CN108289427A - 非gm改良作物和获得具有改良的可遗传性状的作物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产与相同作物物种的植物对照种群相比表现出改良性状的作物的非GM方法，包括以下步骤：提供植物种群，使所述植物种群暴露于通过特定波长范围的人造光照射的预定光处理方案，监测步骤(b)的所述植物的至少一种性状，与所述对照种群进行比较并选择先前步骤的所述植物中具有最佳改良性状的至少前约0.5％，优选1％～2％的植物，繁育所述至少0.5％，优选1％～2％的最佳改良性状植物的至少一代后续代，可选地对于至少一代后续代重复前述步骤，从而获得表现出改良性状的作物，其中所述改良性状对于至少一个或更多代，优选两代或更多代，更优选3至5代，并且甚至更优选6至8代是可遗传的。

Description

非GM改良作物和获得具有改良的可遗传性状的作物的方法

相关申请的引证

本申请要求于2015年11月3日提交的美国临时专利申请序列号No.62/249,962以及于2015年12月9日提交的美国临时专利申请序列号No.62/264,868的优先权，在此通过引证的方式将其全部内容结合到本申请中。

技术领域

本发明公开了非GM改良作物以及用于获得具有改良的可遗传性状的作物的方法。

背景技术

农业方法和生产力的提高被视为21世纪最大的挑战之一。根据2012年OECD-FAO的报告，在未来40年内，农业生产需要增加60％，才能满足日益增长的食品需求。在全球范围内，面积扩增的范围有限，即，计划的耕地总面积将增加不到5％。因此，需要开发更多的技术才能增加食品产量。

传统上，农民通过试验新品种、植物育种、有目的的选择，生长和异花授粉获得改良作物。

第一个基因改良作物是于1982年产生的。基因改良作物(GM或GMC)是使用基因工程技术修饰DNA的植物，目的是在所述植物中引入非天然性状。

基因改良(GM)植物具有通过种子传递(遗传)的而不是植物原生的特定性状。

尽管GM技术在美国和其他国家已被广泛接受，但GM食品的监管状况却因国家而异，而一些国家禁止或限制基因改良食品，或允许将其限制于规定范围内。

到目前为止，提高内在产量潜力的努力主要集中于开发作物内部的遗传变异。植物的新组合主要由传统育种技术和分子技术产生，从而允许在物种间交换遗传物质。

表观遗传控制机制的作用很少被研究和利用。表观遗传学是指研究由基础DNA序列变化以外的机制引起的基因表达或细胞表型变化的研究。

表观遗传机制包括对基因组进行功能相关修饰但不涉及核苷酸序列改变的修饰。这种修饰的实例包括DNA甲基化和组蛋白修饰，二者均用于调节基因表达而不改变基本DNA序列。在这样的机制中，“非遗传”因素导致生物体基因表达不同。

表观遗传调控组分在植物中的作用在一些研究和专利文献中得到证实。美国专利申请2013/0117877A1涉及找到具有高能量使用效率的植物的DNA甲基化谱(methylationprofile)的方法。该发明使技术人员能够将植物的DNA甲基化谱与潜在的高能量使用效率相关联。美国专利申请2012/0117678A1以及Hauben等人(2009)出版物公开了通过监测其细胞呼吸速率而选择具有高能量利用效率的植物的方法。细胞呼吸速率是通过测量NADPH含量、抗坏血酸含量和/或呼吸链复合物I活性进行测定的。需要强调的是，由美国专利申请2012/0117678A1和Hauben等人(2009)教导的所述细胞呼吸速率测量在体外、在从各个植物分离出的外植体或组织样品上实施。此外，现有技术对于诱导高产量性能的植物生产的能力保持沉默。

操纵植物产量和识别产量基因的尝试重点在于改变植物的开花时间(美国专利No.8,935,880和美国专利申请No.2014/0259905)。

对于非GM改良作物，以及近而对于具有可遗传的改良性状的非GM作物，还存在未满足且长期感受的需求。

发明内容

本发明提供了非GM改良作物以及获得具有改良的可遗传性状的作物的方法。

本发明的目的是提供与相同作物物种的对照种群相比表现出改良性状的商业植物作物(本文中以大豆、番茄、甜菊和谷物为例)的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供商业作物植物的种群；(b)将该商业作物植物的种群暴露于预定光照处理方案；和(c)监测步骤(b)的该商业作物植物的至少一种性状特征并与该对照种群比较；其中该方法另外包括以下步骤：(d)在以约1.5至约3000lux的光通量单位为特征的环境日光存在下用光波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射步骤(a)的该植物约5分钟至约2.5小时的时间；(e)与对照种群相比，至少确定步骤(b)和(c)的植物前约0.5％、优选1％至2％的最佳性能植物；(f)可选地繁殖至少0.5％、优选1％至2％最佳性能植物的至少一代后续代；和(g)可选地在至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)；从而获得与其对照种群相比表现出改良性状的商业作物植物，以及(h)在所处理的植物的生长周期结束时，选择基于所选试验的该最佳性能植物进行至少一轮额外的处理。

本发明的另一个目的是提供如上定义的该方法，其中将步骤(d)至(g)施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株及其任何组合组成的组中的植物或植物部分。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，另外包括从以下组成的组中选择对照种群的步骤：未处理的植物、相同代的未处理的植物、相同代的所处理的植物，及其任何组合。

本发明的另一个目的是公开如上任一项所限定的该方法，其中该环境日光的特征在于约100至约2000lux的光通量单位。

本发明的另一个目的是提供如上任何一项所限定的该方法，其中用人造光照射的步骤以选自以下各项组成的组的周期性施加：在日出开始时，在黎明期间、日出期间、日落期间，或其任何组合。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：用具有红光波长，特别是约600nm至约700nm的人造光照射步骤(a)的该植物。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法进一步包括以下步骤：用具有选自红光、蓝光、白光和其任何组合组成的组的波长的人造光照射步骤(a)的该植物。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：用红光波长、蓝光波长，白光波长和其任何组合的人造光，连续地、同时地或可互换地照射步骤(a)的植物。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：在环境日光的存在下，在黎明期间，从播种起每天用人造光照射步骤(a)的植物约5分钟至约2.5小时的时间，长达6周的时间。

本发明的另一个目的是提供上述任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：在温室条件下将作物植物暴露于预定光照处理方案约1个月，然后将响应该处理的顶级植物转移至田间生长条件。在生长周期结束时，根据选择的性状选择性能最好的植物进行额外一轮处理。

本发明的另一个目的是提供上述任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：在田间条件下将该植物暴露于预定光照处理方案约一个月，然后选择对该处理响应最好的植物。在生长周期结束时，根据选择的性状选择出性能最好的植物进行额外一轮处理。

本发明的另一个目的是公开上述任何一项中定义的该方法，该方法另外包括以下步骤：监测选自由以下各项组成的组中的至少一种性状或参数：平均种子数、果实数、平均种子重量、平均单株种子重量、株高、主茎宽度、茎粗、果实重量、植物生物质、茎数、次生茎数、光合效率、光合速率、叶中氮浓度，及其任意组合。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：生产与其相同的对照种群相比表现出至少一个产量特性至少2％且高达800或更高的产量增加的商业作物植物。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，其中步骤(d)至(g)施加于选自由大豆、玉米、油菜籽、玉米、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊、油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油、胶乳、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途相关的植物如精细化学品等的生产等，及其任何组合组成的组中植物物种或植物类型，另外包括以下步骤：生产与其对照种群相比表现出改良的性状如至少一个产量特性约10％至约200％的产量增加的商业作物植物。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：生产与其对照种群相比表现出约10％至约200％、优选约50％至约80％的每株植物平均种子数增加的商业作物植物。相同的方法适用于大豆。

本发明的另一个目的是提供如上任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：生产与其对照种群相比表现出改良性状如约10％至约50％，优选约20％至约40％的每株植物平均单种子重量增加的商业作物植物。

本发明的另一个目的是提供如上述任一项所限定的该方法，该方法另外包括以下步骤：生产与其对照种群相比表现出改良性状如约50％至约200％，优选约80％至约150％的每株植物平均总种子重量增加的商业作物植物。

本发明的另一个目的是提供施加于基因改良(GM)或非GM商业作物植物的本发明的该方法。

本发明的另一个目的是提供通过上述任一所限定的方法生产的植物部分或其产品。

本发明的另一个目的是提供一种商业作物植物，其与其对照种群相比表现出具有改良性状如产量增加，其通过以下步骤生产：(a)提供商业作物植物种群；(b)将该商业作物植物种群暴露于预定光照处理方案；(c)监测步骤(b)的该商业作物植物的至少一个产量特性并与其对照种群比较；其中该方法另外包括以下步骤：(d)在以约1.5至约3000lux的光通量单位为特征的环境日光的存在下用波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射步骤(a)的该植物约5分钟至约2.5小时的时间；(e)与其对照种群相比，至少确定出步骤(b)和(c)的该植物中的至少前约0.5％、优选1％至2％的最高产植物；(f)可选地，繁育至少0.5％、优选1％至2％的最高产植物的至少一代后续代；和(g)可选地在至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)；其中该商业作物植物在至少一代后续代中保持其产量增加能力而无需暴露于额外的光照处理方案。

本发明的另一个目的是提供一种改良基因改良(GM)商品作物植物或非GM商业作物植物的商业作物的性状的方法。

本发明的另一个目的是提供由上述任何一种所限定的商业植物衍生的植物部分或其产品。

进一步处于本发明的范围内的是提供用于操纵该植物的基因组表达从而增加其能量生产效率的方法。这可能导致所选作物系(例如，大豆，豆腐和油等其他作物)的豆荚、种子，果实和生物质的数量急剧增加。使用本发明的方法，据证实，能够生产出在F1(1代)和F3(3代)或随后的后代之间表现出高达800％或更高的产量增加能力的作物。

本发明的另一个目的是提供通过上述任何一种所限定的方法生产的一种植物或其可收获部分。

附图说明

本文中仅通过举例的方式参照附图描述本发明的一些实施方式。现在具体参照附图进行详细说明时，需要强调的是，所显示的细节是通过举例的方式并且出于对本发明的实施方式的举例说明性讨论的目的。就此而言，对于本领域技术人员，利用附图进行的描述使如何可以实施本发明的实施方式变得显而易见。

为了在实践中更好地理解本发明及其实施方式，现在将参考附图仅通过非限制性实例描述多个实施方式，其中

图1以摄影的方式呈现具有数百个豆荚的F3处理的大豆植物(处理三次)的灌木状形态；

图2A-C以摄影方式呈现用本发明的红光调控方案处理的所选F3亚系；

图3以摄影方式呈现相对于6周龄的未处理大豆植物产生的植物，所处理植物的F1代；

图4呈现了所处理植物与未处理植物之间F1代和F2代的大豆荚数差异的图示说明；

图5呈现了所处理植物和未处理植物之间F1代和F2代的大豆种子数量差异的图示说明；

图6呈现了所处理的和未处理的大豆植物F1代和F2代的平均种子重量的图示说明；

图7呈现了对照F1大豆植物(图7A)和所处理的F3选择的大豆植物(图7B)的主茎的照片图示；

图8呈现了示出了所处理的和对照大豆植物之间F4亚系L-100以及对照植物的光合作用水平比较的图示说明。

图9呈现了6周后所处理的甜菊植物与对照植物相比的照片图示。

图10是呈现了相对于未处理的'矮脚鸡(Bantam)'玉米系种子所处理的以％计的相对平均种子数量/株植物的图示说明；(Tr.表示一种处理，Tr.2表示两种处理)。

图11是呈现了所处理的相对于未处理的'真黄金'玉米系种子的平均种子数量/株植物的图示说明；

图12：是呈现了相对于未处理的(Tr.0)'矮脚鸡'系种子所处理的高产亚系的平均种子重量(gr)的图示说明；

图13：是呈现了相对于比未处理(Tr.0)'真黄金'种子所处理的高产亚系的平均种子重量(gr)的图示说明；

图14：是呈现了相对于未处理的(Tr.0)'矮脚鸡'系种子所处理的一个种子的平均重量(gr)的图示说明；

图15：是呈现了相对于未处理的(Tr.0)'真黄金'系种子所处理的单种子平均重量(gr)的图示说明；

图16：是呈现了作为本发明的实施方式的光合作用和蒸腾监测器PTM 48A(A)以及自动自锁叶片室LC-4A(B)的照片图示；

图17：是呈现了相对于未处理(Tr.0)F3'矮脚鸡'种子所处理(Tr.3)的光合速率的图示说明；

图18：是呈现了相对于未处理(Tr.0)F3'真黄金'系种子所处理的(Tr.3)光合速率的图示说明；

图19：是作为本发明的另一个实施方式，呈现了种子代和施加于每一代的种子和/或秧苗的处理的流程图；

图20：呈现了(Tr.3)F3'矮脚鸡'系中多抽穗表型的照片图示；和

图21：是呈现了'矮脚鸡'系中所处理的F3植物(Tr.3)和对照F3(Tr.0)的种子之间差异的照片图示。

图22：是呈现了玉米矮脚鸡系的每株植物的平均种子数。

图23：是呈现了玉米真黄金系的每株植物的平均种子数。

具体实施方式

除了本发明的所有章节之外，还提供了以下描述，以使本领域的任何技术人员能够利用所述发明并阐述由本发明人实施本发明所设想的最佳模式。然而，对于本领域技术人员而言，各种修改仍将是显而易见的，因为本发明的基本原理已经经过专门限定而提供用于生产和筛选与对照种群相比展现出产量增加的商业作物植物的方法及其产品。

在一种实施方式中，本发明提供了一种生产与其对照种群相比表现出改良的性状(例如，改良的产量)的商业作物植物的方法。该方法包括以下步骤：(a)提供商业作物植物种群；(b)将该商业作物植物种群暴露于预定光照处理方案，和(c)监测步骤(b)的该商业作物植物的至少一种产量特性，并与该对照种群进行比较。

提供的实施例中的该作物植物是大豆(实施例1至4)，番茄(实施例5)，甜菊(实施例6)和玉米作物(实施例7至12)。

处于此范围内的是，上述方法另外包括以下步骤：(a)在特征在于约1.5至约3000lux的光通量单位的环境日光的存在下用波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射约5分钟至约2.5小时；(b)确定出与该对照种群相比较而确定出的该植物中至少前约0.5％，优选1％至2％的最高产植物；(c)可选地繁殖至少0.5％，优选1％至2％最高产量植物的至少一代后续代；和(d)可选地在该至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)。以这种方式生产出与对照种群相比表现出改良性状的商业作物植物。进一步处于本发明的范围内的是，公开了一种通过操纵影响该植物生长的环境因素如光照射而改良植物性状的方法。

本发明提供的技术适用于基因改良作物(GM)以及非GM作物(即通过育种，嫁接等其他技术生产)，但该方法是非基因改良的，并且不会导致本身GM修改。

进一步处于本发明的范围内的是提供了用于影响作物，优选作物产量的各种处理方案，导致所处理的植物相对于对照植物的不同幅度的性状改良(例如，产量增加，生物质增加等)。

在某些方面，该处理方案对于每种作物的基因组结构进行调整。例如，在大豆上测试了至少两种方案，导致处理的植物相对于对照植物的产量增加幅度不同。

进一步处于本发明的范围内的是提供了一种通过本发明中详述的方法操作各种植物性状的方法。

根据某些方面，基因组或表型变化保留于下一代中。

在本发明中进一步证实的是，通过提高光合作用效率，生产和选择出以改良性状如高产量和更好生长潜力为特征的作物品系。

根据一种实施方式，本发明提供了通过操纵环境因素增加加速光合作用的基因表达的方法。因此，实现了改良的植物性状(例如，植物生长的增加，生物质增加，可遗传的表型变化)。

不希望受到理论束缚，对基因表达的环境影响可能与表观遗传机制有关。应当注意的是，这些基因可能对环境影响有反应。所获得的改良性状可以在几代(至少一代和高达5至8代)之间遗传，而不需要进行GM。

根据另一种实施方式，本文证明了提高光合速率的能力与增加的植物生长和改良的性状，如每穗或株植物的种子数量、每穗或株植物的种子重量、单株植物平均果实数量、单株植物平均种子数、单株植物平均种子重量、植物株高、主茎宽度、茎粗、单株植物荚重、单株植物果重、单种子的平均重量、植物生物质、茎数、次生茎数、抗逆性、抗虫害性、病毒抗性、耐旱性、除草剂耐受性、延迟衰老、改性颜色、光合作用效率或速率、叶中氮浓度，或其任何组合相关。

根据另一种实施方式，本发明的改良性状植物可以是非GM(基因改良)或GM植物。应当注意的是，本发明的处理方案中的修改可以适用于每种作物类型。

进一步处于范围内的是，本发明中公开的处理工序(即暴露于人造环境条件)以及产量特性的监测和评价都在植物生长期间进行而不并未破坏植物的正常生长周期。在本文中应当承认的是，该处理工序是外部的，并且在优选的实施方式中，涉及整个植物。在任何情况下，即使对种子或植物部分进行该处理，则该处理也是非创伤性的。此外，监测或选择或鉴定高性能植物不会中断或干扰植物生长。

进一步处于范围内的是，本发明能够被施加于各种作物和商业品系，包括用于食品消费，用于人和畜产业、油料生产、医药用途、生物柴油、生物质增加的作物和其它工业用途的植物。

应当进一步理解的是，本文中采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该认为是限制性的。

正如本文所用，术语“约”是指该限定的量度±25％的值。

本文中使用的术语“玉米”也指谷物。在某些方面，谷物植物的特征可能在于产生含有谷物的穗的叶状茎，该穗是称作谷粒的种子。

本文所用的术语“商业的”或“商用玉米”或“商用玉米植物”是指栽培品种或品系。在具体的实施方式中，这样的栽培品种或品系已经针对诸如改良的产量、风味和抗病性的特性进行过选择。在进一步的方面中，他们是通过反复自我受精或近亲交配而产生。

本文使用的术语“商业的”或“商用作物”或“商用作物植物”是指栽培品种或品系。在具体的实施方式中，这样的栽培品种或品系已经针对诸如改良的产量、风味和抗病性或抗环境应力性的特性进行了选择。在进一步的方面中，他们是通过反复自我受精或近亲交配而产生。正如本文所用的术语“改良性状”是指与未经处理的植物相比，由于本发明的处理通过所处理的植物所获得的有益新性状。

所需要改良的性状选自由平均单株果实数、单株植物平均种子数量、单株植物平均种子重量、植物高度、主茎宽度、茎粗、单株豆荚重量、单株植物果实重量、单种子平均重量、植物生物质、茎数、次生茎数、抗逆性、抗虫害性、病毒抗性、耐旱性、除草剂耐受性、延迟衰老、改性颜色、光合效率或速度、叶片中氮浓度，或其任何组合组成的组中。

正如本文所用的术语“对照种群”是指用作参考或与暴露于本发明的处理的相同物种、品种、栽培品种或商业品系的作物植物相比较的作物植物。这样的对照种群可以包括未经处理的植物，相同代未经处理的植物，相同代经处理的植物及其任何组合。在一些实施方式中，产量参数在经处理的作物植物和对照种群之间进行比较。

根据进一步的实施方式，在本发明的上下文中使用的术语“对照植物”或“对照种群”是指对应所处理的植物的相同物种或品种或品系的未处理植物或植物种群。在一个方面中，该对照植物在正常(环境)太阳光之上并没有接受额外的光照射处理。在另一方面中，本发明中使用的“对照植物”或“对照种群”是指处理的植物的相同物种或品种或品系暴露于与处理的植物相同数量的处理周期，但比所处理的植物繁殖少一代的相应植物。在另一方面中，本发明中使用的“对照植物”或“对照种群”是指所处理的植物的相同物种或品种或品系，以及所处理的植物的相同代，暴露于较少处理周期的相应植物。

正如本文所用的术语“单种群”是指由遗传上单一的作物植物组成的种群。在其它方面中，单种群是指单作物物种的相同物种或品种的作物植物，特别是指单作物物种的栽培物。

正如本文所用的术语“调控”是指将至少一种如下文所限定的处理方法或方案施加于预定作物类型，优选玉米，从而实现改良的产量特性或参数。

正如本文中使用的术语“人造光”是指任何非阳光的照射。一般而言，人造光是指人造光源，如荧光灯、钨丝、汞蒸气、钠蒸气、卤素灯、紧凑型荧光灯等的光。它能够打开和关闭。

处于本发明的范围内的是用人造光照射包括将该植物暴露于对应于380至750nm和/或450至495nm的可见光波长的光。以下范围能够用于区分各种光源：紫色(约380至450nm)、蓝色(约450至495nm)、绿色(约495至570nm)、黄色(约570至590nm)、橙色(约590至620nm)和红色(620至750nm)。

在具体的实施方式中，将植物暴露于采用选自由红光、蓝光、白光及其任何组合的波长的人造光以预定方案、周期、循环和阶段施加的照射。

正如本文使用的术语“环境光”或“环境日光”或“环境太阳光”是指可用的或普通的光或自然可用的光源(例如，太阳或月亮)。该术语通常是指在白天期间室外所有直接和间接阳光的组合。这包括直射阳光，可能从地球和地面物体反射的漫射天空辐射。处于本发明的范围内的是，室外照度能够从120,000lux变化到小于5lux(对于极端情况甚至小于1lux)。更具体地，本发明的辐射处理是在存在环境光的情况下施加的，该环境光的特征在于约1.5至约3000lux，特别是约100至约2000lux，更具体地约800lux至约1800lux的光通量单位。

正如本文中使用的术语“黎明”通常是指在日出之前标记晨色开始的时间。在其他方面中，该术语黎明包括日出，特别是在日出开始时约一小时的时期。确切的黎明时间取决于一天的长度。

正如本文中所用的术语“日落”通常是指在天文学中限定的日落时间，即太阳光盘后缘消失于地平线以下的时刻。日落的确切时间取决于日间的长度。在某些方面中，它可能指的是在日落之前约30分钟至约75分钟的时间。

正如本文使用的术语“lux”是指每单位面积的光通量的度量，即1lux等于1流明/平方米。

进一步处于本发明的范围内的是术语“黎明”或“日出”和“日落”在本文中由单位面积约1.5至约75lux的光强或光照或发光度或光通量单位限定。需要指出的是，在日落和日出时(晴朗的天空)，环境室外光线可以达到约400lux至约1800lux。

正如本文所用的术语“处理”是指包括用波长范围380nm至约750nm的人造光每个循环照射持续时间5分钟至2.5小时的照射循环的方案的实施。预定时间段可以根据循环限定，例如，可以是每天隔24小时的周期的5分钟至2.5小时的时间，持续时间2至6周。处理循环针对一代。根据某些方面，在正常或环境日光的存在或除正常或环境日光之外的情况下施加上述照射处理。上述处理施加于至少一种作物植物或作物植物部分，优选玉米植物或玉米植物部分。在另一方面中，在日出开始，黎明期间或日落期间或其组合(取决于日长)约1小时施加照射处理。应当注意的是，光照射处理的不同组合经过施加而适用于每种作物的基因组结构和表达。本发明中使用的处理循环的实例可以包括以下内容：

在一种实施方式中，照射循环包括在环境日光存在下以每天黎明约1小时的周期性施加包括600至700nm范围内的红光辐射波长或白光辐射或蓝光波长或其组合的5分钟至2.5小时的时间，从播种起到盆栽长达约一个月的一段时间。

在另一种实施方式中，照射循环包括在每天的周期中，在日落期间施加包括600至700范围内的红光波长或白光或蓝光或其组合约60分钟的时间，从播种起到盆栽长达约六周的一段时间。

正如本文使用的术语“方案A”是指从播种时长约1个月内在黎明时或日落期间用白光照射作物植物或其部分达1小时的处理方案。在具体的实施方式中，施加方案A处理会导致处理的作物相对于对照作物的产量降低或产量增加幅度变低。

正如本文所用的术语“方案B”或“处理方案”是指从播种时长约1个月内在黎明时或日落期间用红光(波长600至700nm)照射作物约1小时。在具体实施方式中，施加方案B这个上述处理方案会导致处理的作物相对于对照作物的产量增加。

正如本文所用的术语“后代”是指具体植物的后代。后代可能由自交(即，相同的植物作为雄性和雌性配子的供体)或由两种不同植物的杂交而产生。例如，该后代能够是F1，F2或任何后续的代。

正如本文所用的术语“增加的产量”或“高产”是指具有增加的作物产量或增加的可用植物部分，优选水果或种子或生物质的百分比的作物如大豆，玉米，番茄，胡椒等的遗传或表观遗传增强品系或品种。

处于本发明的范围内的是“产量特性”或“产量参数”包括选自由单株植物豆荚数量、单株植物平均果实数量、单株植物平均种子数量、单株植物平均种子重量、株高、主茎宽度、茎粗、单株植物荚重、单株植物果重、单种子平均重量、植物生物质、茎数、次生茎数、光合效率或速率、叶中氮浓度或其任何组合组成的组中的至少一种表型参数或特性。

通过本发明提供的方法产生的植物表现出增强的或改进的或改良的性状，如相对于对照植物或对照种群至少2％而高达800％或更高的产量增加或至少一种以上列出的参数或特性的测量值提高。

正如本文所用的术语“种群”是指共享共同基因衍生的遗传上同源或异源的植物的集合。

正如本文所用的术语“品系”或“品种”是指通过结构特征和性能能够从同一物种内的其他品种中识别出的一组类似植物。本文所用的术语“品种”与1972年11月10日，1978年10月23日和1991年3月19日在日内瓦修订的1961年12月2日的“保护植物新品种国际公约(International Convention for the Protection of New Varieties of Plants)”(UPOV条约)中的相应限定具有相同的含义。

正如本文所用的术语“植物细胞培养物”或“组织培养物”是指植物单元，如原生质体、可再生细胞、细胞培养物、细胞、植物组织中的细胞、花粉、花粉管、胚珠、胚囊、合子和处于各种发育阶段的胚、叶、根、根尖、花药、分生细胞、微孢子、花、子叶、雌蕊、果实、种子，种皮或其任何组合的培养物。

正如本文使用的术语“植物材料”或“植物部分”是指叶、茎、根、根尖、花或花部分、种子、果实、荚、谷粒、花粉、卵细胞、合子、种皮、插条、外植体或源自植物、细胞或组织培养物的任何样品，或源自植物或植物部分的任何其他部分或产品，及其任何组合。

在其他实施方式中，该术语“植物材料”或“植物部分”还指从植物或从选自由叶，花粉，胚，根，根尖，花药，花，水果和种子组成的组的植物部分获得的可再生细胞或原生质体的组织培养物。

正如本文使用的术语“药用植物”通常是指用于草药学并被认为具有药用特性的植物。处于该范围内的是，这种植物或其植物化学组分已经科学证明具有药效或已经得到美国食品和药物管理局(United States Food and Drug Administration)或欧洲食品安全局(European Food Safety Authority)等管理机构的批准。美国生理学会(AmericanSociety of Pharmacognosy)限定了源自天然来源，包括植物的药物，并列出了一类药用植物。

术语“工业植物”或“用于工业的植物”通常是指用于对人类至关重要的应用，如食品(例如，谷物、种子、水果和蔬菜)，木材和木制品、纤维、药物、油料、化石物质、胶乳、颜料、和树脂、掩体、布料、药品、燃料，与任何工业用途(如生产精细化学品等)相关的植物以及制造无数其他产品的原材料的植物或植物部分。

表现出最佳改良性状的植物的选择是本发明方法的重要部分。

总而言之，本发明的方法使用了彼此不同的两个选择阶段：

1.第一选择发生于照射期结束时，当指定或选择对处理最佳响应的植物，而随后转移到田间生长条件时。

2.第二选择发生于成长期结束时。这个选择是基于所选择的最佳预成形性状(例如，产量)。将最佳预成形植物选出而用于下一轮的处理。我们发现三轮处理就会导致最好的遗传结果。

现在参考图1，图1通过摄影方式呈现F3处理的大豆植物(处理过三次)与典型对照大豆植物(文献中公布的)之间的比较。正如能够看出的是，该F3处理的大豆植物相对于未处理的对照大豆具有显著增加的生物质。

现在参考图2，图2通过摄影方式呈现用本发明的红光调控方案处理的所选F3亚品系。例举的F3亚品系包括品系2B的植物编号No.141(图2A)和品系L88的植物编号No.713和724(分别为图2B和2C)。

表1总结了所选F3处理的大豆亚品系的改良的产量特性：

表1：所选择的F3处理的大豆亚品系的产量特性

根据本发明的某些方面，本文中证实了以下结论：本发明的处理的植物具有比对照植物的平均产量高出数百％(即，700％或更多)的显著增加的平均产量，这在上面和实施例1至4中对于大豆作物进行举例说明。

·处理的植物从一代至另一代保持至少一代的高产能，而不需要额外的处理。

·本发明提供至少两种不同的处理方案。两种处理方案对产量增加的影响存在差异。一个增加产量，而另一个降低产量或以一个较低的幅度增加产量。

·处理的植物在F3(即，暴露于方案B处理)相对于F2显示出显著的产量增加。此外，在第二代只有几个品系达到产量平台，而在两代，即F2和F3之间表现出相似的产能。本文中应当承认的是，在一些品系中，产量增加超过F3。

·由于暴露于本文提供的处理方案而增加其产量的植物，调整其生理学而产生大量豆荚和/或种子。例如，据证实，处理的植物的主茎被增强并在宽度和结构方面生长。此外，处理的植物表现出额外的次生茎和更多的生物质。

·处理的植物的产量和生长的增加不仅出现于所处理的一代，而且持续到下一代，并不需要额外的处理即可维持。值得注意的是，随着时间的推移，高产植物可能已经适应于上述主要表型变化。高产品系对能源的需求显著增加，而植物会增加其能量供应以调节至新的需求，但适应方法在数代之间是垂直连续的。

类似地，当以玉米作物为例(实施例7至12)时，本文证明了以下结论：

·本发明的处理的植物具有比对照植物的平均产量高出数百％(即，约200％或更多)的平均产量。

·处理的植物从一代至另一代保持至少一代的高产能，而不需要额外的处理。

·本发明提供了至少一种证实其对玉米产量增加产生影响的处理方案。

·处理的植物在F3(即F3，Tr.3)相对于未处理的F3植物以及相对于暴露于两种处理(F2，Tr.2)的F2植物和接受一种处理的F3植物(F3，Tr.1)显示出显著的产量增加。此外，在第二代只有几个品系达到产量平台，而在两代，即F2和F3之间却表现出相似的产量。在本文中应当承认的是，在一些品系中，产量增加超过F3。

·由于暴露于本文提供的处理方案而增加其产量的植物，可调节其生理学而产生大量种子。例如，处理植物的主茎可以被增强并在宽度和结构方面生长。而且，处理的植物可以表现出额外的次生茎和更多的生物质。

·处理的植物(即F3，Tr.3)的测量的平均光合速率显著高于对照植物(F3，Tr.0)的测量的平均光合速率。此外，在同一时间点上处理的F3品系的峰值光合速率值比未处理的F3(Tr.0)高出约80％。

·处理的植物的产量和生长的增加不仅出现在所处理的一代，而且持续到下一代，而不需要额外的处理即可维持。不希望受到理论束缚，应当注意的是，高产品系中的能量需求显著更高，而该植物增加其能量供应才能适应新的需求，但是适应方法在数代之间是垂直持续的。

因此，在一种实施方式中，本发明提供了与其对照植物种群相比表现出增加的产能的生产玉米植物，优选商业玉米植物或品系的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供商业玉米植物种群；(b)将该商业玉米植物种群暴露于预定光照处理方案；和(c)监测如上限定的该商业玉米植物的至少一种产量特性并与该对照种群进行比较。根据进一步的实施方式，如上限定的该方法另外包括以下步骤：(d)在特征在于光通量单位约1.5至约3000lux的环境日光存在下用波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射该商业玉米植物种群持续约5分钟至约2.5小时；(e)与该对照种群相比，从暴露于上述任一项中限定的预定光照处理方案的该植物中确定出至少前约0.5％，优选1％至2％的最高产量植物；(f)可选地，繁育至少0.5％，优选1％至2％，最高产量植物的至少一代后续代；和(g)可选地对该至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)；从而获得与其对照种群相比显示出产量增加的商业玉米植物。

根据另一种实施方式，将上述任一项中限定的方法施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株和其任何组合组成的组中的植物或植物部分。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法包括从以下组成的组中选择对照植物的其它步骤：未处理的植物、相同代的未处理植物、相同代的所处理的植物，及其任何组合。

进一步处于本发明的范围内的是提供如上述任一项所限定的方法，其中环境日光的特征在于约100至约2000lux的光通量单位。

进一步处于本公开的范围内的是公开了如上述任一项所限定的方法，其中用人造光照射的步骤以选自由以下组成的组中的周期性施加：日出开始时、黎明期间、日出期间，日落期间或其任何组合。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：用具有红光波长，特别是约600nm至约700nm的人造光照射如上述任一项中所限定的商业玉米植物种群。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括用具有选自由红光，蓝光，白光及其任何组合组成的组中的波长的人造光照射如上述任一项中所限定的商业玉米植物种群的步骤。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：用与红光波长和白光波长组合的人造光连续地、同时地或可互换地照射上面详述的植物。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：用具有选自红光，蓝光，白光及其任何组合组成的组中的波长的人造光照射步骤(a)的所述植物种群。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的生产商业玉米植物的方法另外包括用选自由红光波长，蓝光波长，白光波长及其任何组合的人造光连续地、同时地或可互换地照射步骤(a)的该植物的步骤。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：在环境日光的存在下，从播种起持续2至6周的时间每天在黎明期间用人造光照射如上述任一项中所限定的商业玉米植物种群约5分钟至约2.5小时的时间。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：从播种起持续2至6周的时间在环境日光的存在下在日落期间每天用人造光照射在上述任一项中所限定的商业玉米植物种群约5分钟至约2.5小时的时间。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括在温室条件下将玉米植物暴露于预定光照处理方案约一个月而随后将最高产量植物转移至田间生长条件的步骤。

根据另一个方面中，如上述任一项中所限定的方法另外包括以下步骤：监测选自由以下各项组成的组中的至少一个参数或特性的步骤：平均种子数量、果实数量、平均种子重量、平均单种子重量、植物高度、主茎宽度、茎粗、果重、植物生物质、茎数、次生茎数、光合效率、光合速率、叶中氮浓度及其任何组合。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括生产至少一个特性与其相应的对照种群相比表现出产量增加至少2％至高达800％，或更具体地2％，5％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％，200％，300％，400％，500％，600％，700％，800％，900％或更高的商业玉米植物的步骤。

根据另一种实施方式，将如上述任一项所限定的方法施加并适用于向选自由大豆、谷物、油菜籽、棉花、谷物、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊、油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物，用于食品、木材、木制品、纤维、药物、乳胶、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途如生产精细化学品等相关的植物及其任何组合组成的组中的植物物种或植物类型提供产量增加效应。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出每株植物平均种子数增加约10％至约100％，优选约50％至约80％的商业玉米植物的步骤。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出平均单种子重量增加约10％至约50％，优选约20％至约40％的商业玉米植物的步骤。

根据另一种实施方式，如上述任一项中所限定的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出每株植物平均总种子重量增加约50％至约200％，优选约80％至约150％的商业玉米植物的步骤。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的方法，其中将如上述任一项中所限定的方法施加于基因改良(GM)商业作物植物或非GM商业作物植物。

进一步处于该范围内的是公开了由上述任一项中所限定的方法生产的植物部分或其产品。

进一步处于本发明的该范围内的是提供一种与其对照种群相比表现出改良的性状的商业玉米植物，由以下步骤生产：(a)提供商业玉米植物种群；(b)将该商业玉米植物种群暴露于预定光照处理方案；(c)监测如上限定的该商业玉米植物的至少一种产量特性并与该对照种群比较。

进一步处于该范围内的是，该方法另外包括以下步骤：(d)在以约1.5至约3000lux的光通量单位为特征的环境日光存在下用波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射如上限定的该商业玉米植物群约5分钟至约2.5小时的时间；(e)与对照种群相比，确定暴露于预定光照处理方案的植物的至少前约0.5％，优选1％至2％，最高产量植物；(f)可选地，繁殖至少0.5％，优选1％至2％，最高产量植物的至少一代后续代；和(g)可选地在该至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)。进一步处于该范围内的是该商业玉米植物在至少一代后续代中保持其增加的产量能力而无需暴露于另外的光照处理方案。

进一步处于本发明范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中将在上述任一项中限定的步骤施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗，成株及其任何组合组成的组中的植物或植物部分。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的植物，其中对照种群选自由以下各项组成的组中：未处理植物、相同代的未处理植物、相同代的处理植物，及其任何组合。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的植物，其中该环境日光特征在于约100至约2000lux的光通量单位。

进一步处于该范围内的是公开如上述任一项中所限定的植物，其中用人造光照射的步骤是以选自由从日出开始，黎明期间，日出期间，日落期间，或其任何组合组成的组中的周期性进行施加。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的植物，进一步通过用具有红光波长，特别是范围约600nm至约700nm的人造光照射以上任一项所限定的商业玉米植物种群的步骤进行生产。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的植物，进一步通过用具有白光波长的人造光照射以上详述的植物的步骤进行生产。

根据另一个方面，如上述任一项中所限定的植物进一步通过用具有红光波长、蓝光波长、白光波长及其任何组合中的波长的人造光照射如上述任一项所限定的商业玉米植物种群的步骤进行生产。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项中所限定的植物，进一步通过用具有红光波长、蓝光波长、白光光波长及其任何组合的人造光以连续、同时或可互换方式照射如上述任一项所限定的商业玉米植物种群的步骤进行生产。进一步处于该范围内的是公开了通过用具有红光波长和蓝光波长的组合的人造光以连续、同时或可互换方式照射如本公开中详述的商业玉米植物种群的步骤进行生产的具有改良性状的植物。根据另一个方面，上述任一项所限定的植物进一步通过以下步骤生产：从播种起2至6周每天在环境日光的存在下，在黎明期间，用人造光照射上文详述的植物约5分钟至约2.5小时的时间。

进一步处于该范围内的是公开了上述任一项所限定的植物，进一步通过从播种起2至6周每天在环境日光的存在下，在日落期间，用人造光照射上述任一项所限定的商业玉米植物种群约5分钟至约2.5小时的时间进行生产。

进一步处于该范围内的是公开了进一步通过在温室条件下将玉米植物暴露于预定光照处理方案约一个月而随后将最高产量植物转移至田间生长条件的步骤进行生产的如上述任一项所限定的植物。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中至少一个特征选自由以下这些组成的组中：产量、平均种子数量、果实数量、平均种子重量、平均单种子重量、植株高度、主茎宽度、茎粗、果实重量、植物生物质、茎数、次生茎数、光合效率、光合速率，叶中氮浓度及其任何组合。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中该植物与其对照种群相比表现出至少一种产量特性产量增加约至少2％和约800％或更多。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中该植物与其对照种群相比表现出至少一个产量特性产量增加约10％至约200％。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中该植物与其对照种群相比表现出约10％至约100％之间，优选约50％至约80％的平均单株植物种子数增加。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中该植物与其对照种群相比表现出约10％至约50％，优选约20％至约40％的平均单种子重量增加。

进一步处于该范围内的是公开了如上述任一项所限定的植物，其中该植物与其对照种群相比表现出约50％至约200％，优选约80％至约150％的单株植物平均总种子重量增加。

进一步处于该范围内的是公开了上述任一项所限定的植物，其中将如上述任一项所限定的步骤施加于基因改良(GM)商业玉米植物或非GM商业玉米植物。

进一步处于该范围内的是公开了由上述任一项所限定的商业玉米植物衍生的植物部分或其产品。

进一步处于该范围内的是提供了筛选与其对照种群相比表现出改良性状如产量提高的植物的方法，该方法包括以下步骤：(a)提供商业玉米植物种群；(b)将该商业作物种群暴露于预定光照处理方案；(c)监测步骤(b)的该商业作物植物的至少一种产量特性并与对照种群比较。上述方法另外包括以下步骤：(d)在特征在于光通量单位约1.5至约3000lux的环境日光存在下用波长范围从约380nm至约750nm的人造光照射商业玉米植物种群持续约5分钟至约2.5小时的时间；(e)与其对照种群相比，确定出步骤(b)和(c)的该植物的至少前约0.5％，优选1％至2％的最高产量植物；(f)可选地，繁育至少0.5％，优选1％至2％的最高产量植物的至少一代后续代；和(g)可选地在该至少一代后续代中重复步骤(b)至(f)。以这种方式确定出与其对照种群相比表现出改良性状的商业玉米植物。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括将如上限定的步骤施加于选自由以下各项组成的组中的植物或植物部分的步骤：种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株，及其任何组合。

进一步处于该范围内的是公开了筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法，其中该对照种群选自由以下各项组成的组中：未处理的植物、相同代的未处理植物、相同代的处理植物，及其任何组合。

进一步处于该范围内的是公开了筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量增加的商业玉米植物的方法，其中环境日光的特征在于光通量单位约100至约2000lux。

进一步处于该范围内的是公开了筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量增加的商业玉米植物的方法，其中用人造光照射的步骤以选自由以下各项组成的组中的周期性进行施加：在日出开始时、黎明期间、日出期间、日落期间，或以其任何组合。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括用具有红光波长，特别是波长范围从约600nm至约700nm的人造光照射商业植物种群的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业作物植物的方法另外包括用具有白光波长的人造光照射以上详述的植物的步骤。

根据另一个方面，如上述任一项所限定的方法另外包括用选自红光，蓝光，白光及其任何组合的波长对上述详述的商业植物种群照射人造光的步骤。

根据另一种实施方式，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业作物植物的方法另外包括连续地、同时地或可互换地用具有红光波长、蓝光波长，白光波长及其任何组合的人造光照射商业植物种群的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括连续地、同时地或可互换地用具有红光波长和白光波长的组合的人造光照射以上详述的商业植物种群的步骤。

根据另一个方面，如上述任一项所限定的方法另外包括从播种起2至6周内每天在黎明期间在环境日光的存在下用人造光照射以上详述的植物约5分钟至约2.5小时的时间的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括从播种起2至6周内每天在日落期间在环境日光的存在下用人造光照射商业植物种群约5分钟至约2.5小时的时间的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括将该玉米植物在温室条件下暴露于预定光照处理方案约一个月而随后将最高产量的植物转移到田间生长条件下的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的其对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括监测选自由以下各项组成的组中的至少一个产量参数或特性的步骤：平均种子数、果实数、平均种子重量、平均单种子重量、株高、主茎宽度、茎粗、果重、植物生物质、茎数、次茎数、光合效率、光合速率、叶中氮浓度，及其任何组合。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出增加产量至少2％并高达800％或更高的至少一个产量特性的商业玉米植物的步骤。

根据另一个方面，如上述任一项所限定的方法，其中将以上详述的步骤施加于选自由大豆、玉米、油菜籽、棉花、谷物、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊和油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油、胶乳、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，作为精细化学品生产的任何工业用途，及其任何组合组成的组中的植物物种或植物类型并提供对其的产量增长效果。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出约10％至约100％，优选约50％至约80％的每株植物平均种子数增加的商业玉米植物的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出约10％至约50％，优选约20％至约40％的平均单种子重量增加的商业玉米植物的步骤。

根据另一个方面，筛选与上述任一项所限定的对照种群相比表现出产量提高的商业玉米植物的方法另外包括生产与其对照种群相比表现出约50％至约200％，优选约80％至约150％的单株植物平均总种子重量增加的商业玉米植物的步骤。

进一步处于该范围内的是公开了筛选与上述任一项所限定的其对照种群相比表现出产量增加的商业玉米植物的方法，其中将步骤施加于基因改良(GM)商业玉米植物或非GM商业玉米植物。

进一步处于该范围内的是公开了通过与上述任一项所限定的其对照种群相比表现出产量增加的商业玉米植物的方法生产的植物部分或其产品。

在一种实施方式中，提供了用于生产与相同植物物种的植物的对照种群或品种相比表现出改良的性状的植物的非GM方法，其包括以下步骤：

(a)提供植物种群或品种；

(b)将该植物种群或品种暴露于在特征在于光通量单位为约1.5至约3000lux，特别是约100至约2000lux的环境日光的存在下从播种起持续2至6周每天用人造光照射的预定光处理方案，其中步骤(b)的该预定光处理方案选自由：

(i)在白天在选定时间用波长范围从约380nm至约750nm(可见光范围)的人造光照射约5分钟至约2.5小时的时间，

(ii)日出时开始用波长范围从约450nm至约490nm(蓝光)的人造光照射约30分钟至约2小时的时间，

(iii)日落之前约30分钟开始用波长范围从约600nm至约700nm(红光)的人造光照射约30分钟至约60分钟的时间，并且可选地在日落之后继续约30分钟；

(iv)日出时开始用波长范围从约450nm至约490nm(蓝光)的人造光照射约30分钟的时间，然后在日落前30分钟开始用波长范围从约600nm至约700nm(红光)的人造光照射约30分钟至约60分钟的时间并且可选地在日落之后继续约30分钟，

或其以连续、同时或可互换方式的组合组成的组中，可选地随后进行以下步骤：

(c)监测步骤(b)的该植物的至少一个性状并与该对照种群比较；

(d)选择步骤(b)和(c)的该植物中具有最佳改良性状的至少前约0.5％，优选1％至2％的植物；

(e)繁育至少0.5％，优选1％至2％的最佳改良性状植物的至少一代后续代；以及

(f)可选地对该至少一代后续代重复步骤(b)至(e)；

从而获得表现出改良性状的作物，其中该改良性状对于至少一个更多代，优选两代或更多代，更优选3代至5代，并且甚至更优选6代至8代是可遗传的。

植物(a)的种群或品种的上述预定光处理(b)-(i)-(iv)导致表现出改良的性状的植物。这些植物及其可收获部分可以由此用于生产改良作物。

正如实施例中的详述，可选步骤(c)-(f)可以导致被监测性状的进一步改良。

在另一种实施方式中，提供了用于生产与相同植物物种的对照种群或品种相比表现出改良性状的植物的非GM方法，其中被监测的改良可遗传性状选自由产量、荚数、果数、种子数、种子重量、株高、主茎宽度、茎粗、荚重、果重、植物生物质、茎数、次生茎数、抗逆性、抗虫害性、病毒抗性、干旱耐受性、除草剂耐受性、延迟衰老、改性颜色、光合作用效率、叶中氮浓度，及其任何组合组成的组中。

在一种实施方式中，如上详述被监测的改良的可遗传性状是可遗传的改良产量。通过本发明的方法获得的改良产量与相同物种的对照植物种群相比为至少2％并且高达800％，或更具体地2％，5％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，90％，100％，200％，300％，400％，500％，600％，700％，800％或更高。

在一种实施方式中，用本发明的方法处理的植物中的可遗传的改良性状是表观遗传效应的结果。

在另一种实施方式中，将本发明的方法施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株，及其任何组合组成的组中的植物或可收获植物部分。

在一种实施方式中，将本发明的方法中的采用人造光的照射步骤以选自由从日出开始、黎明期间、日出期间、日落期间，或其任何组合组成的组中的周期性进行施加。

在另一种实施方式中，将本发明的方法施加于选自由大豆、玉米、油菜籽、棉花、谷物、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜叶菊、油籽种子、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油、乳胶、颜料、衣服、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途如生产精细化学品等相关的植物，及其任何组合的植物物种或植物类型。

在还有的另一种实施方式中，将本发明的方法施加于大豆、玉米、番茄或甜菊作物。

根据一种实施方式，可以将本发明的方法施加于基因改良(GM)植物或非GM植物。

根据另一种实施方式，提供了具有改良的可遗传性状的植物或可收获植物部分，其中该植物或可收获植物部分通过本发明的方法获得。

在一种实施方式中，提供了具有改良的可遗传性状的植物种子，其中该植物种子通过本发明的方法获得。

在另一种实施方式中，提供了与通过本发明的方法产生的与相同作物物种的植物对照种群相比表现出改良性状的植物，其中该植物保留了其改良性状至少一代，优选两代或更多代，更优选3至5代，更加优选6至8代，而无需暴露于额外的光处理。

根据一种实施方式，提供了一种植物或可收获植物部分，其中该植物或可收获植物部分通过施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗，成株及其任何组合组成的组中的植物或可收获植物部分的本发明的方法生产。

根据另一种实施方式，提供了通过以连续、同时或可互换方式用红光波长、蓝光波长，白光波长及其任何组合的人造光照射植物种群的本发明的方法而生产的植物或可收货植物部分。

在一种实施方式中，提供了具有至少一种改良的可遗传性状的植物或可收获植物部分，其中所述至少一种改良的可遗传性状是选自由荚数、果实数、种子数、种子重量、植株高度、主茎宽度、茎粗、荚重量、果实重量、植物生物质、茎数、次生茎数、光合效率，叶中氮浓度及其任何组合组成的组中的产量特性。与其相同物种的对照种群相比，该植物或可收获植物部分表现出增加产量约至少2％至约800％或更多的可遗传改良性状。

在另一种实施方式中，提供了通过施加于选自由大豆、玉米、油菜籽、棉花、谷物、小麦、稻米、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊和油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油、乳胶、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途如生产精细化学品相关的植物，及其任何组合组成的组中的植物物种，可收获植物部分或植物类型的本发明的方法生产的植物或可收获植物部分。

根据一种实施方式，提供了通过施加于基因改良(GM)植物或非GM植物的本发明的方法生产的植物或可收获植物部分。

根据另一种实施方式，提供了筛选表现出改良性状的植物的方法，其中施加了本发明的方法。

实施例

以下实施例举例说明了本发明的某些实施方式，但并不意味着以任何方式限制权利要求的范围。提出以下实施例是为本领域普通技术人员提供如何完成和利用所描述的本发明的完整公开和描述，并且不旨在限制发明人认为是其发明的范围，而它们并不旨在表示下面的实验是全部的或是唯一的实验。已经努力确保所用数字(例如，含量，温度等)的准确性，但应该考虑一些实验误差和偏差。除非另有说明，否则份数是重量份数，百分比是重量/重量，分子量是重均分子量，温度是摄氏度，而压力是在大气压或接近大气压。

参考以下非限制性实施例：

实施例1：用于大豆调控的实验方案

将商业大豆种子种植于配备有具有不同波长的不同光源的温室中的各个盆中。通过约660nm的灯施加红光。红色和白色光通过诸如Osram Lumilux L 36/60或L.18W/60的灯施加。在特征在于光通量单位为约1.5至约3000lux，具体地约100至约2000lux，更具体地在约800至约1800lux的环境日光的存在下施加光照射5分钟至2.5小时的时间。在该实施方式中，在黎明或日落期间(取决于日长)，即在约1650lux的存在下，从种子播种到盆中持续一个月的时间每天施加光照射处理约1小时。根据每种作物的基因组结构和表达情况，施加不同的光照射组合。每天监测所有秧苗并进行生长测量并记录。另外，例如，通过成像分析计算叶子中的氮浓度。在本文中所提出的是，在某些方面中，氮浓度测量用作叶中蛋白质产量和蛋白质水平的指标。对照植物在环境日光下没有接受额外的光照射处理。每个处理或对照组包含至少10株植物。

处理一个月后，选择经证明生长能力改良和氮浓度较高的植物进行田间生长。在其生命周期期间，例如，通过体内测量其光合作用活性，监测这些植物。需要强调的是，在植物生命周期中进行的测量不会干扰植物生理学，也不会伤害叶子。在收获时，收集每种植物并照相。对豆荚和种子进行计数和加权。如上所述的处理方案可以重复至少四代。

实施例2：与未处理的对照植物相比，处理方案对所处理的大豆植物的影响。

现在参考图3，在10周龄时照相呈现相对于未处理的商品大豆植物所处理的商品大豆植物的F1(第一代)。该图清楚地表明，处理的植物比对照植物生长显著更快。

图4中示范了几种大豆品系的豆荚数量的差异。本文中要承认的是豆荚数量被用作农民评价生长期期间田间中的未来产量的估算方法。在该实施方式中，所处理的F1品系(第一代)接受一次处理，而F2植物(第二代)接受两次处理。如图4中所示，与F1处理植物和对照植物的豆荚数相比，所处理的F2大豆植物表现出显著更高的豆荚数(最高达约7倍的增加)。

通过评价平均种子数量和种子重量进一步验证了上述结果，分别如图5和6中所证实。在这些图中，暴露于两次处理的F2大豆植物与暴露于1次处理的F1植物相比，表现出平均种子数量最高达3倍的显著产量增加，和平均种子重量2.5至6.5倍的提升。

因此，图5和图6分别呈现了F1和F2代处理和未处理的植物之间的大豆种子数量和平均种子重量的差异。在两幅图中，与对照和所处理的F1植物相比，F2处理大豆植物显示出测试的产量参数，即种子数量和平均种子重量的显著增加。

总之，上述结果表明，本发明的处理方法提供的F2大豆植物具有显著增加的所需产量参数，包括豆荚数，种子数和平均种子重量。

在F3代(第三代)，接受了3次处理，在大豆生理学的几个方面观察到额外的深刻变化。例如：

1.平均大豆茎宽：对照F1植物的主茎宽度为约0.5cm(African Journal ofBiotechnology Vol.10(65)，pp.14392-14398，2011年10月24日和图7A)，而同时处理的所选F3植物的主茎宽大于3厘米(图7B)。

2.与F1对照植物相比，在所处理的F3大豆植物中观察到生物质和茎数增加。

在此应当注意的是，所观察到的变化在F3中是重复的或保持的，而无需任何额外的处理。

所需的高产量表观遗传效应的稳定性得到证实。在该实验中，对均接受两次处理的同一品系的F2和F3对照(其是没有任何额外处理的F3)植物的平均种子重量进行了比较。每个组包含10株植物。正如该图所示，在几乎所有的F3对照亚品系中，没有任何额外处理的播种导致平均种子重量相对于同一品系的F2植物(2代，2次连续处理)提高。处理的大豆植物保留了前代中获得的高产量作物水平，而无需任何额外处理。这表明，无需任何额外处理，所处理的品系与同一品系的F2植物相比在F3对照中提高了其高产潜力。

实施例3：与未处理的对照植物相比，施加不同处理方案对所处理的大豆植物的产 量参数的影响。

本文提出的是，不同的处理方案即光照方案对大豆植物的产量具有不同的影响。在一个方案中，植物从播种时起照射一个月，在黎明时用波长约660nm的红光照射一小时(方案B)。这种处理方案据证明，导致了F2和F3(接受3次处理)代之间的作物产量显著增加约80％和超过500％。另一方面，用白光照射(方案A)导致对作物产量的影响降低。因此，这能够推论，不同的亚品系对处理方案的反应程度不同。

不同处理方案对作物产量的影响：该图中显示的结果代表每组至少10株植物的平均值。这证实，方案A降低了效果，而方案B提高了测试品系对大豆植物的高产效应。在该实验中，F2代植物(其已经接受2次处理)以及F3代植物(也接受2次处理)都作为另外暴露于方案A(Pro A)或方案B(ProB)处理的F3代的对照种群。如图9中所示，不同亚品系对处理方案的响应程度不同。例如，在I62亚品系中，据观察，F3对照植物相对于F2植物表现出种子重量增加。与F2和F3对照相比，用方案A处理的该F3植物表现出降低的种子重量，而用方案B处理的F3植物表现出增加的种子重量。在其他测试的亚品系中能够看到相同的行为或效应模式，但是其程度不同，例如，C62亚品系由于暴露于方案B处理表现出超过两倍的平均种子重量增加(大于100％平均种子重量增加)。

现在参考表2，总结了不同大豆亚品系的F3实验的结果。该表中的所有数字代表每组至少10株植物的平均值。USA平均数(**)，用作比较，获得自肯塔基大学(University ofKentucky)。

表2：F3大豆实验结果的总结

表2的结果进一步总结于图12-13所示的图示中。结果表示每组至少10株植物的平均产量。

根据表2和图12-13所示的结果，能够看出的是，即使经过3代(3次处理)，一些亚品系也没有达到其全部高产潜力，而同时其它亚品系却达到其全部高产潜力。通过比较F3对照(其接受两次处理)和具有一次额外处理而加在一起接受了3次处理的F3之间的产量，能够观察到这种效果。更具体地，由于对照组和处理组之间没有统计学差异，则品系H100，P100，C62a和I62可能已达到完全产量潜力。其他品系可能还没有达到完全产量潜力，因为处理组表现出比对照组统计学更高的产量。

实施例4：所处理的亚品系相对于对照的光合作用监测

现在参考PTM光合作用监测器的操作原理。在一种实施方式中，通过PTM-48M仪完成光合作用监测。PTM-48M光合作用监测器是监测叶子CO₂交换和蒸腾的四通道自动化系统。该系统配备了一套四个原始自锁叶室，它们按照一个叶室关闭时而另一个叶室保持打开的这种方式一个接一个地运行。

自动自锁设计可以使叶子90％以上的时间保持打开。因此，叶子环境不会太多中断。

在打开光合作用系统中，CO₂交换基于与进入环境空气(C_进)相比的叶室出口处CO₂浓度(C_出)的降低进行确定。CO₂交换速率计算如下：

E＝k×(C_进-C_出)×F，

其中F是空气流量，而k是尺寸系数，取决于空气温度和压力，并由该系统自动计算。

蒸腾速率由以下方程确定：

Tr＝(H_出–H_进)×F；

其中H是空气中水蒸气的绝对浓度。为了缩短测量循环，H_出在关闭该室后第20秒至第30秒之间的瞬态期间计算。计算算法也考虑室内湿度上升，因此容许测定环境空气湿度下的初始蒸腾速率。循环从连续120秒的系统吹扫开始。在这个阶段，所有的室都是打开的。然后，在参考阶段，只有1号室连接到测量系统。这个阶段一直持续到达到稳态浓度。在任何情况下，参考阶段在60秒后停止并且1号室关闭。在30秒测量阶段结束时，1号室的记录已准备就绪。然后，第二个室重复参考和测量二者的循环。如果可选的传感器连接到该系统，则其读数在所有叶室操作期间收集。在测量循环结束时，记录平均值。

4个叶室的操作循环的典型持续时间约6分钟，而每个室仅关闭30秒。典型(推荐的)循环之间的时间间隔为30分钟。

对选定的植物按照几个生命循环监测其与预定处理直接相关的生长能力和其他特性。该过程的主要目的之一是评价所选植物的基因组的稳定性，并评价该植物保留其几代增长的生长潜力的能力。

现在参考图17，图17图示呈现了F4(第4代)亚品系L-100的处理和对照大豆植物之间光合作用水平的比较。上午8:24至下午14:24之间每5分钟进行一次测量。图中的每个点表示两次测量的平均值。正如该图所示，处理的植物相对于对照植物之间存在最高达150％(约2.5倍)的差异。

实施例5：高产番茄实验

现在参照施加于番茄植物的处理方案。在一个具体的实施方式中，使用番茄商业种子(即，以色列Hazera的变种品系编号189)。将该种子分成两组，一组用作对照，另一组从播种起一个月内接受如其中公开的处理方案(方案B)。每组包含约150颗种子。将该种子播种于盆中并保存于温室中。约一个月后，将产量表现最好的植物转移至田间生长条件。在该实验中，来自对照温室的约25株植物和来自处理的温室的23株植物转移至田间生长条件。收获时间为八月至九月生长季节。对于每株植物评价总果数及其重量，并计算平均果数和果重量值。收集表现最好的植物的种子。

表3：处理(一次处理)的番茄植物相对于对照(未处理)番茄植物的F1结果汇总

表3中呈现的结果示出了，用本发明的处理方案(即方案B)处理的F1番茄植物表现出番茄产量增加。具体而言，相对于对照植物，在处理的番茄植物中观察到果实数量增加约185％，而果实重量增加约156％。

实施例6：高产量甜菊实验

现在参考高产量甜菊实验。甜菊是一种原产于南美洲的植物，被称为天然甜味剂的来源。事实上，南美洲的本地人已经使用甜菊作为甜味剂已有数百年。但叶子也用于制药。

如图12中所示，与对照未处理的甜菊植物相比，甜菊植物通过增加生物质和加速生长而对调控处理方案作出响应。

实施例7：高产量玉米实验

在F1实验中使用了两种商业澳大利亚玉米品系，即矮脚鸡和真黄金。将这些玉米品系暴露于各种处理方案(即，处理方案A和B，或其组合)。当采用方案B时，在真黄金品系中观察到种子重量急剧增加约146％。表4总结了F1玉米实验的结果。

表4：高产量F1玉米实验结果

如表4中所示，与对照玉米植物相比，在处理植物的种子数中观察到增加约30％至约65％。另外，与对照玉米植物相比，所处理的玉米植物表现出种子重量增加约30％至约150％。

在另一种实施方式中，测试了21天处理的玉米秧苗的平均高度。该实验涉及以下种子后代和处理限定：

F0—商业种子

F0/2—在F1作为处理起点的对照和参考而再次播种的商业种子。

F1—暴露一次处理的F1

F1/2—没有任何额外的处理进行播种的F2，作为接受2次处理的F2的对照。

F2—暴露于两种处理的F2

表5：玉米平均高度结果

在表5中示出了，与参考未处理秧苗相比，在暴露于两次处理的F2秧苗时玉米秧苗的植物高度增加最高达两倍(具体而言40％至100％)。

实施例8：玉米调控的实验方案

适用于种子或秧苗的示例性处理包括以下实验方案：将商业玉米种子种植于配备具有不同波长的不同光源的温室中的各个盆中。红光通过约660nm的灯施加。红光和白光通过诸如Osram Lumilux L 36/60或L 18W/60的灯施加。在特征在于光通量单位约1.5至约3000lux，特别地约100至约2000lux，更特别地约800至约1800lux的环境日光存在下施加光照射5分钟至2.5小时的时间。在该实施方式中，从将种子播种于盆中一个月的持续时间内每天在黎明或日落期间(取决于日长)，即在约1650lux的存在下，施加光照射处理约1小时。根据每种作物的基因组结构和表达情况，施加不同的光照射组合。每天监测所有秧苗并进行生长测量和记录。对照植物在环境阳光下没有接受额外的光照射处理。每个处理或对照组包含至少10株植物。

处理约一个月后，选择表现出生长能力改良的植物进行田间生长。在其生命循环期间，例如，通过体内测量其光合作用活性而监测这些植物。需要强调的是，在植物生命循环期间进行的测量不会干扰植物生理学，也不会伤害叶子。在收获时，收集每株植物并照相。对每株植物种子进行计数和加权。如本文所述的处理方案可以重复至少两代并最高达四代以上。

实施例9：与未处理的对照植物相比，本发明的处理方案对所处理的玉米植物的产 量参数的影响

实验程序

在这个实验中，使用了两个商业澳大利亚品系作为可以用本发明方案处理的种子的实例：'金色矮脚鸡(Golden Bantam)'也称为'矮脚鸡'和'真黄金(True Gold)'(http://sustainableseedco.com/heirloom-vegetable-seeds/ce-k/corn-heirloomseeds/heirloom-sweet-corn-seed/original-8-row-gold en-bantam corn.html.http://www.smartgardener.com/plants/218-corn-true-gold/overview)。

“矮脚鸡”是一种生产甜玉米的年产非杂交商业品系。'真黄金'是年产开放式授粉玉米。

以下程序施加于这些商业种子：

1.将每粒种子种植于各个盆中，在温室中发芽并生长一个月。

2.在这个月期间，种子和秧苗接受其指定的处理或，在对照的情况下，不处理。所有植物在其生长循环期间都接受相同的农艺条件(处理的植物和对照植物)。

3.选择一月龄表现最好的秧苗并转移至田间生长条件。

4.每天10分钟的滴灌施加于田间生长的秧苗，全部一起约400mm/季节。

作为本发明的一种实施方式，现在参考图19，图19图示说明了描述各个种子后代和施加于每一代的种子和秧苗的处理的流程图。在这个图中，F0；F1；F2和F3是指种子后代而Tr.1；Tr.2和Tr.3是指施用于种子和秧苗的处理次数。在该实施方式中，所处理的F1种子接受一次处理(Tr.1)，F2种子接受两次处理(F1中一次和F2中一次)(Tr.2)，而F3种子接受三次处理，每代一次(Tr.3)。F0，Tr.0种子是未经处理的最初商业种子。

进一步指出的是，试验中的每种处理都是等同的和平等的。也就是说，该图中在指定了2次处理的情况下，种子会接受了2X 1次处理，或者，如果指定了3次处理，则种子会接受了3X 1次处理。这些处理在后代中垂直施用，并且在该代中没有一代接受超过1次处理。从图1中能够看出，在每一代中，对未处理的种子和接受一次或多次处理的种子进行了比较。

应当指出的是，标有'*'的第二处理植物在以色列南部非季节性生长。标有'**'的第二处理植物(Tr.2)在表观遗传位置季节内生长。标有'***'的盒子是指在以色列中心种植和收获的植物。

处理和未处理/对照种子于4月份种植，而8月收获。种子和/或秧苗在温室中处理，然后转移到田间生长条件。将来自上一代的选择的高产量植物的种子用本发明的技术和方案在随后的生长季节中处理，并与同时种植的相同代未处理的种子进行比较。

已经进行田间试验比较了接受一次处理(Tr.1)，两次处理(Tr.2)，三次处理(Tr.3)和未处理F3种子(F3，Tr.0)的种子。至少10株所选植物(在一些实验组中多达25株植物)从温室转移到田间。在此阶段，在植物营养阶段期间持续测量体内光合速率24至48小时。在收获时，收集来自每株植物的种子，干燥，计数并称重。计算平均值和标准偏差值。

实验结果

现在参考图22，图22呈现了本发明的处理方案对处理的相对于未处理的“矮脚鸡”玉米品系的单株植物平均种子数量的影响的评价。相对于未处理的F3种子(F3，Tr.0)，在暴露于一次处理的F3'矮脚鸡'玉米种子(F3，Tr.1)和暴露于两次处理的F2'矮脚鸡'玉米种子(F2，Tr.2)中观察到每株植物的平均种子数量增加。有趣的是，相对于未处理的对照F3种子(F3，Tr.0)，在暴露于三种处理(F3，Tr.3)的F3'矮脚鸡'玉米种子中，单株植物平均种子数已经显著增加了约1.8倍(图2A)或约80％(图2B)。

当评价本发明的处理方案对处理的相对于未处理的'真黄金'玉米品系的单株植物平均种子数量的影响时，已经观察到类似的趋势(参见图23)。如所示，相对于未处理的F3种子(F3，Tr.0)，在暴露于一次处理(F3，Tr.1)的F3'真黄金'玉米种子和暴露于两次处理的F2'真黄金'玉米种子(F2，Tr.2)中已经观察到单株植物平均种子数增加。相对于未处理的对照F3种子(F3，Tr.0)，在暴露于三次处理(F3，Tr.3)的F3'真黄金'玉米种子中已观察到每株植物平均种子数量急剧增加，即约1.8倍(图3A)或约70％(图3B)。

这些实验结果清楚地表明，通过用本发明的独特方案处理玉米种子和/或秧苗，产生了显著高产量的玉米植物。这种效果在后代中保持延续(例如，F3Tr.1)，并且通过重复处理(例如，F2，Tr.2和F3，Tr.3)而增加。

现在参考图12，图12图示呈现了处理的相对于未处理的'矮脚鸡'品系的单株植物平均种子重量的评价。该实验总结了相对于对照未处理(Tr.0)F3种子，暴露于本发明处理方案(Tr.1，Tr.2和Tr.3)的高产量亚品系的结果。据证实，单株植物平均种子重量的逐渐增加与施加于该种子的处理数量相关。处理的F3植物(Tr.3)的单株植物平均种子重量据证实显著高于未处理的F3对照种子，即与未处理的F3种子(F3，Tr.0)相比高约1.8倍或高80％。

关于'真黄金'品系的种子，图13中令人惊讶地证实，虽然由于第二次处理(F2，Tr.2)没有观察到第一次处理(F3，Tr.1)的效果，但与未处理的F3种子(F3，Tr.0)相比，暴露于三次处理的F3种子(F3，Tr.3)中单株植物平均种子重量显著增加约2倍(图5A)。

上述结果表明，本发明提供的处理方案产生了具有单株植物平均种子数增加和单株植物平均种子重量增加的所需产量参数提高的优势玉米植物。

现在参考图14，图14图示呈现了相对于未处理的F3种子处理的'矮脚鸡'品系种子的单种子平均重量的评价。在这个实验中，每个条代表平均200颗种子。在该图中示出，相对于未处理的F3(Tr.0)种子，在F3Tr.3种子中，单种子平均重量增加约1.3倍(图14)。“真黄金”系列种子已经获得了类似的结果(见图15)。

现在参考表1，总结了本实施例中描述的玉米产量结果。

表6：玉米产量结果的总结

应当注意的是，在未处理的F3,Tr.0植物与F3,Tr.3处理的植物之间进行了p-值双尾t-检验。

进一步应当注意的是，这个实验的F2种子在冬季生长于以色列南部(“非季节性”种子)。本文中应该承认，非季节性种子的质量可能比“季节性”种子差。因此，如果从“季节性”生长的植物产生的F2种子可用于随后的处理和种植，则在处理的F3植物中可能会观察到更好的产量结果。

总之，上述结果证实，本发明的处理方法会对F2和F3玉米植物提供显著增加的所需产量参数，包括每株植物平均种子数增加，每株植物平均种子重量增加和平均单个种子重量增加。

实施例10：与未处理的对照植物相比，本发明的处理方案对处理的玉米植物的光 合速率的影响

在该实验中，处理组相对于对照组评价了'矮脚鸡'(图17)和'真黄金'(图17)示例性玉米品系的光合速率。在24或48小时的时间段内，在4株植物(每组两株)的4片叶子上，在一天的同一时间以30分钟的间隔进行测量。连续和同时测量确保了对正在评价的两个(处理和对照)植物组的光合速率的准确监测。应当注意的是，根据每次测量中评价的以下数据计算光合速率：环境CO₂；CO₂交换(吸收的CO₂)；气流；绝对湿度；蒸腾；照射；气温；叶温；蒸汽压力；大气压力和露点。

优选在植物营养阶段使用PTM 48A光合作用和蒸腾监测器进行测量。自动自我凝聚的叶细胞，即自夹持叶室LC-4A(Ben-Asher J.et al.Effect of temperature onphotosynthesis and transpiration of corn in a growth chamber.The annualmeeting of the Amer.Soc.Agron.New Orleans,November 2007.P.321-2，该文献结合于本文中作为参考)。

处理的植物(F3，Tr.3)测得的平均光合速率在整个评估期的大部分时间内显著高于对照植物(F3，Tr.0)的所测平均光合速率。此外，在同一时间点，处理的F3'矮脚鸡'品系(Tr.3)的峰值光合速率值比未处理的F3(Tr.0)高出约80％。

如上所述的光合速率测量结果明确证实，相对于相同玉米品系的未处理植物，在处理的玉米植物中测量的光合速率更高。这意味着由于本发明的处理方案，增加的能量供应于植物，使其能够产生产量增加。

实施例11：玉米调控的实验方案

施加于种子或秧苗的示例性处理如实施例1中所述。

实施例12：与未处理的对照植物相比，本发明的处理方案对处理的玉米植物的产 量参数的影响

实验程序

在这个实验中，使用了一种商业澳大利亚品系作为可以用本发明的方案处理的种子的实例，即'金色矮脚鸡(Golden Bantam)'也被称为'矮脚鸡'(http://sustainableseedco.com/heirloom-vegetable-seeds/ce-k/corn-heirloom seeds/heirloom-sweet-corn-seed/original-8-row-golden-bantam corn.html)。

“矮脚鸡”是一种生产甜玉米的年产非杂交商业品系。

以下程序适用于商业种子：

1.将每粒种子种植于各个盆中，在温室中发芽并生长一个月。

2.在这个月期间，将种子和秧苗在受控情况下接受了其指定的处理，或不处理。所有植物在其生长循环期间都接受相似的农艺条件(处理的植物和对照植物)。

3.选择一月龄表现最好的秧苗并转移至田间生长条件。

4.每天10分钟滴灌被施加于田间种植的秧苗，全部一起约400mm/季节。

作为本发明的一种实施方式，现在参考图19，图19图示说明了描述施加于每一代的种子和秧苗的各个种子代和处理的流程图。在这个图中，F0；F1；F2和F3是指种子代，而Tr.1；Tr.2和Tr.3是指施加于种子和秧苗的处理次数。在该实施方式中，处理的F1种子接受一次处理(Tr.1)，F2种子接受一次或两次处理(F1中一次，或F2中一次或不处理)(Tr.2)，而F3种子接受三次处理，每代一次(Tr.3)。F0，Tr.0种子是未处理的最初商业种子。

进一步应当注意的是，试验中的每种处理方法都是等同的和相等的。也就是说，在图中指定了2次处理的情况下，种子已经接受2X1处理，或在指定3次处理，种子已经接受3X处理。这些处理在各代中垂直施用，并且在该代中没有一代接受过一次以上的处理。从图8中能够看出，在每代中，对未处理的种子和接受一次或多次处理的种子进行比较。

种子和/或秧苗在温室中处理，而随后转移到田间生长条件。来自上一代的所选高产量植物的种子采用本发明的技术和方案在随后的生长季节中进行处理，并与相同时间种植的相同代的未处理种子进行比较。

已经实施田间试验从而比较了接受一次处理(Tr.1)，两次处理(Tr.2)，三次处理(Tr.3)和未处理F3种子(F3，Tr.0)的种子。至少10株所选的植物(在一些实验组中多达25株植物)从温室转移到田间。在收获时，收集、干燥，计数并称重来自每种植物的种子。计算平均值和标准偏差值。

实验结果

现在参考图22，图22呈现了本发明的处理方案对处理的相对于未处理的'矮脚鸡'玉米品系的单株植物平均种子数量的影响的评价。正如图22中所见，相对于未处理的F3种子(F3，Tr.0)，在暴露于两次处理的F3'矮脚鸡'玉米种子(F3，Tr.2)和暴露于三次处理的F3'矮脚鸡'玉米种子(F3，Tr.3)中已经观察到单株植物平均种子数增加。有趣的是，相对于未处理的对照F3种子(F3，Tr.0)，单株植物平均种子数已经显著增加，即约1.3倍(F3，Tr.2)或约1.4倍(F3，Tr.3)。

这些实验结果增强了实施例1中描述的结果，即通过采用本发明的独特方案处理玉米种子和/或秧苗，产生了显著高产量的玉米植物。这种效果在各后代中得以延续(例如，F3Tr.1)，并且通过重复处理(例如，F2，Tr.2和F3，Tr.3)而增加。对于两种所测试的玉米品系，已经示出了接受2次处理的植物无需接受额外处理会维持其效果至少一代。

处理的相对于未处理的'矮脚鸡'品系的单株植物平均种子重量：本实验总结了相对于对照未处理(Tr.0)F3种子，暴露于本发明的处理方案(Tr.1，Tr.2和Tr.3)的高产量亚品系的结果。据证实，单株植物平均种子重量与施加于该种子的处理次数相关而逐渐增加。处理的F3植物(Tr.3)的每株植物平均种子重量据证实显著高于未处理的F3对照种子，即相比于F3未处理的种子(F3，Tr.0)高约1.4倍(图13A)或高33％(图13B)。

上述结果表明，本发明提供的处理方案产生了具有单株植物平均种子数增加和单株植物平均种子重量增加的所需产量参数提高的优势玉米植物。

处理的'矮脚鸡'品系种子相对于未处理的F3种子的单种子平均重量：在该实验中，每个柱形表示平均200个种子。在该图中表明，在F3Tr.3种子中，单种子平均重量相对于未处理的F3(Tr.0)种子增加约1.3倍。

现在参考表2，总结了本实施例中描述的玉米产量结果。

表7：玉米产量结果的总结

应当注意的是，除非另有说明，在未处理的F3,Tr.0植物相对于F3，Tr.3处理的植物之间进行了p值双尾t检验。

总之，上述结果证实，本发明的处理方法对F2和F3玉米植物提供了显著增加的所需产量参数，包括单株植物平均种子数增加，单株植物平均种子重量增加和平均单个种子重量增加。

实施例13：与未处理的对照植物相比，本发明的处理方案对处理的玉米植物的表 型特性的影响

在该实验中，在处理组相对于对照组中评价了“矮脚鸡”示例性玉米品系的表型特性。从视觉上进行评价。最相关的差异总结如下：

在该植物中能够看到多个(超过2个)抽穗。在一些植物中观察到每株植物最高达6个抽穗，约一半的抽穗是空的。在其他植物中，观察到3，4和5个抽穗。这些植物中不到一半的抽穗是空的。只有3轮处理后才观察到多个抽穗。大多数植物每株植物呈现2个抽穗。所处理的F3植物(Tr.3)的平均种子尺寸相对于对照种子F3(Tr.0)至少两倍。处理的种子的颜色为深黄色，而对照种子的颜色为浅黄色。

现在参考图20，图20呈现(Tr.3)F3'矮脚鸡'品系中的多个抽穗(用箭头指示)表型的照片图示。

现在参考图21，图21呈现了'矮脚鸡'品系中的处理F3植物(Tr.3)和对照F3(Tr.0)的种子之间差异的照片图示。在处理的植物中，1粒种子的平均重量为0.290克，而在对照中，1粒种子的平均重量为0.120g。正如前所述，处理的种子的颜色为深黄色，而对照种子的颜色为浅黄色。

实施例14：抗逆性

处理的植物比对照植物在应对α-生物应激方面更好，如根界效应和对除草剂施加的反应

根界效应：

1.将玉米种子播种于12cm盆中并置于温室中。960株秧苗接受了本发明的处理，而200株秧苗用作对照而没有进行任何处理。秧苗在温室中生长4周。在4周处理结束时，处理的植物的平均高度为35cm，而对照植物的平均高度为20cm。当来自两组的秧苗转移到田间生长条件下时，它们的根严重受限于盆的内部四周。植物表现出强烈的应激效应，如叶片浅绿色和植物活力不良。在田间几天后，处理的植物恢复活力，而对照植物需要约2周才能恢复活力。处理的植物的叶子深绿色在一周内达到高峰，而在对照的植物中花了3周。在处理的植物中，从根界应激效应中恢复显著较短，而对照植物需要更长时间才能克服这种应激效应。

实施例15：除草剂耐受性

作为由CRO进行的田间试验，玉米种子直接播种于田间。播种后四周，用除草剂Laudis 225对玉米田撒播抗杂草作为杂草对照。在施用该除草剂后8天，观察到植物毒性效应，因为处理植物和对照植物的叶片上出现白点，并且所有植物的活力受到影响。施用除草剂后三天，处理的植物完全恢复，而对照植物达到完全恢复需要约2周。

与未处理的对照植物相比，处理的植物中除草剂影响的恢复期显著缩短。

Claims (20)

1.一种用于生产与相同植物物种的植物对照种群或品种相比表现出改良性状的植物的非GM方法，包括以下步骤：

(a)提供植物种群或品种；

(b)将所述植物种群或品种暴露于在特征在于光通量单位为约1.5～约3000lux，特别地约100～约2000lux的环境日光的存在下从播种起持续2至6周每天用人造光照射的预定光处理方案，其中步骤(b)的所述预定光处理方案选自由以下所组成的组：

(i)在白天在选定时间用波长范围从约380nm至约750nm(可见光范围)的人造光照射约5分钟至约2.5小时的时间，

(ii)日出时开始用波长范围从约450nm至约490nm(蓝光)的人造光照射约30分钟至约2小时的时间，

(iii)日落之前约30分钟开始用波长范围从约600nm至约700nm(红光)的人造光照射约30分钟至约60分钟的时间，并且可选地在日落之后继续约30分钟；

(iv)日出时开始用波长范围从约450nm至约490nm(蓝光)的人造光照射约30分钟的时间，然后在日落前30分钟开始用波长范围从约600nm至约700nm(红光)的人造光照射约30分钟至约60分钟的时间，并且可选地在日落之后继续约30分钟，

或其以连续、同时或可互换方式的组合，可选地随后进行以下步骤：

(c)监测步骤(b)的所述植物的至少一个性状并与所述对照种群比较；

(d)选择步骤(b)和(c)的所述植物中具有最佳改良性状的至少前约0.5％，优选1％至2％的植物；

(e)繁育至少0.5％，优选1％至2％的最佳改良性状植物的至少一代后续代；以及

(f)可选地对所述至少一代后续代重复步骤(b)至(e)；

从而获得表现出改良性状的作物，其中所述改良性状对于至少一个更多代，优选两代或更多代，更优选3代至5代，并且甚至更优选6代至8代是可遗传的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中被监测的改良的可遗传性状选自由以下各项组成的组：产量、荚数、果实数量、种子数量、种子重量、株高、主茎宽度、茎粗、豆荚重量、果实重量、植物生物质、茎数、次生茎数、抗逆性、抗虫害性、病毒抗性、耐旱性、除草剂耐受性、延迟衰老、改性颜色、光合作用效率、叶中氮浓度及其任何组合。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述被监测的改良的可遗传性状是可遗传的改良产量。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述改良产量与相同物种的对照种群相比为至少2％且最高达800％，或更特别地2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、500％、600％、700％、800％或更高。

5.根据权利要求1所述的方法，其中可遗传的改良性状是表观遗传效应的结果。

6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述方法施加于选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株及其任何组合组成的组的植物或可收获植物部分。

7.根据权利要求1所述的方法，其中用人造光照射的步骤(b)以选自由日出开始时、黎明期间、日出期间、日落期间或其任何组合组成的组中的周期性进行施加。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将所述方法施加于选自由以下各项组成的组的植物物种或植物类型：大豆、玉米、油菜籽、棉花、谷物、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊、油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油料、乳胶、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途如精细化学品等的生产相关的植物，及其任何组合。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将所述方法施加于大豆、谷物、番茄或甜菊作物。

10.根据权利要求1所述的方法，其中将所述方法施加于基因改良(GM)植物或非-GM植物。

11.一种具有改良的可遗传性状的植物或可收获植物部分，其中所述植物通过权利要求1所述的方法获得。

12.一种具有改良的可遗传性状的植物种子，其中所述植物种子通过权利要求1所述的方法获得。

13.一种与相同作物物种的植物对照种群相比表现出改良的性状的植物，其中所述植物通过权利要求1所述的方法产生并且其中所述植物保留其改良的性状至少一代后续代，优选两代或更多代，更优选3至5代，并且甚至更优选6至8代，而无需暴露于额外的光处理。

14.根据权利要求11所述的植物或可收获植物部分，其中所述植物限定为选自由种子、秧苗、组织培养物、愈伤组织、分生组织、可再生细胞、原生质体、盆栽秧苗、成株及其任何组合组成的组中的植物或可收获植物部分。

15.根据权利要求11所述的植物或可收获植物部分，其中所述植物通过用具有红光波长、蓝光波长、白光波长及其任何组合的人造光以连续、同时或可互换方式照射步骤(a)的所述植物而产生。

16.根据权利要求11所述的植物或可收获植物部分，其中所述改良的可遗传性状是选自由荚数、果实数、种子数、种子重量、植物高度、主茎宽度、茎粗、豆荚重量、果实重量、植物生物质、茎数、次生茎数、光合作用效率、叶中氮浓度及其任何组合组成的组中的产量特性。

17.根据权利要求16所述的植物或可收获植物部分，其中所述植物与相同物种的对照种群相比表现出产量增加约至少2％至约800％或更多的可遗传的改良性状。

18.根据权利要求11所述的植物或可收获植物部分，其中所述植物是选自由大豆、玉米、油菜籽、棉花、谷物、小麦、水稻、马铃薯、木薯、蔬菜如胡椒和番茄、水果、灌木如甜菊和油籽植物、草本植物、开花植物、药用植物、用于食品、木材、木制品、纤维、药物、油、乳胶、颜料、布料、燃料和树脂工业的植物，与任何工业用途如生产精细化学品等相关的植物及其任何组合组成的组中的植物物种、可收获植物部分或植物类型。

19.根据权利要求11所述的植物或可收获植物部分，其中所述植物是基因改良(GM)植物或非GM植物。

20.一种通过施加权利要求1所述的方法筛选表现出改良的性状的植物的方法。