CN104540379B - 植物繁殖 - Google Patents

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Abstract

本申请总体上涉及植物繁殖领域。具体而言，本发明涉及用于无性生殖植物繁殖的方法以及通过这种方法所产生的植物和植物部位。本发明还提供包封的繁殖体。本发明还提供包封的繁殖体和从中生长出的植物的多种最终用途。本发明还提供用于改变根茎构造的方法和具有改变的构造的根茎，以及用于改变茎扦插构造的方法和具有改变的构造的茎扦插。本发明还提供用于繁殖体的包衣，以及用其包覆的繁殖体。

Description

植物繁殖
技术领域
本申请总体上涉及植物繁殖领域。具体而言，本发明涉及用于无性生殖植物繁殖的方法以及通过这种方法所产生的植物和植物部位。本发明还提供包封的繁殖体。本发明还提供包封的繁殖体和从中生长出的植物的多种最终用途。本发明还提供用于改变根茎构造的方法和具有改变的构造的根茎，以及用于改变茎扦插构造的方法和具有改变的构造的茎扦插。本发明还提供用于繁殖体的包衣，以及用其包覆的繁殖体。
背景技术
最近，可降低我们对于传统能源(如煤、石油和核能)的依赖的替代能源引起了人们很大的兴趣。一种此类替代能源是生物燃料，其为来自作物(能源作物)的燃料，这些作物可被燃烧以产生热和电或采用酶处理以产生可用于生产乙醇或氢气的糖。芒属(Miscanthus)是多年生禾本植物的实例，由于其高生物量产率，已被鉴定为能源作物。
存在许多芒属属种，但目前最高产的克隆是不育性杂种奇岗(Miscanthus×giganteus)，其来自荻(M.sacchariflorus)和中国芒(M.sinensis)的天然杂交。芒属是结种子的禾本植物，但杂种奇岗是三倍体，因此是不育的并且不产生种子。因该杂种只可通过无性方式来繁殖，这严重限制了它的商业引入。
对芒属的结籽变种的主要担忧是其变为入侵性的潜能，但是结籽变种的替代物是依靠无性繁殖，其在很大程度上效率较低。芒属无性繁殖的常规方法包括种植从专用增殖作物产生的根茎扦插，根茎是地下茎。随着商用芒属作物生长超过20年或更多年，其根复合体可变得相当大并且是木质的。适用于定苗新作物的根茎通常特别地在增殖试验田中产生，并且经常以高密度种植，并在2-4年后采收。这些常规的根茎形状不规则，可经常具有大量的根毛和不定根，使其难以通过常规农业设备来处理，并且由于根毛缠结及其大的、不规则的且体积大的本性而难以贮存和处理。根茎扦插是从上述“根复合体”中获得的，其通常约12-15cm长，包括周围的土壤在内重约50g。尽管这些根茎看似强壮，但它们对失水相当敏感，因此需要谨慎地贮存并处理。以上提到的因素使得芒属的增殖与其他作物相比相对昂贵。例如，在欧洲的典型生长条件下，芒属根茎在一个生长季的增殖率为约3-5倍，意味着一个根茎在一年的生长后最多产生五个根茎。与之相比，谷物的增殖率高达80倍，而油菜的增殖率超过5,000倍。同样，与清洁、处理和种植结籽作物的成本相比，种植常规芒属根茎的成本也高。
已经尝试通过使种植设备适合于根茎，包括引入精确种植，以解决上述问题，这两种尝试都增加了作物定苗的可靠性。
但是，迄今为止，未尝试过使根茎自身更好地适应常规农业设备。
产生用于燃料、饲料和纤维的原料所需的许多作物(多年生禾本植物)根本没有根茎，或根茎的数量不够，因此需要茎繁殖。但是，基于茎扦插的植物繁殖存在类似的问题。例如，甘蔗是一种经济上重要的作物，用于糖生产和生物燃料生产，但是甘蔗生产是劳动密集型的，并依赖于使用专门的机械。甘蔗的栽培包括约2年的相当长的过程用来生产甘蔗种子，其使用微组织繁殖技术，随后通过试验和育种以产生新的甘蔗栽培品种。在高的病害压力下，新栽培品种上市可需要长达5年。然后开始来自甘蔗种子的甘蔗增殖，这一过程通常可需要约3年，然后可开始商业生产。通常，约20％的总生长区域被留作增殖用，如果不是连续的，意味着约20％的土地被占用至少3年用于连续的增殖周期。3年期间的增殖率也相对低效，表现出约8倍的增加。
对于根茎类作物如姜黄和竹子，已经报道了得自使用微组织繁殖技术的一些效率增加。例如，署名为Nayak的出版物(Plant Growth Regulation 32：41-47，2000)描述了使用组织培养技术的姜黄体外增殖，还描述了使用蔗糖、6-苄基腺嘌呤和特定的光周期诱导微根茎。同样，Lo-apirukkul等人(J Nat Med(2012)66：265-270)描述了一种泰国药用植物多叶姜黄(Curcuma comosa Roxb.)的微组织繁殖，以及微根茎的诱导。竹子根茎的体外诱导已由Kapoor和Rao报道(Plant Cell，Tissue and Organ Culture(2006)85：211-217)。与常规方法相比，在涉及使用体外微组织繁殖技术的现有技术方法中报道的效率增加表现出约7倍的改善。因此仍然需要更有效的方法用于无性生殖植物的繁殖。
阻止芒属和其他此类作物的更广泛栽培的主要障碍之一是上面所讨论的低效的繁殖，至少部分归因于其无性生殖方式。因此仍然需要经济上更为有效的方法，用于芒属和其他无性生殖作物的定苗。
发明内容
本发明旨在通过提供更有效的植物繁殖方法，以及通过提供呈备用于种植形式的包封的繁殖体，而解决上述与芒属和其他无性生殖植物的繁殖有关的一些问题。
与常规技术相比，现有技术方法显示约7倍的改善；而与现有技术方法相比，通过实施本发明的方法而获得的效率增加，根据所针对的植物，带来约50倍至约200倍的改善。
因此，根据本发明，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤：
(i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
(iii)将步骤(ii)中产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中。
本发明还提供包封的小根茎和包封的小茎扦插，其在本文中统称为“包封的繁殖体”。本文还提供包封的繁殖体的多种用途，以及由此获得的植物的多种用途。
本发明还提供用于包覆繁殖体的生物可降解聚合物，以及包覆在其中的繁殖体。
还提供使用植物激素和/或通过实施本发明的方法改变根茎或茎扦插的构造的方法。
具体实施方式
本发明的方法克服了与芒属繁殖的常规方法有关的低效率，导致更高的生产率和更均一的最终产物。此外，与常规方法相比，本发明的方法更适用于自动化，导致进一步的效率增加。此外，由于通过该方法所产生的小根茎或小茎扦插的大小和形状更均一，常规农业设备可在最小调整(如果需要)后容易地用于种植过程中，因此去除了与不得不生产定制设备有关的任何额外费用。
因此，根据本发明，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤：
(i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
(iii)将步骤(ii)中产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中。
微组织繁殖是标准的、众所周知的园艺技术，用于大量小植株的快速增加。所述方法步骤(i)中所描述的微组织繁殖旨在产生大量适合进入所述方法步骤(ii)的材料。所使用的微组织繁殖技术可以是任何常规的微组织繁殖技术，例如组织培养或有根的茎扦插。
微组织繁殖产生小植株，这些小植株通常在温室中备用于增殖。用于植物增殖的常规方法被用于所述方法的该步骤中。小植株的温室增殖通常导致每2-3个月增加20-30倍。对芒属和芦竹(Arundo donax)而言，微组织繁殖和增殖使每株植物在约8周的周期内产生约10株植物；然后这10株植物可在下一个约8周的周期内转而产生约100株植物。
有利地，取决于所使用的植物，微组织繁殖及随后的增殖可在少于6个月或少于8个月或少于10个月或少于12个月或少于14个月或少于16个月或少于18个月之内，使每1株植物产生1000万小植株、扦插植物或裸露的根扦插(指单个茎，其可从较大的植物分离出来)。
有利地，与常规微组织繁殖相比，微组织繁殖及随后的增殖导致突变率降低，这再次促进由实施本发明的方法所带来的总体效率增加。
然后，将所产生的小植株备用于所述方法步骤(ii)中的激素处理。
术语“小植株”、“扦插植物”和“裸露的根扦插”在本文中可互换使用，用来表示按照所述方法步骤(i)的微组织繁殖和增殖技术产生的小植物。小植株的大小根据待繁殖的植物而不同，技术人员将任意使用适合的方式用于从任何给定的植物产生小植株。对芒属而言，小植株的长度通常在至少2-5cm的范围内。
本文中所使用的术语“根茎”以其常规含义使用，指植物的地下茎，其通常产生根和幼苗。本文中所使用的术语“根茎的”植物指任何能够产生根茎的植物。术语“小根茎”是本领域中已知的术语，指来自任何给定植物种的完整根茎，其为该植物种的典型的完整根茎的大小的约10％，优选为该植物种的典型的完整根茎的大小的约5％。例如，芒属的典型的完整根茎为约50g重，约12-15cm长，而来自相同植物种的小根茎通常为约5g重，优选约4g或3g或2g重，约2-5cm长，优选约1-2cm长。
本文中所使用的术语“茎扦插”以其常规含义使用，其中任何给定的亲本植物的一段被移除，并通过将移除的植物段放置在适合的生长培养基(如土壤、堆肥、盆栽混合物、岩棉、珍珠岩、蛭石、椰壳纤维、膨胀的粘土颗粒、水凝胶和水的一种或多种，其促进新的根和/或茎的生长，使茎扦插成为独立于源植物的植物)中，促使其生长成为独立的植物。本文中所使用的术语“小茎扦插”是指来自任何给定植物种的茎扦插，其为该植物种的典型茎扦插的大小的约10％，优选为该植物种的典型茎扦插的大小的约5％。例如，来自芦竹的典型茎扦插为约100g重，约40-60cm长，而来自相同植物种的小茎扦插通常为约10g重，优选约4g或3g或2g重，约2-4cm长。对甘蔗而言，常规的茎扦插为30-40cm长，而来自相同甘蔗种的小茎扦插通常为约2-4cm长。
然后，将所述方法步骤(i)中所产生的小植株进行所述方法的步骤(ii)，其包括采用细胞分裂素和/或植物生长素对小植株进行激素处理。任何一种给定的植物激素的施用率小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm、小于约500ppm、小于约400ppm、小于约300ppm、小于约200ppm、小于约100ppm、小于约90ppm、小于约80ppm、小于约70ppm、小于约60ppm、小于约50ppm、小于约40ppm、小于约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm。
细胞分裂素可选自激动素、玉米素、6-苄基氨基嘌呤、二苯基脲和苯基噻二唑脲(TDZ)。植物生长素可选自吲哚-3-乙酸(IAA)、4-氯吲哚-3-乙酸(4-Cl-IAA)、2-苯基乙酸(PAA)和吲哚-3-丁酸(IBA)。在芒属繁殖情况下，优选苄基氨基嘌呤、TDZ和IAA的组合。优选地，苄基氨基嘌呤、TDA和IAA各自的施用率小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm、小于约500ppm、小于约400ppm、小于约300ppm、小于约200ppm、小于约100ppm、小于约90ppm、小于约80ppm、小于约70ppm、小于约60ppm、小于约50ppm、小于约40ppm、小于约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm。如有需要，根据待繁殖的植物，本领域技术人员可容易地优化植物激素的组合和浓度。
根据本发明的优选特征，在所述方法步骤(i)之后以及在步骤(ii)的激素处理之前、之后或期间，但在采收小根茎或小茎扦插之前，可对植物进行暂时的非生物胁迫或机械胁迫。
非生物胁迫可包括对生长中的植物进行任何与所述植物的正常生长条件相比暂时的环境改变。例如，胁迫可以是以下的任一种或多种：(i)渗透性胁迫(其可由与盐或水的正常水平相比有限的或过量的盐或水引起)；(ii)温度胁迫(其可由植物暴露于与所述植物的正常生长条件相比过热或过冷中引起)；(iii)养分胁迫(其可由缺乏氮、磷、硫等引起)；或(iv)氧化胁迫。将植物暴露于暂时的非生物胁迫和/或机械胁迫促使更多芽形成。
机械胁迫指任何非环境胁迫，其来自于对植物的物理作用，例如切割植物部位。优选将植物的地上部位修剪到刚好在节上方的一点。
本文中所提及的“暂时的”胁迫用来表示暴露于非连续的胁迫，其可包括在间断的周期将植物暴露于任何一种或多种给定的胁迫。例如，胁迫的间断周期可是在非胁迫周期之间将植物暴露于胁迫中1、2、3、4或5或更多个单独的时机。
所述方法步骤(ii)(使小植株与至少一种植物激素接触)，其可包括或不包括将植物暴露于非生物胁迫和/或机械胁迫，可持续约12-24周，取决于所述植物以及是否已形成足够的芽。
小植株与至少一种植物激素的接触可发生在将植物暴露于暂时的非生物胁迫或机械胁迫之前、之后或期间。优选的植物激素包括苄基氨基嘌呤、TDA和IAA，其中的一种或多种的施用率可小于1000ppm(小于1000份/百万份)。
因此，一种用于无性生殖植物繁殖的优选方法包括以下步骤：
(i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，将小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
(v)将步骤(iv)中所产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中。
之后，将经激素处理的植物种植在田间或设定在最优生长条件下的温室中。对芦竹或从茎扦插中产生的其他植物而言，该生长期可跨越约12个月的周期。将从新芽中萌发的幼苗除去并切割(通过机械或手工)成短的长度，得到小茎扦插。
对芒属而言，该生长期可跨越约12个月的周期，或直到植物的大小为约20cm长且根茎为约2-5g重，和/或直到根茎的芽容量为每个根茎约20个芽。
然后，可将生长在田间或温室中的根茎植物材料进行光切碎或分离根复合体，以从其中分离出小根茎。有利地，可使该切碎或分离过程自动化，以直接从田间或温室取植物材料并且从根复合体中分离出小根茎，备用于包封阶段。
激素处理及随后的田间或温室生长周期导致从步骤(i)的小植株中产生小根茎。有利地，对芒属繁殖而言，小根茎为约2-5g重，与之相比，通过常规生产方法产生的根茎重约30-50g。另一个优势是，芒属小根茎比常规法产生的芒属植物的根茎在形状和大小上更为均一，意味着它们可在可用的农业机械的最小调整(如有需要)下种植，从而避免了与提供专门调整或定制的农业机械有关的费用。
然后，从所述方法步骤(ii)所产生的小型的、形状均一的小根茎或小茎扦插呈备用于包封的形式。可将包封过程有利地自动化。切碎(对根茎植物而言)和包封过程的联合自动化将有助于另外的效率增加。
可将小根茎或小茎区段或扦插有利地包封于任何植物生长培养基中，例如堆肥、盆栽混合物、泥炭、水凝胶、土壤、岩棉、珍珠岩、蛭石、泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料、浮石、椰壳纤维、膨胀的粘土颗粒等。所产生的包封的根茎或包封的小茎扦插繁殖体是稳定的种植单位，对于某些作物而言，其小于10g或小于15g，并且其呈备用于利用最小调整的常规农耕设备的精确种植的形式，或备用于贮存的形式直至需要。
包封材料还可包括化合物，例如植物激素(如细胞分裂素或植物生长素)、植物生长调节物、菌根、内生植物的生物、共生生物或其他有益生物、表面活性剂、凝胶、杀真菌剂、杀线虫剂、杀虫剂、有机和无机营养素、水、聚合物和基于有机的超级吸收剂，以及稳定化合物等，来辅助小根茎和小茎插条的贮存，以阻止任何由变质带来的材料损失，并在繁殖体被种植到田间后增强其存活和性能。
根据本发明的优选特征，然后，将包封的材料基本上包覆在生物可降解的聚合物中，其中优选生物可降解的聚合物的熔点为30-65℃。
聚合物优选选自蜡、聚酯、基于石油的石蜡或塑料、多糖或任何基于植物的塑料中的一种或多种。
包衣还优选包括纤维组分，其占包衣的至少最高达20％、至少最高达30％、至少最高达40％、至少最高达50％、至少最高达60％、至少最高达70％、至少最高达80％、至少最高达90％。
纤维可以是下列的一种或多种：(i)来自农业生物质残余物的纤维(例如，谷物秸秆、棉花、花生壳、大豆秸秆、玉米饲料)；(ii)专用纤维(例如，芒属、芦竹属、甘蔗、甘蔗渣、大麻、洋麻)；(iii)经加工的纤维(例如，纸、再生的纸板、木粉、木锯屑)；和(iv)人工的或经加工的纤维(例如，尼龙、聚酯、棉花)。
包衣还可包括杀真菌剂、内生植物的生物、植物营养素、激素、染料或其他用于鉴别的工具，如条形码或脉冲转发器等，以帮助分类。
通过浸渍(至少一次)或通过共挤压或通过将繁殖体周围的包衣进行热成形，而将包衣施用于包封的繁殖体。包覆繁殖体的包衣厚度小于1mm(毫米)，优选小于0.5mm。
因此，根据本发明的一个优选实施方案，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤：
(i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
(iii)将步骤(ii)中所产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中；和
(iv)将步骤(iii)中的包封的小根茎或小茎扦插基本上包覆在生物可降解的聚合物中。
因此，根据本发明的另一优选实施方案，提供一种用于无性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步骤：
(i)来自无性生殖植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，将小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从中采收小根茎或小茎扦插；
(v)将步骤(iv)中所产生的小根茎或小茎扦插基本上包封于植物生长培养基中；和
(vi)将步骤(v)中的包封的小根茎或小茎扦插基本上包覆在生物可降解的聚合物中。
一种用于根茎植物繁殖的优选方法，包括以下步骤：
(i)来自根茎植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，并使小植株生长；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，使小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从中采收小根茎；
(v)切碎或分离根复合体，以从中分离出小根茎；
(vi)将步骤(iv)或(v)中所产生的小根茎基本上包封于植物生长培养基中；以及任选地
(vii)将步骤(vi)的包封的小根茎基本上包覆在生物可降解的聚合物中。
上述步骤(i)至(vii)的优选方面如本文上面所描述的。
一种用于来自茎扦插的植物繁殖的优选方法，包括以下步骤：
(i)来自植物茎的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位接触至少一种植物激素，并使小植株生长；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，使小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从所产生的幼苗中采收小茎；
(v)将步骤(iv)中所产生的小茎基本上包封于植物生长培养基中；以及任选地
(vi)将步骤(v)中的包封的小茎基本上包覆在生物可降解的聚合物中。
上述步骤(i)至(vi)的优选方面如本文上面所描述的。
有利地，本发明的方法可应用于任何能够无性生殖的植物。具体而言，本发明的方法特别适用于根茎植物和茎繁殖的植物。例如，本发明的方法特别适用于能源禾本植物，如芒属(象草)、紫狼尾草(Pennisetum purpureum)、柳枝稷(Panicum virgatum)、能源甘蔗(甘蔗属(Saccharum)复合体)、芦竹(Arundo donax)、甘蔗、簕竹属(Bambusa)(竹)、姜黄属(Curcuma)、葎草属(Humulus)(啤酒花)、芦笋(asparagus)、姜属(Zingiber)(姜)、鸢尾属(Iris)、蔗茅属(Erianthus)、Fallopia sachalinensis(Igniscum)、甘薯(Ipomoeabatatas)和山葵(wasabi)。此外，还可应用于其他利用根茎或茎来繁殖的食用和药用作物，如草莓(草莓属(Fragatia))、草药荨麻(荨麻属(Urtica))和姜黄(turmeric)。
例如，芦竹、紫狼尾草、能源甘蔗、甘蔗(Saccharum officinarum)、橡胶树属(Hevea)(橡胶)和木薯属(Manihot)(木薯)，更适用于使用茎扦插来增殖。当使用茎扦插来增殖时，种植源自微组织繁殖的小植株并使其生长至适合的高度，并且将任何地上生长物修剪至刚好在节上的一点。该操作促使更多的芽形成，芽形成可通过施用细胞分裂素和植物生长素而被进一步刺激。将从新芽萌发出的幼苗移除并通过机器切碎至短的长度，以形成小茎扦插，然后，将小茎扦插备用于包封。尽管并非所有所产生的茎扦插都包含芽，但所实现的增殖率比通过常规方法实现的增殖率大许多倍。
根据本发明的另一方面，提供通过本发明的方法所产生的基本上包封的小根茎或基本上包封的小茎扦插。可将包封的小根茎或包封的小茎扦插基本上包覆在生物可降解的聚合物中。
本发明还提供重量小于约25g或小于约20g或小于约15g或小于约10g或小于约5g或小于约2g的种植单位，其包括形状基本均一的小根茎或小茎扦插，它们基本上包含于植物生长培养基中并任选地包覆于生物可降解的聚合物中。上面所描述的种植单位的重量不包括生长培养基。在本发明的一个实施方案中，种植单位包括来自芒属植物、能源甘蔗、芦竹或甘蔗植物的根茎。
本发明还提供用于产生植物的方法，其包括使通过本发明的方法所产生的包封的小根茎或小茎扦插生长的步骤。还提供可从这种包封的小根茎或小茎扦插及其后代和祖先获得的植物。
有利地，从通过本发明的方法所产生的小茎扦插或小根茎产生的植物具有增加的活力。以芒属为例，该增加的活力增加通过以下表现出来：分蘖数增加(增加200％-400％)、高度增加(增加最高达30％)、根体积增加(增加最高达300％)、地下芽增加(增加最高达400％)、林冠郁闭度增加(增加最高达200％)，和叶片面积增加(增加最高达800％)。
对芒属而言，在发芽后60-90天，通过本发明的方法所产生的植物与常规产生的1年大或更大的植物相似。
根据本发明，提供包封的小根茎或小茎扦插或从其产生的植物在增加与常规生长的同种植物相比的植物活力中的用途。
有利地，通过本发明的方法所产生的小茎扦插和小根茎提供用于植物繁殖的起始材料，其与常规起始材料相比具有相同的生长能力但重量大大减少，因此节省运输成本、贮存和处理成本等。例如，起始材料(小茎扦插和小根茎)将重约0.25吨/公顷，与之相比，常规生长的芒属植物起始材料重为1.5吨/公顷，常规生长的紫狼尾草起始材料重为6吨/公顷，常规生长的甘蔗起始材料重为10吨/公顷。
有利地，与通过常规方法生长的相同植物的采收周期相比，通过本发明的方法所产生的小茎扦插或小根茎允许缩短从其生长出的作物植物的采收周期。与通过常规方法生长的相同植物的种植窗口期相比，通过本发明的方法所产生的小茎扦插或小根茎提供多个种植窗口期。根据本发明，提供包封的小根茎或小茎扦插或从其产生的植物在改变植物采收周期中的用途。
通过使包封的小根茎或小茎扦插生长而产生的植物还可用于生产生物燃料或生物乙醇。根据本发明，提供包封的小根茎或小茎扦插或从其产生的植物用在生物燃料或生物乙醇生产中的用途。
有利地，通过本发明的方法所产生的小茎扦插和小根茎可用于生物修复施用，用于清理含被污染的水的区域。根据本发明，提供包封的小根茎或小茎扦插或从其产生的植物在生物修复中的用途。
根据本发明的另一方面，提供一种用于改变根茎构造的方法，其包括以下步骤：
(i)来自根茎植物的植物材料的微组织繁殖，以产生小植株；以及
(ii)使来自步骤(i)的小植株与选自苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的植物激素接触；
(iii)获得形状基本均一的小根茎，其重量小于约25g。
上述用于改变根茎构造的方法还可包括如本文上面所描述的切碎和/或包封根茎的附加步骤。
一种用于改变根茎构造的优选方法包括以下步骤：
(i)来自根茎植物的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位与选自苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的植物激素接触，并使小植株生长；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，使小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从中采收小根茎；
(v)切碎或分离根复合体，以从中分离出小根茎；
(vi)获得形状基本均一的小根茎，其重量小于约25g。
根据本发明的另一方面，提供一种用于改变茎构造的方法，其包括以下步骤：
(i)来自植物茎的植物材料的微组织繁殖，以产生小植株；以及
(ii)使来自步骤(i)的小植株与选自苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的植物激素接触；
(iii)获得形状基本均一的小茎，其重量小于约25g。
一种用于改变茎构造的优选方法包括以下步骤：
(i)来自植物茎的植物材料的微组织繁殖，随后增殖以产生小植株；
(ii)使来自步骤(i)的小植株或其部位与选自苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的植物激素接触，并使小植株生长；
(iii)在上述步骤(ii)之前、之后或期间，使小植株暴露于非生物胁迫或机械胁迫；
(iv)使小植株生长并从所产生的幼苗中采收小茎；
(v)获得形状基本均一的小茎，其重量小于约25g。
本发明提供可通过本文所描述的方法获得的小根茎和小茎扦插。用于改变根茎或小茎构造的方法产生重量小于约25g或小于约20g或小于约15g或小于约10g或小于约5g或小于约2g的小根茎或小茎扦插。
苄基氨基嘌呤、TDA和IAA各自(单独地，非组合地)的施用率优选小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm、小于约500ppm、小于约400ppm、小于约300ppm、小于约200ppm、小于约100ppm、小于约90ppm、小于约80ppm、小于约70ppm、小于约60ppm、小于约50ppm、小于约40ppm、小于约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm。
用于改变根茎构造的方法特别适用于芒属植物的根茎，但也可用于其他根茎植物。
如有需要，本领域技术人员可根据待繁殖的植物容易地优化植物激素的组合和浓度。然后，可将所产生的具有改变的构造的小根茎或小茎扦插用于生产植物的方法，其包括使可通过上述改变根茎或小茎构造的方法获得的根茎或包封的根茎或小茎扦插或包封的小茎扦插生长的步骤。
根据本发明的另一方面，提供苄基氨基嘌呤、TDA和IAA用于改变根茎(特别是芒属根茎)的构造或改变小茎的构造的用途。
根据本发明的另一方面，提供苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的用途，与利用常规生产方法所获得的产率相比，用于增加根茎植物的产率或利用茎扦插繁殖的植物的产率。苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的用途如上面在用于植物繁殖的方法中所描述的。
在该用途中，苄基氨基嘌呤、TDA和IAA各自(单独地，非组合地)的施用率小于约1000ppm、小于约900ppm、小于约800ppm、小于约700ppm、小于约600ppm、小于约500ppm、小于约400ppm、小于约300ppm、小于约200ppm、小于约100ppm、小于约90ppm、小于约80ppm、小于约70ppm、小于约60ppm、小于约50ppm、小于约40ppm、小于约30ppm、小于约20ppm或小于约10ppm。
改变根茎和小茎扦插的构造，以使得施用植物激素之后所产生的小根茎或小茎扦插在形状上基本均一并且重量小于约25g或小于约20g或小于约15g或小于约10g或小于约5g或小于约2g。
根据本发明的另一方面，提供用于繁殖体的包含生物可降解的聚合物的包衣，其中生物可降解的聚合物优选具有30-65℃的熔点。本发明还提供用这种生物可降解的聚合物包覆的繁殖体。
在包覆于生物可降解的聚合物中之前，优选将繁殖体包封。可将繁殖体有利地包封于任何植物生长培养基中，如堆肥、盆栽混合物、泥炭、水凝胶、土壤、岩棉、珍珠岩、蛭石、泡沫、聚苯乙烯泡沫塑料、浮石、椰壳纤维、膨胀的粘土颗粒等。包封材料还可包括化合物，例如植物激素(如细胞分裂素或植物生长素)、植物生长调节物、菌根、内生植物的生物、共生生物或其他有益生物、表面活性剂、凝胶、杀真菌剂、杀线虫剂、杀虫剂、有机和无机营养素、水、聚合物和基于有机的超级吸收剂，以及稳定化合物等，来辅助繁殖体的贮存，以阻止任何由变质引起的材料损失，并在繁殖体被种植到田间后增强其存活和性能。
聚合物优选选自蜡、聚酯、基于石油的石蜡或塑料、多糖或任何基于植物的塑料中的一种或多种。
包衣可包括，优选地，包衣还包括纤维，其可占包衣的至少最高达20％、至少最高达30％、至少最高达40％、至少最高达50％、至少最高达60％、至少最高达70％、至少最高达80％或至少最高达90％。
纤维可以是下列的一种或多种：(i)来自农业生物质残余物的纤维(例如，谷物秸秆、棉花、花生壳、大豆秸秆、玉米饲料)；(ii)专用纤维(例如，芒属、芦竹属、甘蔗、甘蔗渣、大麻、洋麻)；(iii)经加工的纤维(例如，纸、再生的纸板、木粉、木锯屑)；和(iv)人工的或经加工的纤维(例如，尼龙、聚酯、棉花)。
包衣还可包括杀真菌剂、内生植物的生物、植物营养素、激素、染料或其他用于鉴别的工具，如条形码或脉冲转发器等，以帮助分类。
通过例如浸渍(至少一次)或通过共挤压或通过将繁殖体周围的包衣进行热成形，而将包衣施用于(包封的)繁殖体。包覆(包封的)繁殖体的包衣厚度小于1mm(毫米)，优选厚度小于0.5mm。
根据本发明的另一方面，提供生物可降解的聚合物(优选具有30-65℃的熔点)用于包覆繁殖体的用途。
本文中所定义的“繁殖体”是能够生长或再生成为完整植物的任何植物部位。因此，繁殖体可包括根茎、小根茎、茎扦插、小茎扦插、块茎、种子等。
在繁殖体是种子的情况下，可将任何商业的或其他种子品种任选地首先按如上所述进行包封，然后按照所描述的包覆于生物可降解的聚合物中。种子可以是转基因的或非转基因的种子。优选的种子包括甜瓜和番茄种子。
附图
现将参照以下附图来描述本申请，附图仅作为说明，其中：
图1a表示通过常规方法所产生的来自芒属的根茎(重约30g)，图1b表示通过本发明的方法所产生的来自芒属的小根茎(重约2g)。
图2表示根据本发明的方法的步骤(i)正在进行微组织繁殖的芒属小植株。
图3表示与从常规根茎所产生的植物(图的左半部分)相比，从通过本发明的方法所产生的包封的小根茎产生的芒属植物(图的右半部分)的田间作物定苗。
实施例
现将通过引用以下实施例的方式来描述本申请。
实施例1：芒属的微组织繁殖和增殖
从无病害的芒属植物材料中选出外植体材料。将外植体材料进行表面杀菌、在无菌水中冲洗并播种于包含营养素(蔗糖和其他标准营养素)和植物激素的琼脂基生长培养基上，以促进细胞分裂。然后将所产生的愈伤组织重新放置于注入了营养素和植物激素(细胞分裂素和植物生长素)的生长培养基上，以刺激细胞分化成根和幼苗并产生小植株。该方法的重复循环使得单个外植体样品从一个增加到数千个小植株。
实施例2：激素操控
然后，将小植株种植在堆肥中，并在温室中生长，直到建立了5-10个幼苗。然后，通过在1天内不给小植株浇水而使其经历暂时的干旱。当幼苗为约10cm高时，对其进行分离操作，包括手工分离每个有专门根系的幼苗并将该幼苗盆栽于堆肥中。然后采用苄基氨基嘌呤、TDA和IAA的结合物处理盆栽的幼苗以增强幼苗和根发生，其中，苄基氨基嘌呤、TDA和IAA各自的施用率小于1000ppm(小于1000份/百万份)。
约30-45天后，除去地上的植物组织，从盆中除去根系并轻轻地分离根系。然后，将这些小根茎备用于下面的实施例4所描述的包封过程。
实施例3：使用小茎扦插
芦竹、紫狼尾草和能源甘蔗更适合于使用茎扦插来增殖。使芦竹、紫狼尾草、甘蔗和能源甘蔗的小植株进行如实施例1中所描述的微组织繁殖和增殖。将源自微组织繁殖和增殖的小植株种植到堆肥上并使其生长到约10cm高。将地上生长物修剪至刚好在节上的一点，以促使更多的芽形成，芽形成通过施用苄基氨基嘌呤、TDA和IAA而被进一步刺激，其中，苄基氨基嘌呤、TDA和IAA各自的施用率小于1000ppm(小于1000份/百万份)。将从新芽萌发出的幼苗移除并通过机器切至短的长度，以形成小茎扦插。然后，将这些小茎扦插按照实施例4中所描述的进行包封。
实施例4：包封
通过使用在园艺工业中可获得的用于包封种子或扦插的机器来进行包封，但所述机器是经过调整的以完全包住小根茎或小茎扦插。将小根茎或茎扦插引入包含细胞分裂素、植物生长素、菌根、表面活性剂、凝胶、杀真菌剂和杀虫剂的堆肥流中。然后将环绕小根茎或茎扦插的堆肥压缩。然后，将所产生的于压缩堆肥中的小根茎或小茎扦插的单位包裹在装订纸中，以增加包封的繁殖体的稳定性。然后，将包封的繁殖体贮存，直到需要用于种植。

Claims (40)

1.一种用于改变根茎植物或茎繁殖的植物的构造的方法，其包括以下步骤：
(i)使来自根茎植物或茎繁殖的植物的植物材料的微组织繁殖随后增殖而产生的小植株或其部位接触至少一种植物激素；
(ii)在上述步骤(i)之后，使小植株暴露于暂时的非生物胁迫和机械胁迫，其中所述非生物胁迫包括以下的任何一种或多种：渗透性胁迫、温度胁迫、养分胁迫和氧化胁迫，其中所述机械胁迫包括修剪地上植物部位，并且其中所述暂时的胁迫包括在非胁迫周期之间的间断的周期，非连续的暴露于任何一种或多种胁迫；
(iii)使小植株生长并从中采收具有改变的构造的小根茎或小茎扦插，所述改变的构造包括与常规方法产生的根茎植物或茎繁殖的植物相比，减小的尺寸、更均一的形状和增加的活力；
(iv)将步骤(iii)中所产生的所述小根茎或小茎扦插包封于植物生长培养基中。
2.根据权利要求1的方法，其中将所述包封的小根茎或小茎扦插包覆在生物可降解的聚合物中。
3.根据权利要求2的方法，其中所述生物可降解的聚合物具有30-65℃的熔点。
4.根据权利要求2的方法，其中所述生物可降解的聚合物包括蜡、聚酯、基于石油的石蜡或塑料、多糖或任何基于植物的塑料中的一种或多种。
5.根据权利要求3的方法，其中所述生物可降解的聚合物包括蜡、聚酯、基于石油的石蜡或塑料、多糖或任何基于植物的塑料中的一种或多种。
6.根据权利要求2-5中任一项的方法，其中所述生物可降解的聚合物包括纤维组分，其占所述生物可降解的聚合物的至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％。
7.根据权利要求6的方法，其中所述纤维包括以下的一种或多种：(i)来自农业生物质残余物的纤维；和(ii)人工的或经加工的纤维。
8.根据权利要求7的方法，其中所述人工的或经加工的纤维为专用纤维。
9.根据权利要求2-5和7-8中任一项的方法，其中所述生物可降解的聚合物包括以下的一种或多种：杀真菌剂、内生植物的生物、植物营养素、激素、染料、条形码或脉冲转发器。
10.根据权利要求6的方法，其中所述生物可降解的聚合物包括以下的一种或多种：杀真菌剂、内生植物的生物、植物营养素、激素、染料、条形码或脉冲转发器。
11.根据权利要求1-5、7-8和10任一项的方法，其中所述植物选自芒属(Miscanthus)、甘蔗属(Saccharum)复合体、簕竹属(Bambusa)、姜黄属(Curcuma)、葎草属(Humulus)、姜属(Zingiber)、鸢尾属、蔗茅属(Genus Erianthus)、、草莓属(Genus Fragaria)、荨麻属(Genus Urtica)、橡胶树属(Hevea)和木薯属(Manihot)。
12.根据权利要求6的方法，其中所述植物选自芒属、甘蔗属复合体、簕竹属、姜黄属、葎草属、姜属、鸢尾属、蔗茅属、草莓属、荨麻属、橡胶树属和木薯属。
13.根据权利要求9的方法，其中所述植物选自芒属、甘蔗属复合体、簕竹属、姜黄属、葎草属、姜属、鸢尾属、蔗茅属、草莓属、荨麻属、橡胶树属和木薯属。
14.根据权利要求11的方法，其中所述植物选自象草、紫狼尾草、柳枝稷、能源甘蔗、芦竹、甘蔗、竹、啤酒花、芦笋、姜、东北何首乌(Igniscum)、草莓、草药荨麻、橡胶和木薯、姜黄、山葵和甘薯。
15.根据权利要求12的方法，其中所述植物选自象草、紫狼尾草、柳枝稷、能源甘蔗、芦竹、甘蔗、竹、啤酒花、芦笋、姜、东北何首乌、草莓、草药荨麻、橡胶和木薯、姜黄、山葵和甘薯。
16.根据权利要求13的方法，其中所述植物选自象草、紫狼尾草、柳枝稷、能源甘蔗、芦竹、甘蔗、竹、啤酒花、芦笋、姜、东北何首乌、草莓、草药荨麻、橡胶和木薯、姜黄、山葵和甘薯。
17.根据权利要求1-5、7-8、10和12-16中任一项的方法，其中所述微组织繁殖包括组织培养。
18.根据权利要求6的方法，其中所述微组织繁殖包括组织培养。
19.根据权利要求9的方法，其中所述微组织繁殖包括组织培养。
20.根据权利要求11的方法，其中所述微组织繁殖包括组织培养。
21.根据权利要求1-5、7-8、10、12-16和18-20中任一项的方法，其中所述植物激素包括细胞分裂素和植物生长素。
22.根据权利要求6的方法，其中所述植物激素包括细胞分裂素和植物生长素。
23.根据权利要求9的方法，其中所述植物激素包括细胞分裂素和植物生长素。
24.根据权利要求11的方法，其中所述植物激素包括细胞分裂素和植物生长素。
25.根据权利要求17的方法，其中所述植物激素包括细胞分裂素和植物生长素。
26.根据权利要求21的方法，其中所述植物激素包括苄基氨基嘌呤、TDZ和IAA。
27.根据权利要求22-25中任一项的方法，其中所述植物激素包括苄基氨基嘌呤、TDZ和IAA。
28.根据权利要求26的方法，其中与所述植物激素的接触产生改变的根茎或茎构造，其包括形状均一、重量小于25g的根茎或小茎。
29.根据权利要求27的方法，其中与所述植物激素的接触产生改变的根茎或茎构造，其包括形状均一、重量小于25g的根茎或小茎。
30.根据权利要求1-5、7-8、10、12-16、18-20、22-26和28-29中任一项的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
31.根据权利要求6的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
32.根据权利要求9的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
33.根据权利要求11的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
34.根据权利要求17的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
35.根据权利要求21的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
36.根据权利要求27的方法，其还包括步骤：使通过权利要求1步骤(iv)的包封的小根茎或小茎扦插生长。
37.通过前述权利要求任一项获得的植物和/或通过前述权利要求任一项获得的植物的可采收部位在生产生物燃料中的用途。
38.权利要求37的用途，其中所述生物燃料为生物乙醇。
39.通过前述权利要求任一项获得的植物在生物修复中的用途。
40.通过前述权利要求任一项获得的植物在改变植物的采收周期中的用途。
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