增強植物對環(huán)境應(yīng)激的抗性和耐受性的n-乙酰半胱氨酸酰胺(nac酰胺)的制作方法

專利名稱:增強植物對環(huán)境應(yīng)激的抗性和耐受性的n-乙酰半胱氨酸酰胺(nac酰胺)的制作方法
增強植物對環(huán)境應(yīng)激的抗性和耐受性的
N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺) 發(fā)明領(lǐng)域
本發(fā)明一般涉及采用環(huán)境安全抗氧化劑處理植物或農(nóng)作物，使 其對各種環(huán)境應(yīng)激包括但不限于植物害蟲、病原體、惡劣氣候、土 壤、生長和生存條件更具有抗性和耐受性。
發(fā)明背景
象大多數(shù)有生命的有機體一樣，植物經(jīng)受生物和非生物的各種 環(huán)境應(yīng)激和攻擊。生物應(yīng)激包括害蟲如昆蟲、蜘蛛(amchnids)和線蟲 (nematodes)以及病原體如纟田菌、病毒、真菌禾口支原體(mycoplasms)。 非生物應(yīng)激包括極端的溫度和氣候條件，如干旱、霜凍、雨水過多、 潮濕和炎熱。每年這些應(yīng)激引起農(nóng)作物生產(chǎn)損失或減產(chǎn)，導(dǎo)致價值 數(shù)十億美元的植物損失。因此，控制此類應(yīng)激對有價值的植物和農(nóng) 作物的不利影響受到經(jīng)濟和環(huán)境兩個方面的關(guān)注。
自第二次世界大戰(zhàn)以來，保護植物免受環(huán)境中生物和非生物應(yīng) 激因素影響的控制措施主要利用合成的毒性化學(xué)藥品如農(nóng)藥。每年 使用的農(nóng)藥已經(jīng)增加至超過544百萬千克。但是，市場上農(nóng)藥價格
昂貴，所以廣泛使用的費用高。而且，因為農(nóng)藥在環(huán)境中持續(xù)存在 及其潛在毒性，所以它們對動物和人具有不斷增加的健康風(fēng)險。
與農(nóng)藥使用有關(guān)的相關(guān)的經(jīng)濟成本和健康風(fēng)險已經(jīng)引起人們不 斷增加對保護植物和農(nóng)作物的^齊代策略的關(guān)注。 一個這樣的替代策
略是探索和研發(fā)使植物增加其自身防御機制的方法。為此，已從分 子上將植物經(jīng)基因工程改造為表達(dá)對大多數(shù)害蟲、農(nóng)藥和環(huán)境應(yīng)激 具有抗性的蛋白質(zhì)、酶和多肽。
已知某些應(yīng)激性刺激將增加植物對病原體的抗性有一段時間
了 。例如，在1940年，Muller和Borges發(fā)現(xiàn)植物抗毒素。(Muller, K.O. 和Borges， H. Arb, Biol. Reichsanst Land-u Forstwiss. 23:189-231 (1940))。植物抗毒素的發(fā)現(xiàn)從生物化學(xué)角度解釋了植物中所觀察到 的可誘導(dǎo)的防御反應(yīng)。后來已經(jīng)顯示暴露于各種生物或非生物應(yīng)激(即 外部誘引劑(exo-elicitors))將導(dǎo)致植物合成和蓄積植物抗毒素。這些 植物抗毒素發(fā)揮拒食劑和抗生素特性，其對植物有保護作用并轉(zhuǎn)而 對真菌、細(xì)菌、較高級的-植物細(xì)胞、還有動物細(xì)胞有毒。(J. Ebel，
Phytoalexin Synthesis: The Biochemical Analysis of the Inductive Process: Ann. Rev. Phytopathol, 24:235-64, 1986)。除了植物抗毒素之外，這些
外部誘引劑還誘導(dǎo)其它化學(xué)防御機制，如蛋白酶抑制劑和模擬激素 (hormone mimics)。
已經(jīng)研究的生物外部誘引劑包括大雄疫霉菌大豆變種 (Phytophthora megasperma var. sojae)(一種真菌)(Klarman, W.L., Netherlands Jour. Plant Pathol， 74:171-175 (1968); Chamberlain, D.W.和 丄D. Paxton, Phytopathology, 58:1349-1350 (1968》；黃瓜才艮結(jié)線蟲 (Meloidogyne incognita)(—種纟戈蟲)，(Kaplan, D.等，Physiol. Plant Pathol., 16:309-318, 1980); 丁香假單胞菌大豆致病變種(Pseudomonas syringae pv. glycinea)(—種細(xì)菌)(Holliday， M.J.等，Physiol. Plant Pathol.， 18:279-287， 1981);幾種昆蟲(Kogan， M.和J. Paxton,在P. A. Hedin (編輯)，Plant Resistance to Insects, Amer. Chem. Soc, Wash., D. C. 1983);蕁麻葉螨(Tetranychus urticae)(—種螨)(Hildebrand, D.F.等， Jour. Econ. Entomol., 79:1459-1465, 1986);和墨西哥豆瓢蟲(Epilachna varivestis)(一種昆蟲)(Chiang, H.S.等，Jour. Chem. Ecol., 13:741-749, 1987)。
雖然在實驗中已經(jīng)顯示此類生物外部誘引劑可增加植物抗性， 但它們可能本身就是植物的害蟲或病原體。而且，在最佳環(huán)境下將 難以大規(guī)模生產(chǎn)在實際應(yīng)用所需濃度下仍發(fā)揮均一活性的生物外部
誘引劑，而且費用昂貴。因此，目前生物外部誘引劑不是有毒農(nóng)藥 的令人滿意的替代品。
非生物外部誘引劑也從以下物質(zhì)被鑒別出來殺真菌劑和殺真
菌的分解產(chǎn)物(Reilly, J丄和W.L. Klarman, Phytopathology, 62:1113-Ul5, 1972)。代森錳、乙二胺、聚乙烯(硫代氨曱?；?一硫化物(PTM) 和苯菌靈是此類殺真菌劑的代表。紫外線照射對大豆有效(Bridge, M. A.和W丄.Klarman, Phytopathology, 63: 606-609, 1973)。其它非生物 外部誘引劑包括氯化汞(Moesta, P.和H. Grisebach, 286:710-711, 1980);三氟羧草醚和氧氟吩除草劑(Komives, T.和J. E. Casida, Jour. Agric. Food Chem.， 31:751-755, 1983); 二硫蘇糖醇(DTT)， N-乙基馬 來酰亞胺(NEM)，對羥基汞基苯曱酸(PHMB)和對氯汞苯甲酸(PMBS) (Stoessel, P. Planta, 160:314-319, 1984);和葡聚糖分子(Grisebach, H. 等，UCLA Symp. Mol. Cell Biol" Ser. 22: 275-290, 1985)。不幸的是， 這些實驗性的、非生物外部誘引劑在環(huán)境中持久存在，且對植物和 動物生物機體都有毒。因此，雖然可用于研究，但這些化合物和物 質(zhì)不能避免或減少有毒農(nóng)藥已經(jīng)存在的問題。
出于農(nóng)業(yè)及相關(guān)努力的目的，需要用各種外源性化學(xué)物質(zhì)處理 植物。本文定義的外源性化學(xué)物質(zhì)是天然或合成得到的化學(xué)物質(zhì)， 其被施用于植物是為了將該物質(zhì)傳遞至植物內(nèi) 一處或多處 > 在那里 物質(zhì)表現(xiàn)出一些需要的生物活性。外源性化學(xué)物質(zhì)的實例包括但不 限于化學(xué)農(nóng)藥(如除草劑、滅藻劑、殺真菌劑、殺菌劑、殺病毒劑、 殺蟲劑、殺螨劑、殺線蟲劑和殺軟體動物劑)、植物生長調(diào)節(jié)劑、月巴 料和營養(yǎng)素、殺配子劑、脫葉劑、干燥劑及其混合物等。
許多外源性化學(xué)物質(zhì)或制劑被施用于植物葉面(即葉子和通常在 地面上的植物的其它非木質(zhì)部分)，在或者接近或者遠(yuǎn)離應(yīng)用部位的 植物中具有作用位點。此類物質(zhì)或制劑被稱為葉面施加的外源性化 學(xué)物質(zhì)。優(yōu)選充分和有效地施加或傳遞外源性葉面施用的物質(zhì)或制 劑，以便達(dá)到植物內(nèi)的作用位點，在那里外源的物質(zhì)或制劑的生物 效應(yīng)可以在植物中被利用和發(fā)4軍作用。理想的是，隨時間的推移， 使該物質(zhì)或制劑的施用率降低，同時不影響生物學(xué)功效的連貫性。 減少農(nóng)藥特別是除草劑使用對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的壓力在關(guān)于該主題的專題
報告會中得到證實，如Symposium of the Weed Science Society of America, 1993,發(fā)表于Weed Technology, 8:331-386 (1994)。減少使
用率不僅有利于環(huán)境，而且也;f艮經(jīng)濟，因為處理單位面積的成本降低。
已經(jīng)描述包含化學(xué)增效劑的除草劑組合物包含化學(xué)增效劑，推 測化學(xué)增效劑可通過影響植物的代謝過程增強除草劑的有效性。此
類化學(xué)增效劑包括6-千氨基噤呤、赤霉酸和2-氯乙基膦酸，已知它
們本身都具有植物生長調(diào)節(jié)活性。例如，已經(jīng)報道如果在用草甘膦 除草劑組合物之前的某一時間^j尋赤霉酸施用于生長的植物，可增加
草甘膦的除草有效性。然而， 一些增效劑如6-節(jié)氨基噤呤、赤霉酸 和2-氯乙基膦酸的使用受到限制，因為必須在應(yīng)用除草劑之前幾天 或者甚至幾周內(nèi)施用增效劑。其它增效劑雖然能夠與除草劑同時使 用，但只在高濃度，如外源性化學(xué)物質(zhì):增效劑重量比為1:1或2:1時 有效。
一種增強外源性化學(xué)物質(zhì)(特別是除草劑)葉面施用組合物的生物 學(xué)功效的可靠性的廣泛使用的方法，是將含銨鹽如硫酸銨的增強劑 加入要施用的組合物內(nèi)。雖然眾所周知實施這種方法不保證每次使 用都可增強生物學(xué)功效；但是該方法費用低，意味著即使生物學(xué)功 效僅僅增強了很小的比例，例如l/5次有效，也仍然是值得的。
為了與增強劑聯(lián)合將物質(zhì)局部或者提供至植物或農(nóng)作物的葉面 上，優(yōu)選以低使用率使用物質(zhì)和增強劑，但同時發(fā)揮局部或葉面施 用的外源性物質(zhì)的功效可靠性。外源性化學(xué)物質(zhì)的生物學(xué)功效取決 于該物質(zhì)被傳遞入植物的活細(xì)胞或組織內(nèi)。因此，用低比率的增強 劑刺激植物的各種生物學(xué)過程。(參見如Sampson的美國專利號 4,436,547)。該專利公開可用于改善農(nóng)藥作用的添加劑。此類添加劑
可包括碳水化合物源或有機酸以供應(yīng)可代謝的能量或者作為氨基酸
和核苷酸的前體；刺激代謝過程的維生素或輔酶；刺激核酸合成的 核酸前體；作為生長過程所需分子的前體的脂肪酸(或者可由其降解 的脂肪或油)；作為蛋白質(zhì)合成的結(jié)構(gòu)單位的氨基酸；和天然存在的 植物生長調(diào)節(jié)劑，其以使施用的農(nóng)藥或其它物質(zhì)更有效的方式影響 代謝。在除草劑的情況下，該專利公開"通過刺激所用化學(xué)物質(zhì)的 生長和吸收，可能增強一些除草劑，特別是除去生長時間更長的雜 草的活性。"可增強葉面施用的外源性化學(xué)物質(zhì)的生物學(xué)功效的其 它物質(zhì)包括使用蒽醌化合物作增強劑。(R.J. Brinker等的美國專利號 6,172,004)。
在植物中，氧化應(yīng)激由各種環(huán)境因素誘發(fā)，包括紫外線照射應(yīng) 激、病原體入侵(高敏性入侵)、除草劑作用、氧和營養(yǎng)缺乏。植物細(xì) 胞中的缺氧導(dǎo)致以下三種生理學(xué)上的不同狀態(tài)暫時低氧、缺氧和 再次充氧(reoxygenation)。 (0. Blokhina等，2003, Ann. Bot. (London), 91:179-194)?；钚匝跷镔|(zhì)(ROS),即過氧化氫和過氧化物作為低氧和 再次充氧的結(jié)果而產(chǎn)生。脂質(zhì)(膜內(nèi)不飽和脂肪酸的過氧化物)、蛋白 質(zhì)(變性)、碳水化合物和核酸是對自由基損傷敏感的主要細(xì)胞成分。 缺氧誘發(fā)氧化應(yīng)激的后果取決于組織和/或物種對缺氧的耐受性；取 決于膜的特性；取決于內(nèi)源性抗氧化劑含量；和取決于誘發(fā)抗氧化 劑系統(tǒng)反應(yīng)的能力。植物的抗氧化劑系統(tǒng)包括低分子量抗氧化劑， 如抗壞血酸、谷胱甘肽(GSH)和生育酚；再生還原型抗氧化劑的酶以 及ROS相互作用酶如SOD、過氧化物酶和過氧化氬酶?？寡趸瘎┏?協(xié)同網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用，其中已知抗壞血酸與GSH之間、抗壞血酸與酚 類化合物之間的一系列氧化還原反應(yīng)和相互作用。(O. Blokhina等， 2003， Ann. Bot. (London), 91:179-194)。然而，還已知在缺氧應(yīng)激下， 植物系統(tǒng)的抗氧化劑不總是能夠或有效地增強植物細(xì)胞的抗氧化劑 防御作用。因此，植物的天然抗氧化劑狀態(tài)可能不足以清除ROS化 合物，并保護植物免受缺氧及其它環(huán)境應(yīng)激的傷害。 本領(lǐng)域需要的是包含或不包含上述增強劑的安全和經(jīng)濟地處理 植物的新化合物和方法，以保護植物抵抗不利的環(huán)境應(yīng)激和通常能 夠?qū)χ参锉旧淼目寡趸瘎┫到y(tǒng)產(chǎn)生不利影響的物質(zhì)。此類化合物和 方法應(yīng)優(yōu)選是本身安全的，施用后在環(huán)境中不會殘留太久，且容易 和/或易于以農(nóng)業(yè)上方便的大小規(guī)模施用于植物和農(nóng)作物。
發(fā)明概述
本發(fā)明提供抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)或其生理 學(xué)上可接受的衍生物、鹽或酯局部或外源性施用于植物或其部分， 以減少或預(yù)防植物和農(nóng)作物對環(huán)境的生物和非生物應(yīng)激如極端的溫 度、干旱、潮濕、霜凍、暴雨以及各種害蟲和病原體的存在或入侵 的不利反應(yīng)的用途。此類環(huán)境應(yīng)激可引起植物細(xì)胞中的氧化應(yīng)激和 自由基的相關(guān)產(chǎn)物的產(chǎn)生(和積聚)。NAC酰胺減少、預(yù)防、緩和或 者拮抗這種氧化應(yīng)激和自由基的產(chǎn)生，所述氧化應(yīng)激和自由基的產(chǎn) 生導(dǎo)致對植物總體生長和生存能力的損害。
用于本文的NAC酰胺是生物可降解的非農(nóng)藥、無毒性和與環(huán)境 相容的抗氧化劑。使用NAC酰胺可避免使用有毒農(nóng)藥通常帶來的問 題，同時實現(xiàn)對環(huán)境應(yīng)激、害蟲和病原體明顯的實際控制。將有效 量的NAC酰胺作為環(huán)境安全的抗氧化劑施用予植物或農(nóng)作物表面引 出植物或農(nóng)作物中的系統(tǒng)和保護效應(yīng)，其類似于加強、支持、增強 或增大植物或農(nóng)作物的生理防御機制。因此，對一部分植物或農(nóng)作 物的處理引出整個植物的防御或保護效應(yīng)。通過將水溶性NAC酰胺 單獨或者與 一種或多種本文描述的增強劑或其它抗氧化劑化合物聯(lián) 合和/或分散在非反應(yīng)物的膜滲透載體中給予，可促進NAC酰胺引起 防雄卩效應(yīng)的功效。
本發(fā)明一方面提供通過將含NAC酰胺抗氧化劑的組合物給予植 物和農(nóng)作物以保護植物和農(nóng)作物免受環(huán)境極限條件傷害的方法。NAC 酰胺為水溶性的，并由外部給予，例如通過噴灑給藥或者局部施藥。
為了本發(fā)明的目的，可將NAC酰胺組合物或制劑用已知或者新開發(fā) 的設(shè)計用外源性藥物處理植物和農(nóng)作物的裝置、設(shè)備和機器施藥。 還包括空中噴藥。
本發(fā)明另一方面提供環(huán)境安全和有效的含NAC酰胺組合物處理 植物以控制植物害蟲和病原體的用途。在相關(guān)方面，本發(fā)明提供控 制植物害蟲和病原體的方法，其用含NAC酰胺的組合物處理植物， 其中該方法很容易使用和制備并且經(jīng)濟合算。
本發(fā)明又一方面提供用于噴灑或局部施用于植物和植物葉面的 含NAC酰胺的水溶性組合物或制劑，其被吸收入植物內(nèi)，并且防護 和/或使植物耐受過度炎熱(干旱)、潮濕、暴雨(洪水、降雪)、霜凍、 水雹、鹽度、礦物質(zhì)、害蟲和病原體中的一種或多種。
本發(fā)明另 一方面提供單獨或者與 一種或多種增強劑聯(lián)合給予外 源性抗氧化劑，NAC酰胺或其衍生物、鹽或酯處理植物的方法，該 方法包括以下步驟(a)將含NAC酰胺或其衍生物、鹽或酯的組合物 施用于植物表面或葉面；和(b)將生物學(xué)有效量的含NAC酰胺組合物 施用于相同表面或葉面。當(dāng)使用增強劑時，該物質(zhì)的用量基本無植 物毒性，如至少約0.25 g/ha,其基本不拮抗或抑制NAC酰胺的生物 學(xué)功效。
在另一方面，本發(fā)明提供增加植物對生物或非生物環(huán)境應(yīng)激的 抗性或耐受性的方法，該方法包括將有效誘導(dǎo)植物的所述抗性或耐 受性的量的植物N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)給予所述植物表面
的步驟。
在另一方面，本發(fā)明提供增加植物對一種或多種害蟲、病原體 或非生物環(huán)境應(yīng)激的抗性或耐受性的方法，該方法包括將有效增加 植物抗性或耐受性的量的含N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)的溶液 噴灑在植物的地面以上部分的步驟。
在再一方面，本發(fā)明提供增加植物對一種或多種害蟲、病原體 或非生物環(huán)境應(yīng)激的抗性或耐受性的方法，該方法包括將足以增加植物抗性或耐受性的量的N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)施用于植
物莖部的步驟。
在又一方面，本發(fā)明提供單獨或與 一種或多種增強劑聯(lián)合使用
外源性N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)或其衍生物、鹽或酯處理植 物或農(nóng)作物的方法，該方法包括以下步驟(a)將含NAC酰胺或其衍 生物、鹽或酯的組合物施用于纟直物或農(nóng)作物的表面或葉面；和(b)將 生物學(xué)有效量的含NAC酰胺組合物施用于相同植物或農(nóng)作物的表面 或葉面。在相關(guān)方面，NAC酰胺為水溶性的。在又一個相關(guān)方面， 步驟(a)的組合物包含基本無植物毒性量的增強劑，該劑量基本不拮 抗或抑制NAC酰胺的生物學(xué)功效。
在另一方面，本發(fā)明提供方法和組合物，其中NAC酰胺補充由 已經(jīng)受或暴露于環(huán)境和生理應(yīng)激的植物產(chǎn)生的GSH。根據(jù)這方面， 提供NAC酰胺可使植物經(jīng)受住先前無法抵抗的應(yīng)激。在相關(guān)方面， 提供NAC酰胺使轉(zhuǎn)基因植物可在自然環(huán)境中存活和茁壯成長。
在另一方面，本發(fā)明提供將NAC酰胺供應(yīng)給正缺氧或者已經(jīng)缺 氧的植物的方法。在這方面，可預(yù)防或抵抗活性氧物質(zhì)的產(chǎn)生或積 聚。
在另 一方面，本發(fā)明提供NAC酰胺與水楊酸-結(jié)合蛋白2 (SABP2) 相互作用，它們一起可加強、支持、增強或增大植物的天然防御和 免疫系統(tǒng)，以保護和使植物抵^f卸環(huán)境、生理和氧化應(yīng)激和損傷。在 相關(guān)方面，NAC酰胺可用作植物激素或細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外信使，以保 護、加強、支持、增強或增大植物的天然防御和免疫系統(tǒng)，保護和 使植物抵御本文描述的各種環(huán)境的、生理的和氧化的應(yīng)激和損傷。
在另一方面，本發(fā)明提供一種方法，該方法包括用NAC酰胺增 加一種或多種種子、果實、植物或其它植物相關(guān)產(chǎn)品例如紙漿中抗 氧化劑或植物化學(xué)物質(zhì)(phytochemicals)的含量或數(shù)量。根據(jù)這方面， 該方法將使植物、種子、果實或植物產(chǎn)品對于動物和人的消費更加
健康，并且更加經(jīng)濟和在商業(yè)上更加有用，如每英畝乙醇產(chǎn)量更高 或者收成更高或有用的糧食產(chǎn)量更高等。
從下文的詳細(xì)描述和實施例中將更清楚本發(fā)明提供的其它方 面、特征和優(yōu)點。
發(fā)明詳述
本發(fā)明涉及有效的、環(huán)境安全的抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸酰胺 (NAC酰胺)單獨或者與另一種制劑聯(lián)合的用途，使植物對環(huán)境應(yīng)激 更具有抗性或耐受性。
谷胱甘肽N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)，即N-乙酰半胱氨酸 (NAC)的酰胺形式，是一種新的低分子量硫醇抗氧化劑和Cu2+螯合 劑。NAC酰胺充當(dāng)自由基清除劑的角色為抗細(xì)胞損傷提供保護作用。 在哺乳動物紅細(xì)胞(RBCs)中，已顯示NAC酰胺可抑制紅細(xì)胞內(nèi)叔丁 基羥基過氧化物(BuOOH)誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)氧化以及延緩BuOOH誘導(dǎo)的 硫醇耗竭和血紅蛋白氧化。外部施用NAC酰胺對硫醇耗竭的RBCs 的恢復(fù)作用明顯大于采用NAC所發(fā)現(xiàn)的。與NAC不同，NAC酰胺 防止血紅蛋白氧化。(L. Grmberg等，F(xiàn)ree Radic Biol Med.， 2005 Jan 1， 38(1): 136-45)。在無細(xì)胞系統(tǒng)中，顯示NAC酰胺與氧化型谷胱甘肽 (GSSG)反應(yīng)，產(chǎn)生還原型谷胱甘肽(GSH)。 NAC酰胺很容易穿透細(xì) 胞膜，補充細(xì)胞內(nèi)GSH,并且通過加入細(xì)胞的氧化還原機制內(nèi)，防 止細(xì)胞氧化。因為NAC酰胺的中性羧基，所以它具有增強的親油性 和細(xì)胞滲透性。(參見如D. Atlas等的美國專利號5,874,468)。 NAC 酰胺在跨細(xì)胞膜以及血腦屏障方面也優(yōu)于NAC和GSH。
NAC酰胺可直接或間接在許多重要的生物學(xué)現(xiàn)象中發(fā)揮作用， 包括合成蛋白質(zhì)和DNA、轉(zhuǎn)運、酶活性、代謝以及防止細(xì)胞免受自 由基介導(dǎo)的損傷。NAC酰胺是負(fù)責(zé)維持細(xì)胞內(nèi)適當(dāng)氧化狀態(tài)的有效 的細(xì)胞抗氧化劑。NAC酰胺由大多數(shù)細(xì)胞合成，并且可使氧化的生
物分子再循環(huán)為其活性還原形式。作為抗氧化劑，NAC酰胺有效性 即使不大于GSH也與其同樣有效。
根據(jù)本發(fā)明，對植物的應(yīng)激意欲包括其中需要調(diào)動植物的抗氧 化劑系統(tǒng)對抗和克服的氧化損傷和缺氧。本發(fā)明包括方法和組合物， 其中將NAC酰胺作為抗氧化劑提供以代替或補充GSH產(chǎn)生，除去 活性氧物質(zhì)和保護植物細(xì)胞免受氧化應(yīng)激對細(xì)胞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、酶、 碳水化合物和核酸的影響。
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供一種增加植物對害蟲或病原 體的抗性的方法，其通過將環(huán)境安全和有效量的抗氧化劑NAC酰胺 或其衍生物給予植物表面。將NAC酰胺給予植物表面誘導(dǎo)植物或農(nóng) 作物的系統(tǒng)性保護效應(yīng)?？墒┯玫闹参锉砻婵砂ㄈ~、莖、根、花、 芽、蒂、葉面等。另外，NAC酰胺可有多種施加方式，包括但不限 于用含有效量水溶性NAC酰胺的溶液、組合物或制劑浸透植物的才艮 系，噴灑植物，或者用包含在合適載體中的NAC酰胺直接施用于植 物的莖、葉、蒂等上。應(yīng)理解術(shù)語植物意欲包括各種類型和種類的 農(nóng)作物。
在另一個實施方案中，本發(fā)明包括一種用于保護植物和農(nóng)作物 不受環(huán)境極端因素影響的方法，其通過將含水溶性NAC酰胺抗氧化 劑的組合物或制劑給予植物和農(nóng)作物?？蓪AC酰胺外源性給予或 者應(yīng)用，例如通過噴灑或其它類型局部應(yīng)用。為了本發(fā)明的目的， 可將NAC酰胺的組合物或制劑用已知或者新開發(fā)的設(shè)計用外源性藥 物處理植物和農(nóng)作物的裝置、-沒備和機械施藥。包括空中噴藥，如 用含NAC酰胺的組合物或制劑涂刷和樸灑植物表面。
在另 一個實施方案中，本發(fā)明包括用環(huán)境安全和有效的含NAC 酰胺組合物處理植物以控制植物害蟲和病原體。在相關(guān)實施方案中， 本發(fā)明提供控制植物害蟲和病原體的方法，用含NAC酰胺的組合物 和制劑處理植物和農(nóng)作物，其中該方法很容易使用和制備并且經(jīng)濟 合算。 在另一個實施方案中，本發(fā)明包括用于噴灑或局部涂在植物和
植物葉面和表面的含NAC酰胺的水溶性組合物或制劑，其被吸收入 植物中，并且保護和/或使植物耐受一種或多種過度炎熱(干旱)、潮濕、 降水(洪水、降雪)、霜凍、水雹、鹽度、礦物質(zhì)、害蟲和病原體。在
本實施方案中，本發(fā)明涉及用外源性抗氧化劑NAC酰胺或其衍生物 單獨或者與一種或多種增強劑耳關(guān)合處理植物的方法，該方法包括以 下步驟(a)將含NAC酰胺或其衍生物的組合物施用于植物表面或葉 面上；和(b)將生物學(xué)有效量的含NAC酰胺組合物施用于相同植物表 面或葉面上。還可用增強劑，在這樣的情況下，增強劑的使用量基 本對植物無毒，如至少約0.25 g/ha,其基本不拮抗或抑制NAC酰胺 的生物學(xué)功效。增強劑通?？稍鰪娡庠葱匀~面施用的NAC酰胺功效 的可靠性，且使用率低。
在一個實施方案中，增強劑是蒽醌化合物，其被定義為具有與 該環(huán)內(nèi)2個碳原子連接的雙鍵氧原子的6元碳環(huán)，且2個苯環(huán)與該6 元碳環(huán)稠合，在一個或多個環(huán)上任選包含一個或多個取代基。氧原 子可以是對位構(gòu)型，即連接在6元碳環(huán)上互相相對的位置。合適種 類和類型的蒽醌化合物描述于4受予R.J. Brinker等的美國專利號 6,172,004中。在蒽醌化合物作為增強劑的情況下，"基本對植物無 害"指蒽醌化合物如果在無NAC酰胺存在的情況下被施用，對植物 不產(chǎn)生明顯損傷、生長下降、除草劑效應(yīng)或者容易看見的癥狀。
在本發(fā)明的方法中，如果將增強劑與含NAC酰胺作為抗氧化劑 的組合物或制劑一起使用，NAC酰胺組合物或制劑的應(yīng)用與增強劑 如蒽醌化合物的應(yīng)用可順序或同時進行。在同時應(yīng)用的情況下，含 NAC酰胺的組合物或制劑與增強劑可以是適合這樣應(yīng)用的單一組合 物的組分。
在本發(fā)明的另 一個實施方案中，提供含NAC酰胺抗氧化劑的植 物處理組合物，以-使當(dāng)組合物一皮用于植物葉面時，包括或不包括預(yù) 先在施用介質(zhì)中稀釋、分散或溶解，外源性應(yīng)用的NAC酰胺的量是
保護或使植物對一種或多種生物和非生物環(huán)境應(yīng)激耐受的生物學(xué)有 效量。通常適合本發(fā)明組合物的施用介質(zhì)是水。環(huán)境應(yīng)激包括生物 和非生物應(yīng)激。生物環(huán)境應(yīng)激包括但不限于害蟲如昆蟲、蜘蛛和線 蟲以及病原體如細(xì)菌、病毒、真菌和支原體。非生物環(huán)境應(yīng)激包括 但不限于極端的溫度和氣候條件，如干旱、霜凍、過量的降雨、潮 濕和炎熱，以及應(yīng)激的生理條件如土:t裏或生長介質(zhì)中過量的鹽分、 礦物質(zhì)、營養(yǎng)缺乏等。
增強劑如蒽醌與本發(fā)明施用的NAC酰胺聯(lián)合使用有幾方面益處
和優(yōu)點。 一個益處是本發(fā)明提供用葉面施用的外源性NAC酰胺組合 物處理植物的方法，其增強NAC酰胺組合物功效的可靠性。另外， 以非常低的使用率增強葉面施用的NAC酰胺在植物中功效的可靠 性，例如從約0.25至約250 g/ha，因此，在其它優(yōu)點之中，將藥物 包括在濃縮組合物中是經(jīng)濟上可行的，不需要過度減少其中NAC酰 胺本身的載荷。本發(fā)明又一個益處是通過選擇適當(dāng)?shù)妮祯衔锇?含在此類組合物中，提供含NAC酰胺抗氧化劑的組合物，比現(xiàn)有組 合物更適合特殊用途。
在另一個實施方案中，本發(fā)明包括一種方法和組合物，其中NAC 酰胺補充植物產(chǎn)生的GSH，該植物已遭受或暴露于一種或多種環(huán)境 或生理應(yīng)激，包括氧化應(yīng)激。供應(yīng)NAC酰胺可使植物經(jīng)受住先前不 能經(jīng)受的應(yīng)激。根據(jù)本方法，當(dāng)植物的天然抗氧化劑系統(tǒng)有缺陷、 受傷、受損或者不能夠完全或適當(dāng)發(fā)揮功能時，NAC酰胺可補充受 應(yīng)激植物天然產(chǎn)生的抗氧化劑物質(zhì)，或者可將必需抗氧化劑成分提 供給植物的抗氧化劑系統(tǒng)。
本發(fā)明包括將NAC酰胺提供給自然生長的植物或其部分、種 子、果實、插枝(即植物材料)和提供給轉(zhuǎn)基因植物包括其部分、種子、 果實、插枝(即轉(zhuǎn)基因植物材料)，使這些植物和植物材料在自然和人 造環(huán)境中存活和茁壯成長。在另一個實施方案中，本發(fā)明包括將NAC酰胺供應(yīng)給正出現(xiàn)或
者已經(jīng)出現(xiàn)環(huán)境應(yīng)激、鹽度增加或其它不良狀況引起的缺氧的植物 的方法，以便預(yù)防或?qū)够钚匝跷镔|(zhì)的產(chǎn)生或積聚。當(dāng)植物本身的
抗氧化劑系統(tǒng)如GSH的產(chǎn)生受到阻礙或者不能正常發(fā)揮功能時，將 NAC酰胺供應(yīng)給植物特別有效。根據(jù)本實施方案，NAC酰胺補充刺 激已暴露于應(yīng)激中的植物產(chǎn)生GSH，并可使NAC酰胺處理的植物經(jīng) 受住正常不能經(jīng)受的應(yīng)激(例如由于GSH抗氧化劑的量有限)。本實 施方案特別適用于轉(zhuǎn)基因植物。將NAC酰胺供應(yīng)給轉(zhuǎn)基因植物可讓 此類植物存活和茁壯成長，因為在許多情況下發(fā)現(xiàn)它們在環(huán)境損傷 和應(yīng)激包括氧化應(yīng)激之后不能在內(nèi)部產(chǎn)生GSH。
在另一個實施方案中，本發(fā)明包括其中NAC酰胺與水楊酸-結(jié) 合蛋白2 (SABP2)相互作用的方法。NAC酰胺和SABP2兩者一起可 加強、支持、增強或增大植物的天然防御和免疫系統(tǒng)，保護和使植 物抵御環(huán)境、生理和氧化應(yīng)激和損傷。另外，NAC酰胺可用作植物 激素或細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外信使，保護、加強、支持、增強、刺激或增 大植物的天然防御和免疫系統(tǒng)，以保護和使植物抵御各種環(huán)境、生 理和氧化應(yīng)激和損傷。
在另 一個實施方案中，本發(fā)明包括將NAC酰胺加入植物中以增 加一個或多個種子、果實、整個植物、植物部分或者自植物衍生或 制備的產(chǎn)品中抗氧化劑或植物化學(xué)物質(zhì)的含量或數(shù)量的方法。例如， 用NAC酰胺處理植物使植物本身或種子、果實或植物部分或者自植 物衍生或得自植物的產(chǎn)品更健康地用于動物和人的消費，以及更有 經(jīng)濟和商業(yè)價值，如每英畝乙醇產(chǎn)量更高或更高的收成或有用的糧 食產(chǎn)量更高等。例如，通過實施本發(fā)明可以更多的獲得商業(yè)上有用 的用于造紙的漿。
應(yīng)理解的是本發(fā)明的方法和含NAC酰胺的組合物可與能增強該 方法功效的其它材料和化合物如肥料、其它抗氧化劑、其它用于植 物和農(nóng)作物生長和/或產(chǎn)生的化學(xué)品或添加劑聯(lián)合利用或制備。特別
優(yōu)選那些對環(huán)境和動物(包括人)消費和接觸是無毒性的和安全的添加 劑或輔助材料和化合物等。
(本文稱為噴霧組合物)以及液體和固體濃縮物(其在水或其它載體中 稀釋分散或溶解后得到此類噴霧組合物)的形式。在制備液體或固體
濃縮物時，制造商通常將NAC酰胺與合適的制劑成分混合。此類成 分為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，其選擇取決于具體用途。示例性的其它 成分包括但不限于溶劑、表面活性劑、分散劑、增稠劑、消泡劑、 染料、防凍劑、防腐劑等。在本發(fā)明的一個實施方案中，提供的方 法包括在制備NAC酰胺的濃縮組合物期間加入增強化合物或試劑的 步驟。然后將該濃縮組合物稀釋、溶解或分散在水中制備噴霧組合 物，然后噴灑在植物樹葉或表面上，從而提供NAC酰胺以保護和增 加植物對環(huán)境應(yīng)激的耐受性。
除了 NAC酰胺之外，如果增強劑或化合物如蒽醌化合物很容易 溶于水，則可將液體濃縮物作為簡單的水溶液提供。另一方面，如 果增強劑或化合物不易溶于水，本領(lǐng)域已知配制含混合NAC酰胺和 增強劑的液體濃縮物包括乳化濃縮液、懸浮濃縮液和水性乳液的各 種方法。
特別重要的情況是其中NAC酰胺為水溶性和增強劑或化合物為 油溶性。在這樣的情況下，形成含水相和油相的濃縮組合物乳液形 式，其中NAC酰胺主要存在于水相，而增強劑或化合物主要存在于 油相，且其中用一種或多種乳化劑穩(wěn)定乳液。油相還可包含農(nóng)業(yè)化 學(xué)配制領(lǐng)域已知的任何大量有機酸和溶劑，包括石蠟油和芳香油或 者脂肪酸烷基酯如硬脂酸丁酯、肉豆蔻酸異丙酯或油酸曱酯?；蛘?， 油相可包含增強劑或化合物本身。本發(fā)明的乳液組合物包括水包油 凈且乳'液(macroemulsions)和樣l乳液、油包7Jc或逆乳液(invert emulsions) 以及水包油包水(water-in-oil-in-water)多重乳液。
盡管不希望受理論約束，但當(dāng)NAC酰胺為了它的生物效應(yīng)依賴 (至少部分依賴)其在植物中的系統(tǒng)運輸時，本發(fā)明可提供有用的益 處?？赏ㄟ^質(zhì)外體(無生命的)途徑(包括在木質(zhì)管內(nèi)和在細(xì)胞間隙和 細(xì)胞壁中)，通過共質(zhì)體(有生命的)途徑(包括在韌皮部元件及其它由 胞間連絲共質(zhì)體連接的細(xì)胞組成的組織中)，或者通過質(zhì)外體和共質(zhì) 體途徑在植物中進行系統(tǒng)運輸。對于葉面施加的系統(tǒng)NAC酰胺，最 重要的途徑是韌皮部，本發(fā)明可提供的NAC酰胺的優(yōu)點是可在韌皮 部移動。
水溶性NAC酰胺可以以含生物學(xué)活性離子和生物學(xué)上惰性或相 對無活性的相反離子的鹽形式存在。不包括任何相反離子，這樣的 鹽可具有低于約300的分子量。在某些情況下，可將NAC酰胺與另 一種外源性化學(xué)物質(zhì)或其鹽聯(lián)合施用于植物或農(nóng)作物。在其它外源 的化學(xué)物質(zhì)的低分子量鹽中特別適合的是除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑 和殺線蟲藥，特別是在生物活性離子中具有胺、羧酸、膦酸鹽或次 磷酸鹽官能團的那些。其中最優(yōu)選生物活性離子中含胺基團、羧酸 基團和膦酸基或次磷酸基的那些鹽，包括草甘膦的鹽和草丁磷的鹽。
可用于本發(fā)明方法的除草劑的非限制性實例包括氨基三唑、磺 草靈、苯達(dá)松、雙丙氨膦、聯(lián)吡啶(如百草枯、除草定、二氯吡啶酸、 環(huán)己烯酮(如稀禾定)、麥草畏、二苯基醚(如三氟羧草醚、氟磺胺草 醚和氧氟吩)、蔓草磷、草丁磷、草甘膦、羥基千腈(如溴草腈)、咪 唑啉酮(如咪草煙)、異惡草胺、苯氧酸(如2,4-D)、苯氧基丙酸酯(如 禾草克)、毒莠定、取代的脲(如優(yōu)草隆)、磺酰脲類(如氯嘧黃隆、氯 黃隆(chlorsulfaron)、氯吡啶磺隆和嘧磺隆)以及三溱類(如莠去津和溱 草酮)。用于本發(fā)明方法的韌皮部移動性除草劑包括但不限于氨基三 唑、磺草靈、雙丙氨膦、二氯吡啶酸、環(huán)己烯酮、麥草畏、草丁磷、 草甘膦、咪唑淋酮、苯氧酸、苯氧基丙酸酯、毒莠定和磺酰脲類。
如果采用本文描述的方法，上述除草劑及其它除草劑的除草活 性衍生物也包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。除草活性衍生物是對除草劑 進行細(xì)微結(jié)構(gòu)修飾的任何化合物(最常見但不一定是其鹽或酯)，其中 化合物保持母體除草劑的必要活性，但不一定具有與母體除草劑相 等的功效。衍生物通常但不一定在進入處理的植物之前或之后轉(zhuǎn)化 為母體除草劑，類似于轉(zhuǎn)化為體內(nèi)活性藥物的前藥。NAC酰胺與一 種或多種除草劑或除草活性衍生物或者與其它成分的混合物或組合
制劑(co-formulations)也包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
盡管NAC酰胺提供保護植物和使植物耐受各種環(huán)境應(yīng)激的良好 優(yōu)點，但如果必需或需要與NAC酰胺一起，本發(fā)明方法還可包括一 種或多種其它種類環(huán)境安全的抗氧化劑，如抗壞血酸鹽、生育酚、 還原型谷胱甘肽及其衍生物和半胱氨酸(半胱氨酸)?？箟难猁}可包 括具備抗氧化劑和還原活性或功能的抗壞血酸(包括維生素"C，，或L-抗壞血酸)的所有形式、異構(gòu)體和衍生物。生育酚包括維生素"E" (2,5,7,8-四曱基-2-(4',8',12'-三曱基tridocyl)-6-苯并二氫吡喃醇 (chromanol))、具備抗氧化劑或還原活性的所有生育酚異構(gòu)體以及具 備抗氧化劑或還原活性或功能的所有生育酚酯及其它衍生物。
除了含NAC酰胺的組合物或制劑(包括或不包括增強劑或化合 物)之外，本發(fā)明的液體和干的濃縮制劑可任選包含其它需要或有用 的成分。其它有用的成分可包括表面活性劑，其幫助噴霧水溶液存 留在植物葉子相對疏水的表面上，幫助組合物和制劑滲透葉子或其 它植物部分的蠟狀外層(表皮層)，從而接觸葉子或其它植物部分內(nèi)的 活組織。表面活性劑也發(fā)揮其它有用的功能，包括用作乳化劑使所 用組合物的 一種或多種組分形成穩(wěn)定的均勻制劑。
許多不同類型或化學(xué)種類的表面活性劑可用于本發(fā)明的組合物 中。在具體情況下非離子、陰離子和陽離子和兩性類型或者這些類 型一種以上的組合都是有用的。在非離子型表面活性劑中，代表性 的種類包括聚氧化亞烷基(polyoxyalkylene)烷基醚和烷基芳基醚(如乙 氧基化伯醇或仲醇或者烷基苯酚)、聚氧化亞烷基烷基酯(如乙氧基化 脂肪酸)、聚氧化亞烷基脫水山梨醇烷基酯、甘油烷基酯、蔗糖酯、 烷基聚糖苷(polyglycosides)等。在陽離子型表面活性劑中，代表性的 種類包括聚氧化亞烷基叔烷基胺(如乙氧基化脂肪胺)、季銨表面活性 劑、聚氧化亞烷基烷基醚胺等。(參見如PCT公開號WO 96/32839公 開的聚氧化亞烷基烷基醚胺)。在兩性表面活性劑中，代表性的優(yōu)選 種類包括聚氧化亞烷基烷基胺氧化物、烷基甜菜堿、烷基取代的氨 基酸等。
用于本發(fā)明組合物的表面活性劑的疏水部分可基本以碳?xì)寤?物為基礎(chǔ)，或者可包含硅原子(例如以硅氧烷基團的形式)或者氟原子 (例如作為部分氟化的烷基或全氟烷基基團)。用于本文的表面活性劑 的經(jīng)鏈通常具有從約8至約20或者從約12至約18個碳原子，并且 是直鏈或支鏈的，飽和或不飽和的。用于本發(fā)明組合物的表面活性 劑的聚氧化亞烷基部分優(yōu)選是聚氧乙烯或聚氧乙烯-聚氧丙烯鏈。本
于上述種類,包才舌Gower出片反的Handbook of Industrial Surfactants,第 2版(1997)、 MC Publishing Company出片反的McCutcheon's Emulsifiers and Detergents, North American and International Editions (1997)以及 Cosmetic, Toiletry and Fragrance Association出版的International Cosmetic Ingredient Dictionary,笫6版(1995)(或當(dāng)前版)，1和2巻。
本發(fā)明組合物的其它任選組分包括改變所用組合物和制劑的顏 色、粘度、膠凝特性、凝固點、吸濕性、結(jié)塊行為、溶解速率、可 分散性或其它特征的物質(zhì)或組分。
作為提供增強化合物作為含NAC酰胺制劑的組分的一種替代方 式，可將前一種化合物在單獨的組合物中提供。在這種情況下，通 常將含增強化合物的組合物在罐內(nèi)與含NAC酰胺的組合物混合。使 用者通過將兩種濃縮組合物(一種含NAC酰胺組合物而另 一種含增強 化合物如蒽醌)稀釋、溶解或分散在水中，將罐混合的(tank-mixed)組 合物制備成單一噴霧組合物。可獨立或者以成對包裝或其它組合包 裝形式供應(yīng)兩種濃縮組合物。作為本發(fā)明的具體實施方案，包括含
NAC酰胺組合物的濃縮組合物，它包含或不包含與一種或多種表面 活性劑一起的增強化合物。如果必需或需要，在植物葉面施藥之前， 可將此類組合物用作與其它物質(zhì)在罐內(nèi)混合的輔劑。
或者，例如可將增強化合物如蒽醌或其組合物在葉面施用任何 NAC酰胺商業(yè)制劑之前或之后示例性地用作預(yù)處理或后處理。當(dāng)將 增強化合物作為預(yù)處理或后處理施用于葉面時，這種處理與含NAC 酰胺組合物施用之間的間隔應(yīng)當(dāng)是例如讓增強化合物增強組合物中 NAC酰胺功效的可靠性。這樣的間隔稱為"有效時間段"。構(gòu)成有 效時間段的因素根據(jù)植物物種或者具體的增強化合物等其它因素而 不同。例如，作為示范性而非非限制性實例，間隔從約0至約96小 時，或者間隔從約0至約24小時可以是有效時間段。當(dāng)連續(xù)施藥時， 優(yōu)選順序是先用增強化合物，后用含NAC酰胺組合物。通過本領(lǐng)域 常規(guī)初步試驗很容易確定任何NAC酰胺、增強化合物和植物物種組 合的最佳間隔。
選擇生物學(xué)有效的施用率的含NAC酰胺的組合物、制劑或者配 料也在普通農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的技能范圍之內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚 具體植物的條件以及氣候和生長條件，可影響實施本發(fā)明方法得到 的結(jié)果。技術(shù)人員可選擇對特定生長期的具體物種有效的NAC酰胺 施用率，實現(xiàn)在具體環(huán)境條件下對特定環(huán)境應(yīng)激的保護或耐受性。
其中NAC酰胺更特別是含水溶性NAC酰胺或其水溶性鹽的組 合物或制劑的本發(fā)明方法適用于NAC酰胺作為抗氧化劑或植物生長 調(diào)節(jié)劑對其發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的4壬何及全部植物物種。這包括世界上
非常廣泛的植物物種。同樣，含NAC酰胺的本發(fā)明組合物可用于NAC 酰胺對其具有生物學(xué)效應(yīng)的任z阿及全部植物物種。例如，本發(fā)明方
法和組合物可以施用的一年生闊葉類包括但不限于苘麻(鹿萆葉)、籽 粒莧(Amaranthus spp.)(藜)、波利亞草(Borreria spp.)(扣子草)、芥 (Brassicaspp.)(油菜籽、蕓苔、芥菜等)、鴨趾草(鴨跖草)、芽葉太陽 花(Erodium spp.)(牦牛兒苗)、向日葵(向日葵)、番薯(Ipomoea spp.)(牽
?；?、掃帚菜(地膚)、錦葵(錦葵)、胡水蓼(Polygonumspp.)(金蕎麥、 蕁麻等)、馬齒莧(Portulacaspp.)(馬齒莧)、豬毛菜(俄國薊草)、黃花 念(黃花念草)、蕓苔(Sinapisarvensis)(野芥)和蒼耳(蒼耳)。本發(fā)明方 法和組合物可以施用的其它的非限制性一年生窄葉種類包括但不限 于燕麥草(野生燕麥)、地毯草(Axonopus spp.)(地毯草)、旱雀麥(絨毛
雀麥)、馬唐草(馬唐)、稗(Echinochloacrus-gam)(庭院草)、牛筋草 (Eleusineindica)(牛筋草)、黑麥草(一年生黑麥草)、稻(oryza sativa)(水 稻)、Ottochioa nodosa (ottochloa)、雀稗(百喜草)、梯牧草(金黃草)、 狗尾草(狐尾草)、小麥(小麥)和玉米(Zeamays)(玉米或玉米黍)。
本發(fā)明方法和組合物可以施用的多年生闊葉物種包括但不限于 苦艾(Artemisiaspp.)(艾蒿)、馬利筋(Asclepias spp.)(馬利筋)、絲路薊 (Cirsium arvense)(力口拿大薊)、田旋花(Convolvulus arvensis)(田旋花) 和葛根(Pueraria spp.)(野葛)。本發(fā)明方法和組合物可以施用的多年生 窄葉物種包括但不限于臂形草(Brachiaria spp.)(臂形草)、狗牙根 (Cynodon dactylon)(狗牙沖艮)、油沙草(Cyperus esculentus) (yellow nutsedge)、莎草(Cyperus rotundus)(香附子)、4S麥草(Elymus repens) 01: 麥草或馬唐)、白茅(Imperatacylindrica)(白茅或茅草)、黑麥草(Lolium perenne)(多年生黑麥草)、大黍(Panicum maximum)(幾內(nèi)亞草)、毛花 雀稗(Paspalum dilatatum)(準(zhǔn)稗花)、聲苐(Phragmites spp.)(,蘋)、高 粱(Sorghum halepense)(石茅高粱)和香蒲(Typha spp.)(香蒲)。本發(fā)明 方法和組合物可以施用的上文未列出的其它多年生物種包括但不限 于問荊(Equisetum spp.)(馬尾)、歐洲蕨(Pteridium aquilinum)(歐洲 蕨)、懸鉤子(Rubus spp.)(黑莓)和荊豆(金雀花)。
實施例
提供下文描述的實施例是為了說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明。 實施例1
將甜玉米、矮菜豆、綠菜花和天竺葵用10-SMNAC酰胺水溶液 處理。NAC酰胺的制備方法可例如描述于D. Atlas等的美國專利號 6,420,429,其內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。還包括單獨用水處理的 對照植物。通過單次噴灑植物的全部地面以上的表面完成處理，以 便徹底浸透達(dá)到流出點(mn-offpoint)。在處理后預(yù)選擇的時間(72、 96、 120和168小時)隨機選擇選自各植物(處理或?qū)φ?的葉子；對切 自每片葉子的標(biāo)準(zhǔn)圓片進行生物測定，確定可誘導(dǎo)的保護效應(yīng)的程 度。生物測定包括在雙選陪替氏培養(yǎng)皿(two-choice petri-dish)活動范 圍(arena)和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下24小時之內(nèi)，給予一只粉紋夜蛾(T. ni)或 歐洲玉米螟(O. nubilalis)的4蟲齡(4th-instar)幼蟲食用來自處理植物vs 對照植物(即H20處理的)標(biāo)準(zhǔn)圓片葉子的選擇。(Chiang, H. S.等，Jour. Chem. Ecol., 13:741-49 (1987》。每種處理或?qū)φ斩歼M行至少15次重 復(fù)測定。用電子面積計測定每圓盤被吃掉的面積cm2,以確定用NAC 酰胺的所述處理產(chǎn)生長效保護效應(yīng)。
實施例2
在另一個實驗中，步驟與實施例l相同，但處理包括將NAC酰 胺和增強劑即抗壞血酸(5 x 1(^M)或維生素E (200 IU/升)在水噴霧中 的組合。NAC酰胺處理對受處理的植物提供保護效應(yīng)。用NAC酰 胺和另 一種抗氧化劑如維生素C或E的組合處理植物可產(chǎn)生的保護 效應(yīng)具有比單用NAC酰胺所觀察到的更好的殘留效果。在實施例1 和2中，施藥方法是噴灑，以1更用NAC酰胺水溶液徹底浸濕植物的 地面以上的表面至流出點。應(yīng)理解還可通過浸透植物根系或者浸泡 種子施藥。使用NAC酰胺的水溶液不排除使用其它溶劑。NAC酰 胺可在其中稀釋或充分分散的任何對植物無害、非反應(yīng)性試劑都包 括在本發(fā)明之內(nèi)。事實上，粘附至特定植物表面的稀釋劑是非反應(yīng) 物、膜可滲透的和防止NAC酰胺被氧化的，容易增強含NAC酰胺 組合物誘導(dǎo)保護效應(yīng)的能力。噴霧的濃度不一定受限于范例。噴霧濃度范圍的狹窄范圍是不要求的，因為預(yù)期在10久10"M之間的濃 度范圍內(nèi)噴霧即可起效。
實施例3
在另 一項研究中，將兩種處理水平的NAC酰胺用于包扎在每種 錦紫蘇(coleus)植物莖基底部周圍的1 cm寬繃帶內(nèi)的1毫升石蠟(白) 油中。對照處理是繃帶中的1毫升石蠟油。檢測間隔是72、 120、 168 和224小時。本實驗的其它方面如上描述。可獲得系統(tǒng)性保護效應(yīng)。 如果將NAC酰胺分散在非反應(yīng)性、可滲透膜的載體如重礦物油中可 增強保護效應(yīng)的強度和持續(xù)時間。雖然可用石蠟油作為載體，但也 可用其它類型的油如白油或液狀石蠟。不管所用載體的具體類型如 何，都應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎確保載體不含穩(wěn)定劑或其它可與NAC酰胺的抗氧化 劑特性反應(yīng)的材料。
實施例4
與對照(無應(yīng)激的)樹上被吃掉的樹葉面積相比，用帶有0.5 ml石 蠟油/cn^和包含NAC酰胺的10 x 8.3 cm紗布繃帶包扎樹干處理小葉 白蠟樹(Fraxinus spp.)(苦櫪樹)、櫟(Quercus spp.)(橡樹)和新疆皂莢樹 (Gleditsia triacanthos L.)(鬼莢樹)(它們高4米，在地面以上35 cm的 樹干圍為10厘米(cm)),預(yù)期可減少(PO.05或更好)被測定昆蟲，森 林天幕毛蟲(Malacosoma disstria Hubner)(森林天幕毛蟲)或舞毒蛾 (Lymanti'ia disoar L.)(舞毒蛾幼蟲)被吃掉的葉面積減少量(cm2)。 NAC 酰胺每次處理的殘效預(yù)期為4-14天。確定通過莖包扎施用于植物的 抗氧化劑劑量的方法公開于R丄Brmkler等的美國專利號6,172,004。
實施例5
高通量篩選(HTS)方案可用于評估NAC酰胺抗氧化劑給植物帶 來的對生物的和非生物的應(yīng)激的保護和耐受特性。HTS篩選有效檢 測大麥植物的再生長量，該植物已用除草劑制劑處理并隨后修剪至 土壤水平以上l厘米高。HTS篩選的實際操作被描述。
將3-5棵大麥種子置于裝有含50% Metro-Mix 350、 25% SA1和 25% Bacto Mix的生長培養(yǎng)基的50 mm2盆內(nèi)。另外，以3.53 kg/m3的 速率施加0811100(^6@肥料。在整個測試期間通過地下灌溉將水加入盆 內(nèi)。出芽后立即手工修剪成每盆兩棵植物。采用的溫室條件為晝/夜 溫度范圍是29。C/21。C，光周期為12-14小時。
當(dāng)大麥接近5英寸至12-15cm高時，通常是種植后8-9天，用 所需NAC酰胺制劑處理植物。用裝備有操作壓為172 kPa的8001E 扁平扇形霧噴嘴和操作壓為166 kPa的950 IE扁平扇形霧噴嘴的軌道 噴霧器施藥。噴霧體積等于每/^項187升(l/ha)。將處理的植物放回 溫室內(nèi)。處理后48小時，將包括用NAC酰胺處理和未處理的對照 在內(nèi)的所有植物都修剪成土壤水平以上1厘米高。
用各含兩棵植物的6個盆評估每種處理的效果。將植物修剪后3 天，對大麥再生進行植物定量測定。從大麥修剪點至新長出的頂點 測量大麥的再生長。每種植物被分別檢測。記錄的處理高度是12抹 個體植物的平均高度。如果需要，在95%可信度水平用方差分析 (ANO V A)進行統(tǒng)計學(xué)分析。
將稀釋的含NAC酰胺組合物的水溶液用于處理測試植物。通常 使NAC酰胺溶液分散在水中制備含水組合物。可包含增強劑以獲得 特殊但不同的速率，即它們不是以相對于NAC酰胺的、與NAC酰 胺的速率成比例地改變的設(shè)定速率加入，而是獨立于NAC酰胺速率 而改變。將各種情況下增強劑的速率以g/ha給出。在使用時，以具 體施用比率用具體NAC酰胺濃度和具體增強劑進行各項實驗。通過 改變NAC酰胺(包含或不包含增強劑)的類型和量進行測試。例如， 對于用單一增強劑的每種測試，NAC酰胺和增強劑的濃度都是變化 的。
本說明書引用的所有專利申請、公開的申請、專利、文章和參 考文獻(xiàn)據(jù)此通過引用全部結(jié)合到本文中，以更全面地描述本發(fā)明所 屬領(lǐng)域的情況。
因為不脫離本發(fā)明的范圍和精神即可對上述方法和組合物進行 各種改變，所以打算將包含于以上說明書，顯示在
附圖中的，或者 在附屬的權(quán)利要求
書中限定的所有主題都是示范性的，而沒有限制 性意義。
權(quán)利要求
1.一種增加植物對生物或非生物環(huán)境應(yīng)激的抗性或耐受性的方法，該方法包括將有效誘導(dǎo)植物中所述抗性或耐受性的量的N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)給予所述植物表面的步驟。
2. 權(quán)利要求
l的方法，其中所述生物環(huán)境應(yīng)激選自一種或多種 害蟲或病原體。
3. 權(quán)利要求
2的方法，其中所述害蟲包括昆蟲、蜘蛛或線蟲。
4. 權(quán)利要求
2的方法，其中所述病原體包括細(xì)菌、病毒、真菌 或支原體。
5. 權(quán)利要求
l的方法，其中所述非生物環(huán)境應(yīng)激是極端的溫度 或氣候條件。
6. 權(quán)利要求
5的方法，其中所述應(yīng)激包括干旱、霜凍、暴雨、 冰雹、濕氣、潮濕或炎熱中的一種或多種。
7. 權(quán)利要求
l的方法，其中所述應(yīng)激包括過量的鹽度、過量的 礦物質(zhì)、土壤中營養(yǎng)素缺乏、生長培養(yǎng)基中營養(yǎng)素缺乏。
8. 權(quán)利要求
l的方法，該方法還包括一種或多種增強劑。
9. 權(quán)利要求
8的方法，其中一種或多種增強劑包括蒽醌化合物、 抗壞血酸鹽、生育酚、維生素C或維生素E。
10. 權(quán)利要求
l的方法，其中所述植物表面包括植物的樹葉、葉 子、莖、根、花、芽和蒂。
11. 權(quán)利要求
1的方法，其中NAC酰胺通過浸透植物的根系、 噴灑植物或者直接施用于植物表面而給予。
12. —種增加植物對一種或多種害蟲、病原體或非生物環(huán)境應(yīng)激 的抗性或耐受性的方法，該方法包括將有效增加植物的抗性或耐受 性的量的含N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)的溶液噴灑植物的地面 以上部分的步驟。
13. 權(quán)利要求
12的方法，其中NAC酰胺的存在量為10-6-10-4M。
14. 權(quán)利要求
12的方法，其中所述害蟲包括昆蟲、蜘蛛或線蟲。
15. 權(quán)利要求
12的方法，其中所述病原體包括細(xì)菌、病毒、真菌或支原體。
16. 權(quán)利要求
12的方法，其中所述非生物環(huán)境應(yīng)激是極端的溫 度或氣候條件。 '
17. 權(quán)利要求
16的方法，其中所述應(yīng)激包括干旱、霜凍、暴雨、 冰雹、濕氣、潮濕或炎熱中的一種或多種。
18. 權(quán)利要求
16的方法，其中所述應(yīng)激包括過量的鹽度、過量 的礦物質(zhì)、土:t裏中營養(yǎng)素缺乏、生長培養(yǎng)基中營養(yǎng)素缺乏。
19. 權(quán)利要求
12的方法，該方法還包括增強劑。
20. 權(quán)利要求
19的方法，其中所述增強劑包括一種或多種環(huán)境 安全抗氧化劑，其選自蒽醌化合物、抗壞血酸鹽、生育酚、維生素C 或維生素E。
21. —種增加植物對一種或多種害蟲、病原體或非生物環(huán)境應(yīng)激 的抗性或耐受性的方法，該方法包括將足以增加植物對所述一種或 多種害蟲、病原體或非生物環(huán)境應(yīng)激的抗性或耐受性的量的N-乙酰 半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)施用于植物莖部的步驟。
22. 權(quán)利要求
21的方法，其中所述害蟲包括昆蟲、蜘蛛或線蟲。
23. 權(quán)利要求
21的方法，其中所述病原體包括細(xì)菌、病毒、真 菌或支原體。
24. 權(quán)利要求
21的方法，其中所述非生物環(huán)境應(yīng)激是極端的溫 度或氣候條件。
25. 權(quán)利要求
24的方法，其中所述應(yīng)激包括干旱、霜凍、暴雨、 水雹、濕氣、潮濕或炎熱中的一種或多種。
26. 權(quán)利要求
24的方法，其中所述應(yīng)激包括過量的鹽度、過量的礦物質(zhì)、土壤中營養(yǎng)素缺乏、生長培養(yǎng)基中營養(yǎng)素缺乏。
27. 權(quán)利要求
21的方法，該方法還包括一種或多種增強劑。
28. 權(quán)利要求
27的方法，其中所述一種或多種增強劑包括蒽醌 化合物、抗壞血酸鹽、生育酚、維生素C或維生素E。
29. —種將外源性N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)或其衍生 物、鹽或酯單獨或與一種或多種增強劑聯(lián)合用于處理植物或農(nóng)作物 的方法，該方法包括以下步驟(a)將含NAC酰胺或其衍生物、鹽或 酯的組合物施用于植物或農(nóng)作物的表面或葉面；和(b)將生物學(xué)有效
30. 權(quán)利要求
29的方法，其中所述NAC酰胺是水溶性的。
31. 權(quán)利要求
29的方法，其中所述增強劑以基本不拮抗或抑制 NAC酰胺的生物學(xué)效應(yīng)的基本無植物毒性的量存在。
32. 權(quán)利要求
29的方法，其中所述一種或多種增強劑包括蒽醌 化合物、抗壞血酸鹽、生育酚、維生素C或維生素E中的一種或多 種。
33. 權(quán)利要求
29的方法，其中所述植物或農(nóng)作物的表面包括葉、莖、根、花、芽和蒂。
34. 權(quán)利要求
29的方法，其中所述NAC酰胺通過浸透植物或農(nóng)作物的根系、噴灑植物或農(nóng)作物或者直接施用于植物或農(nóng)作物表 面而應(yīng)用。
35. —種通過補充植物或植物材料中天然產(chǎn)生的谷胱甘肽而增強 植物或植物材料抵抗氧化應(yīng)激的能力的方法，該方法包括將有效增 強植物或植物材料抵抗氧化應(yīng)激能力的量的NAC酰胺供應(yīng)給植物或 植物材料。
36. 權(quán)利要求
34的方法，其中所述植物或植物材料是轉(zhuǎn)基因植 物或植物材料。
37. 權(quán)利要求
34的方法，其中所述植物材料選自植物的種子、 果實或插枝。
38. 權(quán)利要求
34的方法，其中所述NAC酰胺代替植物或植物 材料產(chǎn)生的谷胱甘肽缺乏。
39. 權(quán)利要求
34的方法，其中所述NAC酰胺補充植物或植物材料產(chǎn)生的谷胱甘肽。
40. 權(quán)利要求
34的方法，其中所迷NAC酰胺通過浸透植物的根系, 噴灑植物或植物材料或者直接施用于植物或植物材料表面而被供應(yīng)給一直物或植物材料。
41. 一種增強植物的天然防御和免疫系統(tǒng)以保護植物并使植物抵御環(huán)境、生理和氧化應(yīng)激和損傷的方法，該方法包括將有效保護 植物并使植物有效防御的量的NAC酰胺與水楊酸-結(jié)合蛋白2 (SABP2)聯(lián)合提供給植物。
42. 權(quán)利要求
41的方法，其中與SABP2聯(lián)合的NAC酰胺通過浸透植物的根系、噴灑植物或者直接施用于植物表面而提供。
43. —種生產(chǎn)更有益于健康的消費的植物、植物部分、植物材料 或其產(chǎn)品的方法，該方法包括用有效量的NAC酰胺處理植物、植物 部分或植物材料，以增加或增大植物、植物部分或植物材料中天然 產(chǎn)生的抗氧化劑的含量或數(shù)量。
44. 權(quán)利要求
43的方法，其中所述植物材料是種子或果實。
45. 權(quán)利要求
43的方法，其中所述植物部分是植物的插技。
46. 權(quán)利要求
43的方法，其中所述植物產(chǎn)品是紙漿。
47. 權(quán)利要求
43的方法，其中所述植物、植物部分或植物材料 采用NAC酰胺通過浸透植物的根系、噴灑植物、植物部分或植物材 料或者直接施用于植物、植物部分或植物材料的表面進行處理。
48. —種植物處理組合物或制劑，它包含有效增加植物對生物或 非生物環(huán)境應(yīng)激的抗性或耐受性的量的N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC 酰胺)。
49. 權(quán)利要求
48的組合物，其中所述生物環(huán)境應(yīng)激選自一種或多種害蟲或病原體。
50. 權(quán)利要求
49的組合物，其中所述害蟲選自昆蟲、蜘蛛或線蟲。
51. 權(quán)利要求
49的組合物，其中所述病原體選自細(xì)菌、病毒、真菌或支原體。
52. 權(quán)利要求
48的組合物，其中所述非生物的環(huán)境應(yīng)激是極端的溫度或氣候條件。
53. 權(quán)利要求
52的組合物，其中所述應(yīng)激選自干旱、霜凍、暴 雨、冰雹、濕氣、潮濕或炎熱中的一種或多種。
54. 權(quán)利要求
48的組合物，它還包括一種或多種增強劑。
55. 權(quán)利要求
54的組合物，其中一種或多種增強劑包括蒽醌化 合物、抗壞血酸鹽、生育酚、維生素C或維生素E。
56. 權(quán)利要求
54的組合物，其中所述增強劑以基本無植物毒性 的量存在，該量基本不拮抗或"^卩制NAC酰胺的生物學(xué)效應(yīng)。
57. 權(quán)利要求
48的組合物，其中所述NAC酰胺是水溶性的。
58. 權(quán)利要求
48的組合物，它還包括附加成分。
59. 權(quán)利要求
58的組合物，其中所述附加成分包括溶劑、表面 活性劑、分散劑、增稠劑、消泡劑、染料、防凍劑或防腐劑。
60. 權(quán)利要求
58的組合物，其中附加成分包括除草劑、植物生長調(diào)節(jié)劑或殺線蟲藥。
61. 權(quán)利要求
48的組合物，它是一種稀釋的隨時可用的溶液或分散液。
62. 權(quán)利要求
48的組合物，它是一種濃縮組合物。
63. 權(quán)利要求
62的組合物，其中所述濃縮組合物是固體或液體 濃縮物。
64. 權(quán)利要求
62的組合物，其中所述濃縮組合物選自水溶液、 乳化濃縮液、混懸濃縮液、水性乳液、水包油乳液、油包水乳液或 水包油包水乳液。
專利摘要
將有效的抗氧化劑N-乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)或其生理學(xué)上可接受的衍生物、鹽或酯局部或外源性施用于植物或其部分，以減輕或預(yù)防植物或農(nóng)作物對環(huán)境生物和非生物應(yīng)激如極端的溫度、干旱、潮濕、霜凍、暴雨以及各種害蟲和病原體的存在或入侵的不利反應(yīng)。此類環(huán)境應(yīng)激可引起植物細(xì)胞的氧化應(yīng)激和自由基的相關(guān)產(chǎn)生(或積累)，損傷植物細(xì)胞和組織，并可導(dǎo)致植物死亡。NAC酰胺減輕、預(yù)防、緩解或者對抗此類氧化應(yīng)激和自由基產(chǎn)生，氧化應(yīng)激和自由基產(chǎn)生對植物的總體生長和活力產(chǎn)生不利影響。
文檔編號A01N37/30GKCN101203133SQ200680022128
公開日2008年6月18日 申請日期2006年4月21日
發(fā)明者格倫·A·戈爾茨坦 申請人:格倫·A·戈爾茨坦導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan