CN112739213A - 组合物及其在农业中的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于藻类提取物和/或植物提取物的组合物及其在农业中提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率，从而导致每单位使用的水作物植物的增加的产量的用途。

Description

组合物及其在农业中的用途
本发明涉及基于藻类提取物和/或植物提取物的组合物及其在农业中提高植物和/或农业水管理中的水利用效率(water use efficiency)和/或水生产率(waterproductivity)，从而导致每单位使用的水作物植物(crop plant)的增加的产量的用途。
背景
全球人口预期在未来很长时间增长，并且到2050年达到91亿(FAO，2011)。这种增长将需要淡水可用性(fresh water availability)增加55％来支撑。同时，由于在未来50年中降水模式(precipitation pattern)的改变和全球气温增加1℃至2.5℃，预期未来很长时间水的可用性和用水模式(water use pattern)将被改变(Morison等人,2008)。
在上文描述的情况下，农业部门将受到负面影响，因为水可用性的减少将影响植物生产率(Frontiers in Plant Science,Research Topic,2018)。此外，随着许多地区的水质和水量下降，预期农业和其他使用者之间的竞争增加(FAO，2011)。
在全球范围内，农业占人类使用的所有淡水的80％-90％，并且其中的大部分是用于作物生产。很明显，使农业可持续发展需要大幅减少许多地区的用水。与此相一致，正在对农业中的用水实施立法限制(例如，英国的2003年水法(2003Water Act)和中国的2020年农业用水减少20％的目标；Morison等人,2008)。
在这种情况下，重要的目标是减少作物每单位产量的用水，提高每单位所使用的水的生产率，以及实现“每滴水更多的作物(more crop per drop)”。
被植物有效地吸收并且没有因排水、裸露的土壤蒸发或截留而损失的、供应给植物的水的百分比被称为“水利用效率”(Water Use Efficiency，WUE)。与WUE有关的、被称为“水生产率”(Water Productivity，WP)的另一个参数代表通过使用给定量的水而获得的作物的产量(比率Y[kg]/水[m3])。
增加WP意味着使用较少的水来完成特定的任务，或者使用相同量的水，但产量更多。此外，增加的WP已经与改善的食品安全和生计有关(Cook等人,2009b；Cai等人,2011)。因此，增加的WP是有效管理水和生态系统用于可持续的农业和食品安全的重要因素(Desheemaeker等人,2013)。
WUE改善通常等同于更好的耐旱性或在干旱胁迫(drought stress)下作物产量的增加。然而，情况并非总是如此。事实上，应当指出的是，即使在非水胁迫(non-waterstressing)条件，诸如i)在标准水管理(充足的水供应)，或者ii)在一定的水量减少(watervolume reduction)，WUE和WP也可以被改善，只要其不带来干旱的情况。
将注意力集中在植物的生理学上，水对植物生长和组织扩张是必要的,因此对作物生产也是必要的。然而，陆生植物所需的水的大于90％没有以任何生化方式被使用，而是通过蒸腾作用被损失。
在使用灌溉的地理区域，应当提高所使用的水的供应效率和好得多的利用。在降雨代表用于作物生长的唯一水源的其他地区，通过作物管理、施肥、土壤改良、生物胁迫控制对生产/产量的任何改善通常将提高水生产率(Morison等人,2008年)。
已经开发了若干解决方案来更有效地利用灌溉水，特别是使用土壤添加剂作为保湿剂和基于源自天然来源或合成来源的聚合物的保湿剂的组合物。其他解决方案基于海绵状材料的使用，诸如超吸收性聚合物(superabsorbent polymer)或SAP，其能够吸收其自身重量至少10倍的水，该水以不能通过简单挤压该材料被释放的方式保留在聚合物结构中。
尽管是有效的，但这两种解决方案都是基于在大多数情况下不可容易地生物降解或根本不可生物降解的材料，因为它们通常来自合成工艺。由于该原因，它们的使用可能导致土壤被不需要的物质污染，并且这种污染还可能在作物周期期间被重复若干次，从而导致合成的不可生物降解的化学品在土壤中积聚。
因此，仍存在为这些农艺实践找到可选择的可持续性解决方案的需求，以提高水利用效率和水生产率。
发明概述
本发明涉及一种用于提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率的方法，该方法包括以下步骤：
(i)具有待处理的或需要处理的植物，以及
(ii)用有效量的包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物的组合物优选地通过土壤供养(feed)所述植物。
优选地，所述待处理的或需要处理的植物处于非干旱条件(还被称为轻度水胁迫)下，这优选地对应于：
1)高于0.15mol H2O m-2s-1的叶片气孔导度水平(leaf stomatal conductancelevel)的值，其优选地通过气孔计/Licor气体交换系统或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量，和/或
2)低于-60kPa、优选地低于-40kPa的土壤含水量(soil water content)的值，更优选地所述土壤含水量的值在-10kPa和-60kPa之间、还更优选地在-10kPa和-40kPa之间的范围内，其中所述土壤含水量优选地通过使用张力计或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量。
优选地，所述至少一种植物提取物以多达60％的浓度，优选地以在5％和50％之间，更优选地在10％和45％之间，还更优选地在30％和45％之间的范围内的浓度，还更优选地约40％-45％的浓度存在于组合物中，所述浓度是w/w。
优选地，所述至少一种藻类提取物以多达60％的浓度，优选地以在3％和58％之间，更优选地在5％和45％之间，还更优选地在20％和45％之间的范围内的浓度，还更优选地约27％-30％的浓度存在于组合物中，所述浓度是w/w。
根据优选的实施方案，组合物包含多达40％、优选地多达30％的浓度的至少一种藻类提取物和多达60％、优选地多达45％的浓度的至少一种植物提取物。
根据优选的实施方案，所述藻类包括大型藻类和/或微藻，优选地所述大型藻类是海藻，更优选地红色海藻、褐色海藻或绿色海藻，其中所述褐色海藻优选地选自：泡叶藻(Ascophyllum nodosum)、极大昆布(Ecklonia maxima)、海带属的种(Laminariasaccharina)、掌状海带(Laminaria digitata)、螺旋墨角藻(Fucus spiralis)、齿缘墨角藻(Fucus serratus)、墨角藻(F.vesiculosus)、巨藻属的种(Macrocystis spp.)、沟鹿角菜(Pelvetia canaliculata)、伸长海条藻(Himantalia elongata)、裙带菜(Undariapinnatifida)、马尾藻属的种(Sargassum spp.)及其组合；其中所述红色海藻优选地选自：卡帕藻属的种(Kappaphycus spp.)、角叉藻属的种(Chondrus spp.)、掌形藻属的种(Palmaria spp.)、江蓠属的种(Gracilaria spp.)、紫菜属的种(Porphyra spp.)、紫球藻属的种(Porphyridium spp.)、宽果藻属的种(Mastocarpus spp.)、多管藻属的种(Polysiphonia spp.)及其组合；其中所述绿色海藻优选地选自：石莼属的种(Ulva spp.)、蕨藻属的种(Caulerpa spp.)、松藻属的种(Codium spp.)、仙掌藻属的种(Halimeda spp)、伞藻属的种(Acetabularia spp.)、刚毛藻属的种(Cladophora spp.)及其组合；其中所述微藻优选地选自：螺旋藻属(Spirulina)、栅藻属(Scenedesmus)、微拟球藻属(Nannochloropsis)、红球藻属、小球藻属(Chlorella)、褐指藻属(Phaeodactylum)、Arthrospyra、扁藻属(Tetraselmis)、等鞭金藻属(Isochrysis)、集胞藻属(Synechocystis)、衣藻属、Parietochloris、链带藻属(Desmodesmus)、新绿藻属(Neochloris)、杜氏藻属(Dunaliella)、海链藻属(Thalassiosira)、巴夫藻属(Pavlova)、舟形藻属(Navicula)、角毛藻属(Chaetocerous)及其组合。
根据优选的实施方案，所述植物提取物选自：甜菜、甘蔗、苜蓿、玉米、芥属植物(brassica)、盐生植物、大豆、小麦、丝兰、皂树、啤酒花、咖啡、柑橘(citrus)、橄榄、羽扇豆(lupine)、豆科植物(bean)、豌豆、扁豆、蘑菇、胡萝卜、苹果、番茄及其组合；其中所述至少一种植物是整个植物或其任何部分，优选地植物的所述部分选自：叶、根、茎、果实、花、种子、幼苗、树皮、浆果、果皮及其组合。
优选地，所述待处理的或需要处理的植物是任何单子叶物种和/或双子叶物种，优选地是作物，更优选地选自：加肥灌溉的果树(fertigated orchards)，其优选地选自：核果、仁果、橄榄、柑橘、葡萄、小果(small fruits)和坚果树(tree nut)作物；优选地选自热带水果；蔬菜物种，其优选地选自：结果蔬菜、叶类蔬菜、块茎和球茎形成物种和观赏植物；以及中耕作物(row crop)/经济作物(industrial crop)，其优选地选自：谷物、糖料作物、蛋白质作物和油料作物、饲料作物、纤维作物和生物质作物。
根据优选的实施方案，组合物还包含：常量-微量营养素(macro-micronutrient)源，其优选地以在1％和30％之间、优选地在15％和25％之间、更优选地约20％-22％w/w的范围内的浓度，其中所述常量-微量营养素源优选地选自：氮源、钾源、锰源、锌源、铁源、铜源及其组合；和/或至少一种代谢刺激物质，优选地维生素，其优选地以从0.1％至1％的范围内的浓度；和/或植物生物刺激素(PBS)；和/或微生物，其优选地选自：细菌，更优选地PGPR(植物根际促生细菌(Plant Growth-Promoting Rhizobacteria))、酵母、真菌和菌根；和/或农业相容性载体(agricultural compatible carrier)；和/或除草剂、杀线虫药(nematicide)或线虫抑制剂(nematostatic agent)、杀真菌剂、杀昆虫剂；和/或干燥剂。
根据优选的实施方案，组合物配被制成溶液、悬浮液、水溶性浓缩物、可分散的浓缩物、可乳化的浓缩物、乳液、悬浮液、微乳液、凝胶、微胶囊、颗粒、超低容量液剂(ultralowvolume liquid)、可湿性粉末(wetting powder)、可粉化粉末(dustable powder)，或者被配制成用于种子包衣、喷雾和即用型制剂。
优选地，在整个植物周期中，优选地在整个作物周期中，组合物优选地在水中被稀释之后用于一次地或重复地供养植物，其中供养步骤优选地通过土壤和/或通过叶片进行。
根据优选的实施方案，该方法还包括监测土壤含水量值和/或叶片气孔导度值的步骤，所述监测步骤在供养步骤之前和之后进行。优选地，当土壤含水量和/或水可用性保持在对于作物发育的最佳水平或次最佳水平，和/或保持在降低的/有限的灌溉水可用性的条件时，只要没有达到干旱条件，优选地当土壤含水量的值在-10kPa和-40kPa之间的范围内；和/或叶片气孔导度值高于0.15mol H2O m-2s-1时，进行供养步骤，优选地通过土壤进行供养步骤。
根据优选的实施方案，来自植物或来自藻类或来自微藻的提取物通过使用包括以下步骤的工艺来制备：提供藻类的样品和/或微藻的样品和/或植物的样品；以及使所述样品与包含提取剂的水溶液接触。
附图简述
-图1示出了参与根发育过程并且被测试的组合物上调≥5倍的GO(基因本体论/生物过程)组的列表(截止值p<0.01)。Y轴：生物过程描述；X轴：每种生物过程的上调基因(“匹配的实体”)的数目。
-图2示出了“绿色指数(Green Index)”的水平，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量(water volume)灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用测试的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量(rate)的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的“时间0”直到14天获取测量值。
-图3A示出了“数字生物体积(Digital Biovolume)”的水平，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用测试的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的时间0直到14天获取测量值。
-图3B示出了实验结束时的叶片面积(cm2)和鲜重(fresh weight)(g)测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC W.100％)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC W.70％)的、减少的水量灌溉；3)实验条件W.70％+测试的组合物，其中用测试的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC W.100％主题相比70％的水量灌溉。
-图4示出了被表示为“湿润指数(Humid Index)”的含水量测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用要求保护的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的时间0直到14天获取测量值。
-图5A示出了在从施用组合物起第1天、第2天、第3天、第4天之后对番茄植物的气孔导度测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC 100％)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC 70％)的、减少的水量灌溉；3)实验条件70％测试的组合物(10L/ha)，其中番茄植物用测试的组合物以10L/ha的量处理，并且用与充分浇水的UTC 100％主题相比70％的水量灌溉；4)实验条件70％测试的组合物(20L/ha)，其中番茄植物用测试的组合物以20L/ha的量处理，并且用与充分浇水的UTC 100％主题相比70％的水量灌溉。
-图5B示出了对葡萄植物的气孔导度测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用测试的组合物处理葡萄植物(以10L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用；每次处理由图中的箭头标识)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的时间0直到19天获取测量值。
-图6A示出了在从施用组合物起第1天、第2天、第3天、第4天之后对番茄植物的净同化率(net assimilation rate)(换句话说“净光合作用”)测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC 100％)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC 70％)的、减少的水量灌溉；3)实验条件70％测试的组合物(10L/ha)，其中番茄植物用测试的组合物以10L/ha的量处理，并且用与充分浇水的UTC 100％主题相比70％的水量灌溉；4)实验条件70％测试的组合物(20L/ha)，其中番茄植物用测试的组合物以20L/ha的量处理，并且用与充分浇水的UTC 100％主题相比70％的水量灌溉。
-图6B示出了对葡萄植物的净同化率测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用要求保护的组合物处理葡萄植物(以10L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用；每次处理由图中的箭头标识)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的时间0直到19天获取测量值。
-图7示出了水生产率(生物体积/使用的水)测量值，其比较了：1)未处理的对照，其中植物被根据标准方案(UTC100)最佳灌溉；2)未处理的对照，其中植物用对应于70％(UTC70)的、减少的水量灌溉；3)实验条件测试的组合物，其中用测试的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC100主题相比70％的水量灌溉。从处理之后的时间0直到24天获取测量值。
发明详述
本发明的第一方面涉及一种用于提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率的方法，所述方法包括用有效量的包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物的组合物供养植物的至少一个阶段。
因此，本发明涉及一种用于提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率的方法，该方法包括以下步骤：(i)具有待处理的或需要处理的植物，以及(ii)用有效量的包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物的组合物供养(处理)所述植物。处理步骤可以进行一次或更多次，并且-基本上-其包括向步骤(i)的植物供养或施用有效量的包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物的组合物。
换句话说，为了提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率，用有效量的组合物供养待处理的植物，该组合物通过包含(基于)植物提取物和/或藻类提取物的碳源来表征。
可选择地，或者除了上文提及的目的之外，本文公开的方法还可以用于调节植物生理学，使得用如本文公开的组合物处理的植物每单位产生的产量需要较少的灌溉水。
待处理的或需要处理的植物优选地在非干旱条件(有时还被称为轻度水胁迫)下栽培(生长/播种)，换句话说，在灌溉水可用性的最佳/次最佳或轻度降低/限制下栽培(生长/播种)。如已经提及的，轻度意指当植物的叶片气孔导度水平高于0.15mol H2O m-2s-1时，其优选地通过气孔计/Licor气体交换系统或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量，和/或2)当土壤含水量的值在-10kPa和-60kPa之间、优选地在-10kPa和-40kPa之间的范围内时，其中所述土壤含水量优选地通过使用张力计或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量。
因此，本文公开的方法还可以用于提高水的有效灌溉，优选地在天然地倾向于高蒸发率的热和/或干燥的环境中。
如本文所使用的，“单位产生的产量(unit of yield produced)”意指由植物产生的每表面单位或每株植物的生物质(biomass)的测量的鲜重或干重。它可以指植物的商业上有价值的部分，或者指整个植物的生物质。
如本文所使用的，“最佳/次最佳的灌溉水可用性”意指供应给植物的最佳或接近最佳的灌溉水体积，其避免了水过量和/或中度/重度缺水两者，优选地使用专用设备和/或根据农民经验来计算。
如本文所使用的，“降低的/有限的灌溉水可用性”意指灌溉水体积的减少，优选地，与通常的农业实践相比至多减少40％，只要没有达到干旱条件(根据下文的定义)。
根据本发明的优选的实施方案，藻类粗粉(meal)和/或汁液和/或悬浮液和/或乳液可以被用作来自藻类的提取物的替代物或与来自藻类的提取物结合使用。根据本发明的另外优选的实施方案，任何植物衍生的材料和/或植物粗粉和/或汁液和/或悬浮液和/或乳液可以被用作来自植物的提取物的替代物或与来自植物的提取物结合使用。
在此上下文中，提取物意指从所述供体植物和/或藻类和/或微藻的加工和/或提取中获得的任何物质和/或产物和/或副产物，优选地农业工业副产物，和/或任何衍生物。优选地，所述物质/产物/副产物/衍生物选自：提取物、粗粉、果肉(pulp)、糖蜜(molasses)、果汁(juice)、油(oil)、废面粉(waste flour)、麸皮(bran)、残渣及其衍生物。
如本文所使用的，“水利用效率”(WUE)意指被植物有效地吸收并且没有例如通过排水、裸露的土壤蒸发、截留或蒸腾作用被损失的、供应给植物的水的百分比(％)。换句话说，它意指在有效用水和实际取水之间的比率，并且它表征在特定过程中来自植物的用水的有效程度。
如本文所使用的，“生产率”是在单位产出和单位投入之间的比率。特别地，“水生产率”(WP)意指产物的量或价值相对于被消耗或转移的水的体积或价值，换句话说，它意指通过使用给定量的水而获得的植物的产量(比率Y[kg]/水[m3])。产物的价值可以用不同的术语表示，优选地用生物质、谷物(grain)或货币表示。
如本文所使用的，“农业水管理”意指使用水和灌溉时间表来向植物提供它们需要的水的量以确保足够的生产率，还考虑到最终通过降雨供应给作物的水。农业水管理包括对在植物生产(旱作的和灌溉的两者)、牧业生产和内陆渔业中使用的水的管理。
如本文所使用的，“供养植物”意指将根据本公开内容的组合物，优选地在水中稀释的组合物，施用于由植物根部或冠层探查(explore)的土壤区域。包含根据本公开内容的组合物的溶液可以被分配到植物/作物中，优选地经由滴灌系统，或者可以被倾倒在土壤上或注入到根部区域附近的土壤中，其还可以经由枢轴(pivot)或其他高架灌溉系统(overhead irrigation system)来分配。可选择地，组合物可以被施用于叶片上和/或种子上。根据植物，重复施用是可能的。优选地，剂量是从5升/Ha至20升/Ha，更优选地从5L/ha至10L/ha，还更优选地约10L/ha。取决于植物和农业实践，单次或多次施用是可能的，优选地从1次至5次。
如本文所使用的，“干旱”意指中度至重度缺水，对全世界的植物产量具有负面影响的水胁迫。意指中度至重度缺水的干旱条件可以通过测量不同的参数来评估。定义植物是否生活在干旱条件的最常见的测量的参数是：1)如上文定义的叶片气孔导度水平；和/或土壤含水量的值，其优选地通过使用张力计或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量，其中所述值低于-40kPa，优选地低于-60kPa。优选地，土壤含水量的值在-10kPa和-60kPa之间、更优选地在-10kPa和-40kPa之间的范围内。
通常，低于0.15mol H2O m-2s-1的叶片气孔导度水平指示植物的干旱条件。该参数可以通过气孔计/Licor气体交换系统或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量。
然而，如对于任何本领域技术人员可以明显的是，干旱条件取决于若干参数，诸如植物的种类、品种、植物阶段、土壤的类型和对植物需水量从而对干旱胁迫具有强烈影响的其他环境参数。
考虑到水资源正在减少并且气候变化预期将增加旱地的量，农业的前景可能是引人注目的(Battisti和Naylor,2009)。应对缺水的策略取决于植物的物种和基因型以及取决于干旱的类型而不同。通常，植物以一系列的生理机制响应于干旱，所述生理机制包括气孔关闭、细胞生长和光合作用的抑制，这导致植物枯萎，植物生物质和产量的整体下降。此外，发生细胞水平和分子水平的许多变化，所述变化包括保护植物免受胁迫损伤的基因的表达水平的广泛增加(Shinozaki和Yamaguchi-Shinozaki,2007)。
如本文所使用的，“非干旱”意指从最佳水可用性至轻度缺水的范围内的植物的状态。这种状态可以以例如以下作为参考来测量：高于0.15mol H2O m-2s-1的叶片气孔导度水平的值，其优选地通过使用气孔计/Licor气体交换系统或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量；和/或土壤含水量的值，其优选地在从-10kPa至-40kPa的范围内，其优选地通过使用张力计或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量。在任何情况下，任何本领域技术人员都将认识到和识别到，特别是由于目前可用的和上文举例说明的仪器，何时土壤含水量达到植物的临界值，换句话说，何时植物正在克服“非干旱条件”—即从最佳/正常水可用性到轻度缺水的范围—并且它们正在面临干旱。
如本文所使用的，“绿色指数”意指每个图像的相对绿色面积，其被计算为包括在色调范围内的直方图类别(histogram class)的频率的和，所述色调范围优选地从黄绿色至蓝绿色(色调角(hue angle)优选地在从80°至180°的范围内)。
如本文所使用的，“数字生物体积”意指在来自RGB室的三个正交图像中植物的面积的计算。优选地，该值通过应用以下公式来计算，但是也可以使用任何用于该目的的公式：
Σ像素侧视图0°+Σ像素侧视图90°+log10(Σ像素俯视图/3)
如本文所使用的，“湿润指数”意指优选地使用近红外室获得的NIR强度颜色等级(colour class)的加权平均值。
如本文所使用的，“气孔导度”意指通过叶片的气孔离开的水蒸气的度量。
如本文所使用的，“同化率”(换句话说，净光合作用)意指在精确时刻用于光合过程的二氧化碳CO2的量。
本文公开的方法对植物起作用(因此植物是目标)，并且基于天然产物(藻类和/或植物提取物/衍生物)，其代表了与目前可用的、代替地基于使用对生态系统潜在地危险的化学品的方法相比，提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率的新颖的、创新的和生态友好的实践。实际上，目前市场上对于此目的可用的产品主要是对土壤起作用而不是对植物起作用的润湿剂(因此它们的目标是土壤)。此外，它们基于化学品的使用，所述化学品例如聚合物表面活性剂或醇，其允许增加土壤颗粒的持水量(water holdingcapacity)、水渗透和水分配，这减慢水的自然重力移动。
因为观察到的和本文公开的对(接收(receiving))植物的影响，在本文公开的方法中使用的组合物最终还可以被定义为生物刺激素组合物。
如本文所使用的，“生物刺激素(biostimulant)”落入由欧洲生物刺激素工业理事会(European Biostimulant Industry Council)(EBIC)提供的定义中，根据该定义，植物生物刺激素在从种子萌发到植物成熟的整个植物生命周期中以许多已展示的方式促进植物生长和发育，所述方式包括使得水的利用更有效(EBIC,2018)。
本发明的另外的方面涉及在本文公开的方法中使用的组合物，所述组合物包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物或至少一种植物衍生的材料。
根据优选的实施方案，所述至少一种植物提取物/植物衍生的材料以多达60％的浓度，优选地以在5％和50％之间，更优选地在10％和45％之间，还更优选地在30％和45％之间，还更优选地约40％-45％或45％-50％的范围内的浓度存在于组合物中，所述浓度是w/w。
在此上下文中，浓度被表示为百分比(％)w/w，即植物提取物的以g计的重量/100g组合物。
根据本发明的另外优选的实施方案，所述至少一种藻类提取物以多达60％的浓度，优选地以在3％和58％之间，更优选地在5％和45％之间，还更优选地在20％和45％之间，还更优选地约27％-30％的范围内的浓度存在于组合物中，所述浓度是w/w。
根据本发明的另外优选的实施方案，组合物包含多达40％、优选地多达30％的浓度的至少一种藻类提取物和多达60％、优选地多达45％-50％的浓度的至少一种植物提取物(植物衍生的材料)。
如本文所使用的，“藻类”指的是进行有氧光合作用并且不是有胚植物的生物体的功能群(functional group)。它们包括细菌(蓝细菌)和/或真核生物二者。该术语涵盖光能自养、异养或兼养的生物体，并且通常在淡水和海洋系统(marine system)中发现。术语藻类包括大型藻类和/或微藻。
优选地，所述大型藻类是海藻，优选地红色海藻、褐色海藻或绿色海藻，其中所述褐色海藻选自：泡叶藻、极大昆布、海带属的种、掌状海带、螺旋墨角藻、齿缘墨角藻、墨角藻、巨藻属的种、沟鹿角菜、伸长海条藻、裙带菜、马尾藻属的种及其组合；其中所述红色海藻选自：卡帕藻属的种、角叉藻属的种、掌形藻属的种、江蓠属的种、紫菜属的种、紫球藻属的种、宽果藻属的种、多管藻属的种及其组合；其中所述绿色海藻选自：石莼属的种、蕨藻属的种、松藻属的种、仙掌藻属的种、伞藻属的种、刚毛藻属的种及其组合。
泡叶藻对于本发明的目的是特别优选的。
如本文所使用的，“微藻”指的是作为单细胞微生物和简单多细胞微生物的任何微型藻类，既包括原核微藻，优选地蓝细菌(蓝藻细菌(Chloroxybacteria))，也包括真核微藻，优选地绿藻(绿藻门(Chlorophyta))、红藻(红藻门(Rhodophyta))或硅藻(硅藻门(Bacillariophyta))。优选地，所述微藻选自：螺旋藻属、栅藻属、微拟球藻属、红球藻属、小球藻属、褐指藻属、Arthrospyra、扁藻属、等鞭金藻属、集胞藻属、衣藻属、Parietochloris、链带藻属、新绿藻属、杜氏藻属、海链藻属、巴夫藻属、舟形藻属、角毛藻属及其组合。
如本文所使用的，“植物”意指在生物界中的植物界(biological kingdomPlantae)内大量生物体中的任何一种。常规地，术语植物暗指具有多细胞、具有包含纤维素的壁的细胞结构和能够光合作用的生物体的特征的分类单元。现代分类方案由DNA和共同祖先中固有的稍微严格的分类驱动。优选地，它们包括单子叶物种和双子叶物种，包括树、非禾本草本植物(forb)、灌木、草、藤本植物、蕨类、苔藓和作物植物，优选地蔬菜、果树和中耕作物/经济作物。
在此上下文中，植物被用作提取物/衍生物的来源(起始材料)，换句话说，被用作从其中衍生/获得提取物(或衍生物/替代物)的植物，并且在这种情况下，它们还被定义为“供体植物”。
植物还被用作本文公开的方法/应用的目标，换句话说，待处理的或需要处理的植物，并且在这种情况下，植物还被定义为“受体植物”。
优选地，“供体植物”选自：若干种类型的甜菜、甘蔗、苜蓿、玉米、芥属植物、盐生植物、大豆、小麦、丝兰、皂树、啤酒花、咖啡、柑橘、橄榄、羽扇豆、豆科植物、豌豆、扁豆、蘑菇、胡萝卜、苹果、番茄及其组合。
为了本发明的目的，可以使用整个植物或其任何部分。优选地，所述部分选自：叶、根、茎、果实、花、种子、幼苗、树皮、浆果、果皮及其组合。
根据本发明的优选的实施方案，所述待处理的植物—“受体植物”—是任何单子叶物种和双子叶物种，优选地是作物，还包括基因修饰的和/或编辑的作物，其选自：加肥灌溉的果树，所述加肥灌溉的果树优选地选自：核果、仁果、橄榄、柑橘、葡萄、小果和坚果树作物；选自热带水果；蔬菜物种，所述蔬菜物种优选地选自：结果蔬菜、叶类蔬菜、块茎和球茎形成物种和观赏植物；中耕作物，所述中耕作物优选地选自：谷物、糖、蛋白质和油料作物、饲料、纤维和生物质作物及其组合。
为了本发明的目的，可以处理整个植物或其任何部分。优选地，受体植物作为种子、生长在受保护的环境中以及开放的田间(open field)中的植物、处于营养阶段和/或生殖阶段的成年植物(adult plant)、树和任何年龄的多年生物种被处理。
优选地，所述植物/藻类/微藻加工/提取通过使用最终以任何组合的溶剂、酸、碱、酶或机械手段来进行。优选地，所述加工/提取如下文更详细地公开的进行。
优选地，通过使用类似的工艺(提取工艺)，从植物、从藻类或从微藻制备提取物。更优选地，所述提取工艺包括以下步骤：
(i)根据上文报告的详细的公开内容，提供藻类的样品和/或微藻的样品和/或植物的样品；以及
(ii)使所述样品与包含提取剂的水溶液，换句话说，具有水性基底(aqueousbase)的提取溶液接触(提取/加工步骤)。
如本文所使用的，提取剂可以是碱和/或酸和/或酶。这些种类的提取剂可以以任何组合使用或单独地使用。
为了本发明的目的，碱优选地是无机碱，更优选地选自：NaOH、KOH、Na2CO3、K2CO3、NH3、NaHCO3、KHCO3、其盐及其任何组合。
为了本发明的目的，酸优选地选自：H2SO4、HNO3、HCl、H3PO4和多种有机性质的酸，所述多种有机性质的酸优选地选自：乙酸、柠檬酸、甲酸、丁酸和抗坏血酸、葡萄糖酸，及其任何组合。
为了本发明的目的，酶优选地选自：木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、淀粉酶、胃蛋白酶、菠萝蛋白酶和降解藻类中存在的有机聚合物的特异酶，优选地褐藻酸酶，及其任何组合。
待用于工艺的提取剂的选择取决于待提取的藻类/微藻/植物的种类和/或待从其中提取的分子和/或组分。
优选地，提取步骤(步骤ii)的温度在-20℃和120℃之间、更优选地在20℃和100℃之间的范围内。
优选地，提取时间在从几分钟至几小时的范围内，更优选地在30分钟和18小时之间。
优选地，提取步骤在大气压或在多达10巴的压力，更优选地在从1巴至8巴的范围内的压力实现。
当期望在生物刺激素的制剂中仅使用提取物时，提取步骤之后可以是分离/去除未溶解的和/或未提取的组分的另外的步骤。去除/分离步骤优选地通过倾析、过滤或离心进行。
可选择地，可以使用包含提取的组分和未提取的组分两者的悬浮液。
根据本发明的优选的实施方案，组合物还包含腐殖酸和/或灰黄霉酸及其盐。优选地，所述腐殖酸和/或灰黄霉酸以从5％至30％w/w的范围内的浓度存在。
根据本发明的优选的实施方案，组合物还包含常量-微量营养素源，其优选地以在1％和30％w/w之间、优选地在5％和25％w/w之间、更优选地约7％-15％w/w的范围内的浓度。
根据本发明的优选的实施方案，所述常量-微量营养素源选自：氮源、钾源、磷源、锰源、锌源、铁源、铜源、硼源、钼源、钙源、镁源及其组合。
优选地，所述氮源选自：磷酸铵、硝酸铵、硫酸铵、硫代硫酸铵、硫代硫酸钾、氨、尿素、硝酸、硝酸钾、硝酸镁、硝酸钙、硝酸钠、动物来源的蛋白质水解产物、氨基酸、蛋白质、酵母裂解物、硝酸锰、硝酸锌、缓释尿素，优选地脲甲醛、类似的化合物及其组合。
优选地，所述氮源以在3％和15％之间、更优选地在5％和12％之间、还更优选地约8％-10％的范围内的浓度存在。
优选地，所述磷源选自：磷酸铵、磷酸钾、磷酸、磷酸钠、磷酸钙、磷酸镁、磷酸岩(rock phosphate)诸如羟基磷灰石和氟磷灰石、亚磷酸、亚磷酸钠、亚磷酸钾、亚磷酸氢钙、亚磷酸氢镁、有机磷化合物诸如肌醇-磷酸盐、甘油磷酸钠、ATP及类似的磷源。
优选地，所述磷源以在0.1％和10％之间、更优选地在0.2％和5％之间的范围内的浓度、还更优选地约0.5％的浓度存在。
优选地，所述钾源选自：乙酸钾、柠檬酸钾、硫酸钾、硫代硫酸钾、磷酸钾、亚磷酸钾、碳酸钾、氯化钾、氢氧化钾、硝酸钾、镁和钾的混合盐、山梨酸钾、抗坏血酸钾、钾的有机形式，及其组合。
优选地，所述钾源以在2.5％和25％之间、更优选地在4％和12％之间、还更优选地约4％-8％的范围内的浓度存在。
优选地，所述锌源选自：硫酸锌，氧化锌，氢氧化锌，氯化锌，碳酸锌，磷酸锌，硝酸锌，与EDTA、DTPA、HEDTA、EDDHA、EDDHSA、EDDHCA、EDDHMA、HBED、EDDS螯合的锌；与氨基酸、木质素磺酸盐、腐殖酸、灰黄霉酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸(heptagluconic acid)络合的锌，柠檬酸锌，苹果酸锌，酒石酸锌，醋酸锌，乳酸锌，抗坏血酸锌，以及锌的有机形式。
优选地，所述锌源以在0.5％和3％之间、更优选地在1％和2％之间的范围内的浓度、还更优选地约1.5％的浓度存在。
优选地，所述锰源选自：硫酸锰，氧化锰，氢氧化锰，氯化锰，碳酸锰，磷酸锰，硝酸锰，与优选地选自EDTA、DTPA、HEDTA、EDDHA、EDDHSA、EDDHCA、EDDHMA、HBED、EDDS、IDHA、HJB、NTA、HIDS、IDS、GLDA、HEIDA、PDA、EDDM和MGDA的螯合剂螯合的锰；与氨基酸、木质素磺酸盐、腐殖酸、灰黄霉酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸络合的锰，柠檬酸锰，苹果酸锰，酒石酸锰，醋酸锰，乳酸锰，抗坏血酸锰，以及锰的有机形式。
优选地，所述锰源以在0.5％和3％之间、更优选地在1％和2％之间的范围内的浓度、还更优选地约1.5％的浓度存在。
优选地，铁源选自：硫酸铁，氧化铁，氢氧化铁，氯化铁，碳酸铁，磷酸铁，硝酸铁，优选地与选自EDTA、DTPA、HEDTA、EDDHA、EDDHSA、EDDHCA、EDDHMA、HBED、EDDS、IDHA、HJB、NTA、HIDS、IDS、GLDA、HEIDA、PDA、EDDM和MGDA的螯合剂螯合的铁；与氨基酸、木质素磺酸盐、腐殖酸、灰黄霉酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸络合的铁，柠檬酸铁，苹果酸铁，酒石酸铁，醋酸铁，乳酸铁，抗坏血酸铁，以及铁的有机形式。
优选地，所述铁源以在0.1％和10％之间、更优选地在0.2％和9％之间的范围内的浓度、还更优选地约0.5％的浓度存在。
优选地，所述铜源选自：硫酸铜，氧化铜，氢氧化铜，氯化铜，碳酸铜，磷酸铜，硝酸铜，与优选地选自EDTA、DTPA、HEDTA、EDDHA、EDDHSA、EDDHCA、EDDHMA、HBED、EDDS、IDHA、HJB、NTA、HIDS、IDS、GLDA、HEIDA、PDA、EDDM和MGDA的螯合剂螯合的铜；与氨基酸、木质素磺酸盐、腐殖酸、灰黄霉酸、葡萄糖酸、葡庚糖酸络合的铜，柠檬酸铜，苹果酸铜，酒石酸铜，醋酸铜，乳酸铜，抗坏血酸铜，以及铜的有机形式。
优选地，所述铜源以在0.1％和10％之间、更优选地在0.2％和9％之间的范围内的浓度、还更优选地约0.5％的浓度存在。
优选地，所述硼源选自：硼酸、八硼酸钠、与带有羟基的胺诸如乙醇胺络合的硼以及硼的矿物形式。
优选地，所述硼源以在0.1％和2％之间、更优选地在0.2％和2％之间的范围内的浓度、还更优选地约0.5％的浓度存在。
优选地，所述钼源选自：钼酸钠、钼酸铵、钼酸钾和钼的矿物形式。
优选地，所述钼源以在0.01％和0.1％之间、更优选地在0.02％和0.05％之间的范围内的浓度、还更优选地约0.03％的浓度存在。
根据优选的实施方案，所述至少一种植物提取物/植物衍生的材料以多达60％的浓度，优选地以在5％和50％之间、更优选地在10％和45％之间、还更优选地在30％和45％之间、还更优选地约40％-45％的范围内的浓度存在于组合物中；和/或所述至少一种藻类提取物以多达60％的浓度，优选地以在3％和58％之间、优选地在5％和45％之间、更优选地在20％和45％之间、还更优选地约25％-30％的范围内的浓度存在于组合物中；和/或所述常量-微量营养素源以在1％和30％之间、优选地在15％和25％之间、更优选地约18％-22％的范围内的浓度存在，所述浓度(％)是w/w。
根据本发明的另外的实施方案，组合物还包含至少一种防腐剂，该至少一种防腐剂优选地以从0.05％至2％的范围内、优选地约1％的浓度存在，所述浓度是w/w。
根据本发明的另外的实施方案，组合物还包含至少一种代谢刺激物质，优选地维生素，其优选地以从0.1％至1％的范围内的浓度。优选地，所述维生素选自：维生素B1、维生素B2、维生素B3、维生素B5、维生素B6、维生素B9、维生素B12、维生素E、维生素A、维生素D、维生素C、维生素PP、维生素H、维生素K1、维生素K2、维生素K3及其组合。
根据本发明的优选的实施方案，组合物包含至少一种另外的成分，其优选地选自：蛋白质、蛋白质水解产物、酵母裂解物、酵母肉汤(yeast broth)、肽、寡肽、肽聚糖、低分子量肽、合成的氨基酸和天然存在的氨基酸；糖蜜、多糖、脂多糖、单糖、二糖、寡糖、硫酸化寡糖(sulfated oligosaccharide)、胞外多糖、壳聚糖、胁迫保护分子(stress protectingmolecule)，其优选地选自：甜菜碱、甘露醇和其他具有类似作用的多元醇，激素、激素样化合物，其优选地选自：褪黑激素、生长素、生长素样化合物、细胞分裂素、细胞分裂素样化合物、赤霉素、赤霉素样化合物、脱落酸、茉莉酮酸酯(jasmonate)、激素前体例如多胺、精胺、亚精胺、腐胺及其组合。
为了本文公开的目的，可以有利地向组合物中添加其他分子，优选地，这些分子选自：核酸、糖醛酸及其聚合物、葡萄糖醛酸及其聚合物、小有机酸，优选地草酸和琥珀酸。优选地，所述小分子可以是包含多于一个核苷酸的合成的和/或天然衍生的核酸分子，优选地，当分子的长度是18个-25个核苷酸时，其被定义为寡核苷酸，并且当分子是26个或更多个核苷酸时，其被定义为多核苷酸。优选地，所述寡核苷酸或多核苷酸或两者的混合物包括RNA或DNA或RNA/DNA杂合体或化学修饰的寡核苷酸或多核苷酸或其混合物。
根据本发明的优选的实施方案，组合物还包含植物生物刺激素(PBS)和/或载体，优选地农业上相容的载体。
如本文所使用的，“农业上相容的载体”指的是能够在作用位点中以活性形式递送产物的任何合成的或天然衍生的分子，优选地，所述载体选自：表面活性剂、增稠剂、悬浮剂、润湿剂及其组合。
如本文所使用的，表面活性剂意指能够改变水的表面张力并且允许产物冲击更大面积的叶片和/或根和/或果实或植物的任何其他部分的任何分子。优选地，所述表面活性剂选自：合成的或天然衍生的离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂，其优选地选自：烷基磺酸盐、烷基芳基磺酸盐、乙氧基化的醇、烷氧基化的醚、乙氧基化的酯、烷基聚葡萄糖苷(alkylpolyglucoside)、嵌段共聚物、木质素磺酸盐、皂苷及其组合。通常，所述表面活性剂以最小浓度被使用，仅为了促进组合物的配制和/或成分的溶解。优选地，它们以在3％和1％之间的范围内、更优选地约2％的浓度被使用，所述浓度是w/w。优选地，所述皂苷源自植物。更优选地，它们以在从0.1％至1％的范围内、更优选地约0.5％的浓度被使用，所述浓度是w/w。
如本文所使用的，“增稠剂”意指能够在改善粘度和使粘度稳定化的意义上改变任何给定组合物的流变性的任何分子。优选地，所述增稠剂选自：天然树胶和合成树胶、木质素磺酸盐、糖蜜及类似增稠剂。
如本文所使用的，“悬浮剂”意指能够包围不溶性颗粒、避免沉淀并且允许产生不溶性物质的稳定悬浮液的任何分子。优选地，所述悬浮剂选自：天然胶体和合成胶体、粘土及其衍生物及类似悬浮剂。
如本文所使用的，“润湿剂”意指能够避免在给定表面上快速水蒸发并且保持水分持续长时间的任何分子。优选地，所述润湿剂选自：二醇类、甘油及其衍生物及类似润湿剂。
根据本发明的另外的优选的实施方案，组合物还包含微生物，优选地细菌，更优选地PGPR(植物根际促生细菌)或PGR、酵母、真菌、菌根。
根据本发明的另外的优选的实施方案，组合物还包含肥料或杀虫剂，优选地杀真菌剂、杀昆虫剂、杀线虫药、线虫抑制剂或除草剂。
根据本发明的另外的优选的实施方案，组合物还包含在农业产业中使用的干燥剂。
根据优选的实施方案，将组合物配制成溶液、悬浮液、水溶性浓缩物、可分散的浓缩物、可乳化的浓缩物、乳液、悬浮液、微乳液、凝胶、微胶囊、颗粒、超低容量液剂、可湿性粉末、可粉化粉末，或种子包衣制剂、喷雾和即用型制剂。
根据优选的实施方案，组合物(优选地以上文公开的任何制剂)被施用于土壤和/或叶片，优选地组合物在用水稀释之后施用。
组合物优选地在整个植物周期中，优选地在整个作物周期中被施用一次或者可以被施用多次。
优选地，组合物通过使用加肥灌溉系统被施用。
优选地，组合物在待处理的植物处于如上文定义的次最佳水可用性的条件时被施用，优选地被施用在由植物根占据的区域中和/或被喷洒到叶片上。
在这方面，可行的是，优选地通过使用土壤张力计或任何可用于该范围的另外的仪器来监测土壤含水量。
对土壤含水量的植物生理响应与以下密切相关：植物/作物的种属、物候期(phenological stage)、土壤的类型、环境参数和农业实践。
实际上，可行的是，土壤含水量保持在被视为与植物生长相容的某个限值内，可以避免与植物的干旱胁迫相对应的土壤含水量的临界值。
实施例
组合物的实施例
测试了若干适合本发明的组合物。
一些组合物包含植物衍生的材料和藻类提取物两者。另外的组合物仅包含植物提取物/植物衍生的材料或藻类提取物。藻类意指大型藻类或微藻。
海藻已经被用作大型藻类的实例，特别是泡叶藻和卡帕藻SAP。
已经使用若干植物提取物(植物衍生物)，例如若干类型的甜菜衍生物、玉米衍生物和甘蔗。
一些测试的组合物还包含：N和/或K和/或Mn和/或Zn源；和/或维生素；和/或螯合剂；和/或防腐剂；和/或少量的表面活性剂。
特别地，已经测试了以下组合物：
表I
Figure BDA0002980364920000221
组合物1还包含21.9％w/w的N-K-Mn-Zn源和0.6％w/w的维生素。
将植物提取物/植物衍生的材料和藻类提取物在25℃混合在一起，并且在搅拌条件添加维生素和N、K、Mn和Zn源。维持搅拌条件持续另外的1小时，并且然后组合物被视为准备好待用。
本发明的组合物的实例的基因组研究
本实验的目的是通过使用拟南芥植物作为模型、通过微阵列方法理解由本发明的组合物调节的分子网络。
这种方法被广泛使用，甚至被用于农业中，以在转录组水平(transcriptomiclevel)理解感兴趣的分子/组合物/原材料的效果，并且因此假设可能的作用模式。
在此上下文中，特别地，拟南芥种子在1.7％(v/v)的漂白溶液中灭菌持续7分钟，在过量的无菌水中冲洗6次，并且转移到在6孔板中的2.5ml液体生长培养基(MS半强度溶液(half-strength solution))中。将板在4℃在黑暗中孵育持续2天，并且最后转移至连续光照(90μm光子m-2)，其中在22℃的植物生长室中轻轻涡旋持续4天。通过将配制成溶液/悬浮液的上文公开的本发明的组合物以1ml/L的量添加到孔中来进行处理。水已经被添加到对照孔中。在从处理起24小时之后收集用于微阵列实验的对照样品和处理过的样品。
来自收集的样品的RNA使用RNeasy植物迷你试剂盒(RNeasy Plant Mini Kit)(Qiagen)提取。随后，根据制造商的说明进行DNA酶处理(Agilent,Santa Clara)。使用NanoChip 2100BioAnalyzer(Agilent)评估RNA的品质、浓度和纯度。
杂交、洗涤、染色和扫描程序根据Agilent技术手册进行。微阵列分析使用拟南芥基因表达微阵列4x44 K(Agilent)、使用双色基于微阵列的基因表达分析(快速扩增标记)(two-color Microarray-Based Gene Expression Analysis(Quick Amp Labeling))进行。随后，使用Agilent特征提取软件(Agilent Feature Extraction software)(12.0版)提取原始基因表达数据，然后是通过软件GeneSpring GX(Agilent)的数据分析。通过选择在处理和对照之间示出倍数变化≥5的基因来过滤差异性表达的基因(DEG，调节的P值0.01)。
微阵列结果示出，本发明的组合物对拟南芥的转录组具有一致的效果，事实上，它诱导359个基因并且阻抑339个转录物。观察差异性表达的基因的作用并且集中于上调的差异性表达的基因，已经鉴定出受测试的组合物调节的以下主要过程：
1)根发育：如图1中所报告的，测试的组合物调节在直接参与根发育的特定生物过程(诸如根毛发育、根伸长、分化和形态发生)中涉及的若干基因。
2)光合作用：特别是属于GO组的基因GO:0015979(光合作用)、GO:0009765(光合作用，光收获)、GO:0009522(光系统1)、GO:0009523(光系统2)、GO:0009535(叶绿体类囊体膜)、GO:0016168(叶绿素结合)。此外，参与香叶基香叶基二磷酸酯(geranylgeranyldiphosphate)(GGPP)生物合成过程的基因(GO:0033386)。
3)脱水蛋白(Dehydrin)和脱水早期响应基因(ERD)基因(GO:0009414；GO:0009415)-这些基因增加水结合能力，为其他蛋白质和大分子提供稳定性，并且取决于水的存在、不存在和浓度而驱动细胞活性的快速变化。
总之，对拟南芥植物模型的转录组研究揭示了测试的组合物调节参与上文列出的 过程的基因的能力，这些过程与植物水利用效率的提高直接或间接地严格相关。
本发明的组合物的实例的表型组学研究(Phenomic investigation)
本实验的目的是通过使用数字图像分析在表型组水平上理解测试的组合物对作物的直接影响。
基于检测形态测定和生理参数的多光谱、高通量图像分析，表型组学方法允许研究植物生理学和组合物对测试的植物的生长、性能和含水量的影响。来自植物的冠、茎和叶的反射光或再发射光的这样的多光谱分析(红外光、可见光和紫外光)提供了关于植物的营养、水文和生理病理状态以及植物吸收光的能力的信息。作为高通量的方法，本实验已经被设置为在不同的气候条件用不同的组合物来测定若干种作物。
此处报告了相关经济作物的两个实例所涉及的结果，即番茄和葡萄。如上文所提及的，若干另外的作物已经在田间被测试，特别是：玉米、大豆、新鲜番茄、加工番茄(processing tomato)、胡椒、马铃薯、洋葱、葡萄、橄榄和核果。
在此上下文中，实验在意大利南部ALSIA-Metapontum Agrobios研究中心的植物表型组学平台(Plant Phenomics Platform)(LemnaTec-Scanalyzer3D系统)在温室条件进行。
测试的组合物已经在开花前的阶段期间被施用于生长在16cm直径-1.5L的罐中的番茄植物(cv.Ikram)。在表II中描述了在表型平台(Phenomic Platform)(Alsia研究中心)进行的表型测试的方案。
表II
Figure BDA0002980364920000251
UTC(100％水)表示根据标准方案灌溉植物的未处理的对照。UTC(70％水)表示用与充分浇水的UTC(100％水)相比，对应于70％的、减少的水量来灌溉植物的未处理的对照。测试的组合物(70％水)表示以下的实验条件：其中用上文报告的测试的组合物处理番茄植物(以20L/ha的量的3次施用。时间选择：每7天-10天一次施用)，并且用与充分浇水的UTC(100％水)主题相比70％的水量灌溉。特别地，在这种情况下，结果涉及组合物1和组合物3。
相同的方案适用于营养阶段期间的葡萄植物，尽管在这种情况下，测试的组合物以10L/ha被施用，以还验证其在低剂量的效力。
使用LemnaTec-Scanalyzer 3D系统进行表型组学分析。通过使用可见光(RGB)用于数字生物体积和绿色指数计算、使用近红外以测量“湿润指数”以及使用UV(紫外)光以评估胁迫指数来进行分析。
成像分析的结果表明，测试的组合物的施用对植物表型组施加一致的影响。
特别地，观察到以下结果：
1)绿色指数的增加-绿色指数的增加通常与提高的光合活性(Thomas和Smart1993)以及随之而来的对生物质积累的另外的益处有关。值得记住的是，此观察结果与之前公开的光合基因的表达激活是一致的。在实验期间，植物的图像在可见光照射下从三个正交的视角捕获，角度是从上方以及两个从侧面(0°和90°)。然后，所得到的图像通过根据像素的颜色对像素进行分类来分析。颜色类别代表不同的以下植物健康状况：深绿色为非常健康的组织，绿色为标准健康的组织，黄色为褪绿病的组织，并且棕色为坏死的组织。用RGB传感器采集的图像以HSI转换，并且然后计算色调直方图。每幅图像的相对较绿色的区域(relative greener area)(GGA)被计算为在从黄绿色到蓝绿色的色调范围内包括的直方图类别的频率的总和(色调角在从80°至180°的范围内—根据Casadesús等人,2007)。
2)数字生物体积和相关叶片面积/鲜重的增加-Eberius和Lima-Guerra已经在2009年提出了以下公式，以通过成像分析技术来估算植物生物体积：
Σ像素侧视图0°+Σ像素侧视图90°+log10(Σ像素俯视图/3)
从所有侧面(在这种情况下是两个侧视图图像，0°和90°)和俯视图图像得出植物像素面积(plant pixel area)，这些像素数据被用于估算植物的生物体积，并且作为通用“k单位”报告。
结果示出，测试的组合物增加数字生物体积，尤其是从处理之后5天开始(图3A)。特别地，在这种情况下，在图3-图7中报告的结果涉及作为最佳实例提供的组合物1和组合物3。
在实验结束时，还测量叶片面积(cm2)，并且收集番茄植物以便评估鲜重(g)。这些分析证实了使用表型组学观察到的情况，强调了施用测试的组合物的积极效果(图3B)。
3)湿润指数(含水量)的增加-与分子观察结果一致，从处理之后5天开始，湿润指数—其意指番茄植物的含水量—在用测试的组合物处理的植物中较高(图4)。来自在NIR室中产生的灰度图像的像素根据它们的强度被分成等距的类别(equidistant class)。组水平指示NIR光的吸光度，该吸光度与植物组织中水的量直接相关。在这个实验中，仅从105至255的值被考虑，并且被分为10个类别。高含水量指数通过将前三个类别(最高含水量的类别)的相对面积相加来计算，并且作为总面积的分数(fraction)报告。
总之，对番茄植物的选择性农艺学评估(叶片面积和鲜重)的表型组学研究结果揭示了测试的组合物增加以下参数的能力：
i)“绿色指数”，其与光合作用的改善严格相关，并且与先前关于光合作用基因的分子指示一致；
ii)植物生物体积/生物质，以及
iii)“湿润指数”，用于评价水利用效率的非常重要的参数，并且与先前描述的脱水蛋白和ERD基因的诱导一致。
另外的生理参数
在水减少条件的气孔导度平衡
考虑到10L/ha和20L/ha(番茄)以及10L/ha(葡萄)的量，对番茄和葡萄植物进行了特定的生理分析。
第一目标是证明测试的组合物在非胁迫条件、特别是在非干旱条件被施用。以这种方式，观察到的最终积极效果可以归因于提高的水利用效率，而不是对干旱的提高的耐受性。已知，干旱胁迫发生在低于0.15mol H2O m-2s-1的气孔导度值。有趣地，在随附的测试中，条件总是高于该值，证明测试在非胁迫/非干旱条件进行。
测试的组合物在番茄中以10L/ha和20L/ha使用，并且在葡萄中以10L/ha使用。对番茄的组合物施用的效果是在从施用开始的前4天期间与UTC 70％相比增加的/平衡的气孔导度(图5A)。在周期期间使用测试的组合物，也在葡萄中持续20天证实了气孔导度的平衡(图5B；箭头表示组合物施用的日期)。
光合作用的增加
非常有趣地，在从施用开始第一周期间，与UTC 70％相比，由测试的组合物诱导的平衡的气孔关闭与番茄和葡萄两者中增加的光合作用水平相关。这再次与分子研究和表型组学研究一致，并且解释了在施用制剂之后观察到的生物质的增加(图6A和图6B)。
提高的水生产率(生物体积/使用的H2O)
通过将测量的数字生物体积除以所使用的水，证实了从处理之后5天开始，该组合物在提高水生产率方面是明显有效的(图7)。
田间试验
甜橙
一般信息和实验设计。
田间试验在Messinia地区的Terpsithea(希腊)在该区域在品种和栽培实践方面有代表性的农场中对甜橙树(甜橙(Citrus Sinensis))品种Lanelate进行，该Messinia地区特别地是专门用于柑桔作物的地区。该果园于2011年种植，其中种植密度为555株植物/ha，行距为6米，并且在行中株距为3米。该果园经由滴灌管线(drip line)灌溉，其中滴头靠近植物放置。实验设计为具有四次重复的RCB(随机化的完全区组)；地块尺寸为6mx 12m，每个地块包括四棵树。
在该试验中，在“UTC 100％”区域的每次灌溉循环中供应的水量通过测量ET0(参考蒸发蒸腾(reference evapotranspiration))的蒸发器计算。最终水体积为ETp＝ET0 xKc，其中Kc是作物系数(根据物候期为0-1)。
在水减少的地块中，施用平均减少31.6％的灌溉水体积，其以每次灌溉循环时的ETp作为参考计算。
在整个试验期间，已经使用土壤张力计，以便连续地监测土壤含水量以及确保在减少水的地块中，土壤含水量从未达到被认为对作物是临界的值(kPa)(枯萎点—干旱条件)。
对于表IV的主题3和主题4，在作物周期中对水胁迫最敏感的时期期间(从7月至9月)，经由滴灌系统施用组合物4次。
对于样品3和样品4，分别以5L/ha和10L/ha的剂量施用要求保护的组合物，该组合物每次施用溶解在等于约10.000L/ha的水体积中。
在整个试验过程中出现的总体天气条件关于降雨量和空气湿度低于该时期正常的降雨量和空气湿度，伴随高于通常的气温。
在收获时，单独地测量每株植物的产量。
使用ANOVA技术分析数据。在这意味着统计上的显著差异的情况下，这之后是学生-Newman-Keuls检验(Student-Newman-Keuls test)，用于在95％的置信水平上的显著差异。在两个平均值共享相同的字母符号时，它们不是显著不同的。
田间试验中的灌溉管理
根据公式ETp＝ET0 x Kc(其中ETp是潜在的蒸发蒸腾，ET0是由蒸发器返回的值，并且Kc是作物系数)，使用蒸发器计算由于蒸发蒸腾过程而在果园中损失的水，其从而包括从土壤蒸发的水和由作物通过植物蒸腾而损失的水两者。
在作物周期期间，进行了五轮灌溉。在每轮中，供应给作物的灌溉水的量对应于样品1中的ETp，平衡了由于蒸发蒸腾过程而损失的全部水的量；并且对应于另一主题中的ETp的约70％—从而导致约-30％的灌溉水减少—如表III所示。
表III试验中灌溉水管理的细节。
Figure BDA0002980364920000291
Figure BDA0002980364920000301
在整个作物周期期间，已经在主题1和主题2中放置具有数据记录器功能的土壤张力计，以便保持连续地监测的土壤含水量，确保在减少水的地块中，土壤含水量从未达到被认为对作物是临界的值(kPa)(如此高以至于达到枯萎点/干旱条件)。约-60kPa的土壤水势的值被认为是在植物开始感受到干旱胁迫之前的限值。
下表IV总结了产量结果，并且示出了供应给作物的灌溉水的量以及在产量和供应的灌溉水之间的比率
表IV
Figure BDA0002980364920000302
数据表明，在收获时，在主题2(UTC，减少的水)的地块中以克/株表示的产量低于主题1(UTC“充分浇水的”)，并且在实验中是最低的。
与主题2相比，用测试的组合物处理的地块在两种量下都示出显著的产量增加，这示出测试的组合物在减少的供水条件在提高作物产量方面的效果。特别地，主题4(在最高的量的测试的组合物)示出了甚至比充分浇水的UTC更高的产量。产量结果在统计上彼此不同。
温室甜椒
一般信息和实验设计。
对在Vicar(Almeria,西班牙)的塑料温室下生长的甜椒(sweet pepper)(辣椒(Capsicum annuum))品种1024RZ进行田间试验。主持试验的农场的作物管理和生长系统与该地区的普通农业实践一致。
植物行距为1m，并且在行中的株距为0.5m，种植密度为20.000株植物/ha。实验设计是具有四次重复的RCB(随机化的完全区组)，地块大小大到每个地块包括四棵植物。
由于声称的对水和营养管理的影响，在试验方案中包含用于此目的的商业产品即
Figure BDA0002980364920000311
作为参照。
对于主题3和主题4，分别以5L/ha和10L/ha的剂量，在作物周期期间使用与电动泵连接的喷嘴(injector)施用测试的组合物四次，该测试的组合物每次施用溶解在等于约10.000L/ha的水体积中。试验持续约三个月，并且在收获时分别测量每个地块的产量。使用软件Statistica中的ANOVA技术分析数据。在这意味着统计上的显著差异的情况下，这之后是Fisher LSD测试，用于在95％的置信水平上的显著差异。在两个平均值共享相同的字母符号的情况下，它们不是显著不同的。
田间试验中的灌溉管理
为了测试在最佳灌溉水供应的条件施用时测试的组合物的性能(避免过量的水以及向作物的过低水体积供应)，在实验感兴趣的区域中建立单独的加肥灌溉系统，该加肥灌溉系统允许独立于农民的灌溉管理，无论如何保持与田地的其余部分相同的营养投入水平。
在整个试验期间，土壤张力计已经被用于连续地监测土壤含水量，这确保在最佳供水地块(主题2至主题5)中，土壤水势始终保持在作物通常可接受的值的范围内(-10kPa/-20kPa)，避免达到临界值。
主题1(未处理的)接受与农场标准(farmstandard)相同量的灌溉水，并且也用土壤张力计监测。
下表V总结了产量结果，并且示出了供应给作物的灌溉水的量。
表V：
Figure BDA0002980364920000321
用作对比物的产品是INTEGRATE 20，它是农业土壤表面活性剂。在试验结束时，发现与“最佳水”地块相比，农场标准接受约+7％的灌溉水体积。这导致与充分浇水的UTC相比，水减少的UTC的产量下降(从4050克/m2下降至3480克/m2)。在另一方面，在使用测试的组合物的两个主题中，记录了高于UTC的产量(对于5L/ha和10L/ha的测试的组合物分别为4460克/m2和4660克/m2)，达到甚至高于充分浇水的UTC的值。
商业产品能够提高产量，但是以比测试的组合物低的水平(4060克/m2)。
温室番茄
一般信息和实验设计
田间试验在Santa Croce Camerina(Ragusa,意大利)的塑料温室内生长的新鲜番茄(tomato)(番茄(Solanum Lycopersicum))品种Creativo上实现。主持试验的农场的作物管理和生长系统与大多数普通的农业实践一致。
植物的行距为一米，并且在行中的株距为0.33m，种植密度为30.300株植物/ha。实验设计为具有四次重复的RCB(随机化的完全区组)，地块大小大到每个地块包括六棵植物。
三种不同的商业产品—Integrate、H2Flo和Transformer—被包括在试验方案中作为参照。
测试的组合物在作物周期的果实形成阶段期间被施用四次。除了处理所有样品的第一个施用日期之外，商业产品在官方技术表(official technical sheet)中由生产商建议的时间施用，因此并非在所有情况下都与测试的组合物的施用日期一致。
对于样品3和样品4，分别以5L/ha和10L/ha的剂量，使用与电动泵连接的喷嘴施用测试的组合物，该测试的组合物每次施用溶解在等于约10.000L/ha的水体积中。试验持续约两个月，并且在收获时分别测量每个地块的产量。使用软件Statistica中的ANOVA技术分析数据，并且当发现统计上的显著差异时，遵循Fisher LSD测试，用于在95％的置信水平上的显著差异。在两个平均值共享相同的字母符号时，意味着它们不是显著不同的。
田间试验中的灌溉管理
为了测试在减少的灌溉水供应的条件施用时测试的组合物的性能，通过与主题2-主题7中的农场灌溉管理相比减少25％的水体积，在实验感兴趣的区域中对农场灌溉系统进行修改。对于水减少的地块确保了与田地的其余部分相同的肥料投入水平。
在整个试验期间，土壤张力计已经被用于连续地监测土壤含水量，这确保在水减少的地块(主题2至主题5)中，土壤水势从未达到作物的临界值(其通常低于-20kPa)。
为了测量供应给作物的灌溉水的量，在主题1和主题2中的参照地块中安装水流量计(water flow meter)，并且然后计算L/m2的值(如表VI中报告的)。
主题1(未处理的)接受与农场标准相同量的灌溉水，并且也用土壤张力计和水流量计监测。
表VI总结了产量结果，并且其示出了供应给作物的灌溉水的量。
Figure BDA0002980364920000341
在试验结束时，发现与主题1相比，水减少的地块接受-25％的灌溉水体积(42.2L/m2相对于56.3L/m2)。这导致与充分浇水的UTC相比，水减少的UTC的产量下降(从6690克/m2下降至5770克/m2)。
在使用的测试的组合物的两个主题中，记录了比UTC更高的产量(对于分别以5L/ ha和10L/ha的测试的组合物分别为6440克/m2和6550克/m2)，示出组合物在提高作物产量 方面相关的效力。
测试的三种商业产品也能够提高产量，但是它们全部以比测试的组合物低的水平 (分别为6280克/m2、5999克/m2和6220克/m2)。

Claims (15)

1.用于提高植物和/或农业水管理中的水利用效率和/或水生产率的方法，包括以下步骤：
(iii)具有待处理的或需要处理的植物，以及
(iv)用有效量的包含至少一种藻类提取物和/或至少一种植物提取物的组合物供养所述植物，优选地通过土壤供养所述植物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述待处理的或需要处理的植物处于非干旱条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述非干旱条件对应于：
1)高于0.15mol H2O m-2s-1的叶片气孔导度水平的值，其优选地通过气孔计/Licor气体交换系统或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量，和/或
2)在-10kPa和-60kPa之间、优选地在-10kPa和-40kPa之间的范围内的土壤含水量的值，其中所述土壤含水量优选地通过使用张力计或用于此目的的技术人员已知的任何另外的仪器来测量。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述至少一种植物提取物以多达60％的浓度，优选地以在5％和50％之间，更优选地在10％和45％之间，还更优选地在30％和45％之间，还更优选地约40％-45％的范围内的浓度存在于所述组合物中，所述浓度是w/w。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述至少一种藻类提取物以多达60％的浓度，优选地以在3％和58％之间，更优选地在5％和45％之间，还更优选地在20％和45％之间，还更优选地约27％-30％的范围内的浓度存在于所述组合物中，所述浓度是w/w。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述组合物包含多达40％、优选地多达30％的浓度的至少一种藻类提取物和多达60％、优选地多达45％-50％的浓度的至少一种植物提取物。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述藻类包括大型藻类和/或微藻，优选地所述大型藻类是海藻，更优选地红色海藻、褐色海藻或绿色海藻，其中所述褐色海藻优选地选自：泡叶藻(Ascophyllum nodosum)、极大昆布(Ecklonia maxima)、海带(Laminariasaccharina)、掌状海带(Laminaria digitata)、螺旋墨角藻(Fucus spiralis)、齿缘墨角藻(Fucus serratus)、墨角藻(F.vesiculosus)、巨藻属的种(Macrocystis spp.)、沟鹿角菜(Pelvetia canaliculata)、伸长海条藻(Himantalia elongata)、裙带菜(Undariapinnatifida)、马尾藻属的种(Sargassum spp)及其组合；其中所述红色海藻优选地选自：卡帕藻属的种(Kappaphycus spp.)、角叉藻属的种(Chondrus spp.)、掌形藻属的种(Palmaria spp.)、江蓠属的种(Gracilaria spp.)、紫菜属的种(Porphyra spp.)、紫球藻属的种(Porphyridium spp.)、宽果藻属的种(Mastocarpus spp.)、多管藻属的种(Polysiphonia spp.)及其组合；其中所述绿色海藻优选地选自：石莼属的种(Ulva spp.)、蕨藻属的种(Caulerpa spp.)、松藻属的种(Codium spp.)、仙掌藻属的种(Halimeda spp)、伞藻属的种(Acetabularia spp.)、刚毛藻属的种(Cladophora spp.)及其组合；其中所述微藻优选地选自：螺旋藻属(Spirulina)、栅藻属(Scenedesmus)、微拟球藻属(Nannochloropsis)、红球藻属(Haematococcus)、小球藻属(Chlorella)、褐指藻属(Phaeodactylum)、Arthrospyra、扁藻属(Tetraselmis)、等鞭金藻属(Isochrysis)、集胞藻属(Synechocystis)、衣藻属(Chlamydomonas)、Parietochloris、链带藻属(Desmodesmus)、新绿藻属(Neochloris)、杜氏藻属(Dunaliella)、海链藻属(Thalassiosira)、巴夫藻属(Pavlova)、舟形藻属(Navicula)、角毛藻属(Chaetocerous)及其组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述植物提取物是植物衍生的材料，其中所述植物选自：甜菜、甘蔗、苜蓿、玉米、芥属植物、盐生植物、大豆、小麦、丝兰、皂树、啤酒花、咖啡、柑橘、橄榄、羽扇豆、豆科植物、豌豆、扁豆、蘑菇、胡萝卜、苹果、番茄及其组合；其中所述至少一种植物是整个植物或其任何部分，优选地植物的所述部分选自：叶、根、茎、果实、花、种子、幼苗、树皮、浆果、果皮及其组合。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述待处理的或需要处理的植物是任何单子叶物种和双子叶物种，优选地是作物，更优选地选自：加肥灌溉的果树，优选地选自：核果、仁果、橄榄、柑橘、葡萄和小果；优选地选自热带水果；蔬菜物种，其优选地选自：结果蔬菜、叶类蔬菜、块茎和球茎形成物种和观赏植物；以及中耕作物/经济作物，其优选地选自：谷物、糖料作物、蛋白质作物和油料作物、饲料作物、纤维作物和生物质作物。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述组合物还包含：
-常量-微量营养素源，优选地以在1％和30％之间、优选地在15％和25％之间、更优选地约20％-22％w/w的范围内的浓度，其中所述常量-微量营养素源优选地选自：氮源、钾源、锰源、锌源、铁源、铜源及其组合；和/或
-至少一种代谢刺激物质，优选地维生素，优选地以从0.1％至1％的范围内的浓度；和/或
-植物生物刺激素(PBS)；和/或
-微生物，其优选地选自：细菌，更优选地PGPR(植物根际促生细菌)、酵母、真菌和菌根；和/或
-和/或农业相容性载体；和/或
-除草剂、杀线虫药或线虫抑制剂、杀真菌剂、杀昆虫剂；和/或
-干燥剂。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述组合物被配制成溶液、悬浮液、水溶性浓缩物、可分散的浓缩物、可乳化的浓缩物、乳液、悬浮液、微乳液、凝胶、微胶囊、颗粒、超低容量液剂、可湿性粉末、可粉化粉末，或者被配制成用于种子包衣、喷雾和即用型制剂。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中在整个植物周期中，优选地在整个作物周期中，所述组合物优选地于在水中被稀释之后用于一次地或重复地供养植物，其中供养步骤优选地通过土壤和/或通过叶片进行。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法，还包括监测土壤含水量值和/或叶片气孔导度值的监测步骤，所述监测步骤在供养步骤之前和之后进行。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其中当所述土壤含水量和/或水可用性保持在对于作物发育的最佳值或次最佳值，和/或保持在降低的/有限的灌溉水可用性的条件时，只要没有达到干旱条件，优选地当土壤含水量的值优选地在-10kPa和-60kPa之间、更优选地在-10kPa和-40kPa之间的范围内；和/或叶片气孔导度值高于0.15mol H2O m-2s-1时，进行供养步骤，优选地通过土壤进行供养步骤。
15.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中来自植物或来自藻类或来自微藻的所述提取物通过使用包括以下步骤中的一个或更多个的工艺来制备：
(i)提供藻类的样品和/或微藻的样品和/或植物的样品；以及
(ii)使所述样品与包含提取剂的水溶液接触。
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