CN114190189A - 一种能够促进植物生长的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种促进植物生长，促进植物开花过程和提高产量的方法，该方法是将(2‑氯‑4‑吡啶基)甲醇应用于植物，促进不同种类植物的生长。本发明旨在提高土壤或温室中幼苗的生长速度，并且提供了成分组成和使用方法。

Description

一种能够促进植物生长的方法
技术领域
本发明涉及农业生物技术领域，利用分子对接技术设计的(2-氯-4-吡啶基)甲醇能够促进植物生长、开花和提高产量。将(2-氯-4-吡啶基)甲醇应用于植物时，可观察到实验植物有较高的生长速度、开花和产量水平。本发明的成分和使用方法对提高植物生长、开花和产量是有益的。
背景技术
在现代农业中，植物生长素产品作为杀菌剂、除草剂和杀虫剂等使用于植物(Calvo et al.(2014)Plant Soil 383:3-41)。植物生长素作为相对较新的产品被用于增加作物产量和质量，特别是在不利于植物生长和发展的环境条件下(Du(2015)P.Sci.Hort.196:3-14)。生物刺激素的作用是控制和加速植物的生命进程，增加抗逆性并刺激其发育(根和叶)(Calvo etal.(2014)Plant Soil 383:3-41)。生物激素有助于促进种子萌发并诱导产生植物生物活性。生物刺激素类产品对环境也是安全的，有助于可持续、低投入高产出的作物生产(Du(2015)P Sci Hort 196：3-14)。新的生理活性化合物的鉴定及其在功能研究中的应用与植物生物学日益相关(Norambuena et al.(2009)Plant SystemsBiology 9:345-354)。迄今为止，多种生物活性小分子被应用为植物激素、除草剂和生长调节剂。植物科学家们已经开始进一步探索植物激素信号的新型调节剂的化学结构，显示了诸如芸苔素唑和瑟汀诺等小分子的应用潜力(Kaschani and van der Hoorn(2007)Current Opinion in Chemical Biology 11:88-98)。分子对接技术可以更好的研究化合物生物分子相互作用，用于化合物设计和发现，以及在机理研究中通过将一个分子(配体)以非共价的方式置入DNA/蛋白质(受体)的靶特异性区域的优先结合位点，形成潜在疗效和更多特异性的稳定复合物。从对接技术得到的信息可以用来预测配合物的结合能、自由能和稳定性。目前，利用对接技术预测配体-受体复合物的初步结合参数(Guedes et al.(2014)Biophysical Reviews 6:75-87)。分子对接的实际应用需要具有适当PDB格式的目标搜索数据库和作为配体的PDB文件。有很多软件可以用于准备PDB格式的配体，这些软件基于配体与给定靶蛋白/DNA相互作用的能力为其提供组织、小分子与靶分子的分子对接，包括预先定义的在靶特定沟槽中预测配体可能的构象，以建立复合物的优化构象，通过软件的评分功能来进行筛选(Seeliger and Groot BL(2010)JComput Aided Mol Des 24:417-422)。限制农业发展的一个重要问题是增加植物生长和产量的途径不足。因此,仍有必要开发新的化合物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种诱导植物防御的方法，以解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明有助于解决上述影响农业发展的问题，开发能够刺激植物生长、开花和提高产量的有效化合物。本发明提供了(2-氯-4-吡啶基)甲醇施用于植物的方法。本发明的一个实施例中，公开了在植物中的应用方法。作为本发明的实用化，在本发明公开的方法中，化合物(2-氯-4-吡啶基)甲醇的用量为0.05μM-0.10μM。另外，施用频率为每月施于植株1次。本发明还包含其成分，包括化合物(2-氯-4-吡啶基)甲醇和适当的辅料或载体。本发明中所述化合物(2-氯-4-吡啶基)甲醇可配制成悬浮液、溶液、乳剂、粉末、颗粒、乳剂浓缩液、气溶胶、浸渍颗粒、助剂、糊剂或封装剂。所述配方是通过已知的常用方法生产的，例如，将活性组分与扩展剂、表面活性剂、乳化剂和/或分散剂以及适当的载体混合。
目前，利用生化途径促进植物生长是一种非常重要和有效的研究方向。植物生长包括一系列信号识别和响应相关的事件。被激活的植物生长机制是赤霉酸的合成，这些反应是通过激活与赤霉酸途径相关的基因来介导的。本发明用化合物(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理植物后，赤霉酸途径标志基因GA被激活。
可以按照本发明应用的植物包括单子叶植物和双子叶植物。在某些首选实施例中，载体是种子，该成分可应用于种子或涂在种子上或浸泡种子。本发明还提供了一种在种植前的使用方法，可以将多种配方中的任何一种以有效量施用到土壤、部分植物或种子上进行处理。最好的处理方式是叶面喷雾、滴水或通过灌溉，可以更直接的促进植物生长。这些使用方法可以在植物生长期的任何时期内进行。
本发明所得到的植物在幼苗早期就表现出更好的生长状况，而幼苗早期是植物生长的缓慢时期。与未处理对照相比，该植株还表现出明显改善的植株物理特性，如更高的株高、湿重、活力、叶长和叶表面积等，在各生长阶段都要领先于对照植株。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1.设计(2-氯-4-吡啶基)甲醇的方法示意图。
图2.(2-氯-4-吡啶基)甲醇的化学结构。
图3.(2-氯-4-吡啶基)甲醇与植物受体样激酶的相互作用。
图4.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对拟南芥生长基因表达的影响，处理1个月后测定其相对表达。
图5.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对拟南芥生长的影响。
图6.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对烟草生长的影响。
图7.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄生长的影响。
图8.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对拟南芥开花的影响。
图9.(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄产量的影响。
实施例
实施例1：利用对接方法设计植物促生长化合物。对来自不同植物物种的受体类激酶(RLK)、受体类蛋白(RLP)和壁受体类激酶(WRLK)进行了鉴定和分析。此外，使用BLASTp确认WRLK。此外，PrankWeb还被用于配体结合位点预测和保护探索。P2Rank是一种基于机器学习的预测蛋白质结构中配体结合位点的新方法。另一方面，MCULE被用作分子发现平台，此平台通过提供最高质量的化合物数据库和分子建模工具，为制药和生物技术公司提供了独特的解决方案。Mcule的数据库中有超过1亿种可合成的化合物。在此基础上进行了结构筛选、毒性分析和合成，最后测定其生物活性(图1)。通过上述方法分析，(2-氯-4-吡啶基)甲醇(图2)在与不同植物受体蛋白相互作用过程中获得高分(图3)。
实施例2：(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理拟南芥后植物生长基因的激活，用(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理拟南芥一次。20d后采集5株植株的叶片。根据制造商的说明，使用RNeasy试剂盒(Qiagen,Valencia,california)从叶子中提取总RNA，其中包括dna酶处理。根据说明书，使用oligo-dT引物和反转录试剂盒SuperScript III(Invitrogen,Carlsbad,california)合成cDNAs。采用RotorGene 3000PCR仪和QuantiTect SYBR Green PCR试剂盒(Qiagen)进行实时定量PCR。与植物生长相关基因的引物序列见表1。real-time PCR的反应条件为:95℃初始变性15min,95℃变性15s,60℃对准30s,72℃延伸30s,40个循环。使用GraphPad Prism软件公司(La Jolla,CA,USA)对数据进行分析。t检验确定平均值之间的显著差异；P<0.05。设置5个重复。实验重复两次。图4为(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理拟南芥后基因被激活的情况。与对照相比，处理植株中DWF4、LOX2和GAI基因表达显著。该表达与生长途径有关。LOX2基因的表达量高于其他基因。
表1.实验中使用的引物列表。
Figure BDA0003360548080000051
实施例3:(2-氯-4-吡啶基)甲醇对拟南芥生长的促进作用。在光照条件下研究了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对植物生长的影响。(2-氯-4-吡啶基)甲醇，每次30ml。该化合物均匀地分布在每个花盆的表面。拟南芥播种在半升的花盆中，花盆中含有田间土壤介质(10.5cm×12.5厘米锥形直径塑料盆)。每盆种植5株，阴性对照只浇水30mL。在22℃的光照条件下，植物在光照条件下生长20天，光照周期为16小时/8小时。根据温度和生长阶段，均匀地给植物底部浇水。在生长20天后，对不同参数进行评估。使用GraphPad Prism软件公司(LaJolla,CA,USA)对数据进行分析。用t检验确定平均值之间的显著差异；P<0.05。设置5个重复。实验重复两次。图5显示了(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理对拟南芥生长的影响。与对照相比，处理对拟南芥鲜重和叶周直径有较强的影响。
实施例4:(2-氯-4-吡啶基)甲醇促进烟草生长。在光照条件下研究了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对烟草植株生长的影响。(2-氯-4-吡啶基)甲醇，每次30ml。测定(2-氯-4-吡啶基)甲醇对烟草生长的促进作用。使用GraphPad Prism软件公司(La Jolla,CA,USA)对数据进行分析。用t检验确定平均值之间的显著差异；p<0.05。设置5个重复。实验重复两次。图6显示了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对烟草植株的影响。与对照植株相比，对生长参数有重要影响。
实施例5:(2-氯-4-吡啶基)甲醇促进番茄生长。在光照条件下研究了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄生长的影响。每个盆栽重复测定该化合物对番茄生长的促进作用。使用GraphPad Prism软件公司(La Jolla,CA,USA)对数据进行分析。用t检验确定平均值之间的显著差异；p<0.05。每个样品5个重复。实验重复了两次。图7显示了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄植株的影响。与对照植株相比，对生长参数有重要影响。
实施例6：(2-氯-4-吡啶基)甲醇促进拟南芥开花。在光照室内研究了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对植物开花的影响。(2-氯-4-吡啶基)甲醇，每次30ml。均匀浇灌在土壤表面。在22℃的光照条件下，植物在光照室中生长20天，整个试验中光照周期为16小时/8小时。在处理20天后进行开花评价。使用GraphPad Prism软件公司(La Jolla,CA,USA)对数据进行分析。用t检验确定平均值之间的显著差异；P<0.05。设置5个重复。实验重复两次。图8显示了(2-氯-4-吡啶基)甲醇处理对拟南芥开花的影响。与对照相比，不同处理对拟南芥开花的影响较大。
实施例7：(2-氯-4-吡啶基)甲醇提高番茄产量的研究。在光照条件下研究了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄产量的影响。每个盆栽重复测定该化合物提高番茄产量的效果。使用GraphPad Prism软件公司(La Jolla,CA,USA)对数据进行分析。用t检验确定平均值之间的显著差异；P<0.05。设置5个重复。实验重复两次。图9显示了(2-氯-4-吡啶基)甲醇对番茄产量的影响。与对照植株相比，这对产量有重要影响。

Claims (8)

1.一种能够促进植物生长的方法，其特征在于：向植物提供有效量的(2-氯-4-吡啶基)甲醇。
2.权利要求1的方法，其中所述组合物包括0.05μM至0.10μM的(2-氯-4-吡啶基)甲醇。
3.权利要求1的组成，包括化合物(2-氯-4-吡啶基)甲醇和适当的辅料或载体。
4.权利要求1的方法，其中(2-氯-4-吡啶基)甲醇应用于植物每月一次。
5.权利要求1的方法，其中所述植物提供了植物生长促进的次级代谢物途径，激活涉及植物生长的重要基因。
6.权利要求1的方法，其中从植物生物量、植物生长率、开花率、植物产量、根生物量、氮利用率和养分利用率组成的组中选择一个或多个植物生长特征。
7.权利要求1的方法，其中(2-氯-4-吡啶基)甲醇在溶液、可乳化浓缩物、可湿性粉末、悬浮浓缩物、可溶粉末、颗粒、悬浮-乳液浓缩物、浸渍有活性化合物的天然和合成材料中配制。
8.权利要求1的方法，其中的植物是单子叶或双子叶植物。
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