植物繁殖的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及植物繁殖領(lǐng)域。具體而言，本發(fā)明涉及用于無(wú)性生殖植物繁殖的方法以及通過(guò)這種方法所產(chǎn)生的植物和植物部位。本發(fā)明還提供包封的繁殖體。本發(fā)明還提供包封的繁殖體和從中生長(zhǎng)出的植物的多種最終用途。本發(fā)明還提供用于改變根莖構(gòu)造的方法和具有改變的構(gòu)造的根莖，以及用于改變莖扦插構(gòu)造的方法和具有改變的構(gòu)造的莖扦插。本發(fā)明還提供用于繁殖體的包衣，以及用其包覆的繁殖體。
【背景技術(shù)】
[0002]最近，可降低我們對(duì)于傳統(tǒng)能源(如煤、石油和核能)的依賴的替代能源引起了人們很大的興趣。一種此類替代能源是生物燃料，其為來(lái)自作物(能源作物)的燃料，這些作物可被燃燒以產(chǎn)生熱和電或采用酶處理以產(chǎn)生可用于生產(chǎn)乙醇或氫氣的糖。芒屬(Miscanthus)是多年生禾本植物的實(shí)例，由于其高生物量產(chǎn)率，已被鑒定為能源作物。
[0003]存在許多芒屬屬種，但目前最高產(chǎn)的克隆是不育性雜種奇崗(Miscanthus X giganteus)，其來(lái)自荻(M.saccharif 1rus)和中國(guó)芒(M.sinensis)的天然雜交。芒屬是結(jié)種子的禾本植物，但雜種奇崗是三倍體，因此是不育的并且不產(chǎn)生種子。因該雜種只可通過(guò)無(wú)性方式來(lái)繁殖，這嚴(yán)重限制了它的商業(yè)引入。
[0004]對(duì)芒屬的結(jié)籽變種的主要擔(dān)憂是其變?yōu)槿肭中缘臐撃?，但是結(jié)籽變種的替代物是依靠無(wú)性繁殖，其在很大程度上效率較低。芒屬無(wú)性繁殖的常規(guī)方法包括種植從專用增殖作物產(chǎn)生的根莖扦插，根莖是地下莖。隨著商用芒屬作物生長(zhǎng)超過(guò)20年或更多年，其根復(fù)合體可變得相當(dāng)大并且是木質(zhì)的。適用于定苗新作物的根莖通常特別地在增殖試驗(yàn)田中產(chǎn)生，并且經(jīng)常以高密度種植，并在2-4年后采收。這些常規(guī)的根莖形狀不規(guī)則，可經(jīng)常具有大量的根毛和不定根，使其難以通過(guò)常規(guī)農(nóng)業(yè)設(shè)備來(lái)處理，并且由于根毛纏結(jié)及其大的、不規(guī)則的且體積大的本性而難以貯存和處理。根莖扦插是從上述“根復(fù)合體”中獲得的，其通常約12-15cm長(zhǎng)，包括周圍的土壤在內(nèi)重約50g。盡管這些根莖看似強(qiáng)壯，但它們對(duì)失水相當(dāng)敏感，因此需要謹(jǐn)慎地貯存并處理。以上提到的因素使得芒屬的增殖與其他作物相比相對(duì)昂貴。例如，在歐洲的典型生長(zhǎng)條件下，芒屬根莖在一個(gè)生長(zhǎng)季的增殖率為約3-5倍，意味著一個(gè)根莖在一年的生長(zhǎng)后最多產(chǎn)生五個(gè)根莖。與之相比，谷物的增殖率高達(dá)80倍，而油菜的增殖率超過(guò)5，000倍。同樣，與清潔、處理和種植結(jié)籽作物的成本相比，種植常規(guī)芒屬根莖的成本也高。
[0005]已經(jīng)嘗試通過(guò)使種植設(shè)備適合于根莖，包括引入精確種植，以解決上述問(wèn)題，這兩種嘗試都增加了作物定苗的可靠性。
[0006]但是，迄今為止，未嘗試過(guò)使根莖自身更好地適應(yīng)常規(guī)農(nóng)業(yè)設(shè)備。
[0007]產(chǎn)生用于燃料、飼料和纖維的原料所需的許多作物(多年生禾本植物)根本沒(méi)有根莖，或根莖的數(shù)量不夠，因此需要莖繁殖。但是，基于莖扦插的植物繁殖存在類似的問(wèn)題。例如，甘蔗是一種經(jīng)濟(jì)上重要的作物，用于糖生產(chǎn)和生物燃料生產(chǎn)，但是甘蔗生產(chǎn)是勞動(dòng)密集型的，并依賴于使用專門的機(jī)械。甘蔗的栽培包括約2年的相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程用來(lái)生產(chǎn)甘蔗種子，其使用微組織繁殖技術(shù)，隨后通過(guò)試驗(yàn)和育種以產(chǎn)生新的甘蔗栽培品種。在高的病害壓力下，新栽培品種上市可需要長(zhǎng)達(dá)5年。然后開(kāi)始來(lái)自甘蔗種子的甘蔗增殖，這一過(guò)程通?？尚枰s3年，然后可開(kāi)始商業(yè)生產(chǎn)。通常，約20%的總生長(zhǎng)區(qū)域被留作增殖用，如果不是連續(xù)的，意味著約20 %的土地被占用至少3年用于連續(xù)的增殖周期。3年期間的增殖率也相對(duì)低效，表現(xiàn)出約8倍的增加。
[0008]對(duì)于根莖類作物如姜黃和竹子，已經(jīng)報(bào)道了得自使用微組織繁殖技術(shù)的一些效率增加。例如，署名為 Nayak 的出版物(Plant Growth Regulat1n 32:41-47, 2000)描述了使用組織培養(yǎng)技術(shù)的姜黃體外增殖，還描述了使用蔗糖、6-芐基腺嘌呤和特定的光周期誘導(dǎo)微根莖。同樣，Lo-apirukkul等人(J Nat Med(2012)66:265-270)描述了一種泰國(guó)藥用植物多葉姜黃(Curcuma comosa Roxb.)的微組織繁殖，以及微根莖的誘導(dǎo)。竹子根莖的體外誘導(dǎo)已由 Kapoor 和 Rao 報(bào)道(Plant Cell, Tissue and Organ Culture (2006) 85:211-217)。與常規(guī)方法相比，在涉及使用體外微組織繁殖技術(shù)的現(xiàn)有技術(shù)方法中報(bào)道的效率增加表現(xiàn)出約7倍的改善。因此仍然需要更有效的方法用于無(wú)性生殖植物的繁殖。
[0009]阻止芒屬和其他此類作物的更廣泛栽培的主要障礙之一是上面所討論的低效的繁殖，至少部分歸因于其無(wú)性生殖方式。因此仍然需要經(jīng)濟(jì)上更為有效的方法，用于芒屬和其他無(wú)性生殖作物的定苗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明旨在通過(guò)提供更有效的植物繁殖方法，以及通過(guò)提供呈備用于種植形式的包封的繁殖體，而解決上述與芒屬和其他無(wú)性生殖植物的繁殖有關(guān)的一些問(wèn)題。
[0011]與常規(guī)技術(shù)相比，現(xiàn)有技術(shù)方法顯示約7倍的改善；而與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的方法而獲得的效率增加，根據(jù)所針對(duì)的植物，帶來(lái)約50倍至約200倍的改善。
[0012]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于無(wú)性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步驟:
[0013](i)來(lái)自無(wú)性生殖植物的植物材料的微組織繁殖，隨后增殖以產(chǎn)生小植株；
[0014](ii)使來(lái)自步驟(i)的小植株或其部位接觸至少一種植物激素，使小植株生長(zhǎng)并從中采收小根莖或小莖扦插；
[0015](iii)將步驟(ii)中產(chǎn)生的小根莖或小莖扦插基本上包封于植物生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。
[0016]本發(fā)明還提供包封的小根莖和包封的小莖扦插，其在本文中統(tǒng)稱為“包封的繁殖體”。本文還提供包封的繁殖體的多種用途，以及由此獲得的植物的多種用途。
[0017]本發(fā)明還提供用于包覆繁殖體的生物可降解聚合物，以及包覆在其中的繁殖體。
[0018]還提供使用植物激素和/或通過(guò)實(shí)施本發(fā)明的方法改變根莖或莖扦插的構(gòu)造的方法。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明的方法克服了與芒屬繁殖的常規(guī)方法有關(guān)的低效率，導(dǎo)致更高的生產(chǎn)率和更均一的最終產(chǎn)物。此外，與常規(guī)方法相比，本發(fā)明的方法更適用于自動(dòng)化，導(dǎo)致進(jìn)一步的效率增加。此外，由于通過(guò)該方法所產(chǎn)生的小根莖或小莖扦插的大小和形狀更均一，常規(guī)農(nóng)業(yè)設(shè)備可在最小調(diào)整(如果需要)后容易地用于種植過(guò)程中，因此去除了與不得不生產(chǎn)定制設(shè)備有關(guān)的任何額外費(fèi)用。
[0020]因此，根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于無(wú)性生殖植物繁殖的方法，其包括以下步驟:
[0021](i)來(lái)自無(wú)性生殖植物的植物材料的微組織繁殖，隨后增殖以產(chǎn)生小植株；
[0022](ii)使來(lái)自步驟⑴的小植株或其部位接觸至少一種植物激素，使小植株生長(zhǎng)并從中采收小根莖或小莖扦插；
[0023](iii)將步驟(ii)中產(chǎn)生的小根莖或小莖扦插基本上包封于植物生長(zhǎng)培養(yǎng)基中。
[0024]微組織繁殖是標(biāo)準(zhǔn)的、眾所周知的園藝技術(shù)，用于大量小植株的快速增加。所述方法步驟(i)中所描述的微組織繁殖旨在產(chǎn)生大量適合進(jìn)入所述方法步驟(ii)的材料。所使用的微組織繁殖技術(shù)可以是任何常規(guī)的微組織繁殖技術(shù)，例如組織培養(yǎng)或有根的莖扦插。
[0025]微組織繁殖產(chǎn)生小植株，這些小植株通常在溫室中備用于增殖。用于植物增殖的常規(guī)方法被用于所述方法的該步驟中。小植株的溫室增殖通常導(dǎo)致每2-3個(gè)月增加20-30倍。對(duì)芒屬和蘆竹(Arundo donax)而言，微組織繁殖和增殖使每株植物在約8周的周期內(nèi)產(chǎn)生約10株植物；然后這10株植物可在下一個(gè)約8周的周期內(nèi)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生約100株植物。
[0026]有利地，取決于所使用的植物，微組織繁殖及隨后的增殖可在少于6個(gè)月或少于8個(gè)月或少于10個(gè)月或少于12個(gè)月或少于14個(gè)月或少于16個(gè)月或少于18個(gè)月之內(nèi)，使每I株植物產(chǎn)生1000萬(wàn)小植株、扦插植物或裸露的根扦插(指單個(gè)莖，其可從較大的植物分離出來(lái))。
[0027]有利地，與常規(guī)微組織繁殖相比，微組織繁殖及隨后的增殖導(dǎo)致突變率降低，這再次促進(jìn)由實(shí)施本發(fā)明的方法所帶來(lái)的總體效率增加。
[0028]然后，將所產(chǎn)生的小植株備用于所述方法步驟(ii)中的激素處理。
[0029]術(shù)語(yǔ)“小植株”、“扦插植物”和“裸露的根扦插”在本文中可互換使用，用來(lái)表示按照所述方法步驟(i)的微組織繁殖和增殖技術(shù)產(chǎn)生的小植物。小植株的大小根據(jù)待繁殖的植物而不同，技術(shù)人員將任意使用適合的方式