CN112204150A - 用于刺激植物中的根部渗出的方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供了植物渗出物，用于通过诱导植物分泌渗出物来获得植物渗出物的方法以及用于收集植物渗出物的系统，其包括：包含至少两个分立的区室的一个或多个植物容器，每个区室配置为容纳植物的分割的根部，区室是包括与植物根部刺激剂的至少一个来源流体连通的一个或多个输入的根部刺激区室，和根部渗出物收获区室，以及与根部渗出物收获区室流体连通的根部渗出物收集区室。

Description

用于刺激植物中的根部渗出的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年3月22日提交的名称为“用于刺激植物中的根部渗出的方法和系统”的以色列专利申请号258319的优先权，其内容通过引用以其全部并入本文。

技术领域

本发明涉及诱导植物渗出一种或多种目标化合物的方法，并且涉及一种或多种新型化合物及其组合。

背景技术

植物界产生了成千上万种通常是属或科特异性的不同化合物。

一些分子是植物的初级代谢产物，而另一些分子——其被称为次级或“特异性”代谢产物，对于产生它们的细胞并不重要，但有助于有机体的整体健康。生物碱是次级代谢产物的一个实例。它们是低分子量含氮有机化合物，通常具有杂环结构。植物中的生物碱生物合成在发育期间受到严格控制，并且响应于压力和病原体。

范围广的三萜类生物碱化合物广泛地存在于植物中，并且源自胞质甲羟戊酸类异戊二烯生物合成途径。甾体皂苷和甾体生物碱是植物产生的两大类三萜。甾体生物碱(SA)，也称为“茄属(Solanum)生物碱”是属于茄科(特别是茄属)的许多植物的常见成分。SA也由百合科的许多物种产生。

茄属估计有1350个物种，是最大的开花植物属之一，占据了茄科中物种的大约一半。不同的结构组成和生物活性，以及在包括番茄(茄属番茄)、马铃薯(茄属块茎)和茄子(茄属茄子)的食用植物中出现，使得SA成为广泛研究的课题(Eich E.2008.Solanaceaeand Convolvulaceae-secondary metabolites:biosynthesis,chemotaxonomy,biological and economic significance:a handbook.Berlin:Springer)。另外，番茄根部还分泌独脚金内酯和其他有机酸。

许多植物的有价值的特异性代谢产物已经激发了许多工业领域的市场兴趣，比如药物来源、杀真菌剂和杀虫剂、天然调味剂和着色物质、以及天然香料和油。

例如，紫衫(Taxus)物种，比如曼地亚紫衫(T.media)、东北紫衫(T.cuspidate)、欧洲紫衫(T.baccata)和南方紫衫(T.mairei)，是重要的药用植物。这些植物是紫杉醇(Taxol(paclitaxel))的独特来源，其是具有生物碱侧链的二萜类化合物，市场上可获得的最有效的抗癌药物之一。紫杉醇能够稳定有丝分裂微管聚合，从而影响细胞分裂。不幸的是，从宿主植物提取的量是有限的。单个患者的完全治疗需要约8棵60年树龄的紫杉树。此外，紫衫植物生长受到地理和季节的限制，并且没有可靠的替代方案。从香叶基香叶基二磷酸盐(二萜类化合物前体)合成紫杉醇涉及至少20个不同的酶促步骤，并且其复杂的结构阻碍了其在工业水平上经济地化学合成。

具有高抗癌活性的第二最常用的植物化学物质是从马达加斯加长春花(Madagascar periwinkle)植物(长春花(Catharanthus roseus))获得的长春花生物碱。该组抗癌化合物通过使微管解聚来阻止细胞分裂。两种天然长春花生物碱，长春碱(vinblastine)和长春新碱(vincristine)目前正在临床中使用。长春花还含有种类繁多(约120)的其他萜类吲哚生物碱。这些代谢产物是来自中心前体异胡豆苷的衍生物，该中心前体异胡豆苷通过分别源自莽草酸途径和塑性非甲羟戊酸途径的色胺和开联番木鳖苷(secologanin)的缩合形成。与紫杉醇一样，无论是从栽培植物还是从野生植物，只能获得较少量的长春花代谢产物。

大麻(Cannabis sativa)(大麻(marijuana))是包括四氢大麻酚(THC)和大麻二酚(CBD)的大麻素的来源。该化合物在减轻疼痛和其他病况中的作用已经得到研究。

罂粟(Pappaver somniforum)在制药行业中不仅用作阿片的来源，而且用作其他生物碱——比如加工成比如可待因和羟考酮等药物的蒂巴因和东罂粟碱的来源。还研究了这些化合物在减轻疼痛中的作用。

市场上可获得的许多基于植物的产品是从栽培植物(例如，具有较长的栽培周期)或野外植物(例如，其受地理限制)提取。因此，迫切需要无损替代方式获得这些分子并连续生产，比如在独立的规模化的非土壤系统(例如，水培和气培)中生长植物。植物可能将总光合产物的20-50％转运至其根部，并且高达70％的浸没根部代谢产物渗出到土壤中。然而，由于微生物新陈代谢，在常规未经灭菌生长系统中经常发生代谢产物的分解。在无菌系统中生长植物已经显示出防止这些分子的分解，并且因此，它们在根部渗出物中积聚(Kuijken,R.C.P.,Snel,J.F.H.,Heddes,M.M.,Bouwmeester,H.J.and Marcelis,L.F.M.(2014)The importance of a sterile rhizosphere when phenotyping for rootexudation.Plant Soil,387,131–142。可获得自：http://link.springer.com/10.1007/s11104-014-2283-6)。

另一方面，来自土壤的微生物可能会影响植物新陈代谢和渗出。结果，尚未考虑通过刺激植物新陈代谢来诱导植物渗出从而生产高价值分子。

选定部分的土壤微生物与植物建立了相互作用，并且一些可能成为成功的植物病原体。这样选择的原因可能是由于抗菌根部渗出物的恒定且多样的分泌(Bais,H.P.,Park,S.W.,Weir,T.L.,Callaway,R.M.and Vivanco,J.M.(2004)How plants communicateusing the underground information superhighway.Trends Plant Sci.,9,26–32)。

已经观察到并描述了特定植物与具体微生物物种之间的具体相互作用。例如，人们已经认识到豆类与固氮微生物共生体之间的固氮微生物共生体有益的共生关系(Poole,P.,Ramachandran,V.and Terpolilli,J.(2018)Rhizobia:from saprophytes toendosymbionts)以及对植物病原体的负面影响(Wirthmueller,L.,Maqbool,A.andBanfield,M.J.(2013)On the front line:structural insights into plant-pathogeninteractions.Nat.Rev.Microbiol.,11,761–776。可获得自：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24100360[2013年10月17日访问].)。此外，根部微生物群，即与根部相关的微生物群落，可能会调节植物的反应(Chialva,M.,Salvioli,A.,Fossalunga,D.,et al.(2018)Native soils with their microbiotas elicit a stateof alert in tomato plants.New Phytol.)。影响植物健康和发育的各种复杂的相互作用仍然没有被完全理解。

无菌水培或气培系统，虽然简单，但不能代表田间条件下的根部渗出，而对于基于土壤的方法，其难以将来自植物的分子与来自其他土壤有机体/环境有机体的分子分离。此外，虽然由于环境压力(例如，磷酸盐或铁缺乏症)、微生物和固体生根培养基的存在而增加了根际沉积，但是大多数的根际碳流研究都是在无菌溶液培养中进行的，其倾向于排除了脱落的根部细胞和组织，并且不是生长在土壤中的植物的现实替代品。

针对整个根部系统进行基于土壤的渗出物取样的途径包括(i)在土壤填充的盆中生长植物，接着进行仔细的根部洗涤(土壤去除)和水培渗出物取样；(ii)根箱生长和水培样品或容器；和(iii)使用根箱与根部渗出物收集(REC)组合的方法。然而，这些方法均不能将植物分子与其他有机体区分开。

存在增大植物生物活性代谢产物的生产的需求，比如药物来源、杀真菌剂和杀虫剂、天然调味剂和着色物质、天然香料和油、食品或营养补品、化妆品等。另外，不断需要鉴定新型植物代谢产物，例如，为疾病或其他健康问题提供新的治疗方法，为遭受副作用或具有抗药性的患者提供替代方案，和/或为新的或抗药性菌株提供杀真菌剂和杀虫剂，以及用于例如，食品、化妆品、补品和营养领域中的其他应用。

因而，需要的是，并且非常令人期望且有利的是：用于开发根部微生物群的有益潜力以便为提高特定植物根部渗出物的农作物产生提供可持续的方案，使得能够理解植物与微生物群落之间的相互作用的系统，以及用于调节微生物成分(composition)以激励植物有利的关系以便除了鉴定新型有益植物代谢产物之外还增大了特定植物根部渗出物的产生的方法。

发明内容

在一些实施方式中，本发明涉及使用各种刺激物收获特异性代谢产物和高价值分子以及富集的渗出物的方法，以及从植物获得新型代谢产物的方法。本发明涉及使用各种刺激物诱导植物以增大特异性代谢产物和其他分子的产生的方法，以及从诱导的植物获得新型代谢产物和新型渗出物成分(composition)的方法。本发明还涉及新型特异性代谢产物和由此产生的其他分子。本发明还涉及被刺激的植物或其部分作为渗出物或特异性代谢产物和其他分子的来源的再循环。

在一方面，本发明提供从植物根部或植物分割的根部(spit-root)产生、引发、触发或增大产生和/或收获渗出物的方法。在一个实施方式中，方法包括：提供植物；将植物的根部分割成至少两个根部分；将植物的每个根部分放置到单独的容器或区室；刺激植物的第一根部分或植物的地上部分以诱导由植物的第一根部分或由第二根部分渗出或分泌渗出物到第一根部分或第二根部分的容器或区室中。在一个实施方式中，方法进一步包括从容器或区室收获渗出物。在一个实施方式中，方法包括：提供植物；将植物的根部放置到容器或区室中；(用刺激剂或引发剂)刺激植物的根部或植物的地上部分以增大、引发、触发、诱导由植物的根部渗出或分泌渗出物到容器或区室中。在一个实施方式中，方法进一步包括从容器或区室收获渗出物。

在一个实施方式中，其中渗出物包括目标代谢产物，方法进一步包括从渗出物分离目标代谢产物。

在一个实施方式中，方法可以包括利用用没有或缺乏刺激剂或引发剂的载体刺激的对照植物。在一个实施方式中，将测试植物的完整根部和对照植物的完整根部各自分成两个相等部分，其每个被放置到单独的容器或区室。在另一个实施方式中，测试植物的完整根部和对照植物的完整根部被各自移除，并且将由每个截短的根部产生的侧根部分各自放置到单独的容器或区室。

在另一个实施方式中，容器包括水培和土壤(或土壤样品)。在另一个实施方式中，容器包括水培和本文所述的任何刺激剂或刺激剂的组合。

在一个实施方式中，方法可以包括利用用没有或缺乏刺激剂或引发剂的载体刺激的对照植物。在另一方面，本发明提供了用于从植物的植物根部获得和鉴定先前未鉴定的植物渗出物的方法，该方法包括：提供测试植物；将测试植物的根部分割成至少两个根部分；将测试植物的每个根部分放置到单独的容器或区室；提供对照植物；将对照植物的根部分割成至少两个根部分；将对照植物的每个根部分放置到单独的容器或区室；刺激测试植物的第一根部分或测试植物的地上部分以诱导由测试植物的第一根部分或第二根部分渗出或分泌植物渗出物到相应的容器或区室；从相应的容器或区室收集测试植物的渗出物；收集对照植物的类似根部分的渗出物；在分析平台上定性地和定量地分析测试植物的渗出物和对照植物的渗出物以生成数据；和对数据应用统计分析以确定测试植物的渗出物和对照植物的渗出物之间在类型或数量上的差异。在一个实施方式中，其中至少测试植物的渗出物包括目标代谢产物，方法进一步包括表征由测试植物渗出或分泌的代谢产物的化学结构，该代谢产物未被对照植物渗出或分泌，或者其被对照植物以统计学上较低的量渗出或分泌。在一个实施方式中，用缺乏刺激剂的载体刺激对照植物而非测试植物。

在又另一方面，本发明提供了通过从植物的植物根部获得和鉴定先前未鉴定的植物代谢产物的方法获得的来自植物的植物根部的先前未鉴定的植物渗出物或先前未鉴定的植物代谢产物或其中间体。在一个实施方式中，新型植物渗出物或代谢产物或其中间体用于筛选抗真菌、细菌、杀虫或除草活性的测定中。在另一个实施方式中，新型植物渗出物或代谢产物或其中间体用于保护作物或用于处理收获的水果或蔬菜。

在又另一方面，本发明提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫衫植物；用包括钩状木霉菌(Trichoderma hamatum fungus)的刺激剂接触或处理紫衫植物的根部或紫衫植物的地上部分以诱导由紫衫植物的根部渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物，从而从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物。在一个实施方式中，紫衫植物根部是未分割的紫衫植物根部。在一个实施方式中，“诱导渗出”包括：增大渗出和/或重新诱导化合物的渗出。在一个实施方式中，“诱导渗出”是增大渗出物中化合物或目标化合物的浓度。在一个实施方式中，“诱导渗出”是增大渗出物中化合物或目标化合物的量。

在又另一方面，本发明提供了植物渗出物生产和收集系统，其包括：一个或多个植物容器，其包括至少两个分立的区室，每个配置为容纳植物的相同分割的根部的一个或多个部分，该区室是包括与植物根部刺激剂的至少一个来源流体连通的一个或多个输入的根部刺激区室，和根部渗出物收获区室，以及与根部渗出物收获区室流体连通的根部渗出物收集区室。在一个实施方式中，系统进一步包括与根部渗出物收集区室流体连通的分离器，其配置为从渗出物分离化合物、目标化合物、目标代谢产物或其中间体。

在一些实施方式中，根部渗出物收获区室与负压源流体连通。在一些实施方式中，系统包括与水和/或肥料的来源以及植物容器连通的灌溉网络和/或肥料网络。

在一些实施方式中，植物容器包括与一个或多个硬件处理器通讯的一个或多个传感器。传感器可以是流量计、温度计、湿度计、土壤湿度传感器、pH计、热成像照相机、压力传感器和植物渗出物、目标代谢产物和/或其中间体的检测器中的一个或多个。

在一些实施方式中，硬件处理器包括计算机程序产品，其包括具有包含在其中的程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，该程序代码可由硬件处理器执行以激活刺激剂到根部刺激区室的输入从而刺激植物的第一根部分或植物的地上部分以便诱导由容纳在根部渗出物收获区室中的植物的相同的第一根部分或第二根部分渗出或分泌渗出物。在一些实施方式中，程序代码可由硬件处理器执行以基于从一个或多个传感器接收的信息自动地激活和调节植物根部刺激剂的来源、负压源、灌溉网络和肥料网络中的一个或多个。在一些实施方式中，程序代码可由硬件处理器执行以基于由一个或多个传感器获得的信息通过至少将刺激剂到植物容器的输入与植物根部渗出物的体积和/或生产速率进行比较来计算目标代谢产物或其中间体的生产效率。

在一些实施方式中，根部渗出物收获区室包括配置为接收植物根部的基材。基材可以是吸收性的或非吸收性的。分离器可以包括一个或多个吸附表面，其配置为吸附从渗出物分离的目标代谢产物或其中间体，例如，表面可以包括微珠。

由以下描述和附图，本发明的其他目的、特征和优势将变得清楚。

附图说明

图1是描绘普通植物根部在其周围土壤中的横截面的示意图。所指示的根际是周围土壤的狭窄区域，其直接受到根部渗出物和土壤微生物的影响。它包括从根部脱落的植物细胞(根际沉积)。所指示的根面是在表面附近的根部系统的微环境。所指示的内圈包括植物的内生菌。内生菌是内共生体(例如，细菌或真菌)，其生活在植物内而不会对植物造成明显伤害。

图2A是描绘分割的根部水培系统的示意图，其具有在单独的广口瓶中生长的两个根部系统。根部A在右侧，并且根部B在左侧。如果无诱导剂添加至任何植物区室(器官)，两个根部的渗出物代谢产物谱图不会改变。

图2B是描绘由添加至根部A(右侧)的土壤微生物群系统诱导之后的图2A的分割的根部水培系统的示意图。在添加诱导剂之后，与无菌系统相比，被系统影响的代谢产物发生改变。

图3显示了渗出物代谢组学工作流程的方法的流程图，其利用分割的根部水培方法的实例，接着进行样品制备、经由UPLC-qTOF和GC-MS的化合物检测、统计分析和代谢产物鉴定。照片显示了对照植物(左侧)和处理的植物(右侧)二者的M82分割的根部植物。

图4是描绘分割的根部水培方法的示意图，其利用两种类型的处理方法(左中)和两种类型的对照(左下)以研究土壤微生物群如何塑造(shape)根部渗出物的代谢产物组成。对照或者具有完整根部(浅绿色)或者具有分割的根部，单独分析了根部A(绿色)和根部B(深蓝色)的渗出物。通过土壤悬浮液(粉红色)或者通过高压灭菌的土壤悬浮液(红色)诱导处理的植物。对代谢产物进行分析。PCA显示了三种处理(不含诱导剂的对照、高压灭菌的土壤、土壤)的代谢产物的谱图分组，粉红色指示土壤处理的植物的代谢产物的总谱图。

图5显示了分割的根部水培方法的示意图。左上角描绘了对照。中心处的处理的植物经由UPLC-qTOF和GC-MS检测到了其渗出物/代谢产物。对根部微生物群进行作为系统发育标记的16S扩增子测序(16S rRNA基因/rrs基因的测序)以根据序列相似性(SILVA数据库)分析细菌群落。根据基于所呈现的总群落的97％相似度阈值限定的运算分类单元(OTU)对个体进行分组。

图6显示分根方法的结果，其表明土壤稀释改变了根部的细菌群落结构。左侧图显示了每个样品中观察到的物种数(y-轴)并且右侧条形图显示了高压灭菌的土壤(AS)、10-2土壤悬浮液(SS2)、10-4土壤悬浮液(SS4)或10-6土壤悬浮液(SS6)在每个样品中的分类学分布。底部图突出了土壤微生物多样性的减少。高压灭菌的土壤用作稀释剂。右侧图显示了高压灭菌的土壤(AS)、10-2土壤悬浮液(SS2)、10-4土壤悬浮液(SS4)或10-6土壤悬浮液(SS6)各门细菌的相对丰度(总量＝100％)。所测量的门包括放线菌门(红色)、拟杆菌门(棕色)、蓝细菌门(深绿色)、厚壁菌门(浅绿色)、芽单胞菌门(蓝色)、变形菌门(紫色)、疣微杆菌门(粉红色)、等等(NA；黑色)。底部图突出了土壤浓度的降低。

图7显示了128种渗出的代谢产物(通过GC-MS和LC-MS鉴定)与676个OTU的Pearson相关性，确定了9个聚类(R2>0.05)并证明了细菌丰度与代谢产物渗出相关。显示了第1聚类和第7聚类(虚线框)。

图8显示了对(在图7中鉴定的)第1聚类的分析，其分析了41种次级代谢产物(左上和左下)和201个OTU(右上和右下)。每个的排序图显示了根据代谢组或微生物组数据的样品的聚类，而加载图(loading plot)图确定了样品与变量(代谢产物或OTU)之间的关系。根据聚类代码，变量是颜色。侧面图突出了土壤浓度的降低。

图9A是显示对第1聚类的渗出的代谢产物的研究的一系列方框图，该研究表明响应于增加高压灭菌的土壤(AS)、分割的根部对照根部A(CA)、分割的根部对照根部B(CB)、10-2土壤悬浮液(SS2)、10-4土壤悬浮液(SS4)或10-6土壤悬浮液(SS6)中的细菌多样性，番茄根部渗出更多防御分子。底部图突出了土壤浓度的降低。

图9B是显示对第1聚类的渗出的代谢产物的研究的一系列方框图，该研究表明更大的根际多样性使得高压灭菌的土壤(AS)、分割的根部对照根部A(CA)、分割的根部对照根部B(CB)、10-2土壤悬浮液(SS2)、10-4土壤悬浮液(SS4)或10-6土壤悬浮液(SS6)中代谢产物的渗出增大。底部图突出了土壤浓度的降低。

图10显示了基于第1聚类的OTU总读数的40％，相对于高压灭菌的土壤(AS)或相对于10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液来自第1聚类的变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度。

图11显示了对(在图7中鉴定的)第7聚类的分析，其分析了4种初级代谢产物(左上和左下)和35个OTU(右上和右下)。每个的排序图显示了根据代谢组或微生物组数据的样品的聚类，而加载图确定了样品与变量(代谢产物或OTU)之间的关系。根据聚类代码，变量是颜色。侧面图突出了土壤浓度的降低。

图12是显示对第7聚类渗出的糖代谢产物的研究的一系列方框图，该研究表明在高压灭菌的土壤(AS)、分割的根部对照根部A(CA)、分割的根部对照根部B(CB)、10-2土壤悬浮液(SS2)、10-4土壤悬浮液(SS4)或10-6土壤悬浮液(SS6)中在较低细菌多样性的环境中，糖以较高的水平渗出。底部图突出了土壤浓度的降低。

图13显示了基于第7聚类的OTU的总读数的0.2％，相对于高压灭菌的土壤(AS)或相对于10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液来自第7聚类的变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度。

图14显示了表明在使用分根方法对番茄植物进行生物刺激后特异性代谢产物的分泌增大的图。显示的是龙葵皂苷B(左)和新型代谢产物(右)的增大。

图15A-15C显示了紫衫渗出物的MRM-LC-MS/MS分析。紫杉醇(A)和10-DAB(B)的总离子流色谱图；侧面图突出了用真菌和茉莉酸甲酯(MeJa)生物刺激紫衫幼苗之后渗出物的增大倍数。使用10-DAB、浆果赤霉素III和紫杉醇的外标曲线进行紫杉烷(C)的定量。

图16A-16B显示了长春花(C.roseus)渗出物的MRM-LC-MS/MS分析。在茉莉酸甲酯刺激(A，顶部)后根部B的渗出物中和对照植物(A，底部)中存在的长春花生物碱的总离子流色谱图。侧面图突出了代谢产物渗出的增大倍数(B)。

图17显示了用于刺激茄科植物以便产生/渗出生物碱的微生物概况或微生物组的图。微生物组SR3SS6包括大约68-73％变形菌门、大约26-32％厚壁菌门细菌、大约1-4％拟杆菌门和0.5-3％放线菌门；微生物组SR3SS4包括大约66-71％变形菌门、大约26-32％厚壁菌门细菌、大约3-14％拟杆菌门和0.5-3％放线菌门；微生物组SR3SS2包括大约75-83％变形菌门、大约16-23％厚壁菌门细菌、大约2-9％拟杆菌门和0.5-3％放线菌门。所有微生物组包括小于2％或者甚至小于0.5％蓝细菌门和/或芽单胞菌门细菌。

图18显示了用于刺激植物中代谢产物产生和渗出的系统的简化框图。

具体实施方式

本发明涉及使用刺激物诱导、触发和/或引发植物产生或增大渗出物或化合物——比如目标化合物和/或代谢产物和/或任何其他分子——的产生的方法，并且涉及从诱导的植物获得化合物或目标化合物和/或新型代谢产物的方法。本发明还涉及，比如本文所述的代谢产物和/或分子。在一个实施方式中，本发明提供从植物的植物根部获得渗出物的方法，其包括：提供植物；将植物的根部分割成至少两个根部分：第一根部分和第二根部分；将第一根部分和第二根部分的每个放置在单独的容器或区室；用刺激剂刺激或接触植物的第一根部分或植物的地上部分以诱导由植物的第一根部分或第二根部分渗出或分泌渗出物到第一根部分或第二根部分的容器或区室中。在一个实施方式中，方法进一步包括从容器或区室收获渗出物。

在一个实施方式中，方法包括：提供植物；将植物的根部放置到容器或区室中；(用刺激剂或引发剂)刺激植物的根部或植物的地上部分以增大、引发、触发、诱导由植物的根部渗出或分泌渗出物到容器或区室中。在一个实施方式中，方法进一步包括从容器或区室收获渗出物。

在一个实施方式中，获得包括增大产生，收获或二者。在一个实施方式中，获得包括增大渗出物中目标分子的产生或浓度。

在一个实施方式中，渗出物或从植物根部“获得渗出物”是获得包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物。在一个实施方式中，渗出物或从植物根部“获得渗出物”是获得包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物，而无需任何纯化、过滤、浓缩、富集和/或清洗步骤。在一个实施方式中，根据本发明的方法和系统的渗出物是直接从植物根部和/或第一根部分获得的渗出物。在一个实施方式中，根据本发明的方法和系统的渗出物是包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的未处理的组合物。在一个实施方式中，未处理的组合物是未经清洗、浓缩、过滤、纯化、富集或其任意组合的组合物。

在一个实施方式中，包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物是液体组合物。在一个实施方式中，包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物，具有小于(总组合物的)50％、40％、30％、20％、10％、5％、2％、1％、0.5％w/w的土壤和/或植物生长培养基。在一个实施方式中，包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物，具有小于(总组合物的)50％、40％、30％、20％、10％、5％、2％、1％、0.5％w/w的土壤矿物质和/或环境有机体/土壤有机体/微生物。在一个实施方式中，土壤矿物质是存在于任何土壤中的任何矿物质。在一个实施方式中，环境有机体/土壤有机体/微生物是存在于任何土壤中的任何有机体/微生物。在一个实施方式中，包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、or 95％w/w渗出物的组合物，缺乏土壤和/或植物生长培养基。在一个实施方式中，包括(总组合物的)至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或95％w/w渗出物的组合物，缺乏环境有机体、土壤有机体和/或微生物。

在一个实施方式中，方法可以包括利用用没有或缺乏刺激剂或引发剂的载体刺激的对照植物。在一个实施方式中，“刺激的植物”包括刺激的：测试植物的分割的根部，测试植物的根部和/或测试植物的地上部分。

在一个实施方式中，渗出物是包括紫杉醇的渗出物。在一个实施方式中，目标化合物包括紫杉醇。在一个实施方式中，刺激剂包括钩状木霉菌。在一个实施方式中，紫杉烷包括紫杉醇、10-DAB、浆果赤霉素III或其组合。在一个实施方式中，如本文所述的植物或测试植物是紫衫植物，比如但不限于欧洲紫杉。

在一个实施方式中，刺激剂包括微生物组(也称为微生物群)。在一个实施方式中，微生物组成是细菌细胞、真菌细胞或其组合的总数。在一个实施方式中，微生物组成由细菌细胞和真菌细胞组成。在一个实施方式中，微生物组成由细菌细胞和细菌培养基组成。在一个实施方式中，微生物组成由细菌细胞和土壤组成。在一个实施方式中，微生物组成由真菌细胞和土壤组成。

在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有30-90％变形菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有50-98％变形菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有68-73％变形菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有65-71％变形菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有75-83％变形菌门。

在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有8-45％厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有12-35％厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有26-32％厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有16-23％厚壁菌门细菌。

在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有0.2-15％拟杆菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有1-8％拟杆菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有1-4％拟杆菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有3-15％拟杆菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有2-9％拟杆菌门。

在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有0.1-8％放线菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有0.2-5％放线菌门。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有0.5-3％放线菌门。

在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有小于4％或者甚至小于0.5％蓝细菌门和/或芽单胞菌门细菌。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成具有小于2％或者甚至小于0.5％蓝细菌门和/或芽单胞菌门细菌。在一个实施方式中，微生物组或微生物群的微生物组成缺乏蓝细菌门和/或芽单胞菌门细菌。

在一个实施方式中，本文提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫衫植物并且使其根部与包括真菌钩状木霉菌的刺激剂接触，从而从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物。

在一个实施方式中，本文提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫衫植物；使紫衫植物的根部或紫衫植物的地上部分与包括钩状木霉菌的刺激剂接触以诱导由紫衫植物的根部渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物，从而从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物。在一个实施方式中，紫衫植物根部是未分割的紫衫植物根部。

在一个实施方式中，获得渗出物包括诱导渗出。在一个实施方式中，获得渗出物包括增大渗出物中化合物或目标化合物的浓度。在一个实施方式中，在一个实施方式中，获得渗出物包括增大渗出物中化合物或目标化合物的量。

在一个实施方式中，本文提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物而无需分割根部的方法。在一个实施方式中，本文提供了从整个紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物而无需分割根部的方法。在一个实施方式中，本文提供了从整个紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物而无需分割根部的方法，其包括使根部与刺激剂(刺激的根部)比如真菌钩状木霉菌接触，和从刺激的根部获得包括紫杉烷的渗出物。在一个实施方式中，本文提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫衫植物；将紫衫植物的根部放置在容器或区室中并且用包括真菌钩状木霉菌的刺激剂刺激紫衫植物的根部或紫衫植物的地上部以诱导由紫衫植物的根部渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物并且渗出或分泌到容器或区室中；和可能地进一步从容器或区室收获包括紫杉烷的渗出物。

在一个实施方式中，本文提供了从紫衫植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，包括：提供紫衫植物；将紫衫植物的根部分割成至少两个根部分；将紫衫植物的每个根部分放置到单独的容器或区室中；用包括真菌钩状木霉菌的刺激剂刺激紫衫植物的第一根部分或紫衫植物的地上部分以诱导由紫衫植物的第一根部分或第二根部分渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物到第一根部分或第二根部分的容器或区室中；和从容器或区室收获包括紫杉烷的渗出物。在一个实施方式中，刺激包括与刺激剂接触。

在一个实施方式中，本文提供了从茄科植物根部获得包括生物碱的渗出物的方法，其包括：提供茄科植物并且使茄科植物的根部与包括细菌组成的刺激剂接触，该细菌组成包括变形菌，从而从茄科植物根部获得包括生物碱的渗出物。在一个实施方式中，细菌组成是细菌菌群。

在一个实施方式中，本文提供了从茄科植物根部获得包括生物碱的渗出物的方法，其包括：提供茄科植物；将茄科植物的根部分割成至少两个根部分；将茄科植物的每个根部分放置到单独的容器或区室中；用包括包含变形菌的细菌组成的刺激剂刺激茄科植物的第一根部分或茄科植物的地上部分，以诱导由第一根部分、由第二根部分或二者渗出或分泌包括生物碱的渗出物；到第一根部分、第二根部分或二者的容器或区室中；从而从茄科植物获得包括生物碱的渗出物。

在一个实施方式中，细菌组成包括放线菌、拟杆菌门细菌、蓝细菌、厚壁菌门细菌、芽单胞菌门细菌或其任意组合。在一个实施方式中，细菌组成中至少30％的细菌细胞是变形菌门。在一个实施方式中，细菌组成中15％至95％的细菌细胞是变形菌门。在一个实施方式中，细菌组成中20％至80％的细菌细胞是变形菌门。在一个实施方式中，细菌组成中40％至80％的细菌细胞是变形菌门。

在一个实施方式中，所述细菌组成中至少5％的细菌细胞是厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，所述细菌组成中5％至50％的细菌细胞是厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，所述细菌组成中10％至50％的细菌细胞是厚壁菌门细菌。在一个实施方式中，所述细菌组成中20％至40％的细菌细胞是厚壁菌门细菌。

在一个实施方式中，所述细菌组成中0.05％至20％的细菌细胞是：放线菌门、拟杆菌门细菌或其组合。在一个实施方式中，所述细菌组成中0.1％至10％的细菌细胞是：放线菌门、拟杆菌门细菌或其组合。在一个实施方式中，所述细菌组成中1％至15％的细菌细胞是：放线菌门、拟杆菌门细菌或其组合。

在一个实施方式中，茄科植物是番茄植物。在一个实施方式中，生物碱包括皂苷。在一个实施方式中，生物碱包括龙葵皂苷B(uttroside B)。在一个实施方式中，刺激剂进一步包括茉莉酸甲酯。

在一个实施方式中，第一根部分、第二根部分或二者的容器或区室是容纳或包括第一根部分或第二根部分但不是二者的各自的容器或区室。在一个实施方式中，诱导渗出或分泌渗出物是诱导由第一根部分、第二根部分或二者渗出或分泌渗出物。在一个实施方式中，诱导渗出或分泌渗出物是诱导由第一根部分而不是由第二根部分渗出或分泌渗出物。在一个实施方式中，诱导渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物是诱导由第一根部分而不是第二根部分渗出或分泌包括紫杉烷的渗出物。

在一个实施方式中，仅在容纳第一根部分的容器或区室中获得或收获包括渗出物的组合物。在一个实施方式中，从容纳第一根部分的容器或区室和容纳第二根部分的容器或区室获得或收获包括渗出物的组合物。

在一些实施方式中，本发明涉及使用各种刺激物诱导植物以增大渗出物或特异性代谢产物和其他分子的产生的方法，并且涉及由此产生的特异性和/或新型代谢产物和其他分子。

在一些实施方式中，本发明包括分割的根部生长系统，其用于通过根部渗出从完整的和生物刺激的植物连续抽出植物特异性代谢产物。该方法采用分割的根部植物。枝条(shoot)和一个根部用作刺激位点，并且根部的相同部分或根部的另一部分的区室保留用于连续地或半连续地收集渗出物。因而，植物的生物刺激提供了一种手段以便(i)高效地且成本有效地收获已知的高价值植物产品，(ii)高效地产生且成本有效地收获有价值的生物活性植物渗出物，其可以直接用作高价值产品或者可以从其分离生物活性分子，和(iii)高效地收获并添加未开发的代谢产物至当前的生物活性分子工业库。分根方法是可调节的；生长不同的植物物种可能会产生各种各样的产品(即，来自野生和栽培植物以及来自转基因植物的代谢产物)。可以使用来自水生植物、匍匐植物、攀缘植物、小灌木(shrub)、灌木丛(bush)和各种尺寸的树的任何植物。植物包括，但不限于，草药、水生植物、草、小灌木、灌木丛、攀缘植物、匍匐植物、树木、腐生植物、寄生植物、红树林、球茎和根茎植物以及任何其他类型。通过使用不同的刺激物(即，单独的或组合的微生物或其衍生物代谢产物或细胞组分)来确定具体代谢产物的产生效率和特异性。

在一方面，它涉及使用各种刺激物(例如，微生物或小分子)诱导植物产生较高产量的特异性分子的技术。例如，具有两个根部系统——根部A和B——的分割的根部植物在没有土壤的受控营养条件下单独地生长，其使用水培和/或气培，共享相同的地上部分。独立于根部B，用刺激物处理根部A和/或植物的地上部分。渗出物或具体分子被系统地诱导并且由根部分中的一个或二者释放。从根部A或从根部B或从二者收获或收集局部诱导的渗出物或分泌的分子。在一些实例中，从分割的根部的被刺激的部分收获或收集目标渗出物或分泌的分子，而在其他实例中，从分割的根部的未被刺激的部分收获或收集目标渗出物或分泌的分子。在一些实例中，从分割的根部的两个部分收获或收集目标渗出物或分泌的分子。

在一方面，本发明包括分割的根部生长系统，其用于通过根部渗出从完整的且生物刺激的植物不间断地抽出植物特异性渗出物或代谢产物(或其中间体)，从而从诱导的植物抽出(或‘汲取’)特异性渗出物代谢产物(或其中间体)。在一个实施方式中，植物的完整根部被分成两个相等部分，其每个被放置到单独的容器或区室。在一个实施方式中，植物的完整根部被分成两个不相等部分：第一根部分和第二根部分，其每个被放置到单独的容器或区室。

在另一个实施方式中，去除植物的完整主根，并且生成第一侧根部分和第二侧根部分，并且每个被放置到单独的容器或区室。

在其他实施方式中，基因工程可以用于修饰根部结构并通过，例如，增加分支或总根部生物量来实际地产生更多的根部表面空间。根部结构可以通过许多方式改变，其包括，但不限于，1)基因工程；2)基因组编辑；3)化学或辐射诱变；4)鉴定自然变异/自发突变；5)使用植物激素，例如，植物生长素来处理根部或独脚金内酯；6)使用激素生物合成、转运或信号传导途径的抑制剂；7)用丛枝菌根真菌(Arrabscular mycorriza fungi)处理植物；8)诱导根毛形成的发根农杆菌处理植物；或9)使用植物本身作为生物刺激剂。植物本身或一系列植物，可以用作本发明中的生物刺激剂。相同或不同物种的植物可以用作生物刺激剂。可选地，一系列分割的根部植物(相同或不同物种)可以成对或成组或成系列使用。在一个实施方式中，刺激剂包括生物刺激剂。

在一个实施方式中，收获步骤进一步包括收集渗出物并且使渗出物通过柱以在柱上浓缩渗出物。在又另一个实施方式中，收获步骤进一步包括从柱洗脱代谢产物或其中间体。在一个实施方式中，收获步骤进一步包括收集渗出物并且任选地浓缩渗出物(比如去除水溶液)。在又另一个实施方式中，收获步骤进一步包括洗脱或浓缩目标代谢产物或其中间体。

在一个实施方式中，容器或区室包括水培组合物。在一个实施方式中，容器或区室包括渗出物。在一个实施方式中，容器或区室适于：存储渗出物，收集渗出物，浓缩渗出物，富集渗出物，或其任意组合。在一个实施方式中，容器或区室包括包含如本文所述的渗出物的组合物。在另一个实施方式中，容器或区室包括气培组合物。在一个实施方式中，容器或区室是水培系统的部分(一个或多个)。在一个实施方式中，容器或区室是气培系统的部分(一个或多个)。在一个实施方式中，容器或区室进料有植物营养或植物培养基。在各种实施方式中，植物培养基包括土壤悬浮液或高压灭菌的土壤悬浮液。在一个实施方式中，植物培养基包括0.5×Hoagland营养液。在另一个实施方式中，植物培养基包括0.1×MS植物培养基。在另一个实施方式中，植物培养基包括水。然而，可以使用本领域已知的任何植物培养基。用于各种植物及其各自新陈代谢的不同方面的最佳植物培养基是本领域已知的。

在一个实施方式中，本发明提供从植物的植物根部获得富集有目标分子的渗出物的方法，其包括：提供植物；将植物的根部分割成至少两个根部分：第一根部分和第二根部分；将第一根部分和第二根部分的每个放置在单独的容器或区室中；用目标分子刺激剂(MOIS)刺激或接触植物的第一根部分或植物的地上部分以诱导由第一根部分、由第二根部分或二者渗出或分泌富集有目标分子的渗出物。在一个实施方式中，MOIS是刺激剂。在一个实施方式中，刺激剂包括MOIS。

在一个实施方式中，单独的容器或区室的每个包括不同的组合物。在一个实施方式中，包括第一根部分的单独的容器或区室包括包含如本文所述的渗出物的组合物。在一个实施方式中，包括第一根部分的单独的容器或区室包括包含如本文所述的渗出物并且缺乏刺激剂的组合物。在一个实施方式中，包括第一根部分的单独的容器或区室包括包含如本文所述的渗出物和小于存在于包括第二根部分的容器或区室中的刺激剂的量按重量计10％的刺激剂的组合物。在一个实施方式中，第一和第二根部分存在于单独的容器或区室中。

在一个实施方式中，包括第二根部分的单独的容器或区室包括包含土壤或植物生长培养基的组合物。在一个实施方式中，包括第二根部分的单独的容器或区室包括刺激剂。在一个实施方式中，包括第二根部分的单独的容器或区室包括为存在于包括第二根部分的单独的容器或区室中的刺激剂的量的至少2、4、6、10、15、20、40、50、70、90、100倍的量的刺激剂。

在一个实施方式中，术语“分泌”和“渗出”可互换地使用。在一个实施方式中，MOIS是能够刺激目标分子的分泌的刺激剂。在一个实施方式中，MOIS是刺激(增大和/或诱导)目标分子的分泌量的刺激剂。在一个实施方式中，MOIS是诱导增大渗出物中目标分子的浓度的刺激剂。

在一个实施方式中，术语“刺激”或“增大”包括源自与本文所述的刺激剂或MOIS接触的第一根部分的渗出物中目标分子的升高的量或浓度。在一个实施方式中，测量目标分子相对于本文所述的参考渗出物或对照渗出物的升高的量或升高的浓度。在一个实施方式中，与本文所述的刺激剂或MOIS接触的包括第一根部分的植物是“测试植物”或“诱导的植物”。

在一个实施方式中，通过以下方法获得对照渗出物，其包括获得对照植物并将对照植物的根部分割成至少两个根部分；其中测试植物的至少两个根部分或地上部分缺乏刺激剂。

在一个实施方式中，对照渗出物缺乏目标化合物。在一个实施方式中，容纳对照植物的根部、根部分、第一根部分、第二根部分或其任意组合的任何单独的容器或区室(一个或多个)缺乏刺激剂和/或MOIS。

在一个实施方式中，参考渗出物或对照渗出物是源自参考植物/对照植物的渗出物。在一个实施方式中，参考渗出物或对照渗出物是源自具有其中任何根部或任何根部分缺乏刺激剂或MOIS或者不与刺激剂或MOIS接触的分割的根部或根部分的参考植物/对照植物的渗出物。在一个实施方式中，参考渗出物或对照渗出物是源自具有其中第一和第二根部分二者缺乏刺激剂或MOIS或者不与刺激剂或MOIS接触的分割的根部的参考植物/对照植物的渗出物。在一个实施方式中，参考渗出物或对照渗出物是源自其中植物或其任何部分缺乏刺激剂或MOIS或不与刺激剂或MOIS接触的参考植物/对照植物的渗出物。在一个实施方式中，参考植物/对照植物与“测试植物”或“诱导的植物”是相同物种。在一个实施方式中，参考植物/对照植物和测试植物/诱导的植物处于相同的生长时期(phase)和/或阶段(stage)。在一个实施方式中，参考植物/对照植物和测试植物/诱导的植物具有大约相同的重量、高度或二者。

在一个实施方式中，渗出物的量或目标化合物的浓度/量比相同物种的非诱导植物的类似根部分的渗出物的量、从该渗出物提取的目标化合物的浓度/量大至少5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、250或300倍。在一个实施方式中，渗出物的量或目标化合物的浓度/量比对照渗出物的渗出物的量、从该对照渗出物的渗出物提取的目标化合物的浓度/量的大至少5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、250或300倍。在一个实施方式中，短语“目标化合物”包括“目标代谢产物”。在一个实施方式中，提取包括富集和/或分离。

在一个实施方式中，刺激剂包括茉莉酸甲酯、土壤(或土壤样品)、微生物、真菌、昆虫、线虫、化学品、放射源、另一种植物或其部分、根部渗透剂、洗涤剂、表面活性剂或其任意组合。

在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-1％。在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-2％。在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-5％。在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-10％。在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-15％。在一个实施方式中，术语“大约”包括+/-20％。

在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与第二根部分渗出/分泌的体积相比，其体积高至少2倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与第二根部分渗出/分泌的体积相比，其体积高至少5倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与第二根部分渗出/分泌的体积相比，其体积高至少10倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与第二根部分渗出/分泌的体积相比，其体积高至少20倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与第二根部分渗出/分泌的体积相比，其体积高至少50倍。

在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少2倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少5倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少10倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少15倍。在一个实施方式中，第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少20倍。

在一个实施方式中，与MOIS接触的第一根部分渗出和/或分泌渗出物，与第二根部分的渗出物中目标分子的浓度相比，该渗出物中目标分子的浓度高至少2倍。

在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少2倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少5倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少10倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少15倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少20倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少30倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少40倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少50倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少75倍。在一个实施方式中，测试植物或测试植物的第一根部分渗出和/或分泌一定体积的渗出物，与对照植物的渗出物/分泌物的总体积相比，其体积高至少80倍。

在一个实施方式中，渗出物是由第一根部分分泌的唯一渗出物。在一个实施方式中，渗出物是由所有根部分分泌的总渗出物。在一个实施方式中，渗出物是第一渗出物、第二渗出物或二者。在一个实施方式中，第一渗出物是在刺激剂的存在下仅由根部或分割的根部分泌的组合物。在一个实施方式中，第二渗出物是在不存在刺激剂的情况下仅由根部或分割的根部分泌的组合物。在一个实施方式中，第二渗出物是由对照植物分泌的组合物。在一个实施方式中，第一渗出物是由测试植物分泌的组合物。

在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少2倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中标分子的浓度高至少5倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少10倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌于对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少15倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少20倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少30倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少50倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少75倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少80倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少100倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少150倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少200倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少250倍的渗出物。在一个实施方式中，测试植物渗出和/或分泌与对照植物的渗出物中目标分子的浓度相比其中目标分子的浓度高至少300倍的渗出物。

代谢组学的主要目的是在单次运行中分析尽可能多的化合物。然而，选择的分析平台极大地确定了可以检测到的化合物的类别。当研究由挥发物介导的根际相互作用时，气相色谱-质谱(GC-MS)是首选平台。相比之下，渗出物中水溶性次级代谢产物，比如酚类或类黄酮，需要经由液相色谱(LC)/液相色谱-质谱(LC-MS)进行分析。

如果没有关于存在的分子类型的先验知识，或者当对渗出物进行全面分析时，可以使用平台的组合。最初，非目标分析只能产生“指纹”，提供有关样品之间或多个样品之间成分差异的信息。可视化技术——比如热图和聚类可以用于突出显示差异。

在一个实施方式中，分析平台选自：气相色谱-质谱(GC-MS)、液相色谱(LC)、液相色谱-质谱(LC-MS)、MRM-LC-MS/MS、热图谱和聚类分析。在应用统计分析——其包括多元分析，比如主成分分析(PCA)和/或作为偏最小二乘判别分析(PLS-DA)——之后，可以指出表明样品之间或多个样品之间的差异的化合物或特征。

在一个实施方式中，统计分析包括多元分析。在一个实施方式中，多元分析包括主成分分析(PCA)或偏最小二乘判别分析(PLS-DA)。

在一个实施方式中，目标化合物不是由测试植物在其自然环境中所生产。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物中产生的目标化合物的量低至少20％。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物中产生的目标化合物的量低至少50％。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物中产生的目标化合物的量低至少70％。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物中产生的目标化合物的量低至少90％。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物产生的目标化合物的量低至少95％。在一个实施方式中，由测试植物在其自然环境中产生的目标化合物的量比根据当前方法在测试植物中产生的目标化合物的量低至少99％。

在一个实施方式中，刺激剂包括MOIS。在一个实施方式中，由缺乏刺激剂的测试植物产生的目标化合物的量比当第一根部分与刺激剂接触时测试植物中产生的目标化合物的量低至少20％。在一个实施方式中，缺乏刺激剂的测试植物与刺激剂不处于接触关系或不接触刺激剂的测试植物。

在一个实施方式中，未被刺激或缺乏刺激剂的对照植物是其中其根部不与刺激剂处于接触关系或不接触刺激剂的测试植物的相同物种。在一个实施方式中，缺乏刺激剂的对照植物是其中其第一根部分不在刺激剂附近(至少20cm)的测试植物的相同物种。在一个实施方式中，缺乏刺激剂的测试植物是如本文所述的对照植物。在一个实施方式中，测试植物与对照植物之间的唯一区别是存在与测试植物接触而不与对照植物接触的刺激剂。在一个实施方式中，测试植物与对照植物之间的唯一区别是存在与测试植物的根部分而不是对照植物的根部分接触的刺激剂。

在一个实施方式中，目标化合物包括代谢产物。在一个实施方式中，代谢产物是初级代谢产物。在另一个实施方式中，代谢产物是次级代谢产物。

在一个实施方式中，测试植物和对照植物是野生植物。在一个实施方式中，测试植物和对照植物是相同物种。在一个实施方式中，测试植物和对照植物是幼苗植物。在另一个实施方式中，测试植物和对照植物是栽培植物。在又另一个实施方式中，测试植物和对照植物是转基因植物。转基因植物包括，但不限于，基因组编辑工程化的植物。在一个实施方式中，基因组编辑包括引入激活或抑制要素。在另一个实施方式中，转基因植物过表达对转运目标分子或转运一系列目标分子具有特异性的偶联转运蛋白。在仍另一个实施方式中，转基因植物渗出不是相同物种的野生型植物天然的或者不是由相同物种的野生型植物自然渗出或产生的渗出物或目标分子。在又另一个实施方式中，转基因植物进一步产生对转运目标分子具有特异性的偶联转运蛋白。

在一个实施方式中，植物选自以下植物：水生植物、匍匐植物、攀缘植物、小灌木、灌木丛和树木等。植物包括，但不限于，任何植物物种，其包括草药、水生植物、草、小灌木、灌木丛、攀缘植物、匍匐植物、树木、腐生植物、寄生植物、红树林、球茎和根茎植物以及任何其他类型。

在一个实施方式中，植物是茄科的成员。在另一个实施方式中，植物是茄属的成员。

在一个实施方式中，植物是紫杉科的成员。在另一个实施方式中，植物是紫衫属的成员。在又另一个实施方式中，植物选自曼地亚紫衫、东北紫衫、欧洲紫衫和南方紫衫。在仍另一个实施方式中，植物是欧洲紫衫。

在一个实施方式中，植物是夹竹桃科的成员。在另一个实施方式中，植物是长春花属的成员。在又另一个实施方式中，植物是长春花。

在一个实施方式中，植物是大麻科的成员。在另一个实施方式中，植物是大麻属的成员。在又另一个实施方式中，植物是大麻。

在一个实施方式中，植物是罂粟科的成员。在另一个实施方式中，植物是罂粟属的成员。在又另一个实施方式中，植物是罂粟(Pappaversomniforum)(罂粟(opium poppy))。

在一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于土壤(或土壤样品)、土壤微生物、真菌或化学品。在一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于真菌钩状木霉菌。在另一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于茉莉酸甲酯。在又另一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于一种或多种挥发物或其他空气传播的化合物。在一个实施方式中，方法进一步包括添加根部渗透剂以增大渗出物的量。在一个实施方式中，根部渗透剂包括洗涤剂。

在一个实施方式中，刺激步骤之后是培育步骤。在另一个实施方式中，重复刺激步骤和培育步骤。在一个实施方式中，培育步骤包括在植物物种的正常生长条件下多天的持续时间。在一个实施方式中，培育步骤在大约16h的光周期下在大约24℃下持续大约一周。在一个实施方式中，刺激步骤、收获步骤、或二者是连续的或很大程度上是连续的。在另一个实施方式中，收获步骤在地下。

本发明进一步涉及使用各种刺激物诱导植物增大渗出物或特定特异性代谢产物、其中间体、和其他分子的产生的方法。实例包括，但不限于，龙葵皂苷B、紫杉烷或紫杉烷中间体(例如，紫杉醇(paclitaxel)、10-脱乙酰基浆果赤霉素III(10-DAB)或浆果赤霉素III)，或生物碱——比如长春花生物碱(例如，长春碱或长春新碱)或萜类吲哚生物碱(例如，长春尼宁(vindolinine)、19S-长春尼宁或catarantine)。其他药物化合物的实例包括大麻素、以及阿片、蒂巴因、东罂粟碱和其他生物碱。

在一个实施方式中，植物的完整根部被分成两个相等部分，其每个被放置到单独的容器或区室。在另一个实施方式中，植物的完整主根被去除，并且由截短的根部生成的侧根部分中的每个被放置到单独的容器或区室。在一个实施方式中，容器或区室是水培容器或区室。在另一个实施方式中，容器或区室是气培容器或区室。

在一个实施方式中，每个容器或区室进料有植物培养基。在各种实施方式中，植物培养基包括土壤悬浮液或高压灭菌的土壤悬浮液。在一个实施方式中，植物培养基包括0.5×Hoagland营养液。在另一个实施方式中，植物培养基包括0.1×MS植物培养基。在另一个实施方式中，植物培养基包括水。然而，可以使用本领域已知的任何植物培养基。用于各种植物和其各自新陈代谢的不同方面的最佳植物培养基是本领域已知的。

在一个实施方式中，代谢产物是初级代谢产物或脂质。在另一个实施方式中，代谢产物是次级代谢产物。在一个实施方式中，植物是野生植物。在另一个实施方式中，植物是栽培植物。在又另一个实施方式中，植物是转基因植物，或者通过基因组编辑产生的植物。在一个实施方式中，基因组编辑包括引入激活或抑制要素。在另一个实施方式中，转基因植物过表达对根部内和/或从根部至环境(液体培养基或土壤或任何其他细胞外基质)转运目标分子或转运一系列目标分子具有特异性的偶联转运蛋白。在仍另一个实施方式中，转基因植物渗出不是相同物种的野生型植物天然的或者不是由相同物种的野生型植物自然渗出或产生的渗出物或目标分子。在又另一个实施方式中，转基因植物进一步产生对转运目标分子具有特异性的偶联转运蛋白，例如，甚至以不同分子方式过表达或下调的单个酶，使得转运蛋白与工程化途径偶联以得到特异性转运蛋白以将目标分子转运到环境(例如，土壤、液体培养基、空气等)中。

在一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于土壤(或土壤样品)、微生物、真菌、昆虫、线虫、化学品、放射源或另外的植物或其部分。在一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于真菌钩状木霉菌。在另一个实施方式中，刺激步骤包括暴露于茉莉酸甲酯。

在一个实施方式中，方法进一步包括添加根部渗透剂以增大渗出物的量。在一个实施方式中，根部渗透剂包括洗涤剂。在一个实施方式中，刺激步骤之后是培育步骤。在另一个实施方式中，重复刺激步骤和培育步骤。在一个实施方式中，培育步骤包括在植物物种的正常生长条件下多天的持续时间。在一个实施方式中，培育步骤在大约16h的光周期下在大约24℃下持续大约一周。

可以在抗真菌、抗细菌、杀虫、除草、化妆品、饮食、营养、衣服或药用活性的测定中筛选根据这些方法获得的渗出物或代谢产物(或其中间体)。渗出物或代谢产物(或其中间体)。可以配制具有抗真菌、抗细菌或药用活性的渗出物或代谢产物(或其中间体)用作药物。可以配制渗出物或代谢产物(或其中间体)用于营养补品或化妆品中。具有抗真菌、抗细菌、杀虫或除草活性的渗出物或代谢产物(或其中间体)可以喷洒在温室或田间的农作物上，或者可以可以用于喷洒或洗涤收获的水果或蔬菜或者用于处理用于收获的水果或蔬菜的包装。在一个实施方式中，渗出物是测试植物的渗出物。

如果某些代谢产物在是植物内部，即，在根部或地上部分(枝条、树叶、树干)中积聚，那么可以回收用于抽出渗出物的刺激的植物或测试植物。本质上，在刺激步骤之后获得植物的生物刺激部分，并且分离目标代谢产物或其中间体(例如，从分泌渗出物的根部分)。

例如，树木、灌木丛、仙人掌和某些其他植物是存活较长持续时间的有机体，并且渗出物收集是主要目标。然而，当预期生命周期将要结束时，存活较长的植物的生物刺激部分将直接用于‘收获’特异性代谢产物和高价值分子，比如通过直接从植物的生物刺激部分(例如，分泌目标渗出物的根部分)分离代谢产物。

可选地，在树木、灌木、仙人掌或其他存活较长植物进行枝条或根部再生和重新分支的情况下，植物的生物刺激部分也用于直接‘收获’特异性代谢产物和高价值分子。对于短期存活的植物，使用回收也积聚了候选代谢产物的生物刺激植物部分的方法。此外，仅在植物内进行生物刺激之后，一些特异性代谢产物可以积聚，并且目标代谢产物被直接从植物体收获。

本发明还涉及特异性渗出物、代谢产物和由此产生的其他分子。在一个实施方式中，枝条和一个根部被用作刺激位点，并且根部的第二部分的区室保留用于连续地或半连续地渗出物收集。植物的生物刺激提供了以下手段(I)高效地和且成本有效地收获已知的高价值植物产品，和(II)高效地收获并添加未开发的代谢产物至当前的生物活性分子工业库中，从而也提供了获得高价值次级代谢产物生产的方法。分割的根部水培是适应性的；生长不同植物物种可能从野生和栽培植物以及从转基因植物衍生出各种各样的产品(即，代谢产物)。可以使用来自各种尺寸的水生植物、匍匐植物、攀缘植物、小灌木、灌木丛和树木的任何植物。通过使用不同刺激物(即，单一或组合的微生物或其衍生物代谢产物或细胞组分)来确定特定代谢产物的产生的效率和特异性。

例如，用于诱导渗出的细菌或其他微生物的来源可以是来自土壤但还可以来自任何其他来源，比如来自植物、动物、海洋生物或环境(包括湖泊，海洋、河流以及其他水域)。

这种途径是灵活且可扩展的，并且有可能成为来自植物的高价值产品的标准工业生产系统。

用于刺激植物中代谢产物产生和渗出的系统

在一方面，本发明提供了用于植物中工业代谢产物产生和渗出的植物渗出物生产和收集系统1700。可以将这种系统容纳在适当尺寸的室内设施中，例如，机库或温室中，或者，可选地和任选地，将其至少部分地容纳在地下。

在一些实施方式中，其如图17中所显示，系统1700包括一个或多个植物容器1702，其包括至少两个分立的区室1704/1706，每个配置为容纳植物1712的相同的分割的根部1710的一个或多个部分1708。如本文其他地方所更详细地解释，分立的区室1704/1706包括根部刺激区室1704，该根部刺激区室1704包括与植物根部刺激剂1716的至少一个来源流体连通的一个或多个输入1714，和根部渗出物收获区室1706。

在一些实施方式中，系统还包括与根部渗出物收获区室1706流体连通的根部渗出物收集区室1718和与根部渗出物收集区室流体连通且配置为从渗出物分离目标代谢产物或其中间体1775的分离器1720，如本文其他地方所更详细地解释。

在一些实施方式中，根部渗出物收获区室1706与负压源1722流体连通。在一些实施方式中，当被激活时，负压源1722产生在根部渗出物收获区室1706中产生轻微真空以增大渗出物的产生以及例如，经由选择性膜，筛子或其他选择性介质收集渗出物。

在一些实施方式中，系统包括与水和/或肥料的来源以及植物容器连通的灌溉网络1724和/或肥料网络1726。这种配置允许对植物进行自动维护。

在一些实施方式中，植物容器1702包括与一个或多个硬件处理器1750连通的一个或多个传感器1732和阀1734。图17中所描绘的传感器1732和阀1734的位置是示例性的位置，并且传感器和阀可以根据其功能名称位于任何合适的位置，并且与硬件处理器1750连通。传感器，例如，可以是流量计、温度计、湿度计、土壤湿度传感器、pH计、热成像照相机、压力传感器和植物渗出物、目标代谢产物和/或其中间体的检测器。

在一些实施方式中，硬件处理器1750包括计算机程序产品，其包括具有包含在其中的程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，该程序代码可由硬件处理器执行以激活刺激剂1716输入到根部刺激区室以刺激植物的第一根部分或植物的地上部分从而诱导由容纳在根部渗出物收获区室中的植物的相同的第一根部分或第二根部分渗出或分泌渗出物。在一些实施方式中，程序代码可由硬件处理器执行以基于从一个或多个传感器1732接收的信息，例如，经由一个或多个阀1734自动激活并调节，植物根部刺激剂1716的来源、负压源1722、灌溉网络1724和肥料网络1726中的一个或多个。在一些实施方式中，程序代码可由硬件处理器执行以基于从一个或多个传感器1732获得的信息，通过将至少输入到植物容器1702的刺激剂1716与植物根部渗出物的体积和/或生产速率进行比较来计算目标代谢产物或其中间体的生产效率。

在一些实施方式中，根部渗出物收获区室1706包括配置为接收植物根部的基材。基材可以是吸收性的或非吸收性的。分离器可以包括配置为吸附从渗出物分离的目标代谢产物或其中间体的一个或多个吸附剂表面，例如，表面可以包括微珠。

定义

如本文所使用，单数形式“一个(a、an)”和“所述(the)”包括复数引用，除非上下文另有明确指示。例如，术语“分子”也包括多个分子。

如本文所使用，“气培”是在空气中或在薄雾环境中生长植物而不使用土壤或积聚介质(也称为“耕作”)的方法。

如本文所使用，“内球(endosphere)”包括植物的所有内生菌。

如本文所使用，“提取物”获得自“渗出物”。在优选的实施方式中，“提取物”包括目标活性成分。提取物可以被收获并直接使用而无需进一步分离或纯化活性成分。例如，提取物可以直接用于化妆品制备中，或者用作营养、天然健康和保健、药用、有机、矿物质、食品和饮料、饮食、草药、健身和健美、骨骼健康、皮肤护理、衰老、心理健康、康复、男性和女性性健康、生育力、兽医(包括狗或其他宠物)卫生，以及人类或其他动物的饮食补充剂或用于作物保护或施肥，例如，用于喷洒或灌溉待保护或施肥的植物。

如本文所使用，“渗出物”是由有机体通过孔或伤口排出的流体。“渗出”是排出“渗出物”的过程。“连续渗出”是指在植物的自然生命期间有规律且无限地连续渗出。

如本文所使用，“刺激剂”或“诱导剂”是升高有机体的生理活性水平的物质。优选地，本发明的“刺激剂”或“诱导剂”处理植物直接或间接地增大了渗出物或渗出物组分(例如，目标化合物、初级或次级代谢产物)的水平。如本文所使用，“刺激剂”或“诱导剂”包括包含诱导分子、洗涤剂和/或表面活性剂的组合物。

如本文所使用，“收获”是收集并分离渗出的或分泌的渗出物或目标代谢产物(或其中间体)的过程。

如本文所使用，“水培”是在水溶剂中使用矿物质营养液生长植物而无需土壤(“耕作”)的过程。

如本文所使用，“综合应激反应”(ISR)是所有真核生物共有的细胞应激反应，并对许多关键细胞途径具有影响。

如本文所使用，“侵入”或“侵入杂交”是通过种间杂种与其亲本之一进行反复回交从一个物种的基因库到另一个物种的基因库的基因移动(即，“基因流动”)，其与简单杂交不同，并且导致负载的亲本基因混合。

如本文所使用，“代谢组”是在“生物样品”(包括，但不限于细胞、细胞器，器官、组织、组织提取物、生物流体或有机体)内发现的一整套小分子化学品。代谢组的小分子化学品可以是“内源性代谢产物”或“外源性化学品”。“内源性代谢产物”是有机体天然产生的，并且包括，但不限于，氨基酸、有机酸、核酸、脂肪酸、胺、糖、维生素、辅因子、颜料和抗生素。“外源性化学品”不是由有机体天然产生的，并且包括，但不限于，药物、环境污染物、食品添加剂、毒素和其他外源性化合物。“内源性代谢组”由内源性代谢产物组成，而“外源性代谢组”由“外源性化学品”组成。“内源性代谢组”由“初级代谢组”和“次级代谢组”组成，特别地相对于植物、真菌和原核生物。“初级代谢组”由“初级代谢产物”(即，直接参与有机体的正常生长、发育和繁殖的代谢产物)组成，而“次级代谢组”由“次级代谢产物”(即，不直接参与有机体的正常生长、发育或繁殖的代谢产物)组成。次级代谢产物通常具有重要的生态功能。

如本文所使用，“代谢产物”通常是具有小于1500Da分子量的小分子。“代谢产物”可以包括，但不限于，糖脂、多糖、短肽、小的寡核苷酸、有机酸、紫杉烷、生物碱和独脚金内酯，而非常大的大分子(例如，蛋白质、mRNA、rRNA和DNA)通常不是代谢产物，并且也不是代谢组的一部分。代谢产物的“中间体”是代谢产物的前体。

如本文所使用，“生物分子”不仅可以包括“代谢产物”，而且还可以包括任何其他的蛋白质、肽、mRNA、rRNA、另一种非编码RNA、DNA(基因组或非基因组)。分子可以是挥发性的或非挥发性的。“RNA”和“DNA”分别是“核糖核酸”和“脱氧核糖核酸”。

“挥发物”是在常温下容易蒸发的物质。

如本文所使用，“微生物群”是在所有多细胞有机体(“宿主”)中和其上发现的共栖、共生和病原微生物的生态群落。可选地，如本文所使用，“微生物群”是由细菌细胞组成的微生物组。如本文所使用，“微生物群”或“微生物组”是包括细菌并缺乏任何其他有机体的组合物。

如本文所使用，“运算分类单元(OTU)”被用作实用定义以通过相似性将个体分组，作为不同分类水平上微生物“物种”的实用代表。序列是根据它们彼此之间的相似性进行聚类，并且OTU是基于存在的整个群落相似性阈值(据公认的标准，通常为97％相似性)所限定。

如本文所使用，“数量性状位点”(QTL)是与表型(数量性状)中的变化相关的DNA(位点)的一部分。如本文所使用，“表达数量性状基因座”(eQTL)是有助于mRNA表达水平的变化的基因组基因座。

如本文所使用，“根茎(rhizozome)”(“匍匐根茎”或“砧木”)是植物的改良的地下茎，其从其结节发出枝条和根部。

如本文所使用，“根面”是表面附近的根部系统的微环境。

如本文所使用，“根际”是土壤的狭窄区域，其受根部分泌物和土壤微生物影响且含有以“根际沉积”(脱落的植物细胞)和由根部释放的蛋白质和糖为食物来源的许多细菌。它是许多复合、共生相互作用的位点。

如本文所使用，植物“根部”是其中虽然有些根部可以是在地上，但在大多数维管植物中，通常位于土壤表面以下的器官。基本上，“根部”通常是无叶子、无结节的植物体的一部分。

如本文所使用，“SILVA数据库”是SILVA核糖体RNA数据库。

如本文所使用，术语“茄科”是指茄属的植物。

从有机体获得的所有样品，包括经受任何种类的进一步处理的那些，均被认为从有机体获得。

DNA分离、测序、扩增和/或克隆的方法是本领域技术人员已知的。用于DNA扩增的最常用方法是PCR(聚合酶链反应；参见，例如，PCR Basics:from background to Bench,Springer Verlag,2000；Eckert et al.,1991.PCR Methods and Applications 1:17)。另外的合适的扩增方法包括连接酶链反应(LCR)、转录扩增和自我维持序列复制、以及基于核酸的序列扩增(NASBA)。同样，用于RNA和蛋白分离、表征等的方法以及和用于蛋白表达的方法是本领域技术人员已知的。

甾体生物碱和/或甾体皂苷的含量如下文所示地测量，且是本领域技术人员已知的。

提出以下实施例以便更充分地说明本发明的一些实施方式。然而，它们绝不应被解释为限制本发明的广泛范围。本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下容易地设计本文公开的原理的许多变型和更改。

实施例

通过以下实施例证明用于从诱导的植物抽出(或‘汲取’)特异性代谢产物的本发明。来自诱导的植物的代谢产物的实施例包括有效的植物基抗癌药物：紫杉(紫杉(yew))物种产生的紫杉醇(实施例8)和其他有价值的紫杉烷类；来自长春花的长春花生物碱(实施例10)。在两个实施例种，将刺激物添加至一个根部诱导渗出特异性代谢产物，从不可检测的量至显著浓度的所述分子。另外，当将特定微生物群落添加至一个根部时，来自番茄的甾体类生物碱(实施例6)以更高的量渗出，并且还发现了新的代谢产物。

其他药物化合物的实施例可包括大麻素(来自大麻(marijuana))(实施例12和13)和阿片、蒂巴因、东罂粟碱和其他生物碱(来自罂粟)(实施例14和15)。

实施例1.使用分割的根部诱导植物产生较高量的渗出物或代谢产物的方法。

在本发明的分根技术中，一种植物的两个根部系统被物理上分开，使得可以刺激一个根部系统(根部A)并系统地诱导由受刺激的根部系统(根部A)或由未受刺激的根部系统(根部B)或二者分泌有价值的渗出物或有价值的代谢产物或中间体。另外，相同植物的地上部分可以用作刺激位点或者可选地用作诱导根部系统之后收获代谢产物的位点。

在该实施例中，幼苗植物的根部系统被分成两个相等部分，然后将两个根部系统部分的每个放置在两个分割的根部区室的一个中，其每个含有植物培养基或直接在单独的水培或气培容器中，每个进料有植物培养基。

刺激之后，将植物培育期望的时间段。培育可以持续数天、一周或更长时间。可以进行多轮刺激和培育。收集、过滤并提取含有来自根部A和根部B的渗出物的植物培养基。例如，通过LC-MS和/或GC-MS对提取物进行分析，并且使用统计分析，对结果进行比较，例如，包括多元分析，比如主成分分析(PCA)并作为偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，以便确定使目标代谢产物渗出物最大化的条件。

进行期望代谢产物的大规模生产。使用分根技术生长了大量的植物，例如，其中需要处理根部A以增大根部B的产量的情况。可选地，生长具有完整根部的植物，其中根部或植物经受所发现的条件以最大化目标根部渗出物的产生。

实施例2.使用通过再生获得的分割的根部诱导植物产生较高量的渗出物或代谢产物的方法

在本发明的分根技术中，一种植物的两个根部系统被物理上分开，使得一个根部系统被刺激(根部A)并且系统地诱导由第二根部系统(根部B)分泌有价值的代谢产物。另外，相同植物的地上部分可以用作刺激位点或者可选地用作在诱导根部系统之后代谢产物收获的位点。此外，从根部A也获得局部诱导分泌。

分割的根部是通过切掉主根而生成的，然后再生侧根直到它们足够长以便将侧根直接放置在单独的水培或气培容器。每个容器进料有植物培养基。

刺激之后，将植物培育持续期望的时间段。培育可以持续数天、一周或更长。可以进行多轮刺激和培育。收集、过滤并提取含有来自根部A和根部B的渗出物的植物培养基。例如，通过LC-MS和/或GC-MS对提取物进行分析，并且使用统计分析对结果进行比较，例如，包括多元分析，比如主成分分析(PCA)和偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，以便确定使目标代谢产物渗出物最大化的条件。

进行期望代谢产物的大规模生产，并且以大量收获期望的代谢产物。

实施例3：使用通过可选的方式获得的分割的根部诱导植物产生较高量的渗出物或代谢产物的方法。

在本发明的分根技术中，一种植物的两个根部系统被物理上分开，使得一个根部系统(根部A)被刺激并系统地诱导由第二根部系(根部B)分泌有价值的代谢产物。另外，相同植物的地上部分可以用作刺激位点或可选地用作在诱导根部系统之后代谢产物收获的位点。此外，从根部A也获得局部诱导分泌。

通过各种手段中的一种或多种来修饰根部结构以便，例如，通过增加分支或总根部生物量来生成更多的根部表面空间。根部结构可以通过以下方式中的一种或多种改变：1)基因工程；2)基因组编辑；3)化学或辐射诱变；4)鉴定自然变异/自发突变；5)使用植物激素，例如，植物生长素以处理根部或独脚金内酯；6)使用激素生物合成、转运或信号传导途径的抑制剂；7)用丛枝菌根真菌处理植物；8)用诱导根毛形成的发根农杆菌处理植物；或者9)使用植物本身作为生物刺激剂。

根部或根部系统被分离或“分割”并且生成或再生直到它们足够长以便将根部或根部系统直接放置在单独的水培或气培容器中。每个容器进料有植物培养基。

在刺激之后，将植物培育持续期望的时间段。培育可以持续数天、一周或更长。可以进行多轮刺激和培育。收集、过滤并提取含有来自根部A和根部B的渗出物的植物培养基。例如，通过LC-MS和/或GC-MS对提取物进行分析，并且使用统计分析对结果进行比较，例如，包括多元分析，比如主成分分析(PCA)和作为偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，以便确定使目标代谢产物渗出物最大化的条件。

进行了期望的代谢产物较大规模的生产，并且以大量收获期望的代谢产物。

实施例4.经由分根方法的药物发现

用于该技术的生物刺激也是药物发现的方法。使用实施例1、实施例2或实施例3的方法。

在刺激之后，将植物培育持续期望的时间段。培育可以持续数天、一周或更长。可以进行多轮刺激和培育。收集、过滤并提取含有来自根部A和根部B的渗出物的植物培养基。例如，通过LC-MS和/或GC-MS对提取物进行分析，并且使用统计分析对结果进行比较，例如，包括多元分析，比如主成分分析(PCA)和作为偏最小二乘判别分析(PLS-DA)，以便确定使目标代谢产物渗出物最大化的条件。

分离并表征了诱导的未鉴定的代谢产物，并且可以对其安全性和/或药效进行测试。

进行了期望的代谢产物的较大规模生产，并且以大量收获期望的代谢产物。

实施例5.代谢组学中根际沉积研究：番茄根部渗出物和土壤细菌多样性

使用M82栽培品种番茄作为模型植物使用如上所述的水培系统研究了根际沉积，其中一种植物具有生长在单独的广口瓶中的两个根部系统(图2A)。组合LC-MS和GC-MS平台，使用非靶向代谢组学，以便鉴定由植物以类似方式在系统的两侧分泌的化合物。

将高压灭菌的土壤添加至系统的一侧(图2B，右侧)以仅从根部渗出物收集分子，渗出物是由土壤微生物群诱导的，但没有被生物降解或与其他有机体的分子混合。

图3描绘了本发明的渗出物代谢组学工作流程方法的流程图。在左下角显示了两种M82分割的根部番茄植物的照片(左侧为对照，右侧为实验)。制备了分割的根部植物，并且添加土壤或高压灭菌的土壤。与二者均作为对照的相同处理的分割的根部和与完整根部(图3和图4)相比，每种实验植物的一个分割的根部具有由土壤悬浮液或由高压灭菌的土壤悬浮液(浓度为10-2、10-4和10-6)诱导的其渗出物。在培育之后，取出50ml的样品并降低至100μl(降低500倍)，接着进行UPLC-qTOF和GC-MS检测方法和统计分析。最后，鉴定代谢产物，并且将差异与根部A的结果的那些以及对照的那些进行比较。

16S rRNA基因(rrs基因)用作系统发育标记以根据序列相似性和使用SILVA数据库分析细菌群落(图5)。运算分类单元(OTU)用作实用定义以通过相似性将个体分组，作为不同分类水平上微生物“物种”的实用代表。序列根据它们彼此之间的相似性进行聚类，并且OTU是由基于存在的整个群落的相似性阈值(据公认的标准，通常为97％相似性)所限定。

图6显示了研究结果，表明细菌群落结构中观察到的物种数随土壤稀释度的变化(对于根部B)，其中根部微生物群落中物种的最低数与由高压灭菌的土壤悬浮液(AS)诱导的根部相关(图6，左图)。在由10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液诱导的样品中观察到稀释比(dilution-specific)降低(图6，左图)。对于这些样品的每种，还关于放线菌门、拟杆菌门、蓝细菌门、厚壁菌门、芽单胞菌门、变形菌门、疣微杆菌门和其他类型(NA)等分析了每种细菌门的相对丰度(图6，右图)。结果表明土壤稀释明显改变了根部上的细菌群落结构(图6)。

关于番茄渗出物的代谢谱图，GC-MS鉴定出18种有机酸、14种碳水化合物和10种氨基酸，而LC-MS鉴定出152种代谢产物。当使用Pearson相关性将样品的代谢产物渗出物绘制为细菌丰度的函数时，观察到细菌丰度与代谢产物渗出物相关，如图7中所显示。图7显示了128种代谢产物(经由GC-MS和/或LC-MS鉴定)与676个OTU的相关性，这导致鉴定了9个聚类(第1聚类和第7聚类标记为如图所示)(R2>0.5)。

关于第1聚类(41种代谢产物，201个OTU)，进行了进一步研究(图8)。排序图显示了根据代谢组数据(左图)或微生物组数据(右图)的样品聚类。在加载图(loading plot)中分析了样品与变量(代谢产物或OTU)之间的关系。根据其各自的聚类代码对变量进行着色。

图9A显示了用高压灭菌的土壤(AS)或10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液，以及由CA和由CB诱导的样品中第1聚类的各种代谢产物的量。所研究的代谢产物包括去氢番茄碱苷(dehydrotomatine)、去氢番茄碱苷异构体、羟基番茄碱苷(hydroxytomatine)、龙葵皂苷B、苯甲醇己糖戊糖、苯甲醇二己糖、甲基丁醇己糖戊糖和4-羟基苯甲醛(图9A)。总之，结果表明在较高的细菌多样性的环境中番茄根部渗出更多防御分子(图9A)。

图9B显示了对于用高压灭菌的土壤(AS)或10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)土壤悬浮液以及由CA和由CB诱导的样品第1聚类的各种代谢产物的量。所研究的代谢产物包括M555T881、M271T2528、M327T1285、M239T1531、M239T272、M298T507、M298T594和M395T674(图9B)。总之，结果表明诱导的根际多样性越大，诱导越大的代谢产物渗出(图6B)。图10显示了基于第1聚类的OTU的40％的总读数，相对于高压灭菌的土壤(AS)或相对于10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液来自第1聚类的变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度。

防御分子在较高细菌多样性样品中高度分泌，这可能是由于第1聚类中存在的细菌(假单胞菌、紫色杆菌、黄色土源菌(Flvisolibacter)、类芽孢杆菌)。

对第7聚类进行类似的分析(图7)。对于第7聚类(4个信号，35个OTU)，进行了进一步的研究(图11)。排序图显示了根据代谢组数据(左图)或微生物组数据(右图)的样品的聚类。在加载图中分析了样品与变量(代谢产物或OTU)之间的关系。根据其各自的聚类代码对变量进行着色。

图12显示了对于用高压灭菌的土壤(AS)或由10-2(SS2)、10-4(SS4)和710-6(SS6)的土壤悬浮液以及由CA和由CB诱导的样品，第7聚类的各种代谢产物糖的量。所研究的代谢产物糖包括肌醇、果糖和半乳糖(图12)。总之，结果表明，番茄根部在较低的细菌多样性的环境中渗出更多糖(图12)。图13显示了基于第7聚类的OTU的0.2％的总读数，相对于高压灭菌的土壤(AS)或相对于10-2(SS2)、10-4(SS4)和10-6(SS6)的土壤悬浮液，来自第7聚类的变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门的相对丰度。

糖在较低的多样性样品中高度分泌，其可能是由较低丰度的发酵细菌(丰祐菌属(Opitutus)、噬几丁质菌属(Chitinophaga))诱导。

实施例6.由番茄植物产生番茄生物碱

使用实施例2的方法使用分根技术研究番茄。在出现侧根后，将根部无菌地单独放置在两个含有0.5×Hoagland营养液的20ml玻璃容器中。用3种不同的土壤微生物群落(结构和丰度不同)刺激根部A(图17))。将植物在16h的光周期下在24℃下培育。

在微生物库刺激后一周(图17)，收集、过滤并提取含有来自根部B的渗出物的植物培养基以便进行LC-MS非靶向分析。根据添加至根部A的微生物群落，来自根部B的番茄生物刺激的渗出物显示出系统上更高的各种代谢产物的渗出。使用分根技术，微生物库中的一种诱导了约100种代谢产物，导致根部B中代谢产物分泌的系统性诱导。图14显示了两个实施例；龙葵皂苷B(一种对肝细胞癌具有化学治疗活性的有希望的皂苷)在根部B的植物培养基中的释放比对照未刺激的植物大24倍(图14，左)，并且与对照植物相比，来自生物刺激的番茄植物的根部B的未鉴定的代谢产物高1000倍(图14，右)。用于该技术的生物刺激也是用于药物发现的方法。

实施例7.作为渗出物生产番茄生物碱

进行番茄生物碱的大规模生产。使用实施例2和5中所述的分根方法生长番茄植物。

根据实施例5刺激根部A。收集来自每个根部B的土壤培养基，并且分离和纯化龙葵皂苷B。

实施例8.由欧紫杉生产紫杉醇

对于欧紫杉植物，实施例1的方法用于获得分割的根部。将两个根部系统放置在两个含有0.1×MS植物培养基的50ml离心管中。用真菌钩状木霉菌真菌和用茉莉酸甲酯刺激树幼苗的根部A，同时使用植物营养培养基在水培中生长。将植物在16h的光周期下在24℃下培育。在刺激后一周，收集、过滤并提取含有来自根部A和B的渗出物的植物培养基以便进行LC-MS分析。受刺激的植物在根部中高度诱导并局部分泌紫杉烷。图15A和15B描述了紫杉渗出物的MRM-LC-MS/MS。经由总离子流色谱图分析紫杉醇(图15A)和10-DAB(图15B)。与刺激前的植物或根部B相比，刺激的植物中根部A渗出的紫杉醇约多300倍(图15A)。另外，紫杉醇的生物合成中间体，10-脱乙酰基浆果赤霉素III(10-DAB)也被局部地生物刺激，并且其分泌量比未刺激的植物多78倍(图15B)。使用这三种代谢产物的外标曲线进行三种紫杉烷(10-DAB、浆果赤霉素III和紫杉醇)的定量(图15C)；在用真菌和茉莉酸甲酯第一次生物刺激之后，10-DAB和浆果赤霉素III被高度诱导，A侧渗出物中约15μg/L，而第一次生物刺激中渗出物中的紫杉醇浓度达到3μg/L，并且在第二次生物刺激之后达到2μg/L。生物刺激的次数是次级代谢产物生产优化的重要的因素。

实施例9.作为渗出物生产紫杉烷

进行紫杉烷的大规模生产。使用如实施例1和8种描述的分根方法生长紫杉植物。根据实施例8，用钩状木霉菌真菌或者用茉莉酸甲酯刺激根部A。收集来自每个根部A的土壤培养基，并且收获渗出物紫杉醇、10-DAB和/或浆果赤霉素III。

实施例10.由长春花生产长春花生物碱

生长长春花，并且使用实施例2的方法获得分割的根部。在侧根出现后，将根部无菌地单独放置在两个含有0.5×Hoagland营养液的20ml玻璃容器。类似于实施例8，用茉莉酸甲酯刺激幼苗的根部A，同时使用植物营养培养基以水培法生长。将植物在16h的光周期下在24℃下培育。在刺激一周后，从根部A和B收集、过滤并提取含有渗出物的植物培养基以进行LC-MS分析。图16A描绘了长春花渗出物的MRM-LC-MS/MS分析。经由总离子流色谱图分析了在茉莉酸甲酯刺激后根部B的渗出物(图16A，顶部)和对照植物(图16A，底部)中存在的长春花生物碱。使用这三种代谢产物的外标曲线进行三种长春花生物碱(19S-长春尼宁_RT_3.93，长春尼宁_RT_4.96和Catarantine_11.77)的定量(图16B)。施加至长春花的根部A的茉莉酸甲酯使用分根技术在根部B中系统地诱导更高地渗出萜类吲哚生物碱，例如，在用茉莉酸甲酯处理的植物的根部B中发现多高达32倍的长春尼宁。

实施例11.作为渗出物生产生物碱

进行长春花生物碱和/或萜类吲哚生物碱的大规模生产。使用如实施例2和10中所述的分根方法生长长春花植物。根据实施例10，用茉莉酸甲酯刺激根部A。收集来自每个根部B的土壤培养基，并且收获渗出物长春花生物碱(例如，19S-长春尼宁_RT_3.93、长春尼宁_RT_4.96和/或catarantine_11.77)和/或萜类吲哚生物碱。

实施例12.由大麻生产渗出物。

生长大麻，并且使用实施例1或实施例2的方法获得分割的根部。将分割的根部或侧根无菌地单独放置在两个含有营养液的20ml玻璃容器中。比如，用茉莉酸甲酯或另一种刺激剂刺激幼苗的根部A，同时使用植物营养培养基以水培或气培生长。例如，将植物以16h的光周期在24℃下培育。在刺激后一周，从根部A或根部B收集、过滤并提取含有渗出物的植物培养基以进行分析。

实施例13.由大麻生产大麻素、萜类化合物、代谢产物、中间体或其他分子

根据实施例12生长并处理大麻。收集、过滤并提取含有渗出物的植物培养基。从收集的渗出物进行大麻素或其他代谢产物、中间体或其他目标分子(例如，药物化合物)的进一步分离。

实施例14.由罂粟生产渗出物

生长罂粟(罂粟(opium poppies))，并且使用实施例1或实施例2的方法获得分割的根部。将分割的根部或侧根无菌地单独放置在两个含有营养液的20ml玻璃容器中。比如，用茉莉酸甲酯或另一种刺激剂刺激幼苗的根部A，同时使用植物营养培养基以水培或气培生长。例如，将植物以16h的光周期在24℃下培育。在刺激后一周，收集、过滤并提取含有来自根部A或根部B的渗出物的植物培养基以进行分析。

实施例15.由罂粟生产生物碱、代谢产物、中间体或其他分子

根据实施例14生长并处理罂粟。收集、过滤并提取含有渗出物的植物培养基。从收集的渗出物进行生物碱(比如阿片、蒂巴因或东罂粟碱)、或者其他代谢产物、中间体或其他目标分子(例如，药物化合物)的进一步的分离。

实施例16.将代谢工程与模型和非模型植物中植物根部的分子工程化分泌耦合

从植物根部渗出物收获高价值产品的更先进的系统(即，将植物根部渗出物的收集扩展到来自植物的自然分泌)是通过使植物工程化以便由根部合成和分泌。实施例包括，但不限于，不会自然地产生这种分子或渗出它们的植物。

在这种途径中，植物，比如烟草或番茄植物，被工程化以便生产特定分子。例如，这可以通过使用基因工程的工具来实现，比如通过使用组成型或细胞类型特异性或诱导性启动子进行过表达，或者通过引入激活或抑制要素进行基因组编辑。对于工程化，可以使用通过上述RNA干扰或基因组编辑而沉默的一种或多种特定分子的生物合成。在一些实施例中，将需要过表达和沉默的组合来对代谢途径进行工程化，并且引入(与任何生物分离)的基因数不受限制。

例如，作为工程化目标产品/分子的基因‘拼接’途径的实例，已在植物中工程化了含有12个基因的整个胆固醇途径(Sonawane,P.D.,Pollier,J.,Panda,S.,et al.(2016)Plant cholesterol biosynthetic pathway overlaps with phytosterolmetabolism.Available at:https://www.nature.com/articles/nplants2016205.pdf[2018年3月7日访问])。

使用本发明的系统收获根部渗出物的途径将分子的工程化与所需的转运蛋白(例如，来自任何类型的ATP-结合盒式、MATE型或NRT型)耦合。耦合的转运蛋白或者对分子具有较高的特异性，或者能够转运具有相似或不相似结构的一系列分子。用于在根部外层表达的转运蛋白在根冠细胞中或表皮中以及在侧根中的工程化是高度优选的。转基因植物可以产生对于转运目标分子具有特异性的耦合的转运蛋白，例如，甚至以不同分子方式过表达或下调的单个酶，使得该转运蛋白与工程化途径耦合以便得到特异性转运蛋白以将目标分子转运到环境中(例如，土壤、液体培养基、空气等)。

转运活性组成型或诱导型的靶标分子，从内部根细胞转运至植物在其中生产的外部培养基，即，在土壤、水培或气培环境。工程化的植物在室内或室外连续生长以便收获，并且如下所详述，用于收获渗出物的系统全部位于地下(甚至用于树木)。(可选地，例如，如以下实施例18中所述，收获渗出物的系统在地面上方)。

在自然环境以及也如本文中一样，分子的植物渗出由例如，激素、特定的微生物菌株、合成的微生物群落、微生物部分和其他引发剂触发。具有选定功能的微生物菌株被汇集并共同形成简化的合成群落，即几十具有选定丰度(细胞浓度)的物种。该合成的微生物群落用作生物工具以调节宿主新陈代谢以便诱导候选代谢产物并增大渗出物。例如，通过在无菌条件下生长的植物中接种选定的微生物菌株或自然群落可以控制微生物群落，该选定的微生物菌株或自然群落可以通过pH值或其他非生物参数、增加修饰(例如抗生素)来控制。另外，具有特定功能的工程化的微生物菌株也可以是合成群落或的一部分以优化宿主新陈代谢以便得到渗出物。

实施例17.使用挥发性化合物的刺激系统

使用挥发性或空气传播的分子或挥发性或空气传播的分子的混合物对植物进行刺激，将其引入小瓶(例如，已将分割的根部放置其中)或将其施加在植物的上部(例如，地上部分)。

实施例18.用于收获从植物根部分泌的渗出物/代谢产物的系统

通过系统进行渗出物/代谢产物的收获，在该系统中，一组管道收集渗出物并使其通过特定的柱，每根柱都将所期望的分子浓缩在其上。以这种方式，连续收获靶标分子并立即在柱上浓缩。每天或每两天，该柱子被新柱子替换并且收集的代谢产物被洗脱并可获得用于下游步骤(按原样使用或者进行进一步纯化)。该管道系统可以位于生长室、温室或地下室外。

使用该系统，还可以收集渗出物，而无需使它们通过柱。

实施例19.用于收获从植物根部分泌的渗出物/代谢产物的地下系统

通过地下系统进行渗出物/代谢产物的收获，其中一组地下管道系统收集渗出物并使其通过特定的柱，每根柱在其上浓缩期望的分子。以这种方式，连续收获靶标分子并在柱上立即浓缩。每天或每两天，该柱子被新柱子替换并且收集的代谢产物被洗脱并可获得用于下游步骤(按原样使用或者进行进一步纯化)。这种地下管道系统可以位于生长室、温室或地下室外。

使用这种系统，还可以收集渗出物，而无需使它们通过柱。

实施例20.作为生物刺激剂的植物

植物本身或一系列植物可以用作本发明中的生物刺激剂。可以使用植物的一部分。

相同或不同物种的植物可以用作生物刺激剂。可选地，可以成对或成组或串联使用一系列分割的根部植物(相同或不同物种)。

实施例21.生物刺激的植物及其部分的再循环

如果某些代谢产物在植物内部，即，在根部或地上部分(枝条、叶子、树干)中积聚，那么可以再循环用于抽出渗出物的生物刺激的植物。例如，树木、灌木丛、仙人掌和某些其他植物是存活较长时间段的有机体，并且渗出收集是主要目标。然而，当预期生命周期将要结束时，长期存活的植物的被生物刺激的部分将直接用于‘收获’特异性代谢产物和高价值分子，比如通过直接来自植物的生物刺激的部分(例如，从其分泌目标渗出物的根部分)的分离的代谢产物。

可选地，在对树木、灌木丛、仙人掌或其他存活较长的植物进行枝条或根部再生和再分支的情况下，植物的生物刺激的部分也用于直接‘收获’特异性代谢产物和高价值分子。

对于短期存活的植物而言，使用再循环也积聚了候选代谢产物的生物刺激的植物部分的方法。

此外，仅在植物内进行生物刺激之后，一些特异性代谢产物才能积聚，并且从植物体内直接收获目标代谢产物。

本领域普通技术人员将想到在此所描述的内容的变化、更改和其他实施，而不脱离本发明的精神和范围。

前述实施例证明了本发明人在完成或实施本发明中进行或考虑的实验。相信，这些实施例包括既可用于告知本发明的实施技术，又可用于证明其实用性的技术的公开内容。已经参考附图描述了本发明的优选实施方式，应当理解，本发明不限于精确的实施方式，并且本领域技术人员可以在其中进行各种改变和更改而不脱离如所附的权利要求书中限定的本发明的范围或精神。

上文和下文中确定的所有参考文献均通过引用明确地并入本文，其程度是它们描述、阐述、提供了对于实践本发明的一个或多个实施方式可能重要的组合物和/或方法的基础或者使得该组合物和/或方法成为可能。

Claims (41)

1.一种用于从植物的植物根部获得渗出物的方法，所述方法包括：提供植物；将所述植物的根部分割成至少两个根部分；将所述植物的每个根部分放置到单独的容器或区室中；用刺激剂刺激所述植物的第一根部分或所述植物的地上部分以诱导由所述植物的所述第一根部分或第二根部分渗出或分泌渗出物到所述第一根部分或所述第二根部分的所述容器或区室中；和从所述容器或区室收获所述渗出物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述渗出物包括目标代谢产物或其中间体，其进一步包括从所述渗出物分离所述目标代谢产物或其中间体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述获得包括增大产生和收获。

4.根据权利要求1至3中任一项中所述的方法，其中所述渗出物的量或目标代谢产物的浓度比相同物种的未诱导植物的类似根部分的渗出物的所述量、从所述渗出物提取的目标代谢产物的浓度大至少2倍。

5.根据权利要求1至4中任一项中所述的方法，其中将所述植物的根部分割成至少两个根部分的所述步骤，包括：(a)将所述植物的完整根部分成两个相等部分，将其每个放置到单独的容器或区室；(b)去除所述植物的完整主根；由截短的主根生成侧根部分；并且将至少两个侧根部分的每个放置到单独的容器或区室。

6.根据权利要求1至5中任一项中所述的方法，其中所述获得渗出物是获得包括至少30％w/w渗出物t的组合物。

7.根据权利要求1至5中任一项中所述的方法，其中所述获得渗出物是获得包括至少30％w/w渗出物的组合物而无需任何富集或纯化步骤。

8.根据权利要求1至7中任一项中所述的方法，其中所述容器、所述区室或二者包括水培、气培、其混合物。

9.根据权利要求1至8中任一项中所述的方法，其中所述植物是幼苗植物。

10.根据权利要求1至9中任一项中所述的方法，其中所述植物选自以下植物：水生植物、匍匐植物、攀缘植物、小灌木、灌木丛和树木。

11.根据权利要求1至10中任一项中所述的方法，其中所述刺激剂包括：茉莉酸甲酯土壤样品、微生物、真菌、昆虫、线虫、化学品、放射源、另一种植物或其部分、根部渗透剂；洗涤剂、表面活性剂或其任意组合。

12.根据权利要求1至11中任一项中所述的方法，其中所述植物来自选自以下的科：茄科、紫杉科、夹竹桃科、大麻科和罂粟科或者所述植物来自选自以下的属：茄属、紫杉属、长春花属、大麻属和罂粟属。

13.根据权利要求1至12中任一项中所述的方法，进一步包括确定所述刺激剂对所述渗出物的成分的影响，其包括将所述渗出物与对照渗出物进行比较。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述对照渗出物通过包括获得对照植物并将对照植物的根部分割成至少两个根部分的方法获得；其中所述测试植物的至少两个根部分或地上部分缺乏所述刺激剂。

15.根据权利要求13和14中任一项中所述的方法，其中所述确定所述刺激剂对所述渗出物的成分的影响，包括鉴定由所述刺激剂诱导的新的成分。

16.一种根据权利要求15所述的方法鉴定的新的成分。

17.一种从紫杉植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫杉植物；使紫杉植物的根部或所述紫杉植物的地上部分与包括钩状木霉菌的刺激剂接触以诱导由所述紫杉植物的根部渗出或分泌包括紫杉烷的所述渗出物，从而从紫杉植物根部获得包括紫杉烷的渗出物。

18.一种从紫杉植物根部获得包括紫杉烷的渗出物的方法，其包括：提供紫杉植物；将所述紫杉植物的根部分割成至少两个根部分；将所述紫杉植物的每个根部分放置到单独的容器或区室；用包括钩状木霉菌的刺激剂刺激所述紫杉植物的第一根部分或所述紫杉植物的地上部分以诱导由所述第一根部分、所述第二根部分或二者渗出或分泌包括紫杉烷的所述渗出物；到所述第一根部分、所述第二根部分或二者的所述容器或区室；从而从紫杉植物根部获得包括紫杉烷的渗出物。

19.根据权利要求17和18中任一项中所述的方法，其中所述刺激剂进一步包括茉莉酸甲酯。

20.根据权利要求17至19中任一项中所述的方法，其中所述紫杉烷包括紫杉醇、10-DAB、浆果赤霉素III或其组合。

21.根据权利要求17至20中任一项中所述的方法，其中所述紫杉植物是欧洲紫杉。

22.一种从茄科植物根部获得包括生物碱的渗出物的方法，其包括：提供茄科植物；将所述茄科植物的根部分割成至少两个根部分；将所述茄科植物的每个根部分放置到单独的容器或区室；用包括包含变形菌的细菌组成的刺激剂刺激所述茄科植物的第一根部分或所述茄科植物的地上部分，以诱导由所述第一根部分、所述第二根部分或二者渗出或分泌包括生物碱的所述渗出物；到所述第一根部分、所述第二根部分或二者的所述容器或区室；从而从茄科植物获得包括生物碱的渗出物。

23.根据权利要求22所述的方法，其中所述细菌组成包括放线菌、拟杆菌门细菌、蓝细菌、厚壁菌门细菌、芽单胞菌门细菌或其任意组合。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述细菌组成中至少30％的细菌细胞是变形菌门。

25.根据权利要求23和24中任一项中所述的方法，其中所述细菌组成中至少5％的细菌细胞是厚壁菌门细菌。

26.根据权利要求23至25中任一项中所述的方法，其中所述细菌组成中0.05％至10％的细菌细胞是：放线菌门、拟杆菌门细菌或其组合。

27.根据权利要求22至26中任一项中所述的方法，其中所述茄科植物是番茄植物。

28.根据权利要求22至26中任一项中所述的方法，其中所述生物碱包括龙葵皂苷B。

29.根据权利要求22至28中任一项中所述的方法，其中所述刺激剂进一步包括茉莉酸甲酯。

30.一种植物渗出物生产和收集系统，其包括：

至少一个植物容器，其包括至少两个分立的区室，每个区室配置为容纳植物的相同的分割的根部的至少一个部分，所述区室为：

根部刺激区室，其包括与植物根部刺激剂的至少一个来源流体连通的至少一个输入；和

根部渗出物收获区室；

与所述根部渗出收获区室流体连通的根部渗出物收集区室；和

与所述根部渗出物收集区室流体连通的分离器，其配置为从所述渗出物分离化合物、目标代谢产物、目标代谢产物的中间体或其任意组合。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述根部渗出物收获区室与负压源流体连通。

32.根据权利要求30和31中任一项中所述的系统，其中包括与水和/或肥料的来源以及所述植物容器连通的灌溉网络和/或肥料网络。

33.根据权利要求29至32中任一项中所述的系统，其中所述植物容器包括与至少一个硬件处理器连通的至少一个传感器。

34.根据权利要求33所述的系统，其中所述至少一个传感器包括流量计、温度计、湿度计、土壤湿度传感器、pH计、热成像照相机、压力传感器以及植物渗出物、目标代谢产物和/或其中间体的检测器。

35.根据权利要求33所述的系统，其中所述至少一个硬件处理器包括计算机程序产品，其包括具有包含在其中的程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序代码可由所述硬件处理器执行以激活刺激剂到所述根部刺激区室的输入以刺激所述植物的第一根部分或所述植物的地上部分，从而诱导由容纳在所述根部渗出物收获区室中的所述植物的相同第一根部分或第二根部分渗出或分泌渗出物。

36.根据权利要求33所述的系统，其中所述至少一个硬件处理器包括计算机程序产品，其包括具有包含在其中的程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序代码可由所述硬件处理器执行以基于从所述至少一个传感器接收的信息自动激活和调节所述植物根部刺激剂的来源、所述负压源、所述灌溉网络和所述肥料网络中的至少一个。

37.根据权利要求33所述的系统，其中所述至少一个硬件处理器包括计算机程序产品，其包括具有包含在其中的程序代码的非暂时性计算机可读存储介质，所述程序代码可以由所述硬件处理器执行以基于从所述至少一个传感器获得的信息，通过将至少所述刺激剂到所述植物容器的输入与所述植物根部渗出物的体积和/或生产速率进行比较，计算目标代谢产物或其中间体的生产效率。

38.根据权利要求30至37中任一项中所述的系统，其中所述根部渗出物收获区室包括配置为接收植物根部的基材。

39.根据权利要求38所述的系统，其中所述基材是非吸收性的。

40.根据权利要求30至39中任一项中所述的系统，其中所述分离器包括至少一个吸附剂表面，其配置为吸附从所述渗出物分离的所述目标代谢产物或其中间体。

41.根据权利要求40所述的系统，其中所述表面包括微珠。

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