CN103025169A - 甘蔗中的细菌注射 - Google Patents

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Abstract

在此展示并描述了处理甘蔗的方法、种植甘蔗的方法、以及甘蔗繁殖系统。在一个实例中，一种处理方法包括将一种包含固氮菌的混合物注射入茎部。

Description

甘蔗中的细菌注射
技术领域
本发明涉及甘蔗繁殖材料的处理，并且特别涉及将包含细菌的混合物注射入甘蔗茎部。
背景技术
植物许多原因，例如，为了合成蛋白质、核酸、以及叶绿素，需要生物学上有用形式的氮。示例性的生物学上有用形式的氮包括硝酸盐（NO3 ˉ）以及铵（NH4 +）。但是，有用形式的氮经常在农业系统中被迅速耗尽，在农业系统中生长物可能消耗大量的资源以补充土壤。
生物学上有用形式的氮可以起源自多种来源，这些来源包括在大气中相对丰富的分子氮（N2）。在它对大多数植物是有用的之前，分子氮必须被固定、或转化成为另一种更可使用的形式，例如氨（NH3）。已经知道固氮是通过在植物和细菌之间的共生联合固氮完成的。最熟知的是在某些种的细菌和豆科植物之间的联合，这些细菌种类例如根瘤菌属（Rhizobium）中的种以及慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）中的种（在此也指“根瘤菌（rhizobia）”）。
在豆科植物中，固氮过程涉及一系列宿主与根瘤菌之间的相互作用，这些相互作用可以总结如下：(1)根瘤菌在根际的定殖以及根瘤菌附着到表皮的和根毛的细胞上；(2)卷曲根毛并且用根瘤菌侵染以形成侵入线（infectionthread）；(3)启动结瘤并且在根的皮层发育；并且(4)从侵入线释放根瘤菌并且启动固氮。
还已经发现一些非豆科植物可以具有与固氮菌的联合。甘蔗是可以具有与固氮菌的联合的非豆科植物的一个实例。在此使用的甘蔗包括，例如在甘蔗属中的成员：例如斑茅（S.arundinaceum）、孟加拉甘蔗（S.bengalense）、食用甘蔗（S.edule）、文邪草甘蔗（S.munja）、高贵蔗（S.officinarum）、狭叶斑茅（S.procerum）、腊万纳甘蔗（S.ravennae）、坚牢甘蔗（S.robustum）、竹蔗（S.sinense）、甜根子草（S.spontaneum）。
由于多种原因甘蔗植物在商业上是重要的，这些原因包括生产糖、法勒诺姆（Falernum）、糖浆、朗姆酒（rum）、甘蔗酒（巴西的国酒）、以及用于燃料的乙醇。进一步地，在甘蔗破碎之后的剩余生物量还可以用于燃烧炉和锅炉中。由于它的商业上的重要性，每年种植成千上万英亩的甘蔗。
甘蔗可以用多种方式种植。例如，甘蔗可以从种子或从茎部（还称为甘蔗插条或部分的茎或秆或卷（carretel）或苗）生长。甘蔗的种子是一种从单个心皮形成的干燥的单种子果实或颖果，子房壁（粒壳）与种皮（壳（testa））联合。种子是卵形的、淡黄褐色的，并且非常小，大约1mm长。但是大多数商用农业使用茎部而不是种子。
茎部可以人工栽培，例如通过用刀、或机器砍下较大的茎部。所得的这些茎部通常每个茎部包括一些节。术语“节”是指植物的茎的部分，从该“节”生长叶、枝、或气生根。在栽培茎部之后，芽（或胞芽（gemmas））可以在各节的位置出现。然后芽可以生长以产生作物植物。出芽率，或这些节发芽以产生作物植物的的速率在甘蔗中有时是很低的。
为了提高各个栽培的茎部将产生作物植物的可能性，经常种植具有多个节（例如每个茎部3、4或5个节）的茎部。这些多节茎部（或长的茎部）可以具有大约37cm、40cm或更长的长度。典型地，将茎部的40-50cm长度水平放置在犁沟中，这些犁沟可以在地面层是宽的并且可以是深的（40-50cm宽并且30-40cm深）。栽培之后，该作物可以用水、包含氮以及农药（例如除草剂以及杀虫剂）的肥料喷洒。
由于多种原因，本申请人希望改进现有的甘蔗繁殖、栽培、以及适应性。例如，本申请人希望提供至少一种以下优点：提高甘蔗地段（stand）的固氮速率；减少施用在甘蔗地段的肥料的量；提高从单节茎部的发芽率；提高从多节茎部的发芽率；提高甘蔗植物的生长速率；并且提高从茎部生长的甘蔗植物的生长速率。
本技术着手解决在常规甘蔗处理以及种植中的任何种以上缺点。本技术还可以着手解决另外的缺点。
概述
在一个实例中，通过概述的方式，该技术针对一种处理甘蔗的方法，该方法包括将一种包含细菌的混合物注射入茎部。在另一个实例中，该技术针对种植甘蔗的方法，该方法包括栽培一种经处理的茎部。在另一个实例中，该技术针对甘蔗繁殖系统，该繁殖系统包括限定一个通道的茎部，并且包括一种含有放置在该通道内的细菌的混合物。
以上概述旨在概述本披露的某些实施方案。在以下的图和详细说明中将更详细地提出系统、方法以及混合物。然而，清楚的是该详细说明并非旨在限制本发明，本发明的详细说明的范围应被所附权利要求书适当地确定。
示例性的技术的详细说明
本披露内容针对处理甘蔗的方法、种植甘蔗的方法、以及甘蔗繁殖系统。
图1a和1b对应地展示了茎部2在施用处理之前的一个实例的侧视图和端视图。茎部2是通过将一个甘蔗的茎部切割成所希望的长度来制备。图1a最好地展示了节4和表皮6。图1b最好地展示了在该茎部的一个切口端上的暴露的维管束（EVB）8。如在此使用的，EVB可以包括茎部的横截面，包括维管束的木质部以及韧皮部连同木髓和皮层。甘蔗切条2的相反的一端将具有相似的EVB。在其他实例中，茎部可以包括更多的节，例如2、3、4、5、6、等。类似地，处理的茎部的长度可以不同。例如，这些茎部可以具有一个在选自以下项中的至少一个范围内的长度：2至60cm、2.5至50cm、2.5至40cm、2.5至30cm、2.5至20cm、2.5至15cm、2.5至10cm、以及3至7cm。
该处理涉及获得具有至少一个节和EVB的茎部（例如茎部2）、并且将一种含有固氮菌的混合物注射入该茎部。茎部将常常通过将甘蔗的茎部切割成所希望茎部来获得。获得还包括接受或购买通过其他方式产生的茎部。
图2展示了多个具有EVB14的茎部12，EVB14已经接受在通道16内的注射。在这个实例中，通过单针穿透并注入EVB中进行形成通道和注射。然而可以用多种方式并且在多个位置进行注射。例如，可以用任意数目的针来穿透茎部并且将混合物注射入茎部。在另一个实例中，可以用2、3、4、5、6、7、8、9、10根或更多根针进入EVB中进行注射。在另一个实例中，可以例如在较长的茎部22的任意点20，用任意数目的针通过表皮进行注射。相对于茎部的长度，通道可以是轴向的或非轴向的。例如，认为通道16相对于茎部的长度是轴向的。典型地认为通过表皮形成的通道是非轴向的。
当使用针时，针的大小可以不同。例如，当用于穿透和注射时，针的直径可以在大约0.1至大约5mm、更典型地大约在0.1至大约2mm的范围内。壁厚度可以在大约0.05至大约0.4mm、更典型地在大约0.05至大约0.1mm的范围内。针穿透的深度可以类似地改变。在一个实例中，针穿透的深度至少为5mm。在另一个实例中，针穿透的深度至少为10mm。在许多实例中，针可以在注射之前稍微退回，例如，1mm、2mm、3mm、4mm、5mm或更多，由此在茎部创造一个较大的空腔使得可以接受混合物进去。通道体积可以根据需要改变，例如，体积可以是在从0.2至1.5ml的范围。
在其他实例中，通道可以经其他方式在茎部限定，例如，在EVB中或通过表皮延伸。通道可以经取芯器（corer）、钻头尖、绞刀（reamer）、等限定。在这样的实例中，注射可以用多种方式进行，例如，注射器、吸管、针、等，或任何其他适合用于递送混合物至该通道的装置。对于更有粘性的混合物，注射可以用其他工具（例如油灰刀）进行。
注射入茎部的混合物包含一个浓度的固氮菌。该菌可以选自以下属中的至少一种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。在许多实例中，该混合物将具有固氮菌，该固氮菌选自这些举例说明的属中的至少两种、至少三种、以及至少所有种。此外，一些实例可以包括在一个或多个属中之内的多个种，例如，至少两个草本螺菌属的种。示例性的种包括以下项中的任一项：葡糖醋杆菌固氮细菌、织片草螺菌、红苍白草螺菌、亚马逊固氮螺菌；以及热带伯克霍尔氏菌。
固氮菌的浓度以及施用量可以不同。例如，混合物可以具有在105至109cfu/ml范围内的浓度。类似地在某种程度上，施用量可以不同。可以注射混合物以在每个茎部施用105至109cfu的固氮菌，在另一个实例中，在每个茎部施用2.108至4.108cfu。示例性的体积范围包括每个茎部0.2-1ml，在另一个实例中是每个茎部0.2至0.5ml。其他的可以希望不同的浓度、施用量、或施用体积。
混合物还可以包括一种有机碳源（例如甘露醇或酵母提取物）以及其他微量营养素。在一些情况下，混合物可以包括草皮，例如，以提供细菌的基质或微量营养素。在一些实例中，混合物将是一种低氮介质，由此抑制非固氮菌在该混合物中的生长。这样的实施方案可以是有用的，例如，对于储存以及运输混合物、或协助固氮种群的建立。低氮介质包括无氮培养基，例如Burke’s以及Ashbey’s、连同具有足够低以至不可测量的氮水平的培养基，降低了非固氮菌的适应性。
本技术的一些实例的益处之一是它允许固氮菌不需要在注射之前干燥茎部就能注射以及摄入。本申请人认为减少干燥将提高发芽率，特别对于较短的茎部，例如具有1个节的那些茎部。在许多实例中，当该茎部相对于一个新切的茎部具有a%的损失时进行注射，该a%选自以下项中的至少一项：小于30%、小于25%、小于20%、小于15%、小于10%、以及小于5%。%wt损失的适合的水平可以通过在至少24小时、18小时、16小时、14小时、12小时、10小时、8小时、6小时、4小时、2小时以及1小时之内进行注射获得。这些方法可以进一步包括用一种例如防潮密封层包覆EVB，可以进一步减少失水。在许多实例中，在茎部的通道还可以为混合物中的细菌创造一种更稳定的湿度、养分、以及温度的环境，并且认为该通道有助于固氮菌种群的更快的以及更健康的系统的或局部的建立。
本披露还针对种植甘蔗的方法，可以包括栽培一个已经用以上所述的任意方法处理的茎部。在一个实例中，一种方法包括获得一种具有至少一个节以及暴露的维管束（EVB）的茎部。将包含一个浓度的固氮菌的混合物注射入该茎部。然后栽培该经处理的茎部。方法还可以包括栽培另外的已经如上所述被处理的茎部。当栽培另外的茎部时，每延米的节的数目可以在以下范围的至少一个范围内：2至200、2至100、4至75、以及10至40。
本披露还针对甘蔗繁殖系统。甘蔗繁殖系统包括根据以上所述任意方法处理的茎部。在一个实例中，一个系统包括一种具有至少一个节以及暴露的维管束（EVB）的茎部。该茎部限定了一种例如由针创造的通道。将包含一个浓度的固氮菌的混合物放置在该通道之内。
通过使用在此所述的系统、方法或混合物，本申请人认为多种益处的任一个将在甘蔗的生长中实现。例如，本申请人认为将获得下列项中的至少一项：提高甘蔗地段的固氮速率；减少施用在甘蔗地段的肥料的量；提高从单节茎部的发芽率；提高从多节茎部的发芽率；提高甘蔗植物的生长速率；并且提高从茎部生长的甘蔗植物的生长速率。这个清单并非旨在限制，并且可以体现其他益处，例如，增加对害虫的抗性，等。
很多特征和优点、连同结构和功能的细节已经在前述说明中提出。但是本披露内容仅是说明性的，并且在本发明的原理之内可以在细节上作出改变。
尽管提出本发明的宽广范围的数字范围和参数是近似值，但在具体实例中提出的数字值被报告得尽可能精确。但是，任何数字值必然固有地包含某些误差，这些误差来自在它们的对应的试验测量中发现的标准差。而且，所有在此披露的范围应了解为包括其中的任意以及所有的子范围、以及在端点之间的每个数字。例如，陈述的“1至10”的范围应该认为是包括在最小值1和最大值10（包括在内）之间的任意以及所有的子范围；是起始于最小值1或更大（例如1至6.1）并且终止于最大值10或更小（例如5.5至10）的所有的子范围，以及起始和终止于端点之内（例如2至9、3至8、3至9、4至7）的所有范围，以及最后包含于该范围之内的每个数字1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。应进一步指出，如在本说明书中所使用的，除非明白地并且不含糊地限制到一个指示物，单数形式“一个/一种”（a/an）、以及“该”（the）包括复数的指示物。

Claims (65)

1.一种处理甘蔗的方法，包括：
获得一个茎部，该茎部具有
至少一个节以及
暴露的维管束（EVB）；并且
将一种混合物注入该茎部，其中该混合物包含一个浓度的固氮菌。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该茎部在注射之前还没有干燥。
3.根据权利要求1所述的方法，其中该茎部相对于一个新切的茎部具有a%的损失，该a%选自以下项中的至少一项：小于30%、小于25%、小于20%、小于15%、小于10%、以及小于5%。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该甘蔗是一种甘蔗属的种。
5.根据权利要求4所述的方法，其中该甘蔗属的种是选自以下项中的至少一项：斑茅、孟加拉甘蔗、食用甘蔗、文邪草甘蔗、高贵蔗、狭叶斑茅、腊万纳甘蔗、坚牢甘蔗、竹蔗、甜根子草。
6.根据权利要求1所述的方法，其中该茎部具有选自1、2、3、4、5以及6个的节数目。
7.根据权利要求1所述的方法，其中该茎部仅有一个节。
8.根据权利要求1所述的方法，其中该茎部具有一种在选自以下项的至少一个范围内的长度：2至60cm、2.5至50cm、2.5至40cm、2.5至30cm、2.5至20cm、2.5至15cm、2.5至10cm、以及3至7cm。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将该混合物注射入该茎部的EVB中。
10.根据权利要求1所述的方法，进一步地包括在注射之前用至少一根针穿透该EVB。
11.根据权利要求10所述的方法，其中该针
穿透至至少5mm的深度，
具有在大约0.1至大约5mm的范围内的直径；并且
具有在大约0.05至大约0.4mm的范围内的壁厚度。
12.根据权利要求10所述的方法，其中在注射之前将该针穿透至一个至少10mm的深度并且然后退回至少1mm，由此在该茎部创造一种用于该混合物的空腔。
13.根据权利要求9所述的方法，进一步地包括在注射之前在该EVB中限定一个通道。
14.根据权利要求1所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少一种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
15.根据权利要求1所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少两种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
16.根据权利要求1所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少三种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
17.根据权利要求1所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的每一种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
18.根据权利要求17所述的方法，其中该固氮菌包括至少两种草本螺菌属的种。
19.根据权利要求17所述的方法，其中
该葡糖醋杆菌属包括葡糖醋杆菌固氮细菌，
该草本螺菌属包括织片草螺菌以及红苍白草螺菌中的至少一种，
该固氮螺菌属包括亚马逊固氮螺菌；并且
该伯克霍尔氏菌属包括热带伯克霍尔氏菌。
20.根据权利要求1所述的方法，其中这种固氮菌的浓度是在105至109cfu/ml的范围内。
21.根据权利要求1所述的方法，其中注射该混合物以在每个茎部应用105至109cfu的范围内的这种固氮菌。
22.根据权利要求1所述的方法，其中施用到该茎部的混合物的体积是在0.2至1ml的范围内。
23.根据权利要求1所述的方法，其中该混合物是一种低氮介质，由此抑制非固氮菌在该混合物中的生长。
24.根据权利要求1所述的方法，其中该混合物进一步包括至少一种
一种用于该细菌的有机碳源以及
微量营养素。
25.根据权利要求1所述的方法，进一步地包括用一种防潮密封层包覆该EVB。
26.根据权利要求1所述的方法，其中经切割一种甘蔗的茎得到该茎部，并且其中在切割该甘蔗的茎之后，对该茎部在以下项中的至少一项之内进行注射：少于24小时、少于12小时、以及少于6小时。
27.一种种植甘蔗的方法，该方法包括：
获得一个茎部，该茎部具有
至少一个节以及
暴露的维管束（EVB）；
将一种混合物注入该茎部，其中该混合物包含一个浓度的固氮菌；并且
栽培该被注射的茎部。
28.根据权利要求27所述的方法，其中该茎部在注射之前还没有干燥。
29.根据权利要求27所述的方法，其中该茎部相对于一个新切的甘蔗切条具有a%的损失，该a%选自以下项中的至少一项：小于30%、小于25%、小于20%、小于15%、小于10%、以及小于5%。
30.根据权利要求27所述的方法，其中该甘蔗是一种甘蔗属的种。
31.根据权利要求27所述的方法，其中该茎部具有选自至少1、至少2、至少3、至少4、至少5以及至少6个的节数目。
32.根据权利要求27所述的方法，其中该茎部仅有一个节。
33.根据权利要求27所述的方法，其中该茎部具有一种在选自以下项中至少一项的长度：2至60cm、2.5至50cm、2.5至40cm、2.5至30cm、2.5至20cm、2.5至15cm、2.5至10cm、以及3至7cm。
34.根据权利要求27所述的方法，其中将该混合物注射入该茎部的EVB中。
35.根据权利要求34所述的方法，进一步地包括在注射之前用至少一根针穿透该EVB。
36.根据权利要求35所述的方法，其中该至少一根针
穿透至至少5mm的深度，
具有在大约0.1至大约5mm的范围内的直径；并且
具有在大约0.05至大约0.4mm的范围内的壁厚度。
37.根据权利要求35所述的方法，其中在注射之前将该针穿透至一个至少10mm的深度并且然后退回至少1mm，由此在该茎部创造一种用于该混合物的空腔。
38.根据权利要求34所述的方法，进一步地包括在注射之前在该EVB中限定一个通道。
39.根据权利要求27所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少一种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
40.根据权利要求27所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少两种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
41.根据权利要求27所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的至少三种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
42.根据权利要求27所述的方法，其中该固氮菌是选自以下属中的每一种：葡糖醋杆菌属、草本螺菌属、固氮螺菌属、以及伯克霍尔氏菌属。
43.根据权利要求27所述的方法，其中该固氮菌包括至少两种草本螺菌属的种。
44.根据权利要求42所述的方法，其中
该葡糖醋杆菌属包括葡糖醋杆菌固氮细菌，
该草本螺菌属包括织片草螺菌以及红苍白草螺菌中的至少一种，
该固氮螺菌属包括亚马逊固氮螺菌；并且
该伯克霍尔氏菌属包括热带伯克霍尔氏菌。
45.根据权利要求27所述的方法，其中这种固氮菌的浓度是在105至109cfu/ml的范围内。
46.根据权利要求27所述的方法，其中注射该混合物以在每个茎部应用105至109cfu的范围内的这种固氮菌。
47.根据权利要求27所述的方法，其中施用在该茎部的混合物的体积是在0.2至1ml的范围内。
50.根据权利要求27所述的方法，其中该混合物是一种低氮介质，由此抑制非固氮菌在该混合物中的生长。
51.根据权利要求27所述的方法，其中该混合物进一步包括至少一种
一种用于该细菌的有机碳源以及
微量营养素。
52.根据权利要求27所述的方法，进一步地包括在栽培之前用一种防潮密封层包覆该EVB。
53.根据权利要求27所述的方法，其中经切割一种甘蔗的茎得到该茎部，并且其中在切割该甘蔗的茎之后，对该茎部在以下项中的至少一项之内进行注射：少于24小时、少于12小时、以及少于6小时。
54.根据权利要求27所述的方法，进一步地包括获得、注射并且栽培多个另外的茎部。
55.根据权利要求54所述的方法，其中该多个另外的茎部被栽培为使得每延米的节的数目是在选自以下项中的至少一个范围内：2至200、2至100、4至75、以及10至40。
56.一种甘蔗繁殖系统，包括：
一种具有至少一个节以及暴露的维管束（EVB）的茎部，其中该茎部限定了一个通道，以及
放置在该通道内的一种混合物，其中该混合物包含一个浓度的固氮菌。
57.根据权利要求56所述的系统，其中该茎部具有选自1、2、3、4、5或6个的节数目。
58.根据权利要求56所述的系统，其中该茎部仅有一个节。
59.根据权利要求56所述的系统，其中该茎部具有一种在选自以下项的至少一个范围内的长度：2至60cm、2.5至50cm、2.5至40cm、2.5至30cm、2.5至20cm、2.5至15cm、2.5至10cm、以及3至7cm。
60.根据权利要求56所述的系统，其中该通道以及该茎部是轴向的。
61.如权利要求56所述的系统，其中该通道是通过一种针形成的。
62.根据权利要求61所述的系统，其中该通道包括一种限定在该EVB之内的入口。
63.根据权利要求56所述的系统，其中该通道具有在0.2至1.5ml的范围内的体积。
64.根据权利要求56所述的系统，其中该混合物包含105至109cfu的固氮菌。
65.根据权利要求56所述的系统，其中该混合物是一种低氮介质，由此抑制非固氮菌在该混合物中的生长。
66.根据权利要求56所述的系统，其中该混合物进一步包括至少一种一种用于该细菌的有机碳源以及微量营养素。
67.根据权利要求56所述的系统，进一步地包括一种防潮密封层以至少包覆该EVB。
CN2011800362350A 2010-05-21 2011-05-20 甘蔗中的细菌注射 Pending CN103025169A (zh)

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