大约 ΚΓ14摩尔。
23. 根据权利要求1所述的方法，其中在犁沟中将所述至少两种LC0施用于种子。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中所述至少两种LC0的有效量为1 μ g/英亩至大 约70 μ g/英亩。
25. 根据权利要求1所述的方法，其中经由叶处理将所述至少两种LC0施用于所述植 物。
26. 根据权利要求21所述的方法，其中所述至少两种LC0的有效量为1 μ g/英亩至大 约30 μ g/英亩。
27. 根据权利要求1所述的方法，进一步包括将至少一种农艺学有益的试剂施用于所 述植物或其种子。
28. 根据权利要求27所述的方法，其中所述至少一种农艺学有益的试剂是痕量营养 素。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述痕量营养素选自维生素和痕量矿物质。
30. 根据权利要求27所述的方法，其中所述至少一种农艺学有益的试剂是植物信号分 子。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中所述植物信号分子是壳寡糖（C0)。
32. 根据权利要求30所述的方法，其中所述植物信号分子选自几丁质化合物；类黄酮； 茉莉酸及其衍生物、亚油酸及其衍生物、亚麻酸及其衍生物；和卡里金及其衍生物。
33. 根据权利要求27所述的方法，其中所述农艺学有益的试剂是除草剂、杀虫剂、杀真 菌剂或其任意组合。
34. 根据权利要求27所述的方法，其中所述农艺学有益的试剂是解磷微生物、固氮生 物（根瘤菌菌剂）和/或菌根真菌。
35. 根据权利要求34所述的方法，其中至少一种解磷微生物包括真菌青霉属 (Penicillium)的菌株。
36. 根据权利要求34所述的方法，其中至少一种解磷微生物包括拜赖青霉 (P.bilaiae)的菌株。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中所述拜赖青霉的菌株选自NRRL50162、 NRRL50169、ATCC20851、ATCC22348 和 ATCC18309。
38. 根据权利要求34所述的方法，其中至少一种解磷微生物包括P. gaestrivorus的菌 株。
39. 根据权利要求1所述的方法，其中所述植物或其种子是豆科的。
40. 根据权利要求39所述的方法，其中所述豆科植物或其种子是大豆。
41. 根据权利要求1所述的方法，其中所述植物或其种子是非豆科的。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中所述非豆科植物或其种子是大田作物植物或种 子。
43. 根据权利要求42所述的方法，其中所述大田作物植物或种子是玉米。
44. 根据权利要求41所述的方法，其中所述非豆科植物或其种子是蔬菜作物植物或种 子。
【文档编号】A01N43/16GK104066327SQ201280057637
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2012年9月24日 优先权日:2011年9月23日
【发明者】R.S.史密斯, A.哈比卜 申请人:诺维信生物农业公司, 诺维信生物股份有限公司