保护植物免受冷害的植物基组合物制造技术

本发明专利技术提供了保护植物免受冷害的组合物和方法。特别地，本发明专利技术提供了包含植物基纳米级和/或微米级颗粒的组合物；当施用于植物或植物部位(例如芽)时，该组合物形成低热导率的非亲水性沉积物或膜，从而赋予免受冰核形成和冷应激损伤的保护。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】保护植物免受冷害的植物基组合物相关申请的交叉引用本申请是2018年7月30日提交的美国专利申请62/712,135的继续申请。联邦政府资助的研发声明本专利技术在美国农业部授予的授权号2018-67009-27903的政府支持下完成。美国政府享有本专利技术的某些权利。
本专利技术总体上涉及保护植物免受冷害(colddamage)的改进的组合物和方法。特别地，本专利技术提供了包含植物基(plant-based)颗粒的分散体的组合物，当施用于植物或植物部位(例如芽、叶等)时，该组合物形成低热导率的非亲水性沉积物或膜，从而赋予免受冰核形成(icenucleation)和冷应激(coldstress)损伤的保护。
技术介绍
果树业是美国农业部门的重要组成部分，约占每年245亿美元作物产量的18％1。这些作物的产量主要取决于短暂但关键的开花期的异花授粉。在发芽至开花的过渡期间，繁殖芽变得越来越容易受到冷害，这是一个会造成严重经济损失的常年性的威胁2。联合国粮食农业组织报告，与其他天气灾害相比，冷害给美国作物造成的经济损失更大。单次冷冻事件可能导致数亿美元的作物损失3。例如，在2012年，密歇根州几乎所有(约90％)的苹果和樱桃作物均由于冷害而遭受损失4。种植者可利用被动和/或主动防霜/防冻方法。被动方法包括场地选择、品种筛选、养分管理和栽培技术，例如剪枝和果园地面准备5-7。与主动方法7,8相比，这些方法成本更低，但通常来说提供的防护更少。在寒冷天气期间或之前，种植者可使用多种主动防霜方法来减少冷害。这些方法包括风力机9、直升机10,11、加热器12、风力机/加热器组合8或喷灌机10,13。通常，当天空晴朗且风很少时，这些方法可使温度升高2.8℃至3.3℃8。更具体地，在辐射冷冻期间，风力机可使温度升高1.1℃至2.8℃7,10，直升机悬停在树木上方时可使果园气温升高高达2.8℃至4.4℃7。油燃料加热器和丙烷燃料加热器可提供2℃至2.5℃的防护，而风力机和加热器的组合可使温度提高2.8℃至3.3℃8,12。只要露点不低于-6℃，使用树冠喷灌机(over-treesprinkler)可使气温升高约-4℃至-4.4℃5。这些方法中的每一种均有缺点。例如，风力机噪音大、价格昂贵，并且如果风速大于2.2m/s(5mph)或存在对流冻结(convectivefreeze)，则风力机将无法提供保护。由于空气污染，燃料加热器导致的环境污染可能会成为问题，使用直升机的成本很高。目前，尚无方法可以提供可靠且可重复的功效来保护植物及其组织免受霜冻害。已使用多种材料(包括蜡、纤维素纳米晶体、淀粉等)证明了施用(可食用和不可食用)涂覆材料可以保护植物果实和种子14-16。然而，先前研究均未讨论使用植物基化合物通过防止植物组织表面结冰(iceformation)来防霜。当温度降至-2℃和-5℃时，在自然条件下会发生植物组织损伤17-19。在这些温度下，此种植物中的过冷水会形成冰，并在整个植物中传播(细胞间和细胞内)，因此发生霜害(结冰，也称为冰核形成)。植物中冰核形成的确切机制尚不清楚。大体上已表明，亲水性物质有助于冰核形成，而疏水性物质趋于防止冰核形成20。已显示纤维素材料(包括微晶纤维素、纤维状纤维素和纳米晶纤维素)是有效的冰核形成颗粒21,22。已显示纳米结构的超疏水性材料可防止冰核形成23,24。然而，所有这些材料均是由对植物或人类产生健康风险的化合物制成的。尚未开发出用于防止由霜和冰核形成引起的植物组织损伤的生物基(bio-based)材料。获得改进的组合物和方法将是十分有益的，这种改进的组合物和方法可以保护植物(例如果树和其他作物)免受冷害，特别是保护它们免受冰核形成或增强它们的冰核形成耐受性。
技术实现思路
本文提供了用于保护植物免受冷害(例如由于冰核形成造成的冷害)的组合物。该组合物由植物来源的材料制成且施用时不会损伤植物，该组合物能提供优异的冷害防护作用。所述组合物和方法对植物仍在田间时保护例如芽和叶特别有用。还提供了通过施用所述组合物来保护植物和/或植物部位免受冷害的方法。本专利技术的目的是提供一种防止或限制植物的芽上的冰核形成的方法，该方法包括以下步骤：将水性组合物喷洒到植物上，该水性组合物包含：至少一种材料，其选自纳米颗粒和/或微米颗粒的如下物质：i)大豆皮；ii)木屑；iii)木聚糖；和iv)木聚糖+木质素；以及至少一种表面活性剂；其中，进行喷洒步骤，使所述至少一种材料粘附到植物的芽或芽部位上；其中，所述喷洒在植物暴露于冻结温度(freezingtemperature)之前或期间进行。在一些方面，所述至少一种材料沉积在(粘附在)至少约25％的芽表面上。在其他方面，本专利技术提供了组合物，所述组合物包含：纳米级颗粒和/或微米级颗粒，所述纳米级颗粒和/或微米级颗粒是或包含至少一种植物基多糖和/或至少一种植物基芳族聚合物；以及液体载体。在一些方面，该组合物包含尺寸为约1μm至200μm(包括端值)的微米级颗粒。在其他方面，该组合物包含尺寸为约1nm至1000nm(包括端值)的纳米级颗粒。在其他方面，所述至少一种植物基多糖是纤维素、半纤维素或木聚糖。在其他方面，至少一种植物基芳族聚合物是木质素。在一些方面，微米级颗粒由大豆皮或木屑制成。在其他方面，液体载体是水或水与至少一种疏水性液体的混合物。在其他方面，疏水性液体是脂族酸、脂族醇或芳族醇，且存在量为1％至20％(包括端值)。在另一方面，组合物包含至少一种表面活性剂。在其他方面，所述至少一种表面活性剂是木质素或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。在一些方面，组合物包含：2％的木聚糖；比率为3：2的木聚糖和木质素；或2％的纳米原纤化(nano-fibrillated)的大豆壳。本专利技术还提供了防止植物或植物部位上或内部的冰核形成的方法，该方法包括将一种以上本文所述的组合物施用于植物或植物的一部分。在一些方面，植物选自果树、蔬菜作物和观赏植物。在其他方面，植物的一部分包括芽和叶中的至少一种。在其他方面，施用步骤通过喷洒进行。在其他方面，施用步骤在低于0℃的温度下进行。本专利技术还提供了植物基分散体，该植物基分散体包含0.01％至99.99％的一种以上选自下组的材料：植物基纳米纤维、纤维素、半纤维素、木质素和果胶以及水性溶剂。在一些方面，植物基分散体包含0.001％至99.99％的一种以上表面活性剂和植物提取物。在其他方面，水性溶剂包含水和增加分散体的疏水性的疏水性物质。本专利技术还提供了防止植物芽或植物组织上或内部形成冰片(icesheet)的方法，该方法包括：在形成冰片之前，将一种以上本文所述的任何植物基分散体沉积在植物芽或植物组织上。本专利技术还提供了促进暴露于或可能暴露于冻结温度的植物形成花、果实和/或活种子的方法，该方法包括：在暴露于冻结温度之前或期间，将一种以上本文所述的任何植物基分散体沉积在植物的芽和/或组织上。本专利技术还提供了防止或限制植物的芽上的冰核形成的方法，该方法包括在植物的芽或芽部位上形成非亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.防止或限制植物的芽上的冰核形成的方法，所述方法包括以下步骤：/n将水性组合物喷洒到植物上，所述水性组合物包含：/n至少一种材料，其选自纳米颗粒和/或微米颗粒的如下物质：i)大豆皮；ii)木屑；iii)木聚糖；iv)木聚糖+木质素；以及/n至少一种表面活性剂；/n其中，进行喷洒步骤，使所述至少一种材料粘附到植物的芽或芽部位上；其中，所述喷洒在植物暴露于冻结温度之前或期间进行。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180730 US 62/712,1351.防止或限制植物的芽上的冰核形成的方法，所述方法包括以下步骤：
将水性组合物喷洒到植物上，所述水性组合物包含：
至少一种材料，其选自纳米颗粒和/或微米颗粒的如下物质：i)大豆皮；ii)木屑；iii)木聚糖；iv)木聚糖+木质素；以及
至少一种表面活性剂；
其中，进行喷洒步骤，使所述至少一种材料粘附到植物的芽或芽部位上；其中，所述喷洒在植物暴露于冻结温度之前或期间进行。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一种材料沉积在至少约10％的芽表面上。


3.组合物，所述组合物包含：
纳米级颗粒和/或微米级颗粒，所述纳米级颗粒和/或微米级颗粒是或包含至少一种植物基多糖和/或至少一种植物基芳族聚合物；以及
液体载体。


4.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述组合物包含尺寸为包括端值的约1μm至200μm的微米级颗粒。


5.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述组合物包含尺寸为包括端值的约1nm至1000nm的纳米级颗粒。


6.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述至少一种植物基多糖是纤维素、半纤维素或木聚糖。


7.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述至少一种植物基芳族聚合物是木质素。


8.根据权利要求4所述的组合物，其中，所述微米级颗粒由大豆皮或木屑制成。


9.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述液体载体是水或水与至少一种疏水性液体的混合物。


10.根据权利要求9所述的组合物，其中，所述疏水性液体为脂族酸、脂族醇或芳族醇，且以包括端值的1％至20％的量存在。


11.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述组合物还包含至少一种表面活性剂。


12.根据权利要求11所述的组合物，其中，所述至少一种表面活性剂是木质素或十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。
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【专利技术属性】
技术研发人员：张潇，牟昌基，M·D·怀廷，张勤，
申请(专利权)人：华盛顿州立大学，
类型：发明
国别省市：美国;US