植物种植方法技术

本发明专利技术涉及用于提高植物产量的方法，该植物种植在会在所述植物中导致周期性氧化应激的条件下，所述方法包括使幼苗、组织培养物或小植株长成为植物的步骤，还包括如下步骤，即调控所述植物或所述植物的生长环境，使得能够在所述植物的个体发育早期有意识地抑制因所述周期性氧化应激而造成的所述植物中的呼吸和／或蛋白质周转速率的增长。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作物生产领域。更具体地，本专利技术涉及种植植物的方法和提高作物种 植区的作物平均年产量的方法。本专利技术还涉及用本专利技术方法生产的具有增大的产量的植 物，以及包括有用于控制大气中活性氧类物质含量的装置的温室。
技术介绍
预计在未来20年内，全球小麦、水稻、玉米和其他主要谷物的需求量将稳步上升。 除了作为食物来源外，这种需求量会由于采用生物方法来生产植物燃料和化学品的增长而 也将上升。通过增加土地使用来提高生产以满足该需求的可能性不大；尽管较好的作物管 理会带来些许作用，但是大部分农业专家认为，该预期缺口必须通过提高作物产量来弥补。现代的作物生产管理系统制成定能优化会影响作物产量的每一项要素。水分和养 分的可利用性管理以及病虫害防治是所有大田作物农业生产计划中的标准项目。对于温室 作物来说，还可优化CO2、光照和温度的可利用性。因此，大多数作物目前都是在表面上看来 为最佳的条件下生产的。虽然有些偏差被认为是“自然的”，但实际生产效率仍然只能达到 理论最大值的一小部分。事实上，大多数作物在大田中所能达到的年均效率水平往往低于 特殊年份所能达到的最高水平的一半。造成这种差别的原因并没有被正确的理解。因此， 有必要进一步认识和优化生物生产效率。植物的生物质产量取决于植物的净固碳效率。这种效率受控于光合作用导致的与 CO2固定相关的碳增长率，以及呼吸作用导致的与(X)2排放相关的碳损失率。虽然总光合作 用随温度上升而增强，并且呼吸作用也是如此，但是光合作用速率在约25°C时最佳的光合 酶1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶的作用下趋于平稳，在高于这个温度时呼吸作用继 续迅速上升，大约每10°C增加一倍Oiltl通常为2倍)。在温度高于约35°C左右(至少对于 C-3类物质而言)时，产生的全部糖都用于支持呼吸。在温度高于35°C时，植物呼吸消耗的 糖比它们产生的糖多，这会导致植物衰败并最终死亡。因此如果想要优化生产，就必须考虑 净光合作用(能源化合物的产量减去包括光呼吸作用在内的其呼吸所消耗的)。如前所述， 改善碳平衡的传统方法以提高总光合速率为目的。虽然呼吸速率与温度之间的关系是众所 周知的，并且已知呼吸会随蛋白质周转和维持需求而变化，然而通常认为基础呼吸速率是 相对固定的。在其生命周期中，植物会经历大量的受控于基因表达改变的生理、生化和形态上 的变化。然而，植物的形态发生能力是遗传因素和环境因素的函数，其中温度和光照条件的 影响似乎最大。已经知道，描述植物从种子发芽到发育成熟的总形态发生过程会影响植物 生产的诸因素，例如植物在遭受叶落或草食性动物侵害后的补偿程度。而且，众所周知，在 个体发育早期影响作物生长的诸因素往往会产生一些变化，其影响会延续到整个季节，并 可能导致经济产量明显改变。研究认为，这是表观遗传因素的结果，其中DNA-甲基化是最 广为人知的一个。植物个体发育包括植物株型、库容以及针对不同功能(如存储、防御、繁 殖)的资源分配的生长发育变化。对于木本类植物而言，植物年龄的增长与资源分配模式 的变化相关，这是因为碳/养分平衡、库容以及水和养分的摄取通常会增加，而根茎比、生长速度、光合作用、气孔导度、激素生产以及代谢活性通常会下降。此外，幼年和成年乔木之 间的形态差异包括叶形、叶序、茎向、季节性留叶、不定根的存在以及比叶重的变化。但是，还不知道作物产量是否一般都会受个体发育过程的影响，或者影响作物个 体发育早期的因素是否会产生能延续到植物的整个生命过程的变化。很多种类的植物会释放出异戊二烯O-甲基-1，3-丁二烯)。异戊二烯的释放通 常会消耗很大比例的在光合作用过程中所固定的碳。植物中的异戊二烯释放的作用尚不完 全清楚。有人提出这是起到防护热应激的作用。的确，某些植物中的异戊二烯释放呈现出依 赖于植物生长温度的温度响应模式。也发现其他烯烃会提高叶片的耐热性。还有人提出， 异戊二烯能提供针对应激条件的更全面保护，特别是针对(光)氧化应激，它最近被证实可 以保护叶片防止臭氧损伤。烯烃如异戊二烯与单态氧、臭氧和OH自由基的反应能力是众所 周知的，异戊二烯的释放已被认为是一种臭氧净化器。因此，虽然植物中的叶片温度和异戊 二烯释放之间的相互关系是众所周知的，然而对植物来说非常珍贵的异戊二烯释放的生理 学作用仍存争议。还有，维生素C即抗坏血酸盐是公认的保护植物免受氧化应激、如臭氧应激的因 子。此外，已经提出酒石酸和番茄红素(一种含8个异戊二烯单元的四萜烯)可作为植物 源性抗氧化剂。然而，用于防护应激条件的方法如何能够有利地用于提高所述植物的收率还是不 明白。因此，不管是否存在对植物生存来说是必须的减产处理，都需要有表现出提高的收率 的方法和植物。
技术实现思路
本专利技术人现已发现，基础呼吸速率、特别是总暗呼吸中的AOX成分在植物个体发 育的早期便固定下来。事实上，本专利技术人发现，在植物个体发育早期的氧化应激会导致植物 在其剩余生长寿命中具有较高的基础呼吸速率。虽然在成熟植物中呼吸速率会响应于环境 条件的改变而暂时性增大，但是它将恢复到发育早期时最终固定下来的速率值。这一发现在巴西得以证实，在那里每年的甘蔗燃烧会导致大气中的臭氧的暂时性 高浓度。结果发现，在臭氧浓度最低的时期种植的植物一致表现出高产量，而在个体发育早 期存在这些不利条件的时期种植的植物则一致表现出低产率。因此，基于这些发现专利技术人认为，在个体发育早期能够抵抗环境臭氧的不良影响、 或者以任何方式防止了这些不良影响的植物表现出很高的产量(以干物质含量计)。在个体发育早期植物会根据其生命中的那个时期占优势的条件来确定默认呼吸 速率。例如由于组织损伤增加所致的蛋白质周转的增加会导致更高的呼吸速率。已经发现， 这一过程在个体发育早期实质上是单向的基础呼吸速率只上升，但不下降。结果，暴露于 不利条件、诸如会导致叶片损伤和在个体发育早期呼吸速率增加的高臭氧浓度下的植物将 在其整个生命过程中基本上保持较高的基础呼吸速率，或者至少持续一段很长时间。因此， 这种植物将呈现出较低的净产量，但是要呼吸同样多的碳。本专利技术人现已发现，尤其是在其生命过程中的某一早期阶段中在有防臭氧化合物 存在的条件下生长、并可因此被保护不受臭氧影响(即氧化应激)的植物显示出在生物质 产率方面有明显提高，此外还具有更高的抗病性。防臭氧化合物的存在可通过在温室中提供特定的气候条件、或是通过在植物的附近例如由微生物或植物自身产生这些化合物来 实现。本专利技术人发现，植物附近或者转基因植物内的防臭氧化合物的浓度或释放速率必须 能够使得基础呼吸速率、特别是其AOX成分不会因为暴露于臭氧下而升高。对于异戊二 烯来说，这至少可在植物的个体发育早期实现，其中在30°C下植物的异戊二烯释放至少为 20nmol. m_2. s—1。还存在其他一些可避免基础呼吸速率、特别是其AOX成分增大的适当的最 低释放速率，例如 5 μ g/g (干重)/h,以及 0. 03 μ g/cm2/h 或 1. 25nmol. m_2. s-1。线粒体电子传递链包括两个途径细胞色素途径和交替氧化酶(AOX)途径。在 植物中，热应激以及这里考虑的干旱应激、温度应激、辐射应激和盐应激诱导细胞色素 C(Cyt-C)从呼吸链中释放出来，这继本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种提高植物产量的方法，其中所述植物种植在会在所述植物中导致周期性氧化应激的条件下，所述方法包括使幼苗、组织培养物或小植株长成为植物的步骤，还包括如下步骤，即调控所述植物或所述植物的环境，使得能够在所述植物的个体发育早期有意识地抑制因所述周期性氧化应激而造成的所述植物中的呼吸和／或蛋白质周转速率的增长。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃德温·亨利克斯·安东尼厄斯·霍尔曼，
申请(专利权)人：埃德温·亨利克斯·安东尼厄斯·霍尔曼，
类型：发明
国别省市：NL