TWI517790B - 一種化合物用以提高植物中的全胺基酸含量用途及其方法 - Google Patents

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Description

一種化合物用以提高植物中的全胺基酸含量用途及其方法
本發明係關於提高植物之胺基酸含量的化合物及含有該化合物的組成物、以及此等之用途。
胺基酸不僅與食品之濃郁感或甜味等有深切關聯，其生理活性近年特別受到注目。伴隨此等，以胺基酸含量為特色的各種商品正被開發。又，於農產物中的營養價值亦受到強烈的關心。
已知由於植物之栽培條件的差異，植物之胺基酸含量會變動。例如，非專利文獻1已記載甘藍菜中的游離胺基酸含量及組成會由於收穫時期或氮施肥條件而變動。非專利文獻2已記載由於土壤或肥料的差異，菠菜中的游離胺基酸含量會產生差異。
又，亦已知生產胺基酸含量高蔬菜的技術。例如，專利文獻1已揭示藉由蔬菜收穫期進行氮肥料之施肥，來生產高胺基酸含量蔬菜的方法。專利文獻2-4已揭示於以特定基因轉形的植物，會增加游離胺基酸之含量。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本國公開特許公報「特開平10-323128號公報(平成10年12月8日公開)」
[專利文獻2]日本國公開特許公報「特開2003-125661號公報(平成15年5月7日公開)」
[專利文獻3]日本國公開特許公報「特開2003-310072號公報(平成15年11月5日公開)」
[專利文獻4]國際公開公報「WO2003/000041號小冊(2003(平成15)年1月3日國際公開)」
[專利文獻5]日本國公開特許公報「特開2004-352679號公報(平成16年12月16日公開)」
[專利文獻6]日本國公開特許公報「特開2009-165494號公報(平成21年7月30日公開)」
[專利文獻7]日本國公開特許公報「特開2008-120815號公報(平成20年5月29日公開)」
[專利文獻8]國際公開公報「WO01/080638號小冊(2001(平成13)年11月1日國際公開)」
[專利文獻9]國際公開公報「WO2008/072602號小冊(2008(平成20)年6月19日國際公開)」
[專利文獻10]國際公開公報「WO2009/063806號小冊(2009(平成21)年5月22日國際公開)」
[非專利文獻]
[非專利文獻1]Bull. Hyogo Pre. Agri. Inst. (Agriculture) 50, 41-46 (2002)
[非專利文獻2]日本家政學會誌Vol.53, No.2, p.199-203 (2002)
[發明概要]
然而，為了獲得胺基酸含量被提高2倍以上的植物，使用如專利文獻2-4所記載之基因重組技術係有必要的，若僅藉由如專利文獻1所記載之生育管理來提高胺基酸含量，其效果極小。
本發明係鑑於上述問題點，其目的係提供開發提高植物中胺基酸含量技術的同時，提供簡便地製造胺基酸含量提升之植物的技術。
本案發明者們為了解決上述課題而專心進行檢討，其結果成功地藉由於一定條件下使投與麩胱甘肽(glutathione)的植物生育，而大大地提升植物體內之胺基酸含量。此效果為如專利文獻1所記載之至今的氮肥料所無法達成的程度。又，如專利文獻2-4所記載，迄今已藉由基因重組技術而作出大大地提升胺基酸含量的植物，但僅藉由生育管理而大大地提升植物之胺基酸含量的例子則未曾被報告。
本案發明者們發現使用麩胱甘肽，可有效率且短期間地再分化癒傷組織(callus)(專利文獻5,6等)、可調節細胞或器官之分化(專利文獻7,8等)、可使植物之收穫指數提升(專利文獻9等)、使植物之糖度提升(專利文獻10等)。然而，迄今尚未有所謂藉由施用麩胱甘肽而提升植物之胺基酸含量的報告。又，可容易地提高植物之胺基酸含量係超出本項技術領域者可預測的範圍，並具有特別顯著的效果。
本發明之組成物之特色係為了提高植物之胺基酸含量，而含有胺基酸含量亢進劑。
本發明之套組之特色係為了提高植物之胺基酸含量，而具備胺基酸含量亢進劑或含有胺基酸含量亢進劑的組成物。
本發明之組成物及套組亦可使用來製造胺基酸含量提升的植物。
本發明之方法之特色係為：包含對植物施用胺基酸含量亢進劑或含有胺基酸含量亢進劑的組成物之步驟。
本發明之製造方法之特色係為：包含於存在有胺基酸含量亢進劑之情況下栽培植物之步驟。
本發明之植物之特色係為：該植物係藉由上述製造方法所製造。
本發明正因為不需要使用基因重組技術，而任一種的植物種類皆可能適用，可被應用的作物或果樹係非常地多。本發明由於提高農產物之胺基酸含量，可強化所冀望的農產物之品牌力、可幫助新穎品牌的創出。
若使用本發明，提升及/或改善農產物中胺基酸之含量或組成成為可能的緣故，可對農產物賦予很大的附加價值。例如，若使用本發明，期待可提高春菊、菠菜、小松菜、萵苣、中國菜心、甘藍菜、紅蘿蔔、茶、毛豆等農產物之胺基酸含量，亦可有助於高機能、高附加價值之特定保健蔬菜的開發等。又，經由分析農產物之代謝物、使用碳、氮及/或硫之同位素分析，可容易地確定本發明所使用的植物，故很容易行使申請權利範圍。
第1圖係顯示於各種栽培條件下，使生育之播種4週後(a)或播種5週後 (b)之阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)中含有的全游離胺基酸含量的圖。
第2圖係顯示於各種栽培條件下，使生育之播種4週後之每濕重的阿拉伯芥中含有的各種胺基酸(脯胺酸(proline)、酪胺酸(tyrosine)、天門冬醯胺(asparagine)、穀胺醯胺(glutamine)、穀胺酸(glutamic acid)、蛋胺酸(methionine)、組胺酸(histidine)、精胺酸(arginine)、胺基丁酸(GABA)、羥基脯胺酸，高絲胺酸)的量的圖(a)，及將對照區(Cont)作為1時之比率的圖(b)。
第3圖係顯示於各種栽培條件下，使生育之播種5週後之每濕重的阿拉伯芥中含有的各種胺基酸(丙胺酸(alanine)、絲胺酸、脯胺酸、纈胺酸(valine)、酪胺酸、異亮胺酸(isoleucine)、亮胺酸、天門冬醯胺、天門冬胺酸、穀胺醯胺、組胺酸、精胺酸、胺基丁酸(GABA)，羥基脯胺酸，高絲胺酸)之量的圖(a)、及將對照區(Cont)作為1時之比率的圖(b)。
第4圖係顯示施用麩胱甘肽的阿拉伯芥中的代謝物質之生成量之增減的圖。
第5圖係顯示施用麩胱甘肽、調節收穫前之光條件的阿拉伯芥中的葉內之各胺基酸含量的圖。
第6圖係顯示施用麩胱甘肽、調節收穫前之光條件的阿拉伯芥中的葉內之絲胺酸含量的圖。
第7圖係顯示施用麩胱甘肽、調節收穫前之光條件的阿拉伯芥中的葉內之天門冬醯胺含量的圖。
第8圖係顯示於低溫條件施用麩胱甘肽的菠菜中的各游離胺基酸含量，以對照區作為1的圖。
第9圖係顯示於高溫條件下施用麩胱甘肽的菠菜中的各游離胺基酸含量， 以對照區作為1的圖。
第10圖係顯示於高溫條件下施用麩胱甘肽的小松菜中的各游離胺基酸含量，以對照區作為1的圖。
第11圖係顯示於低溫條件下施用麩胱甘肽的小松菜中的各游離胺基酸含量，以對照區作為1的圖。
第12a圖係顯示施用各種濃度之麩胱甘肽的茼蒿(春菊)中的各游離胺基酸含量的圖。
第12b圖係於施用各種濃度之麩胱甘肽的茼蒿(春菊)中的各游離胺基酸含量，以對照區(cont)作為1所換算的圖。
第13圖係顯示施用麩胱甘肽粒劑的番茄中的果實之各游離胺基酸含量的圖。
第14圖顯示施用麩胱甘肽粒劑的韭菜中的精胺酸及賴胺酸(lysine)之含量的圖。
[用以實施發明之形態]
如以下所示說明本發明之一實施形態。又，為預防萬一附帶說明，本發明並未限定於此等例。
〔1.胺基酸含量亢進劑〕
於本說明書中使用的情形，「胺基酸含量亢進劑」意圖指可提高植物之胺基酸含量的物質，且使麩胱甘肽之合成或麩胱甘肽生成量增大的物質亦包含於胺基酸含量亢進劑。於本發明，胺基酸含量亢進劑係藉由與植物接觸而被植物吸收並作用的物質者為較佳，麩胱甘肽或其衍生物為更佳。
如後述的實施例所示，與於通常條件下栽培的植物或施用硝酸銨而栽培的植物作比較，施用氧化型麩胱甘肽或還原型麩胱甘肽所栽培的植物，全胺基酸含量會顯著地增加。又，特定之胺基酸(例如，丙胺酸、絲胺酸、脯胺酸、纈胺酸、酪胺酸、異亮胺酸、亮胺酸、天門冬醯胺、天門冬胺酸、穀胺醯胺、穀胺酸、蛋胺酸、組胺酸、精胺酸、胺基丁酸(GABA)，羥基脯胺酸，高絲胺酸)之含量，係本項技術領域者基於藉由僅於生育管理提高植物之胺基酸含量的習知技術所無法預測之特別顯著程度地增加。
於活體內具有解毒作用或抗氧化作用的麩胱甘肽係由γ-Glu-Cys-Gly而成的多胜肽，為植物中硫的儲存形態及輸送形態。就麩胱甘肽之衍生物而言，可舉例高麩胱甘肽、羧基丙基麩胱甘肽、二羧基乙基麩胱甘肽等，但只要與麩胱甘肽同樣地具有提高植物之胺基酸含量的機能即可，並未限定於此等。於豆科植物，具有與麩胱甘肽同樣機能的高麩胱甘肽係麩胱甘肽之Gly被取代為β-Ala的化合物。又，麩胱甘肽或上述衍生物之酯體亦包含於麩胱甘肽之衍生物。即，本發明所使用的胺基酸含量亢進劑可為選自氧化型麩胱甘肽、還原型麩胱甘肽、高麩胱甘肽、羧基丙基麩胱甘肽、二羧基乙基麩胱甘肽、及此等之酯體組成之群組的物質。
本發明所使用的麩胱甘肽之製造條件並未特別限定，可為人工合成的，亦可為來自天然物者。又，其純化度可為高亦可為低，亦可利用市售品。
麩胱甘肽或其衍生物可為還原型亦可為氧化型，大多情形以氧化型者為較佳。
本案發明者們對於植物之發芽、成長、開花機制迄今進行研究， 發現藉由將從植物體的一部份所衍生的癒傷組織，以含有麩胱甘肽的再分化培養基培養，促進發根，可有效率地於短期間由癒傷組織獲得再分化體(專利文獻5等)，或藉由使用麩胱甘肽進行植物之栽培，可使該栽培植物之種子數或花朵數顯著地增加，或藉由將植物荷爾蒙(例如，吉貝素)之合成機能或反應機能具有變異的植物體，使用麩胱甘肽來栽培，可使側芽顯著增加，且可伴隨著使花朵(花莢)數增加(專利文獻8等)、使植物體糖度提升(專利文獻10等)。然而，將所謂麩胱甘肽或其衍生物作為胺基酸含量亢進劑使用，即，用於簡便地提高植物之胺基酸含量的用途，係與習知物質之用途完全不同的新穎用途。又，所謂獲得胺基酸含量提升的植物的效果係由習知的用途所完全無法預測的。如此本發明係本案發明者們基於全新的發現而成者。
為了實現如此的用途，可直接使用為化合物之胺基酸含量亢進劑，亦可使用含有胺基酸含量亢進劑的組成物，又，亦可使用具備有胺基酸含量亢進劑或組成物的套組。一般而言，組成物係意圖指「二種以上之成分全體以均質存在，可作為一物質被控制者」，本說明書中所使用的情形，「組成物」係意圖指各種成分含於一物質中的形態。又，本說明書中所使用的情形，「套組」意圖指組成物中所含有的所有各種成分含於各別容器(例如，瓶、盤、管、皿等)且容器全體全部被梱包呈一個的形態，亦可具備後述的支持體或培養容器。
若使用胺基酸含量亢進劑，可簡便地提高植物之胺基酸含量，再者，可製造胺基酸含量提升的植物。例如，使胺基酸含量亢進劑包含於培養基，使用該培養基來栽培植物，可於植物體之全體或一部分(莖、葉等)散佈、滴下、塗佈呈液體形態組成物之胺基酸含量亢進劑。再者，植物為如水草等水生植物的情形，可作為底床添加劑而由根吸收、或亦可將固形劑於水中緩緩溶 解。因此，與上述的習知技術比較，不須熟練技術、特殊技術、特殊生產裝置等，即可簡便提高植物之胺基酸含量，而且可極為簡便地獲得胺基酸含量提升的植物。
於本說明書中使用的情形，「胺基酸含量提升的植物」係意圖指與不存在胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的同一種類植物作比較後的胺基酸含量提升的植物。若使用胺基酸含量亢進劑來栽培植物，與未使用胺基酸含量亢進劑來栽培的情形相比，可提升該植物之胺基酸含量。又，關於植物中胺基酸含量之測定方法，依據過去眾所皆知之程序為宜。
胺基酸含量亢進劑之使用濃度於將氧化型麩胱甘肽(GSSG)呈液體形態之組成物施用於植物的情形時，以0.2mM~5mM為佳，0.5mM~5mM為較佳，1mM~5mM更佳，2mM~5mM最佳。若於此範圍，可進一步提升生產的植物之胺基酸含量。液體形態之組成物係可使胺基酸含量亢進劑溶解於適當溶媒(例如，水等)而調製。水可利用去離子水、蒸餾水、逆滲透水、自來水等任一者。溶媒中亦可含有胺基酸含量亢進劑以外之成分，例如市售之各種肥料或界面活性劑等。又，此濃度可因應適用的植物之種類、適用時期等而加以適宜變更。
適用於植物的胺基酸含量亢進劑之量可因應其濃度或施用條件加以調節，關於其量，可依實際供應於植物的胺基酸含量亢進劑之總量來定義。
例如，就將用以栽培植物之支持體以胺基酸含量亢進劑浸潤的方法而言，可舉例將含有胺基酸含量亢進劑的溶液由支持體上部灑水的方法、於注滿含有胺基酸含量亢進劑溶液的容器內使支持體由置床底面灌水的方法等。由支持體上部灑水的情形，自上部之灑水量係依胺基酸含量亢進劑之使用 條件、瓶罐容積等之栽培條件可加以適宜調整，例如設定為使用1mM之GSSG的時候，每一個體為5mL/次~150mL/次較佳，8.5mL/次~100mL/次為更佳，20mL/次~50mL/次最佳。在由底面灌水的情形，含有胺基酸含量亢進劑的溶液被實質且均一地浸潤於支持體為較佳，但就如此情形所使用的液量、濃度而言，亦可被定義為每單位土壤所施用的胺基酸含量亢進劑之量。
將液體形態之組成物直接散佈於植物的情形，將溶液使用噴霧器等，霧狀地散佈於植物的一部分或全體為宜。溶液之散佈量依溶液中胺基酸含量亢進劑之濃度而被適宜設定。散佈次數可為1次亦可為2次以上，但於栽培開始時散佈者為較佳。又因應胺基酸含量亢進劑之使用條件，亦可於栽培期間中適宜(例如每隔數日(2日至7日))追加進行散佈。
又，含有胺基酸含量亢進劑的培養基或溶液係胺基酸含量亢進劑被調整於上述濃度範圍內後被供給於植物者為較佳，但於植物吸收階段，使胺基酸含量亢進劑與培養基或溶液混合為宜。因此，不含有胺基酸含量亢進劑的培養基或溶液與輔助劑可同時或連續地直接供給於植物之外表面，亦可供給於植物附近(支持體或用土)。藉由使用如此的順序，植物可吸收混合輔助劑的培養基或溶液。
〔2.用以提高植物中胺基酸含量之組成物〕
本發明係提供用以提高植物中胺基酸含量之組成物(以下，亦稱為「本發明之組成物」)。本發明之組成物係含有胺基酸含量亢進劑為較佳。
本發明之組成物，若同樣地使用上述胺基酸含量亢進劑，可簡便地提高植物中胺基酸含量，可進一步製造胺基酸含量提升的植物。
如上述，本發明中的胺基酸含量亢進劑係為麩胱甘肽或其衍生 物者為較佳。麩胱甘肽有還原型麩胱甘肽(以下，稱為「GSH」)及氧化型麩胱甘肽(以下，稱為「GSSG」)，本發明所使用的麩胱甘肽可為任一種型。於使用GSSG的情形，亦或使用GSH的情形，皆如後述實施例所示，與對照區相比，可獲得全胺基酸之含量皆較高的植物。又，「氧化型麩胱甘肽」係被定義為2分子之還原型麩胱甘肽藉由雙硫鍵連接的分子。又，GSH具有容易氧化的性質者係為本項技術領域者眾所皆知。因此，使本發明之組成物含有GSH作為胺基酸含量亢進劑時，本發明之組成物中會含有不少GSSG。即，本發明之組成物中，可含有GSH與GSSG為混合狀態的麩胱甘肽。又，本發明之組成物中含有GSH的保存時候或使用時候，可呈現被氧化為GSSG的形態來利用，亦可於施用至植物後呈現被氧化為GSSG的形態來利用。又，將GSH氧化為GSSG的方法並未特別限定。例如，藉由空氣氧化，可將GSH容易地變換為GSSG。又，亦可以過去眾所皆知的所有人為之方法來將GSH變換為GSSG。
只要在不損害胺基酸含量亢進劑之作用效果的範圍，本發明之組成物中可含有其他成分。例如，本發明之組成物可被溶解於水或過去眾所皆知的液體載體等，而以液劑、乳劑、膠狀劑等之形態被提供。就如此液體載體而言，可舉例二甲苯等之芳香族烴類；乙醇、乙二醇等之醇類；丙酮等之酮類；二噁烷(dioxane)、四氫呋喃等之醚類；二甲基甲醯胺、二甲基亞碸、乙腈等，但未限定於此等。又，本發明之組成物可為將胺基酸含量亢進劑覆載於固體載體成分之固形劑、粉劑等。就如此固體載體成分而言，可舉例滑石、黏土、蛭石、矽藻土、高嶺土、碳酸鈣、氫氧化鈣、白陶土、矽膠等之無機物；小麥粉、澱粉等之有機物等，但未限定於此等。又，本發明之組成物可適當摻合其他輔助劑。就如此輔助劑而言，例如可舉例烷基硫酸酯類、烷基磺酸鹽、烷基芳基磺 酸鹽、二烷基磺基琥珀酸鹽等之陰離子界面活性劑；高級脂肪族胺之鹽類等之陽離子界面活性劑；聚氧乙二醇烷基醚、聚氧乙二醇醯基酯、聚氧乙二醇多價醇醯基酯、纖維素衍生物等之非離子界面活性劑；明膠、酪蛋白、阿拉伯膠等之增黏劑；增量劑、結合劑等。
如後述實施例所示，本發明之組成物之形態並未特別限定，可為液體、錠劑、散劑或顆粒劑之形態。例如，以液體形態提供的情形，可將本發明之組成物含於用以使植物生育時的培養基等，而散佈、滴下、塗佈於生長點、芽、葉、莖等之植物之一部份或全體。又，於本說明書中使用的情形，用以栽培植物之「培養基」係包含土壤、土壤改良劑。
又，本發明之組成物以錠劑、散劑或顆粒劑被提供的情形，可含於用以使植物生育時的培養基，並在適用於水上栽培的植物之情形下，可緩緩溶解於水中。作為用以溶解於水的固形劑等提供、使用時，亦可使其溶解於水中。又，本發明之組成物亦可與過去眾所皆知的肥料、植物荷爾蒙等之藥劑混合而投與植物。
又，如後述實施例所示，施用本發明之組成物而栽培的植物，與施用氮肥料(硝酸銨)而栽培的植物做比較，本發明之植物的胺基酸含量為顯著地高。此係揭示提高胺基酸含量未必需要併用習知的氮肥料。如此，本發明之組成物可不含有氮源。
又本發明提供用以提高植物中胺基酸含量之套組(以下，亦稱為「本發明之套組」)。本發明之套組可具備含有胺基酸含量亢進劑的組成物(本發明之組成物)、或亦可具備胺基酸含量亢進劑。又，本發明之套組可用於製造胺基酸含量提升的植物。
本發明之套組可具備此等物質以外之其他成分。胺基酸含量亢進劑及上述其他成分可以適當容量及/或形態放入所含有的一個容器中被提供，亦可被放入各別容器中被提供。又，亦可具備用以使植物生育的器具、培養基等。再者，為了實現所謂提高植物之胺基酸含量的用途，本發明之套組係具備記載用以提高植物中胺基酸含量之使用順序的指示書、或用以製造胺基酸含量提升的植物的使用順序的指示書者為較佳。「指示書」係可為紙或其他媒體所記載之可為印刷、或可附加於磁帶、電腦讀取的碟片或帶、CD-ROM等之電子媒體。本發明之套組可具備用於構成上述組成物為宜，亦可各別具備上述組成物所含物質，又亦可各別具備上述組成物與另外的其他成分。
施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑於植物的時期並未特別限定，植物係於通常可吸收胺基酸含量亢進劑的條件下，可施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑；亦可於經過栽培期間，間歇地吸收胺基酸含量亢進劑的條件(例如，於所謂每週1次或每週2次的間隔施用的條件)下來施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑；亦可僅於特定生育時期，施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑。藉由間歇地施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑，可減少胺基酸含量亢進劑之使用量，而可減少植物栽培之成本。又，間歇地施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的情形，以一定的時間間隔施用者為較佳，但未限定於此，亦可以不定時間間隔來施用。例如，亦可將本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑於播種植物種子的時點後施與。具體而言，在播種後2個月至半年左右達到收穫時期的植物施與本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的情形下，於播種日施與為宜，較佳為播種日至播種後4週間、更佳為播種日至播種後7週、又更佳為於播種日至收穫日為止、最佳為定期地施與者。 此情形，就施與本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的間隔而言，並未特別限定，但一週1次至4次為較佳，2至3次為更佳。
又，施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的時間間隔並未特別限定，可因應施用的胺基酸含量亢進劑之濃度、作為對象的植物、及施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的時期等來決定為較佳。一般而言，作為適用對象的植物為草本植物的情形下，為每週1次至每週2次，或與追肥時期同時期地進行為較佳。
假設種子或果實作為胺基酸含量提升的收穫物之情形，由營養生長期至生殖成長期之轉換時期的前後(包含營養生長期至生殖成長期的轉換時期)、或之後的花芽形成期、或對目標收穫物之移位(translocation)產生的時期施用者為較佳。若為如此構成，因僅於特定時期使用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑，故可減少植物栽培之成本。
僅於特定時期施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的情形，可於特定時期之一定期間，在植物通常可吸收胺基酸含量亢進劑的條件下，施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑，亦可於特定時期之一定期間，在可間歇地吸收胺基酸含量亢進劑的條件下，施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑。特定時期之一定期間，藉由間歇地施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑，可更進一步減少植物栽培成本。
施用的胺基酸含量亢進劑之量並未特別限定，可因應植物種類作適當設定，但將GSSG作為胺基酸含量亢進劑來施用的情形，經過栽培期間，提供每一個體施用的GSSG成為0.02mmol以上且0.5mmol以下者為較佳，0.05mmol以上且0.5mmol以下為更佳。又，如此施用的胺基酸含量亢進劑係於 前述使用濃度範圍被使用者為更佳，但未限於此。
又，可於播種後、苗作出後等、生育至某程度後或指定期間來施用本發明之組成物。例如，在甜玉米等之禾本科植物施用本發明之組成物的情形下，亦可使苗生長後，施用本發明之組成物。此情形，可於種植作出的苗的培養基中預先含有本發明之組成物，亦可於將苗種植於該培養基後，定期地施用本發明之組成物於培養基。將苗移植後，將本發明之組成物提供於培養基的情形，就更具體的施用時期而言並未特別限定，例如，將苗移植後，至收穫為止之間，每一週施與1次至4次者為較佳，2至3次為更佳。就使用量而言，並未特別限定，因應植物種類加以適當設定為宜。
又，亦可由收穫時期逆推，來設定施與本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的時期。例如，可設定為由收穫時期之10日前施與、由20日前施與等。本文所謂的收穫時期不論收穫物之樣態為何，於種子為收穫物的情形下，係指種子收穫的時期；於葉為收穫物的情形下，係指葉之收穫時期。
將種子或果實作為收穫物的情形，亦可基於開花時期，來設定施與本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的時期。例如，可於花芽時期施用，亦可於花瓣散去後施用，由花芽時期至果實結實為止之間、由開花時期至果實結實之間、由花瓣散去至果實結實之間，可施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑，亦可塗佈於花序。
又，以成功地調製含胺基酸含量亢進劑的溶液為目的來利用的情形，本發明之組成物可為錠劑、散劑或顆粒劑之形態為較佳。而且，為使獲得的溶液中之胺基酸含量亢進劑之最終濃度成為上述範圍內，將胺基酸含量亢進劑含於組成物中者為較佳。
如此，於栽培期間，施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的情形，如上述，混合肥料及/或植物荷爾蒙等之藥劑與該組成物可施用於植物。如此情形，就施與該肥料等與組成物之混合物的時期並未特別限定，可依據上述例示，亦可依據施與肥料等的較佳時期。
於本說明書中，「植物」係意圖指植物全體、植物器官(例如葉、花瓣、莖、根、種子等)、植物組織(例如表皮、篩部、軟組織、木質部、維管束、柵狀組織、海綿狀組織等)或植物培養細胞、或各種形態之植物細胞(例如，懸浮培養細胞)、原生質體、葉之切片、癒傷組織等。
就成為本發明之適用對象的植物而言，並未特別限制，可通用於各種單子葉植物、雙子葉植物、樹木等之植物。例如，就單子葉植物而言，例如可舉例包含浮萍屬(Spirodela)植物(浮萍)及青萍屬(Lemna)植物(青萍，、品藻(Lemna trisulca))的浮萍科植物；包含嘉德麗亞蘭屬(Cattleya)植物、劍蘭屬(Cymbidium)植物、石斛屬(Dendrobium)植物、蝴蝶蘭屬植物、萬代蘭屬(Vanda)植物、拖鞋蘭屬(Paphiopedilum)植物、文心蘭屬(Oncidium)植物等的蘭科(Orchidaceae)植物；香蒲科(Typhaceae)植物、黑三稜科(Sparganiaceae)植物、眼子菜科(Potamogetonaceae)植物、茨藻科(Najadaceae)植物、芝菜科(Scheuchzeriaceae)植物、澤瀉科(Alismataceae)植物、水鱉科(Hydrocharitaceae)植物、霉草科(Triuridaceae)植物、禾本科植物(甜玉米等之玉蜀黍等)、莎草科(Cyperaceae)植物、棕櫚科植物、天南星科植物、穀精草科(Eriocaulon)植物、鴨跖草科(Commelinaceae)植物、雨久花科(Pontederiaceae)植物、燈心草科(Juncaceae)植物、百部科(Stemonaceae)植物、百合科(Liliaceae)植物、石蒜科(Amaryllidaceae)植物、薯蕷科 (Dioscoreaceae)植物、鳶尾科(Iridaceae)植物、芭蕉科(Musaceae)植物、薑科(Zingiberaceae)植物、美人蕉科(Cannaceae)植物、水玉簪科(Burmanniaceae)植物等。
又，就雙子葉植物而言，例如可舉例包含牽牛花屬(Pharbitis)植物(牽牛花)、濱旋花屬(Calystegia)植物(濱旋花，打碗花(Calystegia hederacea)，濱旋花(Calystegia soldanella))、番薯屬(Ipomoea)植物(厚藤(Ipomoea pes-caprae)、番薯)、菟絲子屬(Cuscuta)植物(菟絲子(Cuscuta japonica Choisy)、菟絲子(Cuscuta australis))的旋花科(Convolvulaceae)植物；包含石竹屬植物(康乃馨(carnation)等)、繁縷屬(Stellaria)植物、米努草屬(Minuartia)植物、寄奴花屬(Cerastium)植物、瓜槌草屬(Sagina)植物、匐雪草屬(Arenaria)植物、種阜草屬(Moehringia)植物、假繁縷屬(Pseudostellaria)植物、硬骨草屬(Honkenya)植物、大爪草屬(Spergula)植物、擬漆姑草屬(Spergularia)植物、蠅子草屬(Silene)植物、剪秋羅屬植物、女婁菜屬(Melandryum)植物、狗筋蔓屬(Cucubalus)植物的石竹科(Caryophyllaceae)植物；木麻黃科(Casuarinaceae)植物、三白草科(Saururaceae)植物、胡椒科(Piperaceae)植物、金粟蘭科(Chloranthaceae)植物、楊柳科(Salicaceae)植物、楊梅科(Myricaceae)植物、胡桃科(Juglandaceae)植物、樺木科(Betulaceae)植物、山毛櫸科(Fagaceae)植物、榆科(Ulmaceae)植物、桑科(Moracea)植物、蕁麻科(Urticaceae)植物、川苔草科(Podostemaceae)植物、山龍眼科(Proteaceae)植物、鐵青樹科(Olacaceae)植物、檀香科(Santalaceae)植物、槲寄生科(Viscaceae)植物、馬兜鈴科(Aristolochiaceae)植物、奴草科(Mitrastemonaceae)植物、蛇菰科(Balanophoraceae)植物、蓼科(Polygonaceae)植物、藜科(Chenopodiaceae) 植物、莧科(Amaranthaceae)植物、紫茉莉科(Nyctaginaceae)植物、纖花草科(Theligonaceae)植物、商陸科(Phytolaccaceae)植物、番杏科(Tetragoniaceae)植物、馬齒莧科(Portulacaceae)植物、木蘭科(Magnoliaceae)植物、昆欄樹科(Trochodendraceae)植物、連香樹科(Cercidiphyllaceae)植物、睡蓮科(Nymphaeaceae)植物、金魚藻科(Ceratophyllaceae)植物、毛茛科(Ranunculaceae)植物、木通科(Lardizabalaceae)植物、小檗科(Berberidaceae)植物、防己科(Menispermaceae)植物、蠟梅科(Calycanthaceae)植物、樟科(Lauraceae)植物、罌粟科(Papaveraceae)植物、白花菜科(Capparaceae)植物、十字花科(Brassicaceae)植物、茅膏菜科(Droseraceae)植物、豬籠草科(Nepenthaceae)植物、景天科(Crassulaceae)植物、虎耳草科(Saxifragaceae)植物、海桐科(Pittosporaceae)植物、金縷梅科(Hamamelidaceae)植物、懸鈴木科(Platanaceae)植物、薔薇科(Rosaceae)植物、豆科(Leguminosae)植物、酢漿草科(Oxalidaceae)植物、牻牛兒苗科(Geraniaceae)植物、亞麻科(Linaceae)植物、蒺藜科植物、芸香科(Rutaceae)植物、苦木科(Simaroubaceae)植物、楝科(Meliaceae)植物、遠志科(Polygalaceae)植物、大戟科(Euphorbiaceae)植物、水馬齒科(Callitrichaceae)植物、黃楊科(Buxaceae)植物、岩高蘭科(Empetraceae)植物、馬桑科(Coriariaceae)植物、漆樹科(Anacardiaceae)植物、冬青科(Aquifoliaceae)植物、衛矛科(Celastraceae)植物、省沽油科(Staphyleaceae)植物、茶茱萸科(Icacinaceae)植物、槭樹科(Aceraceae)植物、馬栗科(Hippocastanaceae)植物、無患子科(Sapindaceae)植物、清風藤科(Sabiaceae)植物、鳳仙花科(Balsaminaceae)植物、鼠李科(Rhamnaceae)植物、葡萄科(Vitaceae)植物、杜英科(Elaeaocarpaceae)植物、田麻科(Tiliaceae) 植物、錦葵科(Malvaceae)植物、梧桐科(Sterculiaceae)植物、獼猴桃科(Actinidiaceae)植物、茶樹科(Theaceae)植物、金絲桃科(Hypericaceae)植物、溝繁縷科(Elatinaceae)植物、檉柳科(Tamaricaceae)植物、菫菜科(Violaceae)植物、大風子科(Flacourtiaceae)植物、旌節花科(Stachyuraceae)植物、西番蓮科(Passifloraceae)植物、秋海棠科(Begoniaceae)植物、仙人掌科(Cactaceae)植物、瑞香科(Thymelaeaceae)植物、胡頹子科(Elaeagnaceae)植物、千屈菜科(Lythraceae)植物、石榴科(Punicaceae)植物、紅樹科(Rhizophoraceae)植物、瓜科(Cucurbitaceae)植物、野牡丹科(Melastomataceae)植物、菱科(Trapaceae)植物、柳葉菜科(Onagraceae)植物、小二仙草科(Haloragaceae)植物、杉葉藻科(Hippuridaceae)植物、五加科(Araliaceae)植物、繖形花科(Apiaceae)植物、山茱萸科(Cornaceae)植物、岩梅科(Diapensiaceae)植物、山柳科(Clethraceae)植物、鹿蹄草科(Pyrolaceae)植物、杜鵑花科(Ericaceae)植物、紫金牛科(Myrsinaceae)植物、報春花科(Primulaceae)植物、藍雪科(Plumbaginaceae)植物、柿樹科(Ebenaceae)植物、灰木科(Symplocaceae)植物、安息香科(Styracaceae)植物、木犀科(Oleaceae)植物、醉魚草科(Buddlejaceae)植物、龍膽科(Gentianaceae)植物、夾竹桃科(Apocynaceae)植物、蘿藦科(Asclepiadaceae)植物、花荵科(Polemoniaceae)植物、紫草科(Boraginaceae)植物、馬鞭草科(Verbenaceae)植物、唇形花科(Lamiaceae)植物、茄科(Solanaceae)植物(番茄等)、玄參科(Scrophulariaceae)植物、紫葳科(Bignoniaceae)植物、胡麻科(Pedaliaceae)植物、列當科(Orobanchaceae)植物、苦苣苔科(Gesneriaceae)植物、狸藻科(Lentibulariaceae)植物、爵床科(Acanthaceae)植物、苦藍盤科(Myoporaceae)植物、透骨草科(Phrymaceae) 植物、車前科(Plantaginaceae)植物、茜草科(Rubiaceae)植物、忍冬科(Caprifoliaceae)植物、五福花科(Adoxaceae)植物、敗醬科(Valerianaceae)植物、續斷科(Dipsacaceae)植物、葫蘆科(Cucurbitaceae)植物、桔梗科(Campanulaceae)植物、菊科(Asteraceae)植物等。又，作為本發明對象的植物不僅可為上述例示植物之野生型，亦可為變異體或轉形體。
又，如後述實施例所示，植物中的胺基酸含量提升的部位並未特別限定，可為收穫物，亦可為其以外之部位(例如，僅為萃取胺基酸的目的而利用的器官或組織)。「收穫物」係意指於此植物成為食糧的部分，例如，於食用果實的植物之情形係為果實；於食用種子的植物之情形係為種子；於食用莖的植物之情形係為莖；於食用根的植物之情形係為根；於食用花的植物之情形係為花；於食用葉的植物之情形係為葉等，但未限於此等。
〔3.提高植物之胺基酸含量的方法、及製造胺基酸含量提升的植物的方法〕
本發明係提供提高植物之胺基酸含量的方法(以下，稱為「本發明之方法」)。本發明之方法係包含將本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑施用於植物的步驟為較佳。
因胺基酸含量亢進劑與植物接觸後可被植物吸收的緣故，上述步驟即為使胺基酸含量亢進劑與目標植物接觸的步驟，亦可為使胺基酸含量亢進劑被目標植物吸收的步驟。使胺基酸含量亢進劑被植物吸收的順序並未特別限定，例如，可為藉由以含有本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的培養基(包含土壤及土壤改良劑)栽培植物而自根吸收；亦可為於栽培植物期間將本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑呈粒劑或液態肥料來施與；亦可藉由噴灑、塗佈來使植物吸收胺基酸含量亢進劑。又，使本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑 吸附於離子交換樹脂等之吸附體，將其埋設於土壤等、配置於培養基中，亦可栽培該植物。即，本發明之方法進一步包含於存在有胺基酸含量亢進劑之情況下栽培植物的步驟。又，關於本發明之方法中的步驟之具體順序，如上述依據本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑之使用形態為宜。
又，施用的胺基酸含量亢進劑之濃度於可提高植物之胺基酸含量的範圍內，可為高濃度，亦可為低濃度，依據提供的間隔、時期、期間等適宜設定可獲得所冀望之效果。例如，與植物接觸的胺基酸含量亢進劑之濃度範圍係0.2mM~5mM為佳，0.5mM~5mM為較佳，1mM~5mM為更佳，2mM~5mM為最佳。
在栽培期間施用的胺基酸含量亢進劑之總量為特定範圍內的情形，可提高植物之胺基酸含量。在栽培期間施與植物的胺基酸含量亢進劑之總量可換算為GSSG之量。例如，於4週之栽培期間使用的GSSG之量係以每一個植物個體為12.5mg~300mg之範圍內者較佳，每1L土壤為60mg~1450mg之範圍內者較佳。施用GSSG來栽培植物的期間並未特別限定，但於收穫4週(28日)前至收穫時點者為較佳。又，將胺基酸含量亢進劑之吸附體等埋設於土壤來使用的情形，與植物體之接觸時間變長，相較以液態肥料使用於土壤或植物的情形而言，可以更少量之施用來發揮效果。
當然，對於本發明之方法所適用的植物而言，其胺基酸含量會提升。為了確認此點，本發明之方法可進一步包含測定施用胺基酸含量亢進劑的植物中的胺基酸含量的步驟。又，如後述實施例5所示，依據本發明之方法，植物之作為目標收穫物中的胺基酸含量會提升。為了確認此點，本發明之方法可進一步包含測定於目標收穫物中的胺基酸含量的步驟，目標收穫物係為施用 胺基酸含量亢進劑的植物之目標收穫物。又，關於植物中的胺基酸含量之測定方法，可依據過去眾所皆知的步驟，亦可以後述實施例記載之步驟。
為了控制本發明之效果(即，提高植物胺基酸含量的效果)，本發明之方法可進一步包含控制適用本發明之植物收穫時期之光條件的步驟。如後述實施例所示，藉由組合胺基酸含量亢進劑之施用與收穫前之光照射，會存有收穫物中之含量會提升的胺基酸或含量降低的胺基酸。依據上述構成，使目標胺基酸含量成功地增加，可將收穫物中之胺基酸含量比調節為所冀望的值。又，光條件的控制，可由明條件下變更為暗條件下，亦可由暗條件下變更為明條件下，亦可為明條件下之光量的變更，於收獲收穫物前進行為宜，若於控制開始之8小時以上後且至控制結束時進行收穫時，開始時期及控制期間並未特別限定。又，控制之開始可為對植物開始胺基酸含量亢進劑之施用前，亦可為之後，以開始胺基酸含量亢進劑之施用後進行者為較佳。
又為了控制本發明之效果(即，提高植物胺基酸含量的效果)，本發明之方法進一步包含控制適用本發明的植物之栽培時期之溫度條件的步驟。如後述實施例所示，即使於植物之生育最適溫度範圍外之溫度下進行生育的情形，藉由施用胺基酸含量亢進劑且控制溫度條件，可提升植物中的胺基酸含量。又，溫度條件的控制可為由高溫條件變更為低溫條件，亦可為由低溫條件變更為高溫條件，若於播種(較佳為發芽)之後開始控制，至控制結束終了進行收穫，開始時期及控制期間並未特別限定。又，控制之開始可為對植物開始胺基酸含量亢進劑之施用前，以開始胺基酸含量亢進劑之施用後進行為較佳。
本發明進一步提供製造胺基酸含量提升的植物的方法(以下，稱為「本發明之製造方法」)。本發明之製造方法係使用上述本發明之方法為特 色，可包含對植物施用本發明之組成物或胺基酸含量亢進劑的步驟；及於存在有胺基酸含量亢進劑之情況下栽培植物的步驟。又，本發明之製造方法進一步包含測定於施用胺基酸含量亢進劑的植物中的胺基酸含量的步驟為較佳，進一步包含測定施用胺基酸含量亢進劑的植物之作為目標收穫物中的胺基酸含量的步驟者為更佳。
又，為了確認藉由本發明之製造方法所製造的植物中胺基酸含量提升，本發明之製造方法進一步包含選擇與不存在胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的植物作比較後之胺基酸含量提升的植物的步驟為更佳。藉由具有上述構成，可成功選擇目標植物。
又，基於代謝物質之生成量或基因之表現量，可調查是否為本發明之製造方法所製造的植物。即，為了成功選擇藉由本發明之製造方法所製造的植物，如後述，可包含選擇於存在有胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的植物中具有特色的輪廓之植物的步驟，其中所使用的輪廓可為描繪代謝物質之生成量的代謝物質生成量輪廓，亦可為描繪基因之表現量的基因表現量輪廓。此情形，基於預先取得的代謝物質生成量輪廓或基因表現量輪廓之比較，可選擇目標植物，亦可進一步包含取得植物中的代謝物質生成量輪廓或基因表現量輪廓的步驟。
取得代謝物質生成量輪廓的方法並未特別限定，可使用用以測定代謝物質量之過去眾所皆知的手法，例如進行經代謝體解析等網羅的解析為較佳。例如，代謝物質生成量輪廓可由例如以下方式取得。將使用CE-TOFMS測定的樣品間的各代謝物質之生成量的增減傾向加以數值化，將顯示類似結果者分成一組的階層之群集(階層式集群分析，HCA：Hierarchical Cluster Analysis)，將多數代謝物質依據其生成量之樣式加以分類，可將此分類結果顯示於樹形圖(參照第4圖)。又，增減程度藉由Heat Map樣式所示，亦可更視覺地表示代謝物質之分類。如此獲得的樹形圖及Heat Map因每一個施用條件特有的傾向，例如，可容易地區別藉由本發明之方法所獲得的植物體與對照區之植物體。
本發明進一步提供胺基酸含量提升的植物(以下，稱為「本發明之植物」)。本發明之植物係藉由本發明之製造方法所獲得的植物。本發明之植物只要為先前於「作為本發明之適用對象的植物」所列舉者即可，並未特別限定，可為陸生植物，亦可為水生植物，就水生植物而言，以藻類為較佳。
如前述，本發明之植物可藉由比較使用代謝體解析等所取得的代謝物質生成量輪廓而被特定。使用胺基酸含量亢進劑的情形，例如，如第4圖所示，於施用胺基酸含量亢進劑(例如GSSG)而栽培的植物中的代謝物質生成量輪廓(亦稱為本發明之代謝物質生成量輪廓)係與藉由其他方法栽培的植物所取得的代謝物質生成量輪廓不同。因此，取得調査對象之植物之代謝物質生成量輪廓，與預先取得的本發明之代謝物質生成量輪廓作比較，可簡便且明確地判定是否為藉由本發明之製造方法所獲得的植物。
除了調查代謝物質生成量輪廓的方法以外，亦可藉由例如，使用DNA微陣列等取得基因表現量輪廓，並將其加以比較，而簡便且明確地判定是否為藉由本發明之製造方法所獲得的植物。使用胺基酸含量亢進劑的情形，例如，施用胺基酸含量亢進劑(例如GSSG)而栽培的植物之基因表現量輪廓(亦稱為本發明之基因表現量輪廓)係與以其他方法栽培的植物所取得的基因表現量輪廓相異。因此，取得調査對象之植物之基因表現量輪廓，並將其與預先取 得的本發明之基因表現量輪廓作比較，可簡便且明確地判定是否為藉由本發明之製造方法所獲得的植物。再就其他例而言，由預先調查的麩胱甘肽結合蛋白質之2次元電泳動像的樣式變化加以比較，可判斷是否施用GSSG。又，植物內的目標基因藉由PCR法、南方式墨點分析法、北方式墨點分析法等確認，可確認本發明之植物並非經由基因導入(轉形)獲得的植物。就其他方法而言，經由調查植物中之胺基酸含量亢進劑之量及比率之至少一者，可明確地區別以本發明之方法所獲得的植物與以本發明之方法以外之方法所獲得的植物。如此方法可單獨進行，亦可組合複數種來進行。藉由組合複數種來進行，可更明確地區別本發明之植物與以本發明之方法以外之方法所獲得的植物。
以下顯示實施例，進一步詳細說明本發明之實施形態。又，本說明書中記載的文獻全部皆於本說明書中被參考援用。
【實施例1】
〔1：麩胱甘肽對阿拉伯芥中的全游離胺基酸含量的影響〕
將阿拉伯芥於100μE/m2強度的光照下，以16小時光期(光照期)/8小時暗期之日長條件下，於22℃育成。培養基係使用以下層為蛭石(旭工業)2、中層為KUREHA育苗培土(KUREHA)1、上層為蛭石(旭工業)1之比率重疊所形成的土壤來進行生育實驗。
本實驗係對植物施與僅有水(對照)、1mM之氧化型麩胱甘肽(GSSG)溶液、2mM之還原型麩胱甘肽(GSH)溶液、或3mM之硝酸銨(NH4NO3)。具體而言，於如65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)左右之罐中的三個體，每1週一次，施與每罐25mL之溶液於根。
胺基酸含量之測定係使用播種4週後之植物與播種5週後之植 物。又，作為檢體，使用葉(或地上部)，藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來實施測定。對於檢測的波峰，將m/Z與泳動時間與原來的資料庫對照，進行胺基酸之檢索、鑑定及定量。
CE-TOFMS所使用的檢體係如以下調製。首先，將含有葉試料及內部標準物質50μM的500μL之甲醇溶液置入破碎用管中，經液態氮凍結，使用桌上型破碎機加以破碎。於其中添加500μL之氯仿及200μL之Milli-Q水並攪拌，進行離心(2300×g、4℃、5分鐘)。離心後，將水相移至超過濾管(MILLIPORE、Ultrafree-MC UFC3 LCC離心過濾器-單元5kDa)400μL×1管中。將其離心(9100×g、4℃、120分鐘)，進行水相之超過濾處理。使濾液乾固，溶解於50μL之Milli-Q水而供給於測定。
使用CE-TOFMS所定量的胺基酸含量之結果示於第1圖。如第1圖(a)所示，比較播種4週後之植物中的全游離胺基酸含量時，相對於僅施與水的對照區(1)之全游離胺基酸含量，GSSG處理區(2)或GSH處理區(3)之全游離胺基酸含量各自成為約2.8倍或約2.9倍，可見顯著上升。又，於作為氮源之硝酸銨處理區(4)，胺基酸含量未見上升。
播種5週後之植物中，於全部條件下，全游離胺基酸含量與播種4週後之植物相比為降低，但如第1圖(b)所示，相對於僅施與水的對照區(1)之全游離胺基酸含量，GSSG處理區(2)或GSH處理區(3)之全游離胺基酸含量係各自成為約2.0倍或約2.4倍，可見顯著上升。又，作為氮源之硝酸銨處理區(4)，與播種4週後之植物之情形不同，胺基酸含量稍稍上升(約1.37倍)，但較麩胱甘肽處理區不明顯。
〔2：麩胱甘肽對阿拉伯芥中的各游離胺基酸含量的影響〕
第2圖(a)係以與上述同樣條件之胺基酸含量亢進劑之存在下，播種後4週生育，顯示以CE-TOFMS定量的阿拉伯芥之各游離胺基酸之量者。各胺基酸之絕對量於各胺基酸為大大不同，但第2圖所示的任一胺基酸與對照區(Cont)相比，亦可見於GSSG處理區及GSH處理區中為大增加。如第2圖(b)所示，於若干胺基酸，可見其含量顯著增加(約1.5倍~約30倍)。具體而言，於脯胺酸、酪胺酸、天門冬醯胺、穀胺醯胺、穀胺酸、蛋胺酸、組胺酸、精胺酸之含量可見明顯增加，尤其於天門冬醯胺、穀胺醯胺、精胺酸可見顯著增加。又，GABA、羥基脯胺酸、高絲胺酸等之構成蛋白質的主要α胺基酸以外的胺基酸亦可見增加。又，氮肥料之添加硝酸銨(NH4NO3)幾乎未見到胺基酸含量之增加。
第3圖(a)係顯示於存在有與上述同樣條件之胺基酸含量亢進劑之情況下，播種後5週生育，以CE-TOFMS定量的阿拉伯芥之各游離胺基酸之量者。各胺基酸之絕對量於各胺基酸為大不相同，但第3圖所示任一胺基酸與對照區(Cont)相比，皆於GSSG處理區及GSH處理區可見大大的增加。如第3圖(b)所示，於若干胺基酸，可見其含量顯著增加(約1.5倍~約20倍)。具體而言，於丙胺酸、絲胺酸、脯胺酸、纈胺酸、酪胺酸、異亮胺酸、亮胺酸、天門冬醯胺、離胺酸、穀胺醯胺、組胺酸、精胺酸之含量可見顯著增加，尤其脯胺酸、天門冬醯胺、穀胺醯胺、精胺酸可見顯著增加。又，GABA、羥基脯胺酸、高絲胺酸等之構成蛋白質的主要α胺基酸以外之胺基酸亦可見增加。又，氮肥料之添加硝酸銨(NH4NO3)中，與對照區比較，幾乎未見胺基酸含量之增加。
〔3：麩胱甘肽對阿拉伯芥之代謝物質生成量輪廓的影響〕
第4圖係將阿拉伯芥以氧化型麩胱甘肽(GSSG)及還原型麩胱甘肽(GSH)處理時之代謝物質生成量輪廓與上述胺基酸分析同時作成，將其比較解析。CE-TOFMS除了胺基酸以外亦能檢測大多代謝物質，其中以CE-TOFMS定量所獲得的132個候補物質的結果，將測定樣品間的各代謝物質量之增減傾向加以數值化，使用將顯示類似結果者分群的階層的群集(階層式集群分析，HCA：Hierarchical Cluster Analysis)來分類。將測定的代謝物質之生成量如第4圖之樹形圖所示分類。再者，增減程度藉由Heat Map樣式所示，亦可更視覺地表示代謝物質之分類。階層的群集及Heat Map之作成係使用SampleStat ver3.13及PeakStat ver.3.17(皆為Human Metabolome Technologies,Inc.製)。由第4圖可辨識GSH處理區中特色性增加的代謝物質之群集或GSSG處理區中特色性增加的群集。如此，顯示由麩胱甘肽施用區可獲得特色性的代謝物質之生成輪廓，可得知區別將麩胱甘肽處理的胺基酸提升的植物與未處理之植物。
【實施例2】
〔經由光條件而麩胱甘肽之胺基酸含量提升效果的控制〕
於以實施例1同樣栽培條件所生育的阿拉伯芥，比較照射光(100μE/m2/s)前(L0)之葉、及8小時光照射後(L8)之葉中的胺基酸含量。胺基酸含量之計測與實施例1同樣地進行。將對照區(Cont)、1mM GSSG處理區、2mM GSH處理區、3mM硝酸銨(NH4NO3)處理區中的葉內各胺基酸含量示於第5圖。
由於麩胱甘肽之各游離胺基酸含量之提升程度依採樣時之光條件而異。例如，如第5圖所示，於β-丙胺酸、甘胺酸、脯胺酸、蘇胺酸、絲胺 酸、穀胺酸，光照射8小時後(L8)之葉中的含量較光照射前(L0)之葉中的含量更為上升。另一方面，於亮胺酸、纈胺酸、組胺酸、丙胺酸、天門冬醯胺、天門冬胺酸、精胺酸、穀胺醯胺，光照射前(L0：暗條件)採樣的葉中的含量較光照射8小時後(L8)之葉中的含量更提升。
作為經光照射而含量提升的胺基酸之例，於第6圖顯示絲胺酸之含量(nmol/gFW)。如第6圖所示，藉由將氧化型麩胱甘肽或還原型麩胱甘肽之處理與光照射組合，葉中的絲胺酸含量顯著提升。如此顯著的效果並未於對照區及硝酸銨施肥區中觀察到。
作為經光照射而含量降低的胺基酸之例，於第7圖顯示天門冬醯胺之含量(nmol/gFW)。如第7圖所示，天門冬醯胺之含量藉由施用氧化型麩胱甘肽或還原型麩胱甘肽而大幅提升，但其效果係於光照射前者為大。如此效果，於對照區及硝酸銨施肥區並未觀察到。
由此等結果可知，除了麩胱甘肽之施用，藉由控制收穫時期之光條件，可進一步提升胺基酸含量。
【實施例3】
〔經由栽培溫度條件而麩胱甘肽之胺基酸含量提升效果之控制〕
〔1：菠菜之栽培溫度控制對各游離胺基酸含量之影響〕
檢討為藜科之蔬菜的菠菜之施用麩胱甘肽的情形之栽培條件。菠菜係於播種後、選擇發芽均一者，於培育箱(光期(光照期)：14小時/暗期：10小時、光強度：約250μE/m2/s)中栽培，28日後採樣。栽培溫度設定為低溫條件LT(Low Temperature：光期(光照期)20℃/暗期15℃)及高溫條件HT(High Temperature：光期(光照期)25℃/暗期20℃)之二種類。又，菠菜之生育適溫範 圍雖係本試驗中的低溫條件，但即使於高溫條件亦無問題而可使其生育。
培養基係使用以下層為蛭石(旭工業)2、中層為KUREHA育苗培土(KUREHA)1、上層為蛭石(旭工業)1之比率重疊所形成的土壤。
本實驗係對植物施與僅有水(對照)、1mM氧化型麩胱甘肽(GSSG)溶液、2mM還原型麩胱甘肽(GSH)溶液。具體而言，於如65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)左右之罐中的每一個體，每1週一次，施與每罐25mL之溶液於根。
與實施例1同樣地，使用作為檢體之葉(或地上部)，藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來實施測定。相對於檢測的波峰，將m/Z及泳動時間對照原來的資料庫，進行胺基酸的檢索、鑑定及定量。獲得的結果示於第8圖及第9圖。
第8圖及第9圖係顯示進行麩胱甘肽處理的菠菜之胺基酸含量與對照區為1者。如第8圖所示，於低溫條件，因麩胱甘肽所致的效果以一部份之胺基酸所觀察時，其效果為小。另一方面，如第9圖所示，於高溫條件，各種胺基酸含量為提升。於菠菜，藉由施用氧化型麩胱甘肽，顯示酪胺酸、甘胺酸、高絲胺酸、苯丙胺酸之胺基酸含量會提升5倍以上。又，於菠菜，得知氧化型麩胱甘肽相較於還原型麩胱甘肽可為較佳使用者。
〔2：小松菜之栽培溫度控制對各游離胺基酸含量之影響〕
檢討為十字花科之蔬菜的小松菜之施用麩胱甘肽的情形之栽培條件。小松菜係於播種後、選擇發芽均一者，於培育箱(光期(光照期)：14小時/暗期：10小時、光強度：約250μE/m2/s)中栽培，28日後採樣。栽培溫度設定 為低溫條件LT(Low Temperature：光期(光照期)20℃/暗期15℃)及高溫條件HT(High Temperature：光期(光照期)25℃/暗期20℃)之二種類。又，小松菜之生育適溫範圍雖係本試驗中的高溫條件，但即使於低溫條件亦無問題而可使生育。
培養基係使用以下層為蛭石(旭工業)2、中層為KUREHA育苗培土(KUREHA)1、上層為蛭石(旭工業)1之比率重疊所形成的土壤。
本實驗係對植物施與僅有水(對照)、1mM氧化型麩胱甘肽(GSSG)溶液、2mM還原型麩胱甘肽(GSH)溶液。具體而言，於如65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)左右之罐中的每一個體，每1週一次，施與每罐25mL之溶液於根。
與實施例1同樣地，使用作為檢體之葉(或地上部)，藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來實施測定。相對於檢測的波峰，將m/Z及泳動時間對照原來的資料庫，進行胺基酸的檢索、鑑定及定量。獲得的結果示於第10圖及第11圖。
第10圖及第11圖係顯示進行麩胱甘肽處理的小松菜之胺基酸含量與對照區為1者。如第10圖所示，於高溫條件，由於麩胱甘肽所致的胺基酸含量提升的效果保留於β丙胺酸、天門冬醯胺、穀胺醯胺等之一部份胺基酸。另一方面，如第11圖所示，於低溫條件，更多胺基酸之含量為提升的。於小松菜顯示，藉由施用還原型麩胱甘肽，天門冬胺酸、蘇胺酸、GABA、異亮胺酸、天門冬醯胺、穀胺醯胺、精胺酸之胺基酸含量為2倍以上提升。又，於小松菜得知，還原型麩胱甘肽相較於氧化型麩胱甘肽為可更佳使用者。
由以上結果可知，藉由進行栽培溫度的管理，可使麩胱甘肽所致的胺基酸含量提升效果更有效果地發揮。
【實施例4】
〔用以使胺基酸含量提升之麩胱甘肽之使用濃度的檢討〕
驗證對為菊科之蔬菜的茼蒿(春菊)施用各種濃度之麩胱甘肽的情形對胺基酸含量的影響。茼蒿係於播種後、選擇發芽均一者，於培育箱(光期(光照期)：14小時20℃/暗期：10小時15℃、光強度：約250μE/m2/s)中栽培，28日後採樣。培養基係使用以下層為蛭石(旭工業)2、中層為KUREHA育苗培土(KUREHA)1、上層為蛭石(旭工業)1之比率重疊所形成的土壤。
本實驗係對植物施與僅有水(對照)、0.1mM、0.2mM、0.5mM、1mM、2mM、5mM之氧化型麩胱甘肽(GSSG)溶液。具體而言，於如65mm(W)×65mm(D)×50mm(H)左右之罐中的每一個體，每1週一次，施與每罐25mL之溶液於根。
與實施例1同樣地，使用作為檢體之葉(或地上部)，藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來實施測定。相對於檢測的波峰，將m/Z及泳動時間對照原來的資料庫，進行胺基酸的檢索、鑑定及定量。獲得的結果示於第12a圖及第12b圖。
如第12a圖所示，藉由對茼蒿施用GSSG，除去無法檢測的半胱胺酸之外，幾乎全部的游離胺基酸之含量已變動。GSSG為0.1mM之際，除了離胺酸、色胺酸(tryptophan)、甘胺酸、穀胺醯胺之外，胺基酸含量為降低，全游離胺基酸含量降低。於0.2mM至5mM之條件下使用的情形，相對於對照區 之全游離胺基酸含量，處理區之游離胺基酸含量為濃度依存性地上升。顯示即使於使用低濃度之GSSG的情形為效果少的胺基酸，藉由以高濃度使用GSSG亦可使其含量提升。
第12b圖係顯示將對照區之游離胺基酸含量作為1的情形之以各濃度之處理區中的游離胺基酸含量之比。如第12b圖所示，使用5mM之GSSG的情形，全游離胺基酸含量成為24.8倍，顯示特別顯著的效果。又顯示，於甘胺酸、天門冬醯胺、組胺酸、高絲胺酸、穀胺醯胺、精胺酸，於使用5mM之GSSG的情形，含量上升約100倍以上，於精胺酸係最大成為1070倍之所謂的顯著上升。
由以上之結果所示，以胺基酸含量提升為目的來使用麩胱甘肽的情形，胺基酸含量亢進劑以0.2mM至5mM之範圍內使用者為較佳。
【實施例5】
〔果實中的胺基酸含量提升效果的驗證〕
驗證麩胱甘肽對為茄科蔬菜的小番茄(品種：chandelier)之效果。購入市售的苗，將其用於實驗。購入後，將苗移植到1/2000a(公畝)盆栽，6週間馴化栽培。使用將下層為蛭石(旭工業)6L、中層為KUREHA育苗培土(KUREHA)3L、上層為蛭石(旭工業)3L重疊形成的土壤來作為栽培土壤。
馴化栽培後，除去全部於此時點結果的番茄果實。於各盆栽之土壤表面各自灑上20g含有1%之氧化型麩胱甘肽或1%之還原型麩胱甘肽的粒劑狀加工的載體(以下，稱為GSSG粒劑或GSH粒劑)，將此日作為實驗第0日。又，準備未使用任一種粒劑的對照區。自實驗開始8日後、20日後、36日後、50日後進行追肥。追肥係使用Kumiai S604號(N16%)每一次以6kg/a(每 一個體3g(N480mg))。自實驗開始20日後、29日後、57日後回收紅色成熟的番茄果實，作為樣品。
與實施例1同樣地，使用作為檢體之回收果實，藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來實施測定。相對於檢測的波峰，將m/Z及泳動時間對照原來的資料庫，進行胺基酸的檢索、鑑定及定量。獲得的結果示於第13圖。
第13圖係顯示施用GSSG粒劑或GSH粒劑的情形之果實中的胺基酸含量相對於對照區之果實之各胺基酸含量的比。於使用GSSG粒劑的情形下，係認為粒劑處理20日後於回收果實中的胺基酸含量有增加。再者，粒劑處理之29日後回收的果實中，全部胺基酸之含量提升，且全游離胺基酸含量成為2.2倍。另一方面，即使使用GSH粒劑的情形，於粒劑處理之20日後有數種胺基酸之含量被認為有增加，29日後全部之胺基酸含量提升。處理GSH粒劑時的全游離胺基酸含量為對照區之1.5倍，可知使用GSSG粒劑者可為較佳使用者。
粒劑處理後57日後回收的果實，其胺基酸含量與對照區之含量接近，暗示第0日施用粒劑之效果係為薄弱的。
又，驗證粒劑處理後第20日追肥氮肥料之效果的結果，相對於對照區中全游離胺基酸含量為降低，於使用GSSG粒劑的情形下，胺基酸含量提升。
由以上之結果，本發明之方法顯示不僅可使作物之葉的胺基酸含量提升，亦可使果實之胺基酸含量提升。又，本發明所使用的麩胱甘肽顯示其並未依存於劑型，除了液態肥料之外，可使用保持麩胱甘肽的粒劑等。
【實施例6】
〔韭菜中的胺基酸含量提升效果的驗證〕
驗證為單子葉植物(石蒜科)的韭菜中的胺基酸含量提升效果。將韭菜植物，於2011年6月8日以將種子於3粒/孔之條件播種於CellTray(128孔)，使其生育後，於盆栽(1/5000a(公畝))，以6本/株之條件於2011年9月12日移植。以真砂土：珍珠岩(perlite)：泥炭土(peat moss)為2：1：1混合作為土壤，並以3L/盆栽使用。又，基肥係以4g/盆栽使用固形30號(N-P-K：10-10-10)。於盆栽上進行溶液土耕栽培，將大塚養液土耕5號(N-P-K：12-20-20)稀釋為EC0.6~1.0dS/m作為追肥，每一日2-3次與灌溉水同時供給。
麩胱甘肽係以GSSG粒劑以4.8g/盆栽於2012年7月31日施用。將自粒劑之施用4週間後採取的可食部供給於胺基酸含量之測定。可食部作為檢體來使用，與實施例1同樣地，實施藉由CE-TOFMS(毛細管電泳-飛行時間型質量分析計：Agilent CE-TOFMS system(Agilent technologies公司))之陽離子模式、陰離子模式來測定。對於檢測的波峰，將m/Z及泳動時間與原資料庫照合，進行胺基酸之檢索、鑑定及定量。所得的結果示於第14圖。
第14圖係顯示進行GSSG處理的韭菜中的精胺酸含量及離胺酸含量。與GSSG未處理區(control)比較，在GSSG粒劑處理區(GSSG)，精胺酸含量提升1.8倍、離胺酸含量提升1.6倍。由此可知，即使於為單子葉植物的韭菜，藉由麩胱甘肽處理亦可使胺基酸含量提升。
如此，本發明可為以下態樣：
〔1〕一種用以提高植物之胺基酸含量之組成物，其含有胺基酸含量亢進劑。
〔2〕如1之組成物，其中上述胺基酸含量亢進劑為麩胱甘肽或其衍生物。
〔3〕如1或2之組成物，其中上述胺基酸含量亢進劑為氧化型麩胱甘肽或還原型麩胱甘肽或此等之酯體。
〔4〕如1-3之組成物，其為液體、錠劑、散劑或顆粒劑之形態。
〔5〕如1-4之組成物，其不含有氮源。
〔6〕如1-5之組成物，其用以製造胺基酸含量提升的植物。
〔7〕一種用以提高植物之胺基酸含量的套組，其係具備胺基酸含量亢進劑或含有胺基酸含量亢進劑的組成物。
〔8〕如7之套組，其具備記載用以提高植物之胺基酸含量的使用步驟的指示書。
〔9〕如7或8之套組，其係用以製造胺基酸含量提升的植物。
〔10〕一種提高植物之胺基酸含量的方法，其包含將胺基酸含量亢進劑或含有胺基酸含量亢進劑的組成物施用於植物的步驟。
〔11〕如10之方法，其進一步包含於胺基酸含量亢進劑之存在下來栽培植物的步驟。
〔12〕如11之方法，其使0.1mM~5mM之濃度範圍之胺基酸含量亢進劑與植物接觸。
〔13〕如11或12之方法，每一植物個體施用的胺基酸含量亢進劑之總量為12.5mg~300mg之範圍內。
〔14〕如11-13之方法，每1L土壤施用的胺基酸含量亢進劑之總量為60mg~1450mg之範圍內。
〔15〕如11-14之方法，其進一步包含測定施用胺基酸含量亢進劑的植物中的胺基酸含量的步驟。
〔16〕如11-15之方法，其進一步包含測定施用胺基酸含量亢進劑的植物之作為目標收穫物中的胺基酸含量的步驟。
〔17〕如11-16之方法，其中上述施用的步驟係連續地或間斷地進行。
〔18〕如11-17之方法，其進一步包含控制植物之收穫時期之光條件的步驟。
〔19〕如11-18之方法，其進一步包含控制植物之栽培時期之溫度條件的步驟。
〔20〕一種製造胺基酸含量提升的植物之方法，其係使用10-19之方法。
〔21〕如20之方法，其進一步包含選擇與不存在胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的植物作比較後的胺基酸含量提升之植物的步驟。
〔22〕如20或21之方法，其進一步包含選擇與不存在胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的植物作比較後之目標收穫物中的胺基酸含量提升的植物的步驟。
〔23〕如20-22之方法，其進一步包含選擇存在有胺基酸含量亢進劑之情況下栽培的植物後具有特色的代謝物質生成量輪廓或基因表現量輪廓的植物之步驟。
〔24〕如23之方法，其進一步包含取得植物中的代謝物質生成量輪廓或基因表現量輪廓的步驟。
〔25〕如1-24之方法，其適用對象之植物為陸生植物。
〔26〕如1-24之方法，其適用對象之植物為水生植物。
〔27〕如26之方法，其中上述水生植物為藻類。
〔28〕一種由20-27之方法所製造的植物。
〔29〕如28之植物，其中適用對象之植物為陸生植物。
〔30〕如28之植物，其中適用對象之植物為水生植物。
〔31〕如30之方法或植物，其中上述水生植物為藻類。
又，由上述1-31所使用的胺基酸含量亢進劑所致之植物中之含量會提升的胺基酸係依植物種類而異，並未特別限定，但為選自由胺基丁酸(GABA)，穀胺酸、β丙胺酸、天門冬胺酸、丙胺酸、離胺酸、蘇胺酸、羥基脯胺酸、亮胺酸、絲胺酸、色胺酸、纈胺酸、酪胺酸、苯丙胺酸、脯胺酸、異亮胺酸、甘胺酸、天門冬醯胺、組胺酸、高絲胺酸、穀胺醯胺及精胺酸組成之群組的胺基酸之至少一種者為較佳，選自由脯胺酸、異亮胺酸、甘胺酸、天門冬醯胺、組胺酸、高絲胺酸、穀胺醯胺及精胺酸組成之群組的胺基酸之至少一種者為更佳，精胺酸為特佳。
本發明並未限定於上述各實施形態，於申請專利範圍第所示範圍內可為各種變更，適當組合不同實施形態所各自揭示的技術手段所得的實施形態亦包含於本發明之技術範圍。
[產業上之利用可能性]
依據本發明之組成物，由於可容易地製造胺基酸含量提升的植物的緣故，本發明有利用於農業、食品產業等之產業的可能性。相信適用範圍一般橫跨植物、農產物而極為廣泛。若考慮現今之健康計畫，胺基酸含量提升的植物之市場性係高的。

Claims (15)

  1. 一種化合物用以提高植物中的全胺基酸含量之用途，該化合物係選自氧化型麩胱甘肽、還原型麩胱甘肽、高麩胱甘肽、羧基丙基麩胱甘肽、及二羧基乙基麩胱甘肽組成之群組。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用途，其未併用氮肥料。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之用途，其中選自由胺基丁酸(GABA)、麩胺酸、β丙胺酸、天門冬胺酸、丙胺酸、離胺酸、蘇胺酸、羥基脯胺酸、亮胺酸、絲胺酸、色胺酸、纈胺酸、酪胺酸、苯丙胺酸、脯胺酸、異亮胺酸、甘胺酸、天門冬醯胺、組胺酸、高絲胺酸、穀胺醯胺及精胺酸組成之群組的胺基酸之至少一種的含量被提高。
  4. 一種提高植物中的全胺基酸含量的方法，其包含對植物施用選自氧化型麩胱甘肽、還原型麩胱甘肽、高麩胱甘肽、羧基丙基麩胱甘肽、及二羧基乙基麩胱甘肽組成之群組的化合物或含有該化合物的組成物之步驟；於存在有上述化合物或上述組成物的情況下栽培植物之步驟；及測定施用上述化合物或上述組成物的植物中的全胺基酸含量之步驟。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其進一步包含控制植物之收穫時期之光條件之步驟。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中，在該控制光條件之步驟開始8小時以上之後，且該步驟結束之前，進行植物的收穫。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其進一步包含控制植物之栽培時期之溫度條件之步驟。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中，控制該溫度條件的步驟，係在對 該植物施用的步驟之後進行。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之方法，其進一步包含控制植物之栽培時期之溫度條件之步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該控制溫度條件的步驟，係在施用於該植物的步驟之後進行。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其進一步包含控制植物的栽培時期之溫度條件的步驟。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中，該控制溫度條件的步驟，係在對該植物施用的步驟之後進行。
  13. 一種製造全胺基酸含量提升的植物之方法，其係使用如申請專利範圍第4項至第12項中任一項所述之方法。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其進一步包含選擇與不存在該化合物或該組成物之情況下栽培的植物作比較後的全胺基酸含量提升的植物之步驟。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之方法，其進一步包含選擇與存在有該化合物或該組成物之情況下栽培的植物作比較後具有特色的代謝物質生成量輪廓或基因表現量輪廓的植物之步驟。
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