CN1200650A - 提高作物产量的途径 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于提高豆类作物产量所外施甜菜碱的用途。根据本发明,甜菜碱尤施用于恶劣的条件下。本发明也涉及经甜菜碱外施处理的豆类作物,尤其是这类作物的种籽。

Description

提高作物产量的途径
技术领域
本发明涉及用于提高作物产量的甜菜碱的用途。本发明具体涉及用以提高豆类作物(grain legumes)产量的甜菜碱的用途。根据本发明，既可在正常条件下也可在恶劣条件下提高产量，恶劣条件包括诸如干旱，高盐度，低温，潮湿或存在干扰生长的环境污染物。本发明也涉及经甜菜碱处理的豆类作物及所述豆类作物的组成部分(尤其是种籽)，以及由前述所制备的产物。
背景
生长的环境和条件显著影响作物的产量。优化的生长环境和条件通常伴随优质高产。在不良生长条件下，质量和产量随之恶化。
作物的生理性质优选地由培育方法控制，既可为传统的培育方法，也可为诸如基因重组的方法。
迄今，已开发有几种不同的有关培育技术的解决方法，用以改善生长条件并提高作物产量。对本领域的技术人员，在适宜的生长地点选育相应的作物是不言而喻的。在生长期，可通过机械方法保护作物，如各种薄纱或塑料，或是在温室中培育作物。为提高产量，通常使用灌溉，喷灌，作物营养剂和肥料。表面活性剂也常与农药，保护剂和矿物质同时施用。表面活性剂提高了这些物质向作物细胞的渗透，因此提高并增加了上述试剂的效果，同时也降低了其对环境的有害作用。可是，培育技术中各种不同的方法常常是费力和不切实际的，其效果也有限(温室大小有限的，薄纱提供的保护有限，等等)，更由于这些方法在实施时的规模庞大，相应的成本也昂贵得多。目前，尚未见有经济可行的化学解决方法，用以保护作物免受恶劣环境条件的影响。
不同作物对干燥的敏感性不同，但对于作物的产率而言，水的供应比其它任何环境因素更重要。通常使用灌溉足以保证水的供应。可是，灌溉与健康和环境问题密切相关，例如水资源的极度下降，水质的恶化和农用土地的恶化。据实地计算，世界上约一半的人为灌溉土地受涝害和盐化的侵害。这一的问题的严重性及其涉及的范围具体体现在，世界上有255,000,000公顷灌溉土地，它们占全世界水消耗的70％。仅在美国，主要在18个西部州地区和该国的东南部就有超过20,000,000公顷的灌溉地。这些地区仅用于灌溉的水耗量就占全部水消耗的83％。另应注意的是，灌溉水的用量逐年增加，尤其在工业国家。除此而外，灌溉的另一缺点是成本高。
另一个严重的恶劣因素是土壤的盐度。能用不同的方法定义土壤的盐度；根据通常的定义，如土壤中可溶盐分的含量达到足以干扰所培育作物中几种作物种类的生长和产量时，则日土壤已盐化。最常见的盐是氯化钠，但与盐水的来源和盐的溶解性有关，其它盐也以不同的组合方式存在。
对于生长在盐化土壤中的作物，从有负渗透压的土壤获得足够的水是困难的。高浓度的钠和氯离子对作物是有害的。另一问题是矿物的缺乏，这出现在钠离子与所需钾离子竞争的场合，然而，对于细胞生长，需要渗透调节和pH稳定。此问题尤其当钙离子浓度低时会出现。
作物的产出能力及其对土壤盐度的敏感性也与作物种类有关。盐生作物需相对高的氯化钠含量以保证最优生长，而甜土作物对盐的耐受性低，甚或在盐浓度已较低时其生长也受显著抑制。对同一培育作物种类，不同的培育品种之间甚至也有大的差异。同一作物种类或同种培育品种对盐的耐受性也随诸如生长阶段有变化。在低的或中等盐度时，甜土作物的较慢生长并不以特殊征侯的形式(如萎黄病)显现，但表现出作物生长迟缓，叶的颜色较正常为黑。而且，叶的总面积下降，二氧化碳同化作用降低，且蛋白质合成受到抑制。
一定的程度上，作物能适应恶劣的条件。这种能力与作物种类密切相关。由于前述恶劣条件，某些作物开始产生一种称脱落酸(ABA)的生长激素，借以封闭作物的气孔，因而减小恶劣条件的伤害。可是，ABA对作物的产出能力也有不利副作用。ABA引起例如叶，花和不成熟果实坠落并抑制新叶子的形成，这自然导致产量的下降。
业已发现，恶劣的条件尤其是水的缺乏还会导致某些酶活性的严重下降，如硝酸盐还原酶和苯丙氨酸解氨酶。另一方面，α-淀粉酶和核糖核酸酶活性增加。至今未见有基于这些发现保护作物的化学解决方法。
另外也发现，在恶劣的条件下，某些含氮化合物和氨基酸(如脯氨酸和甜菜碱)在某些作物的生长区域积存。先有技术的文献讨论了这些累积物的功能和意义。一方面认为，这些产物是恶劣条件的副产物，因此对细胞有害；另一方面推测，它们可保护细胞(Wyn Jones R.G.和Storey R著.作物抗旱生理学及生物化学[The Physiology and Biochemistry of DroughtResistance in Plants]，Paleg L.G.和Aspinall D编辑，学术出版社[Academic Press]，Sydney，Australia，1981)。
Zhao等(作物生理学杂志[J.Plant Physiol]，1992年，卷140，页541～543)描述了甜菜碱对苜蓿细胞膜的影响。用0.2M的甘氨酸甜菜碱喷洒苜蓿种苗，之后从基底中连根拔除种苗，洗去土壤并暴露于温度-10℃～-2℃下1小时。然后解冻种苗并在潮湿沙地上种植一星期，其间，存活作物的再生长明显。甘氨酸甜菜碱明显地改善苜蓿的寒冷稳定性。在-6℃的冷处理效果尤其明显。所有在-6℃冷处理一小时的对照样均死亡，而用甘氨酸甜菜碱处理的种苗却有67％存活。
Itai和Paleg(作物科学通讯[Plant Science Letters]，1982年，卷25，页329～335)描述了脯氨酸和甜菜碱对水缺乏的大麦和黄瓜恢复的效果。作物生长在经冲洗的沙地中，为了造成水缺乏，连续四天在营养液中加聚乙二醇(PEG，4000mol重量)，之后让作物在收割之前恢复四天。在水缺乏的第一天或第三天，或是紧接收割之前，向作物的叶子喷洒脯氨酸和/或甜菜碱(25mM，pH6.2)。据对大麦的观察，在缺乏之前或之后提供甜菜碱未见效果，而在缺乏结束时所加的甜菜碱却有效；脯氨酸无效。对黄瓜，未见明显的促进效果；相反，发现甜菜碱和脯氨酸均有不利作用。
可见，旨在区分甜菜碱和脯氨酸对作物效果的实验产生了相反的结果，故此，相应的结果没有商用价值。
发明简述
本发明的目的是寻求一种部分代替灌溉的方法，与此同时，保证产品的质量和产量。本发明的另一目的是，寻求在其它恶劣条件(如常与干燥相关的高盐，低温等)下也可保护作物的方法。而且，进一步的目标是，找到在正常条件下不使用会消耗环境资源或危害环境的方法但可增加产量的方法。
依照本发明，业已证实，通过外施甜菜碱可大幅提高豆类作物的产量。已发现，甜菜碱在正常和恶劣的条件下对提高产量均有效，并且，没有如ABA副作用那样的有害效果。施用甜菜碱有可能大幅降低对诸如人工灌溉的需求，从而保护环境并显著降低成本。本发明优点还在于，施用甜菜碱后使得作物抗营养浓度降低。这方面的一个明显事例是，羽扇豆经甜菜碱处理后，生物碱含量降低至正常水平的约1/2。
故此，本发明涉及可提高豆类作物产量的甜菜碱用途。本发明具体涉及提高豆类作物种籽产量的甜菜碱外施用途。
根据本发明，在正常和恶劣的条件下，外施甜菜碱以提高豆类作物的产量。
本发明也涉及用以降低豆类作物抗营养剂含量的甜菜碱的外施用途，尤其是在降低羽扇豆中生物碱含量的场合。
本发明进而涉及经甜菜碱外施处理的豆类作物及所述豆类作物的组成部分(尤其是种籽)，以及所述物质在诸如食品及动物饲料工业中的用途。
本发明还涉及提高豆类作物产量的方法，在该法中，甜菜碱外施于生长中的豆类作物。
本发明也涉及降低豆类作物抗营养剂含量的方法，在该法中，甜菜碱外施于生长中的豆类作物。本发明具体涉及降低羽扇豆中生物碱含量的方法，在该法中，甜菜碱外施于生长中的羽扇豆。
甜菜碱分单剂或数剂施用于作物上。施用能通过例如喷洒完成，并且在必要时，与其它喷洒(如农药)一同进行。根据本发明施用的甜菜碱输运至作物细胞，并于细胞处积极地调节细胞的渗透平衡，也参与其它的细胞代谢过程。用甜菜碱处理的细胞即或当遭受外部的恶劣因素时也更具活力。
根据本发明，经甜菜碱处理在经济上是有利的，并且增加的产量也具有经济效益。由于处理可与其它喷施一起完成，它不会明显增加工作量，并且不需要在机械，设备或空间方面进行新的投资。另外值得注意的是，甜菜碱为无毒的天然产品，对产品的质量无不利影响。甜菜碱也是存留在作物细胞中的稳定物质，因此有长期的效果。
发明详述
甜菜碱指完全N-甲基化的氨基酸。甜菜碱是在作物和动物的代谢中有重要功能的天然产物。最普通的甜菜碱之一是甘氨酸衍生物，其中的三个甲基与甘氨酸分子的氮原子连接。这种甜菜碱化合物通常叫甜菜碱、甘氨酸甜菜碱或三甲基甘氨酸，其结构式如下所示：
Figure A9519797400081
举例而言，其它甜菜碱包括丙氨酸甜菜碱和脯氨酸甜菜碱，有报道，该两碱可预防诸如鸡的脱键病。在Wyn Jones R.G.和Storey R所著《作物抗旱生理学及生物化学[The Physiology and Biochemistry of DroughtResistance in Plants]》(Paleg L.G.和Aspinall D编辑，学术出版社[Academic Press]，Sydney，Australia，1981)一书中有甜菜碱的详细介绍，该出版物此处也一并引入作为参照。
甜菜碱有一个两极结构且含几个可在酶催化反应中供出的具化学活性的甲基。大多数有机体能合成少量甜菜碱，用于例如甲基功能，但这并不能显著增加甜菜碱的生成量和贮存量，以抗御恶劣的外界条件。甜菜碱积存的最为习知的有机体包括Chenopodiaceae族作物(例如糖甜菜)，某些微生物以及海洋无脊椎动物。在这些有机体中，甜菜碱积存的主要原因可能是甜菜碱起渗透质的作用，因而保护细胞免受渗透压力的影响。当条件需要时，例如在高盐或干燥时，这些作物和微生物中的甜菜碱主要功能之一是增加细胞的渗透能力，防止水分损失。与许多盐不同，甜菜碱与酶高度相容，因此细胞和细胞的细胞器中的甜菜碱的含量可以高，但不对代谢有任何有害作用。另外也发现，甜菜碱对大分子的运动有稳定作用；它改善酶和细胞膜的热阻以及对离子的耐受性。
甜菜碱能从例如糖甜菜中用色谱法提取。甜菜碱可为Cultor Oy，Finnsugar Bioproducts的市售产品，后者系无水晶态甜菜碱。其它甜菜碱产物包括诸如甜菜碱一水化物，甜菜碱盐酸盐和粗甜菜碱液，均可得自市售并用于本发明的目的。
根据本发明，外施甜菜碱以提高豆类作物(如大豆，faba bean，绿豆及其它豆，豌豆，羽扇豆等)的产量。根据本发明，在正常和恶劣的条件下，外施甜菜碱以提高豆类作物的产量，即或培育的作物遭受周期性或连续的外部恶劣条件时，甜菜碱也是有效用的。例如，这样的外部恶劣因素包括干燥，高温，高土壤盐度，空气污染(如臭氧，氮氧化物，二氧化硫及硫酸或日酸雨)，环境毒物，除草剂，杀虫剂等。例如，外施甜菜碱处理遭受恶劣条件的作物，可提高作物对条件的适应性并使其生长潜势持续更长，因而提高作物的产出能力。甜菜碱是存留在作物细胞中的稳定物质。故此，甜菜碱的有益作用是长效的且只因作物生长所致稀释而逐渐减少。
虽然本说明和权利要求使用术语“甜菜碱”，但显而易见，必要时可根据本发明采用几个不同的甜菜碱。还应注意的是，此处所言甜菜碱为通用名词，包括各种公知的甜菜碱。
甜菜碱分单剂或数剂施用于作物，单剂施用为优选。施用量根据豆类作物种类及培育品种，以及生长阶段和条件确定。举例而言，有效用量为每公顷约0.2～20kg甜菜碱，相应地，优选用量约每公顷2～6kg甜菜碱。此处给出的量仅是建议性的；因此，本发明的范围包括此处所述工作方式下有效的所有用量。
甜菜碱的施用可采用任何适合本发明目的的方法。甜菜碱可与其它作物保护剂—杀虫剂或养分，如杀菌剂和尿素或微量养分—分别或一道施用。举例而言，甜菜碱易于通过喷雾施用。优选方法是向叶喷施甜菜碱及其它可能的试剂，这较根部施用方法的响应更为迅速。然而，有关该法也存在若干问题，如外皮较厚的叶的渗透浓度低，憎水表面的干涸，雨水的冲刷，溶液的快速干燥，以及叶的损害。如必要，也可采用其它方法施用甜菜碱。
根据本发明，优选使用甜菜碱的水溶液。
根据本发明，处理的时间可改变。如果以单剂施用甜菜碱，处理通常在生长早期完成，例如对于约5至20cm的作物或当枝叶初发之时。如以数剂施用，新一次喷雾优选在开花早期或在气象预报有恶劣气侯时进行。
根据本发明施用甜菜碱处理后，大大地提高了作物的产出，例如作物的数量和质量。根据本发明进行处理也可减少对人工灌溉的需求。根据本发明的处理经济合理，并且产出的增加具有经济效益。举例而言，本发明表明，用适宜的甜菜碱剂量例如，约6kg/ha处理后羽扇豆的产量增加28％以上。还值得注意是，产量大幅提高后，质量并无劣化。相反，本发明表明，作物中抗营养剂的含量，如羽扇豆中生物碱含量，却因依照本发明施用甜菜碱而显著降低。
高浓生物碱对动物细胞有毒害作用，故对羽扇豆应用而言，低生物碱含量为判别其质量的一个重要的指标。用于饲料填加剂时，质量要求之一是羽扇豆中生物碱含量低于0.02％。近来一个普遍的趋势是，通过选择生物碱含量低的品种以尽可能降低生物碱含量水平。然而，因生物碱含量高的羽扇豆品种其产量也高，故人们并未看重这种方法。在羽扇豆处理过程中去除或降低生物碱含量也已被采用，但这无疑会增加处理步骤和成本。
羽扇豆的优点在于其蛋白、氨基酸及能含量高，故羽扇豆产品多用作饲料或以其它形式作为动物的食物。在这些应用场合，生物碱含量的上限是0.04％。然而，即使生物碱含量低也会败坏味觉，故动物不愿进食含生物碱的饲料或食物。因此，在羽扇豆用作动物的饲料或食物的场合，其用途有限。另外也公知，在恶劣条件下羽扇豆中生物碱含量也增高。
因而，依照本发明施用甜菜碱处理后使羽扇豆生物碱含量降低也是非常有意义的，特别当注意到甜菜碱对提高作物抗恶劣条件能力的有益作用时，意义更为显明。
根据本发明，既可在正常条件下也可在恶劣条件下提高豆类作物的产量，恶劣条件除包括干旱外，还包括诸如与干旱有关的高盐度，高温，等等。而且，本发明也可使豆类作物生长在先前认为是不适于栽培的土壤上。
本发明将在下面的实施例中进一步详加描述。实施例仅供例示本发明，它们在任何情况下不应视作是限制本发明的范围。
实施例1施用甜菜碱对羽扇豆产量的影响
在Murdoch大学(Perth，Australia)考察了施用甜菜碱对羽扇豆产量的影响。试验在实地条件下进行，时间是1994年冬季，其时较正常更为寒冷且多雨，但的确存在水缺乏的情形。
试验以分块设计方式进行，每块为8m2。各块又分为四个子块，分别以不同浓度的甜菜碱处理。所用甜菜碱的浓度为：0(供对照)，2，4和6kg/ha。土壤为沙质(98％沙，1％淤沙，1％粘土)，内中氮、磷及钾的含量低，且水和养分的保有性能差。灌溉量正常。培育品种为Gungurru。结果示于表1。
               表1施用甜菜碱对羽扇豆产量的影响
    甜菜碱浓度(kg/ha)     甜菜碱种籽产量
    kg 较对照增加(％)
    0(供对照)246     0.9790.9921.0481.253     100101107128
以上结果表明，所进行的所有试验的产量均超过对照样的产量。甜菜碱施用量为4或6kg/ha时，效果最佳。
实施例2干燥条件下施用甜菜碱对羽扇豆产量的影响
重复实施例1所述试验，考察了水缺乏条件下施用甜菜碱对羽扇豆生长的影响，但灌溉量较优化用量减少50％。结果如表2所示。
           表2水缺乏条件下施用甜菜碱对羽扇豆产量的影响
    甜菜碱浓度(kg/ha)     羽扇豆种籽产量
    kg 较对照增加(％)
    0(供对照)246     0.8560.9380.9121.031     100110107120
显而易见，本试验中的产量也超过对照样的产量。还可见，施用较高甘氨酸甜菜碱浓度但灌溉量低(50％)，效果却与实施例1中优化灌溉下较低甜菜碱浓度(2至4kg/ha)、优化灌溉下相当。这也表明，降低灌溉但在同时施用较大量甜菜碱可获同等产量。
实施例3施用甜菜碱羽扇豆生物碱含量的影响
羽扇豆培育及处理同实施例1和2，生物碱含量确定方法如Priddis(色谱杂志[Journal of Chromatographe]，1983年，卷161，页95～101)所述。结果示于表3。
               表3 施用甜菜碱对羽扇豆生物碱含量的影响
    处理   生物碱含量(％)
    对照样I；灌溉量50％6kg/ha甜菜碱；灌溉量50％对照样II；灌溉量100％6kg/ha甜菜碱；灌溉量100％     0.040.020.020.01
以上结果表明，羽扇豆中生物碱总含量明显降低，这也表明，依照本发明施用甜菜碱后可获异乎寻常的有益效果。
实施例4施用甜菜碱对绿豆种籽早期生长的影响
以水作为对照，考察了甜菜碱对绿豆种籽发芽频率及速率的影响。绿豆类别为Spartan Arrow Bush Bean Lot#1987-3，产自Northrup King Co.。试验中，制备三种不同的试验溶液：
试验溶液             pH
A除离子水           7.01
B甜菜碱(0.02g/L)    6.34
C甜菜碱(2g/L)       6.80
取20粒绿豆种籽，于330mL前述试验溶液之一中浸泡24小时。随后，种籽在不锈钢筛网上干燥，再播种于土中，每一容器内种两粒。容器遂置于窗台上，面南受太阳光晒照，每日均浇水。
种籽的早期生长以发芽频率及速率两者衡量。第一次测定于试验开始后的第10日进行，第二次测定于试验开始19日后进行。结果见表4。
             表4施用甜菜碱对绿豆种籽早期生长的影响
  甜菜碱施用浓度(g/L)   出芽频率(％)     出芽高度
第10天 第19天 (英寸) 较对照增加(％)
    0(对照)     0     40     2.25     100
    0.02     80     100     4.82     214
    2     20     100     3.88     172
结果表明，甜菜碱促进绿豆作物快速发芽。甜菜碱也使作物的外观发生了变化，例如，叶的颜色变为深绿。甜菜碱浓度较低，为0.02g/L时，效果最佳。
实施例5恶劣条件下施用甜菜碱对豌豆产量的影响
采用如下方式，考察恶劣条件下施用甜菜碱对豌豆产量的影响。豌豆播种于5L的塑料盆内，后者含泥土和蛭石，体积比为1∶1。作物生长在温室中，平均昼/夜温度为28℃/12℃，相对温度介于42％～45％间。每日以钨灯(PAR 434μmol·m-2s-1)提供17小时基本光照。每盆内播种20粒种籽，随后再间苗为每盆10株。总计采用24盆，其中有12盆遭受干旱，也即水缺乏，另12盆处于高盐，也即高盐恶劣条件。实验完全为随机设计，进行4次重复试验。
于抽芽后3周开始施加水缺乏(pF3)。随后将盆分为3组，每一组为4盆；施加水缺乏2周后，每一组又喷施以或25mL蒸馏水，或0.1M甜菜碱溶液，或0.3M甜菜碱溶液。
为减轻高盐恶劣条件，于抽芽后，向半数的盆内喷施200mL浓度100mM的NaCl溶液，每4日一次，持续5周。盆分3组，每组4盆；第一次施加NaCl溶液后，每一组又喷施25mL蒸馏水，或0.1M甜菜碱溶液，或0.3M甜菜碱溶液。施用甜菜碱后，又重复进行NaCl处理6次以上。
收割时，测定结节总数，活性结节总数，豆荚总数，以及叶的干基物含量。结果示与表5和表6。
           表5水缺乏下施用甜菜碱对碗豆生节及生长的影响
甜菜碱浓度(M) 活性结节总数   豆荚总数 叶干基物含量
对照％ 对照％     g 对照％
    0   0.68   100     1.55    100   0.21   100
    0.1   0.77   113     1.84    119   0.26   124
    0.3   0.63     93     1.46     94   0.18    85
           表6高盐下施用甜菜碱对碗豆生节及生长的影响
甜菜碱浓度(M)   结节总数 活性结节总数   豆荚总数 叶干基物含量
对照％ 对照％ 对照％   g 对照％
    0  8.20   100   0.36   100  2.08   100   0.27  100
    0.1  15.74   192   1.58   439  2.20   106   0.33  122
    0.3  13.16   160   0.33    92  1.69    81   0.29  107
可见，当碗豆生长在干旱条件下，较小甜菜碱施用量(0.1M)就有利于提高活性结节总数，豆荚总数，以及叶的干基物含量。这种有利效果对于生长在高盐条件下的碗豆更为明显。在高盐条件下，较大甜菜碱施用量(0.3M)有利于提高活性结节总数，豆荚总数，以及叶的干基物含量。
实施例6施用甜菜碱对豌豆生长速率的影响
采用0(供对照)，0.05M，0.1M以及0.3M的甜菜碱溶液，重复实施例5的实验。水缺乏诱发方式同实施例5，本实验未考察高盐恶劣条件的影响。为考察作物的恢复情况，在进行到第28天时，将遭受恶劣条件的作物分为两组，一组仍处于水缺乏下，另一组进行浇灌并随即恢复。取样在第21，28，35及42天进行。生长在优化条件(充足灌溉)下的豌豆供比较。相应施用甜菜碱0.05M时，效果最佳。有关豌豆相对生长速率及出芽干重的结果示于图1及图2中。
实施例7恶劣条件下施用甜菜碱对faba bean产量的影响
采用faba bean重复实施例5的实验。每盆内播种faba bean种籽，随后再间苗为每盆3株。实验的其它相应参数同实施例5中所述者。
可见，施用甜菜碱有利于提高豆荚总数：在水缺乏条件下，甜菜碱施用量0.1M时，豆荚总数由对比值3.13提高至3.50；甜菜碱施用量0.3M时，相应提高至3.63。对应该结果，较对比(100)增大的百分数分别为112和116。叶的干基物含量增加为：施用0.1M甜菜碱溶液后由对比值2.04g提高至2.21g；但施用0.3M甜菜碱溶液后相应降至1.67g。
实施例8施用甜菜碱对大豆产量的影响
在正常及干旱条件下，考察了施用甜菜碱对大豆产量的影响，试验在一农场的实地条件下进行，该处为非常疏松的沙质土壤，可于数日内保持35mm的雨量，但即使在大雨后，也会出现数日的水缺乏。农场设灌溉设施，可保证对受控区域进行充足的灌溉。除考察大豆的生长外，试验中也考察了大豆的固氮能力。
试验以三因子随机分块设计方式进行，以浇水量(主因子)，品种(子块)及甜菜碱浓度为因子。品种为Biloxi和Cook，两者的干旱耐受性不同；较之品种Biloxi，品种Cook具有更耐干旱的共生系统。施用甜菜碱的水平包括：0(供对照)，3和6kg/ha。甜菜碱以喷施方式施用。试验季节中，先为干旱期，随后降了大雨，再后又是干旱期。大雨后、第二干旱期来临前，重复施用了甜菜碱，水平与前次相同。有关叶干重的结果示于表7。
            表7施用甜菜碱对大豆叶干重的影响
甜菜碱浓度(M)     叶干重(g/株)
    Cook     Biloxi
正常 对照％ 干旱 对照％ 正常 对照％ 干旱 对照％
    0  13.5  100  11.1  100  15.1  100  10.5  100
    3  14.1  104  12.6  113  16.3  108  11.5  110
    6  17.7  131  10.2   92  15.5  103  10.6  101
大豆的固氮能力通过以乙炔还原试验测定固氮酶的活性确定，其时，乙炔还原为乙烯。实验于播种后10周进行。为在实地进行测定，将直径10cm、高20cm的金属圆筒置于土壤中大豆植株的周边。植株自圆筒内的土壤中拔出后切去抽芽。随后，将根迅即置于与空气隔离的1000mL容器内。取150mL乙炔加入容器，恒温5，10及15分钟后，用注射器各取气体样6.5mL，随后使气样通过气相色谱。业已证实，自乙炔加入20分钟后，乙炔还原反应为线性。15分钟后所得结果示于表8。
           表8施用甜菜碱对大豆固氮能力的影响
  甜菜碱浓度(kg/ha)     乙烯浓度(μmol/2株)
    品种Cook     品种Biloxi
  干旱   正常   干旱   正常
    0对照   0.29   0.55   0.42   0.68
    3   0.60   0.68   0.53   0.79
    6   0.34   0.52   0.35   0.38
可见，甜菜碱施用量为3kg/ha时，明显提高了作物的固氮能力。
实施例9施用甜菜碱对大豆产量的影响
在温室内重复实施例8所述乙炔还原试验，甜菜碱施用浓度0.1M，品种为Biloxi。实验时，将植株根(每盆两根)封闭于玻璃容器(1L)内，再自容器抽出150mL空气，随后，再置换入同等空气量的乙炔，方式同实施例8所述(参见：Denison R F，Sinclair T R，Zobel R W，Johnson M N&Drake G M.A non-destructive field assay for soybean nitrogen fixation byacetylene reduction.Plant & Soil 70，1983，173～182：Vessey J K，Measurement of nitrogenase activity in legume root nodules；In defense ofthe acetylene reduction assay.Plant & Soil 158，1994，151～162)。
在温室实验中，对生长4周的大豆，于甜菜碱施用2日后，测定固氮能力。结果示于表9。
            表9施用甜菜碱对大豆固氮能力的影响
  甜菜碱浓度(M)     乙烯浓度(ppm)
    正常     水缺乏
    0对照     3.209     2.193
    0.1     3.642     2.690
实施例10施用甜菜碱对大豆产量的影响
在温室内、模拟水缺乏条件下，考察了施用甜菜碱对大豆光合作用的影响。
取6个经培育并开始生节的大豆种籽或15个经培育但并未生节的大豆种籽播种于5L的塑料盆内，盆内含泥土、蛭石及沙，比例为1∶2∶1。发出籽苗后，间苗为每盆3株。实验采用的盆中，有半数的盆内植开始生节的种苗，另一半植并未生节的的种苗。发出籽苗15天后，施以水缺乏(pF3)。遭受水缺乏的植株分为3组。一组为对比样，经蒸馏水处理；第二组喷施甜菜碱，用量2kg/ha，第三组的甜菜碱喷施量为6kg/ha，喷施均在水缺乏一日后进行。植株的光合活性采用Li-cor Li-1600-Steady StatePorometer测定。该仪器及其用途见述于下列文献：Campell，G.S.1975.Steady-state diffusion porometer.In：Measurement of stomatal apertureand diffusive resistance. Coll.Agric. Res. Center Bull. 809，p.20.Washington state Univ.Pullman，Wash，and Bingham，G.E.& coyne，P.I.1977。另见A portable，temperature-controlled steady-state porometer forfield measurements of traspiration and photosynthesis.Photosynthetica11(1)：148-160。结果示于表10。
             表10施用甜菜碱对大豆光合作用的影响
甜菜碱浓度(kg/ha)     光合活性(μmol·m-2s-1)
    生节品种     未生节品种
正常 对照％ 干旱 对照％ 正常 对照％ 干旱 对照％
  0对照     33     100     10     100     33     100     9     100
    2     39     120     18     180     33     100     26     289
    6     36     110     15     150     37     112     26     289
可见，在两种施用量下，甜菜碱在正常及干旱条件下均显著改善大豆的光合活性。
实施例11施用甜菜碱对大豆生长的影响
在温室内，考察了施用甜菜碱对大豆光合作用及大豆植株叶保水状况的影响，甜菜碱喷施量分别为0(对照)，0.05M，0.10M及0.15M。大豆品种为Biloxi。喷施时，植株生长至约6周，测定在喷施后5天进行。植株的光合作用及保水状况(也即气孔阻力及导通率，叶的温差)采用Li-cor Li6200 Portable Photosynthesis System。该系统所依据的方法见Ball等的叙述(A model predicting stomatal conductance and its contribution to thecontrol of photosynthesis under different conditions.Progress inPhotosynthesis Research IV，1987，pp.221-224，(Ed.)J.Biggins)。保水参数表明了植株保护细胞的开闭状态。高气孔阻力及低导通率意味摄入二氧化碳的能力弱，遭受恶劣条件。数据结果示于表11，图示见图3。
           表11甜菜碱对大豆光合作用及叶保水能力的影响
甜菜碱浓度(M)     光合活性(μmol·m-2s-1) 气孔导通率(ms-1)   气孔阻力(scm-1)   叶温差
  0对照     2.70     0.02     18.16     -2.81
    0.05     4.01     0.05     11.21     -3.01
    0.10     14.01     0.26     6.30     -1.55
    0.15     12.83     0.12     4.46     -1.72
结果清楚表明，加甜菜碱改善了植物的生长条件，其光合作用因而提高，也就增加了产量。

Claims (19)

1为提高豆类作物产量所外施甜菜碱的用途。
2为降低豆类作物抗营养含量所外施甜菜碱的用途。
3根据权利要求2为降低羽扇豆生物碱含量所外施甜菜碱的用途。
4根据权利要求1至3任一项的用途，其特征在于，甜菜碱施用于恶劣条件下。
5根据权利要求4的用途，其特征在于，恶劣条件包括高或低温，干旱或高盐度。
6根据权利要求1至5任一项的用途，其特征在于，甜菜碱施用量为约0.1～20kg/ha。
7根据权利要求6的用途，其特征在于，甜菜碱施用量为约1～6kg/ha。
8提高豆类作物产量的方法，其特征在于，甜菜碱外施于生长中的豆类作物。
9降低豆类作物抗营养含量的方法，其特征在于，甜菜碱外施于生长中的豆类作物。
10根据权利要求9的方法，其特征在于，羽扇豆生物碱含量系通过将甜菜碱外施于生长中的羽扇豆而降低。
11根据权利要求8至10任一项的方法，其特征在于，甜菜碱施用于生长在恶劣条件下的豆类作物。
12根据权利要求8或11的方法，其特征在于，恶劣条件包括高或低温，干旱或高盐度。
13根据权利要求8至12任一项的方法，其特征在于，甜菜碱在生长季节施用一次或数次。
14根据权利要求8至13任一项的方法，其特征在于，甜菜碱与某种杀虫剂或肥料一道施用。
15根据权利要求8至14任一项的方法，其特征在于，甜菜碱在生长初期以单剂方式施用。
16根据权利要求8至15任一项的方法，其特征在于，甜菜碱施用量为约0.1～20kg/ha，优选施用量为约1～6kg/ha。
17根据权利要求8至16任一项的方法所制得的豆类作物及其部分，尤其是种籽产物。
18经甜菜碱外施处理的豆类作物及其产物。
19根据权利要求1至18任一项的发明，其特征在于，豆类作物为羽扇豆，豌豆，大豆，faba bean或绿豆。
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