保护植物和农业作物免受环境条件影响的微生物制剂及制备方法及用途技术

本发明专利技术是基于微生物与其他衍生的有机成分的混合物的有机制剂，获自存在于包括智利的南极地区在内的不同极端环境的植物，用于保护植物或农业作物免受环境条件的影响，尤其针对冷应激、水应激，以及害虫和昆虫带来的植物感染。由于组成该有机制剂的微生物联合体及其衍生成分的活性，其有利于植物生长，并减少农业作物中与冷应激和水应激有关的损害。作物中与冷应激和水应激有关的损害。作物中与冷应激和水应激有关的损害。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】保护植物和农业作物免受环境条件影响的微生物制剂及制备方法及用途


[0001]本专利技术是用于保护植物和农业作物免受环境条件(包括：冷应激、干旱和虫害)影响的微生物制剂；这对于农业领域、与农业和水果业相关的微生物组研究、植物生物学及其技术发展是有用的。

技术介绍

[0002]气候变化的后果是多种多样的且正在显著地增加，农业部门受到的影响最大。
[0003]由于干旱，世界每年损失约240亿吨土壤，并且土壤退化使发展中国家的国内生产总值减少8％(FAO，ISSN 2071
‑
0992)。
[0004]如今，存在一系列被动和主动的措施来减轻霜冻造成的损害，包括来自对抗寒冷的保护性措施的物理屏障，其中突出的有：固定加热器、移动加热器、水平轴风扇、使用直升机、使用洒水装置、使用不同的抗气候材料(防紫外线、防风等)的布/网的作物保护。尽管如此，所有这些技术都是低效的、昂贵的，且所基于的技术从长远来看是不可持续的或者是中小生产者难以获得的(FAO，ISSN 2071
‑
0992)。
[0005]在此技术状态下，存在不同的工业类似物来实现这一点，例如，冬季的冷应激或由于环境条件的突然变化而对温度的突然变化敏感的作物中的冷应激，例如，文件US 6,235,683B1，提到了一种改善植物对于低于
‑
2℃温度过冷的方法，该方法涉及通过在植物中部分地形成基本连续的能够支撑水滴的疏水性膜来防止附着该植物的冰晶的形成，且其中颗粒材料具有约100微米或更小的尺寸分布，该基本连续的疏水性膜具有大约1微米至约1000微米的厚度。
[0006]另一方面，在US 6,180,562 B1中描述了一些组合物，在施用于植物表面的至少一部分时，该组合物通过在约32
°
F开始下降的环境温度范围内释放热量而具有保护植物免受冻害的效用，并且这些组合物主要含有水合聚合物凝胶的水性溶液。
[0007]在US 7,516,573 B1中，提出了一种在植物中减少冷气候损害的方法，该方法涉及以下步骤：a)在植物表面上施用足够量的颗粒物，以形成颗粒物膜，用于阻挡至少20％的到达植物表面的太阳辐射；颗粒物膜由细分的亲水性颗粒物组成，这些亲水性颗粒物选自碳酸钙和水合高岭土，并且该颗粒物膜允许植物进行气体交换；b)将植物暴露在15℃以下的温度，大约为0℃，这个温度非常低以使得能够在未处理的植物中引起植物的冷气候损害；以及，c)将带有膜的植物表面暴露于太阳辐射，其中到达植物表面的太阳辐射量被膜充分阻挡，因此，与经历类似温度暴露且随后暴露于太阳辐射的未处理的植物相比，带有膜的植物表现出较少的低温损害。
[0008]另外，EP0074718A1描述了一种方法，该方法包括可在宿主植物中引入微生物，这些微生物对冰核形成有缺陷，并使用也用于能使冰成核的本地微生物(native microorganisms)的至少一种植物营养物，以这种方式，在田间霜冻的正常条件下，大大减少了霜冻的损害。不成核的微生物可以通过特殊的选择程序获得，在天然微生物和突变体
微生物或重组微生物之间进行选择，此外，生物体可以被转化以提供其他所期望的特性。
[0009]如今，显然需要有机和可持续产品的替代品，以有效地保护作物免受寒冷气候、干旱和害虫的损害。尽管市场上有试图解决这一问题的可用技术，如使用抗菌剂(铜)、合成聚合物，但是因为这些技术要么仅部分地解决了这一问题，要么因为它们的方法是受限的进而缩小了其范围，要么只解决了这一影响全球农业企业的问题的某些方面，所以这些技术并没有有效地解决上述问题。
[0010]本专利技术的详细描述
[0011]本专利技术提供一种包含根围微生物的制剂，所述制剂包括至少一种无成冰核活性(NINA)的生物体和至少一种来自该微生物的生物聚合物，能够减少由以下因素造成的损害：冰冻和干旱，特别是避免使冰成核。制剂微生物之一是名为GPI
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1(SEQ ID No 1)的特别专有菌株，属于假单胞菌属(Pseudomonas sp.)属，其主染色体与P.fluorencens相似度大于85％，此外还检测到2个质粒的存在。我们的制剂是一种有机且天然的产品，无污染、无毒并可生物降解，保护植物和水果作物。本专利技术的生产容易规模化、有效可行且是环境可持续的。
[0012]在本专利技术更详细的描述中，该制剂包括一组不同的微生物，所述不同的微生物存在于极端环境(包括高山地形、南极和沙漠地带)的植物。
[0013]本专利技术的生产方法可以是小规模的(例如实验室)，也可以是工业规模的(例如生物反应器)。在这两种情况下，本专利技术的生产均能以高产量低成本来快速实现。
[0014]Pewman GPI
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1细菌的表征(自极端环境分离并鉴定的菌株)
[0015]GPI
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1基因组的测序显示，该菌株不含冰成核蛋白(INP)或冰结合蛋白(IBP)。INP的缺失使Pewman GPI
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1归类为NINA细菌并使其对冷应激有更大的耐受性，同时有助于降低植物根部和叶子的冰冻温度。在这种情况下，将GPI
‑
1引入植物，INP+细菌的比例，这意味着减少了与冰成核有关的组织中且以前在农业工业中所知晓的主要冷损害。(F.J.Bigras and S.J.Colombo(eds.),Conifer Cold Hardiness,(2001),89
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120；Lindow Plant Physiology(1982),70,1084
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1089)。
[0016]GPI
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1菌株在葡萄糖、工业甘油和粗甘油中生长，使用甘油作为唯一碳源的作物有利于生物质的产生，并且其使用粗甘油作为碳源的能力降低了来自该菌株的生物质和衍生的生物产品的生产成本。
[0017]此外，GPI
‑
1菌株在具有类似麦芽糊精结构的碳源(乳糖、麦芽三糖、麦芽糖、木糖等)中不能生长。在与Krebs循环相关的分子和氨基酸的存在下，以及在可选自包括但不限于以下项列表的碳源上，它可以正常生长：阿拉伯糖、N
‑
乙酰葡萄糖胺、琥珀酸盐、半乳糖、天冬氨酸、脯氨酸、丙氨酸、海藻糖、甘露糖、葡萄糖
‑6‑
磷酸盐、苹果酸盐、核糖、鼠李糖、果糖、乙酸盐、葡萄糖、胸苷、谷氨酸盐、山梨醇、岩藻糖、葡萄糖酸。
[0018]GPI
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1产生生物聚合物类型(胞外多糖或EPS)和挥发性类型的有机成分，包括：二甲基二硫化物、1
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壬烯、1
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十一烷醇、2
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十一烷酮、2
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戊烷、3
‑
甲基
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丁醛、甲基二硒化物、2
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庚烷、2
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壬酮、1
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十一烷醇、2
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十一烷酮，其中上述两种类型有机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于保护植物和农业作物免受对其生长不利的环境条件影响的制剂，其特征在于因为所述制剂至少包括：a.无冰成核活性(NINA)的微生物，其分离自存在于包括南极地区在内的极端环境中的植物的根围，能够在碳水化合物和/或碳基基质的存在下生长，并且对包括水分应激、冷应激在内的环境应激有抵抗力；b.源自微生物的有机成分；c.用于溶解所述微生物和源自所述微生物的有机成分的介质；和d.稳定剂。2.权利要求1所述的制剂，其特征在于因为所述微生物可选自包括以下项的列表：来自所述根围的对所述极端条件具有抵抗力的无冰成核活性且无IBP基因的微生物、NINA细菌、无冰成核活性的重组微生物、NINA细菌分离物、抗极端条件和冷应激的根围分离物、假单胞菌(Pseudomonas)NINA菌株，以及在从包括极端条件下的环境的不同物种植物的根围样本中分离出的无冰成核活性的任何其他微生物。3.权利要求2所述的制剂，其特征在于因为所述制剂含有至少105至108FCU/ml之间的总微生物。4.权利要求2所述的制剂，其特征在于因为所述微生物属于假单胞菌(Pseudomonas)属并缺少冰成核活性。5.权利要求2所述的制剂，其特征在于因为所述微生物是分离的菌株并鉴定为GPI
‑
1(SEQ ID No 1)，并且其中这一菌株包括独特诱导机制、生产并分泌高浓度的至少一种生物聚合物和至少一种挥发性物质，这两种保护性产品响应于包括冷应激在内的环境应激。6.权利要求1所述的制剂，其特征在于因为所选择的微生物在包括以下项的经济型碳源中生长非常好且是环境可持续的：葡萄糖、工业甘油、粗甘油和源自生物柴油工业废弃物的任何其他碳源。7.权利要求6所述的制剂，其特征在于因为所述微生物使用碳源呈现出不同的生长，其中当使用麦芽糊精类似结构的碳源时，该生物体不呈现出生长，所述麦芽糊精类似结构的碳源包括但不限于：乳糖、麦芽三糖、麦芽糖、木糖；并且其中，在使用包括以下项列表的碳源时，该生物体呈现出生长：阿拉伯糖、N
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乙酰葡萄糖胺、琥珀酸盐、半乳糖、天冬氨酸、脯氨酸、丙氨酸、海藻糖、甘露糖、葡萄糖
‑6‑
磷酸盐、苹果酸盐、核糖、鼠李糖、果糖、乙酸盐、葡萄糖、胸苷、谷氨酸盐、山梨醇、岩藻糖、葡萄糖酸。8.权利要求7所述的制剂，其特征在于因为所述微生物在与Krebs循环相关的分子和氨基酸的存在下正确地生长。9.权利要求8所述的制剂，其特征在于，所述微生物在存在甘油的情况下以与所述介质中的甘油的量成比例地分泌胞外多糖(EPS)。10.权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述有机成分是由所述制剂的微生物所生产并分泌的生物聚合物，其中所述制剂中的所述生物聚合物的浓度在1至100mg/L之间。11.权利要求10所述的制剂，其特征在于，所述生物聚合物对应于类似于麦芽糊精的高分子量糖类聚合物，在微生物和包括细菌和植物在内的多细胞生物体中具有低温保护能力。12.权利要求1和9所述的制剂，其特征在于，所述有机成分是由所述制剂中微生物所分
泌的生物聚合物制成的纳米颗粒，其中所述纳米颗粒的尺寸在50至500nm之间。13.权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述有机成分是生产自或源自本发明的至少一种微生物的挥发性有机物质，本发明的至少一种微生物相对于不利的环境条件对植物具有保护能力，所述不利的环境条件包括：水分应激、低温、冷冻和虫害。14.本发明13的制剂，其特征在于因为所述挥发性有机物质可选自包括以下项的列表：二甲基二硫化物、1
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壬烯、1
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十一烷醇、2
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十一烷酮、2
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戊烷、3
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甲基
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丁醛、甲基二硒化物、2
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庚烷、2
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壬酮、1
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十一烷醇、2
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十一烷酮、由所述制剂的微生物生产的任何其他挥发性物质，及它们的组合。15.权利要求1所述的制剂，其特征在于，其包括所述制剂的至少两种成分：i)所述微生物，ii)所述有机成分；其中所述微生物对应于GPI
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1，并且其中所述有机成分对应于由GPI
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1分...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟，
申请(专利权)人：佩曼创新股份公司，
类型：发明
国别省市：