Способы обработки семян и композиции

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Для улучшения роста растений проводят обработку семян по меньшей мере за один месяц до посадки хитоолигосахаридом (CO) в количестве, эффективном для увеличения урожайности растений, собранных от указанных семян, по сравнению с растениями, собранными от контрольных образцов семян, обработанных CO за одну неделю до посадки. 2 н. и 50 з.п. ф-лы, 3 ил., 4 табл., 4 пр.

Реферат

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Симбиоз между грамотрицательными почвенными бактериями, Rhizobiaceae и Bradyrhizobiaceae, и бобовыми растениями, такими как соя, имеет точное документальное подтверждение. Биохимическая основа для этих взаимоотношений включает обмен молекулярными сигналами, где сигнальные соединения растений с бактериями включают флавоны, изофлавоны и флаваноны, и сигнальные соединения бактерий с растениями, которые включают конечные продукты экспрессии nod-генов Bradyrhizobial и Rhizobial, известных как липохитоолигосахариды (LCO). Симбиоз между этими бактериями и бобовыми растениями способствует фиксации бобовыми растениями атмосферного азота, и, следовательно, росту в почве с низким уровнем усвояемого азота, таким образом, исключая необходимость применения азотных удобрений. Так как азотные удобрения могут значительно повысить стоимость урожая и связаны с рядом вредных воздействий, сельскохозяйственная промышленность продолжает усилия по использованию данной биологической взаимосвязи и разработке новых средств и способов для повышения урожайности растений без увеличения использования удобрений на основе азота.

В патенте США 6979664 предложен способ ускорения прорастания семени или появления всходов культурного растения, включающий этапы обеспечения композиции, содержащей эффективное количество, по меньшей мере, одного липохитоолигосахарида и сельскохозяйственно-приемлемого носителя, и применения композиции в непосредственной близости от семени или появления всходов в эффективном количестве для ускорения прорастания семени появившихся всходов по сравнению с необработанным семенем или всходами.

Дальнейшее развитие данной концепции предложено в заявке WO 2005/062899, относящейся к комбинациям, по меньшей мере, одного индуктора растения, а именно LCO, в комбинации с фунгицидом, инсектицидом или их сочетанием, для повышения качеств растения, таких как густота стояния, рост, активность роста и/или урожайность. Предлагаемые композиции и способы применимы как к бобовым, так и небобовым растениям, и их можно использовать для обработки семени (непосредственно перед посадкой), всходов, корня или растения.

Аналогично, в заявке WO 2008/085958 предложены композиции для улучшения роста растения и урожайности как бобовых, так и небобовых культур, которые содержат LCO в комбинации с другим активным средством, таким как хитин или хитозан, флавоноидное соединение или гербицид, и которые могут быть применимы для семян и/или растений одновременно или последовательно. Как в случае заявки '899, в заявке '958 предложена обработка непосредственно перед посадкой.

В ряде других публикаций описывается целесообразность использования LCO в процессе обработки семян, например, Kidaj et al., "Nod factors stimulate seed germination and promote growth and nodulation of pea and vetch under competitive conditions," Microbiol Res 25426 (2011) and Maj et al., "Pretreatment of Clover Seeds with Nod Factors Improves Growth and Nodulation of Trifolium pratense", J. Chem Ecol (2009) 35:479-487.

За последнее время в публикации Halford, ʺSmoke Signals,ʺ в Chem. Eng. News (от 12 апреля 2010 года), на страницах 37-38, отмечается, что каррикины или бутенолиды, содержащиеся в дыме, проявляют себя в качестве стимуляторов роста и ускорителей прорастания семян после лесного пожара и способны оживлять семена таких ранее оставленных на хранение культур, как кукуруза, томаты, салат-латук и лук. Эти молекулы являются предметом патента США 7576213.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к способам улучшения роста растений и возделывания сельскохозяйственных культур, в которых положительное воздействие сигнальной молекулы растения (средства улучшения роста растений) можно получать без необходимости применения сигнальной молекулы растения (средства улучшения роста растений) к семени одновременно с посадкой. Настоящее изобретение частично основано на том открытии, что обработка семян с использованием сигнальной молекулы растения, такой как LCO, и последующее долгосрочное хранение перед посадкой приводит к росту растения, включая более высокую урожайность растения и/или увеличение площади листовой поверхности и/или числа, длины и массы корней, по сравнению с растениями, урожай которых собран от обоих необработанных семян. Настоящее изобретение также относится к способам улучшения роста растений и возделывания сельскохозяйственных культур, в которых дополнительные улучшения можно получать при урожае растений, полученных от семян, обработанных непосредственно перед посадкой или в течение или менее недели с начала посадки.

Первый аспект настоящего изобретения относится к способу улучшения роста растений, содержащему обработку семени за, по меньшей мере, один месяц (тридцать суток) до посадки с использованием эффективного количества сигнальной молекулы растения. В вариантах осуществления семя можно обрабатывать в соответствии с настоящим способом за 2 месяца до посадки, по меньшей мере, 3 месяца до посадки, по меньшей мере, 4 месяца до посадки, по меньшей мере, 5 месяцев до посадки, по меньшей мере, 6 месяцев до посадки, по меньшей мере, 9 месяцев до посадки, по меньшей мере, 1 год до посадки, по меньшей мере, 2 года до посадки и в некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, 3 года до посадки.

Обработку используют для получения растения (сельскохозяйственной культуры), которое показывает, по меньшей мере, одну повышенную урожайность растения, измеренную в отношении бушель/акр, увеличение числа корней, увеличение длины и массы корня, увеличение корневого объема и увеличение площади листовой поверхности, по сравнению с растениями, урожай которых собран от необработанного семени. В конкретных вариантах осуществления обработку можно использовать для получения растения (сельскохозяйственной культуры), которое показывает, по меньшей мере, одну повышенную урожайность растения, измеренную в отношении бушель/акр, увеличение числа корней, увеличение длины и массы корня, увеличение корневого объема и увеличение площади листовой поверхности, по сравнению с растением (сельскохозяйственной культурой), урожай которой собран от семени, обработанного с использованием сигнальной молекулы непосредственно перед посадкой или в течение или менее недели с начала посадки.

В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения сигнальной молекулой растения является липохитоолигосахарид (LCO). В некоторых вариантах осуществления LCO является рекомбинантным. В других вариантах осуществления LCO является синтетическим. В других вариантах осуществления LCO получают из микроорганизма, например, вида Rhizobium, выбранного из вида Rhizobium, вида Bradyrhizobium, например, Bradyrhizobium japonicum, вида Sinorhizobium и вида Azorhizobium или из арбускулярного микоризного гриба.

В других вариантах осуществления сигнальной молекулой растения является хитиновое соединение, такое как хитоолигомер (CO). В некоторых вариантах осуществления CO является рекомбинантным. В других вариантах осуществления CO является синтетическим. В других вариантах осуществления CO получают из микроорганизма в соответствии с LCO.

В других вариантах осуществления сигнальной молекулой растения является флавоноид. В других вариантах осуществления сигнальной молекулой растения является жасмоновая, линолевая кислота, линоленовая кислота или их производные. В других вариантах осуществления сигнальной молекулой растения является каррикин.

Комбинации двух или более различных сигнальных молекул растения (или их типов) можно использовать для обработки семени.

В других вариантах осуществления обработка дополнительно содержит взаимодействие семени, по меньшей мере, c одним другим агрономически целесообразным средством, например, диазотрофом (микоризный инокулянт), микоризными грибами, фосфат-солюбилизирующим средством, гербицидом, инсектицидом или фунгицидом. В некоторых вариантах осуществления обработка влечет за собой опрыскивание композицией, содержащей сигнальную молекулу растения, семени, и в некоторых других вариантах осуществления обработка влечет за собой стекание по каплям композиции на семена.

Способ по настоящему изобретению применим как к бобовым, так и к небобовым растениям. В некоторых вариантах осуществления бобовым семенем является соевый боб. В некоторых других вариантах осуществления обрабатываемое семя является небобовым семенем, таким как семя полевой культуры, например, кукурузы, или семя овощной культуры.

Семя можно обрабатывать в соответствии с настоящим способом от одного месяца (тридцати суток) до 1 года, 2 лет и в некоторых вариантах осуществления даже до 3 лет до посадки, в зависимости от конкретных качеств семени (всхожести после хранения) или промышленных стандартов. Например, посадку семян соевых бобов обычно осуществляют в следующем сезоне, в то время как семя кукурузы можно хранить в течение намного более длительного периода времени, включая приблизительно 3 года до посадки.

Настоящее изобретение также относится к семенам, обработанным с использованием сигнальной молекулы растения/средства улучшения роста растений, такого как LCO или CO, которые хранили, по меньшей мере, от тридцати суток до 1 года, 2 лет и в некоторых вариантах осуществления даже до 3 лет до посадки.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к посаженному семени, которое обрабатывали с использованием сигнальной молекулы растения/средства улучшения роста растений, такого как LCO или CO, которые хранили, по меньшей мере, от тридцати суток до 1 года, 2 лет и в некоторых вариантах осуществления даже до 3 лет до посадки.

Соответствующий аспект настоящего изобретения относится к фасовке, содержащей обработанные семена по настоящему изобретению с целью посадки, последующей за обработкой.

Как показано на демонстрационных примерах, которые включают сравнительные эксперименты, проведенные как в теплице, так и в полевых условиях, благоприятное действие сигнальной молекулы/средства улучшения роста растений можно получать, даже несмотря на то, что сигнальные молекулы применимы к семени в значительной степени задолго до посадки и после длительного периода хранения.

Как далее показано на демонстрационных примерах, которые включают сравнительные эксперименты, проведенные как в теплице, так и в полевых условиях, варианты осуществления настоящего изобретения, которые влекут за собой обработку соевого семени с использованием LCO от Bradyrhizobium japonicum, показали увеличение урожайности растения, площади листовой поверхности, и увеличение длины корня и корневого объема по сравнению как с необработанным семенем, так и семенем, обработанным с использованием LCO непосредственно перед посадкой или в течение недели с момента посадки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 и 2 показаны химические структуры соединений липохитоолигосахарида (LCO), применимого в практическом осуществлении настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой линейчатую диаграмму, на которой показана средняя площадь поверхности первых тройчатых листьев на 19-дневных растениях соевых бобов, пророщенных от семени, обработанного в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения (например, за 55 суток до посадки) по сравнению с контрольным образцом (т.е., необработанным семенем и семенем, обработанным с использованием сигнальной молекулы за 7 суток до посадки).

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

В целях настоящего изобретения термин ʺсигнальная молекула растенияʺ, который можно использовать взаимозаменяемо со ʺсредством улучшения роста растенияʺ, в широком смысле относится к любому средству, как природному в растениях или микробах, так и синтетическому (и которое может быть неприродным), которое прямо или косвенно активирует биохимический путь растения, приводя в результате к увеличению роста растения, измеряемого, по меньшей мере, в отношении, по меньшей мере, одной повышенной урожайности растения, измеренной в отношении бушель/акр, увеличенного числа корней, увеличенной длины корня, увеличенной корневой массы, увеличенного корневого объема и увеличенной площади листовой поверхности. Показательные примеры сигнальных молекул растения, которые могут быть применимы в практическом осуществлении настоящего изобретения, включают соединения липохитоолигосахарида (LCO), хитоолигосахариды (CO), хитиновые соединения, флавоноиды, жасмоновую кислоту, линолевую кислоту и линоленовую кислоту и их производные и каррикины.

Сигнальная молекула растения может быть изолированным и/или очищенным компонентом. Термин ʺизолированныйʺ означает, что сигнальную молекулу удаляют из своего природного состояния и отделяют от других молекул, естественно связанных с ней. Термин ʺочищенныйʺ означает, что концентрация сигнальной молекулы повышена (посредством процесса очистки) относительно других компонентов, например, нежелательных или низших компонентов.

LCO, также известные в данной области как симбиотические Nod-сигналы или Nod-факторы, состоят из олигосахаридного остова остатков β-1,4-связанного N-ацетил-D-глюкозамина (ʺGIcNAcʺ) с N-связанной ацильной цепью жирной кислоты, конденсированной на нередуцирующем конце. LCO различаются по числу остатков GIcNAc в остове, по длине и степени насыщенности ацильной цепи жирной кислоты, и по заменам остатков редуцирующего и нередуцирующего сахара. Пример LCO представлен ниже в виде формулы I:

в которой:

G является хетозамином, который может быть замещен, например, ацетильной группой на азоте, сульфатной группой, ацетильной группой и/или группой простого эфира на кислороде,

R1, R2, R3, R5, R6 и R7, которые могут быть идентичны или различны, представляют собой H, CH3 CO--, Cx Hy CO-- , где x является целым числом от 0 до 17, и y является целым числом от 1 до 35, или любую другую ацильную группу, такую как например, карбамил,

R4 представляет собой моно-, ди-, или триненасыщенную и тетраненасыщенную алифатическую цепь, содержащую, по меньшей мере, 12 атомов углерода, и n является целым числом от 1 до 4.

LCO можно получать (например, изолированные и/или очищенные) от бактерий, таких как Rhizobia, например, вида Rhizobium, вида Bradyrhizobium, вида Sinorhizobium и вида Azorhizobium. Структура LCO характерна для каждого такого бактериального вида, и каждый штамм может произвести множество LCO с различными структурами. Например, конкретные LCO от S. meliloti, также описанные в патенте США 5549718, имеют формулу II:

в которой R представляет собой H или CH3 CO--, и n равен 2 или 3.

Еще более конкретные LCO включают NodRM, NodRM-1, NodRM-3. При ацетилировании (R=CH3 CO--) они становятся AcNodRM-1 и AcNodRM-3, соответственно (патент США 5545718).

LCO из Bradyrhizobium japonicum описаны в патентах США 5175149 и 5321011. В широком смысле, они являются пентасахаридными фитогормонами, содержащими метилфукозу. Ряд этих LCO, выделяемых из B. Japonicum, описан: BjNod-V (C18:1); BjNod-V (AC, C18:1), BjNod-V (C16:1); и BjNod-V (AC, C16:0), где ʺVʺ обозначает присутствие пяти N-ацетилглюкозаминов; ʺAcʺ - ацетилирование; число, следующее за ʺCʺ, обозначает число атомов углерода в боковой цепи жирной кислоты; и число, следующее за ʺ:ʺ - количество двойных связей.

LCO, используемые в вариантах осуществления изобретения, могут быть извлечены из бактериальных штаммов, из которых получают LCO, таких как штаммы Azorhizobium, Bradyrhizobium (включая B. japonicum), Mesorhizobium, Rhizobium (включая R. leguminosarum), Sinorhizobium (включая S. meliloti), и генно-инженерные бактериальные штаммы для получения LCO.

LCO являются первичными детерминантами хозяинной специфичности в симбиозе бобовых растений (Diaz, et al., Mol. Plant-Microbe Interactions 13:268-276 (2000)). Таким образом, в рамках семейства бобовых у конкретного вида и вида микоризы развиваются симбиотические азотфиксирующие взаимоотношения с конкретным хозяином бобовой культуры. Эти комбинации растение-хозяин/бактерия описаны в Hungria, et al., Soil Biol. Biochem. 29:819-830 (1997). Примеры этих симбиотических отношений бактерии/бобовая культура включают S. meliloti/люцерна и донник; R. leguminosarum biovar viciae/горох и чечевица; R. leguminosarum biovar phaseoli/бобы; Bradyrhizobium japonicum/соевые бобы; и R. leguminosarum biovar trifolii/красный клевер. В Hungria приведен список эффективных флавоноидных индукторов Nod-генов микоризных видов и конкретных LCO структур, получаемых различными микоризными видами. Однако специфичность LCO необходима только для установления образования клубеньков в бобовых культурах. В практическом осуществлении настоящего изобретения использование определенного LCO не ограничивается обработкой семени его симбиотического партнера бобовой культуры, с целью достижения повышения урожайности растения, измеренной в отношении бушель/акр, увеличения числа корней, увеличения длины и массы корня, увеличения корневого объема и увеличения площади листовой поверхности, по сравнению с растениями, урожай которых собран от необработанных семян или по сравнению с растениями, урожай которых собран от семян, обработанных с использованием сигнальной молекулы непосредственно перед посадкой или в течение или менее недели с начала посадки. Таким образом, в качестве примера, LCO, получаемого от B. Japonicum, можно использовать для обработки бобового семени, за исключением семени соевого боба и небобовых культур, таких как кукуруза. В качестве другого примера, LCO гороха, получаемого от R. Leguminosarum, показанного на Фиг. 1 (указанного LCO-V (C18:1), SP104), можно использовать для обработки семени бобовой культуры, также за исключением гороха и небобовых культур.

Настоящее изобретение также охватывает использование LCO, полученных от (например, изолированных и/или очищенных) от арбускулярных микоризных грибов, таких как грибы группы Glomerocycota, например, Glomus intraradicus. Структуры представителей LCO, полученных от этих грибов, описаны в заявках WO 2010/049751 и WO 2010/049751 (описанные здесь LCO также обозначаются как ʺMyc-факторыʺ).

Настоящее изобретение также охватывает использование синтетических LCO соединений, таких как те, которые описаны в заявке WO2005/063784, и рекомбинантных LCO, полученных путем генной инженерии. Основная природная LCO структура может содержать модификации или замены, найденные в природных LCO, таких как те, которые описаны в Spaink, Crit. Rev. Plant Sci. 54:257-288 (2000) и D'Haeze, et al., Glycobiology 12:79R-105R (2002). Предшественники олигосахаридных молекул (CO, которые, как описано ниже, также пригодны в качестве сигнальных молекул растения в настоящем изобретении) для образования LCO могут также быть синтезированы организмами генной инженерии, например, как в Samain, et al., Carb. Res. 302:35-42 (1997).

LCO можно также использовать в различных формах чистоты и можно использовать самостоятельно или в форме культуры LCO-продуцирующих бактерий или грибов. Например, OPTIMIZE® (коммерчески доступны от Novozymes BioAg Limited) содержит культуру B. japonicum, которая производит LCO (LCO-V (C18:1, MeFuc), MOR116), показанную на Фиг. 2. Способы обеспечения по существу чистых LCO включают простое удаление микробных клеток из смеси LCO и микроба или продолжение изоляции и очищения LCO молекул с помощью фазового расслоения LCO растворителя после ВЭЖХ хроматографии, как описано, например, в патенте США 5549718. Очистка может быть усилена посредством повторной ВЭЖХ, и очищенные LCO молекулы могут быть высушены сублимацией для длительного хранения.

Хитины и хитозаны, которые являются основными компонентами клеточной стенки грибов и экзоскелеты насекомых и ракообразных, также состоят из GIcNAc остатков. Хитиновые соединения включают хитин (IUPAC: N-[5-[[3-ацетиламино-4,5-дигидрокси-6-(гидроксиметил)оксан-2-ил]метоксиметил]-2-[[5-ацетиламино-4,6-дигидрокси-2-(гидроксиметил)оксан-3-ил]метоксиметил]-4-гидрокси-6-(гидроксиметил)оксан-3-ис]этанамид) и хитозан, (IUPAC: 5-амино-6-[5-амино-6-[5-амино-4,6-дигидрокси-2(гидроксиметил)оксан-3-ил]окси-4-гидрокси-2-(гидроксиметил)оксан-3-ил]окси-2(гидроксиметил)оксанe-3,4-диол). Эти соединения можно получать коммерчески, например, от Sigma-Aldrich, или получать из насекомых, ракушек ракообразных или клеточных стенок грибов. Способы получения хитина и хитозана известны в данной области и описаны, например, в патенте США 4536207 (получение из ракушек ракообразных), Pochanavanich, et al., Lett. Appl. Microbiol. 35:17-21 (2002) (получение из клеточных стенок грибов), и патенте США 5965545 (получение из ракушек краба и гидролиза коммерческого хитозана). Деацетилизированные хитины и хитозаны можно получать в диапазоне от менее чем 35% до более чем 90% деацетилирования и охвате широкого спектра молекулярной массы, например, олигомеры хитозана с низкой молекулярной массой менее чем 15 кД и олигомеры хитина 0,5 до 2 кД; хитозан ʺpractical gradeʺ с молекулярной массой приблизительно 150 кД; и хитозан с высокой молекулярной массой до 700 кД. Композиции хитина и хитозана, образованные для обработки семени, также коммерчески доступны. Коммерческие продукты включают, например, ELEXA® (Plant Defense Boosters, Inc.) и BEYOND™ (Agrihouse, Inc.).

Другие хитиновые соединения, являющиеся пригодными для использования в настоящем изобретении, включают CO (например, изолированные и/или очищенные). CO известны в данной области как структуры N-актилглюкозамина, соединенного β-1-4 связами, идентифицированные как олигомеры хитина, также как N-ацетилхитоолигосахариды. CO имеют уникальные и различные оформления боковой цепи, которые отличают их от молекул хитина [(C8H13NO5)n, CAS No. 1398-61-4] и молекул хитозана [(C5H11NO4)n, CAS No. 9012-76-4]. Примерами литературы, описывающей структуру и получение Co, являются следующие: Van der Hoist, et al., Current Opinion in Structural Biology, 11:608-616 (2001); Robina, et al., Tetrahedron 58:521-530 (2002); Hanel, et al., Planta 232: 787-806 (2010); Rouge, et al. Chapter 27, "The Molecular Immunology of Complex Carbohydrates" in Advances in Experimental Medicine and Biology, Springer Science; Wan, et al., Plant Cell 21:1053-69 (2009); PCT/F100/00803 (9/21/2000); and Demont-Caulet, et al., Plant Physiol. 120 (1):83-92 (1999).

Два Co, пригодных для использования в настоящем изобретении, можно легко выделить из LCO, показанных на Фиг. 1 и 2 (минус цепи жирной кислоты), которые являются предшественниками CO до LCO, показанных на Фиг. 1 и 2. Способы получения рекомбинантных CO известны в данной области. См., например, Samain, et al. (supra.); Cottaz, et al., Meth. Eng. 7 (4)-311-1 (2005) and Samain, et al., J. Biotechnol. 72:33-47 (1999).

Флавоноиды являются соединениями фенольной смолы, имеющими общую структуру из двух ароматических колец, связанных трехуглеродным мостиком. Флавоноиды получают из растений, и они имеют много функций, например, в качестве благоприятных сигнальных молекул и в качестве защиты от насекомых, животных, грибов и бактерий. Классы флавоноидов включают халконы, антоцианиды, кумарины, флавоны, флаванолы, флавонолы, флаваноны и изофлавоны. См., например, Jain, et al., J. Plant Biochem. & Biotechnol. 11:1-10 (2002); Shaw, et al., Environmental Microbiol. 11:1867-80 (2006).

Представители флавоноидов, которые могут быть пригодны в практическом осуществлении настоящего изобретения, включают генистеин, даидзеин, формононетин, нарингенин, гесперетин, лютеолин и апигенин. Флавоноидные соединения являются коммерчески доступными, например, от Natland International Corp., Research Triangle Park, NC; MP Biomedicals, г. Ирвин, штат Калифорния; LC Laboratories, г. Уоберн, штат Массачусетс. Флавоноидные соединения можно выделять из растений или семян, например, как описано в патентах США 5702752; 5990291 и 6146668. Флавоноидные соединения можно также получать с использованием организмов генной инженерии, таких как дрожжи, как описано в Ralston, et al., Plant Physiology 137:1375-88 (2005).

В других вариантах осуществления семя обрабатывают с использованием жасмоновой кислоты (JA, [1R-[1α,2β(Z)]]-3-оксо-2-(пентенил)циклопентануксусной кислоты) и ее производных, линолевой кислоты ((Z,Z)-9,12-октадекадиеновой кислоты) и ее производных и линоленовой кислоты ((Z,Z,Z)-9,12,15-октадекатриеновой кислоты) и ее производных. Жасмоновая кислота и ее сложный метиловый эфир, метил жасмонат (MeJA), вместе известные как жасмонаты, являются соединениями на основе октадеканоида, которые естественным образом возникают в растениях. Жасмоновую кислоту получают из всходов корней пшеницы и микроорганизмов грибов, таких как Botryodiplodia theobromae и Gibbrella fujikuroi, дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) и патогенных и непатогенных штаммов Escherichia coli. Линолевую кислоту и линоленовую кислоту получают в ходе биосинтеза жасмоновой кислоты. Отмечено, что жаснонаты, линолевая кислота и линолевая кислота (и их производные) являются индукторами экспрессии nod-гена или получения LCO с помощью rhizobacteria. См., например, Mabood, Fazli, Jasmonates induce the expression of nod genes in Bradyrhizobium japonicum, May 17, 2001; and Mabood, Fazli, "Linoleic and linolenic acid induce the expression of nod genes in Bradyrhizobium japonicum," USDA 3, 17 мая 2001 года.

Пригодные производные линолевой кислоты, линоленовой кислоты и жасмоновой кислоты, которые могут быть применимы в практическом осуществлении настоящего изобретения, включают сложные эфиры, амиды, гликозиды и соли. Представителями сложных эфиров являются соединения, в которых карбоксильная группа линолевой кислоты, линоленовой кислоты или жасмоновой кислоты была заменена --COR группой, где R является --OR1 группой, в которой R1 является: алкильной группой, такой как C1-C8 неразветвленная или разветвленная алкильная группа, например, метиловая, этиловая или пропильная группа; алкенильной группой, такой как C2-C8 неразветвленная или разветвленная алкенильная группа; алкинильной группой, такой как C2-C8 неразветвленная или разветвленная алкинильная группа группа; арильной группой, имеющей, например, 6 до 10 атомов углерода; или гетероарильной группой, имеющей, например, от 4 до 9 атомов углерода, где гетероатомами в гетероарильной группе могут быть, например, N, O, P или S. Представителями амидов являются соединения, в которых карбоксильная группа линолевой кислоты, линоленовый кислоты или жасмоновой кислоты заменена --COR группой, где R является NR2R3 группой, в которой R2 и R3 являются независимо: водородом; алкильной группой, такой как C1-C8 неразветвленная или разветвленная алкильная группа, например, метиловая, этиловая или пропильная группа; алкениловой группой, такой как C2-C8 неразветвленная или разветвленная алкенильная группа; алкинильной группой, такой как C2-C8 неразветвленная или разветвленная алкинильная группа; арильной группой, имеющей, например, от 6 до 10 атомов углерода; или гетероарильной группой, имеющей, например, от 4 до 9 атомов углерода, где гетероатомами в гетероарильной группе могут быть, например, N, O, P или S. Сложные эфиры можно получать известными способами, такими как кислотно-катализированное нуклеофильное присоединение, где карбоновая кислота вступает в реакцию со спиртом в присутствии каталитического количества неорганической кислоты. Амиды также можно получать известными способами, такими как реакция карбоновой кислоты с подходящим амином в присутствии связующего вещества, такого как дициклогексил карбодиимид (DCC) при нейтральных условиях. Подходящие соли линолевой кислоты, линоленовой кислоты и жасмоновой кислоты включают, например, соли присоединения оснований. Основания, которые можно использовать в качестве реагентов для получения метаболически приемлемых основных солей этих соединений, включают те, которые получены от катионов, таких как катионы щелочного металла (например, калия и натрия) и катионы щелочноземельного металла (например, кальция и магния). Эти соли можно быстро получить посредством смешивания раствора линолевой кислоты, линоленовой кислоты или жасмоновой кислоты с раствором основания. Соль можно осадить из раствора и собрать посредством фильтрации или ее можно регенерировать другими способами, таким как выпаривание растворителя.

В других вариантах осуществления семя обрабатывают винилогическим 4H-пироном, например, 2H-фуро[2,3-c]пиран-2-онами, включая их производные и аналоги, примеры которых представлены следующей структурой:

где; Z является O, S или NR5; R1, R2, R3 и R4 каждый являются независимо H, алкилом, алкенилом, алкинилом, фенилом, бензилом, гидрокси, гидроксиалкилом, алкокси, фенилокси, бензилокси, CN, COR6, COOR=, галогеном, NR6R7 или NO2; и R5, R6 и R7 каждый являются независимо H, алкилом или алкенилом или их биологически приемлемой солью. Примеры биологически приемлемых солей этих соединений могут включать соли присоединения кислот, образованных биологически приемлемыми кислотами, примеры которых включают гидрохлорид, гидробромид, сульфат или бисульфат, фосфат или водород фосфат, ацетат, бензоат, сукцинат, фумарат, малеат, лактат, цитрат, тартрат, глюконат; метансульфонат, бензолсульфонат и п-толуолсульфоновую кислоту. Дополнительные биологически приемлемые соли металлов могут включать соли щелочных металлов, с основаниями, примеры которых включают натрий и калиевые соли. Примеры соединений, которые охвачены структурой и которые могут быть пригодны для использования в настоящем изобретении, включают следующие: 3-метил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1=CH3, R2, R3, R4=H), 2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R2, R3, R4=H), 7-метил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R2, R4=H, R3=CH3), 5-метил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R2, R3=H, R4=CH3), 3,7-диметил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R3=CH3, R2, R4=H), 3,5-диметил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R4=CH3, R2, R3=H), 3,5,7-триметил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R3, R4=CH3, R2=H), 5-метоксиметил-3-метил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1=CH3, R2, R3=H, R4=CH2OCH3), 4-бромо-3,7-диметил-2H-фуро[2,3-c]пиран-2-один (где R1, R3=CH3, R2=Br, R4=H), 3-метилфуро[2,3-c]пиридин-2(3H)-один (где Z=NH, R1=CH3, R2, R3, R4=H), 3,6-диметилфуро[2,3-c]пиридин-2(6H)-один (где Z=N--CH3, R1=CH3, R2, R3, R4=H). См. патент США 7576213. Эти молекулы также известны как каррикины. См. Halford, выше.

Семена можно обрабатывать с использованием сигнальной молекулы растения несколькими способами, но предпочтительно посредством опрыскивания или стекания по каплям. Обработку с помощью опрыскивания и стекания каплями можно проводить посредством составления рецептуры эффективного количества сигнальной молекулы растения в сельскохозяйственно-приемлемом носителе, как правило, водном по природе, и опрыскивания или стекания по каплям композиции на семя посредством непрерывной системы обработки (которую калибруют для применения обработки на заранее определенном уровне в пропорции к непрерывному потоку семян), такой как установка для обработки барабанного типа. Эти способы преимущественно используют относительно небольшие объемы носителя, чтобы способствовать относительно быстрой сушке обработанного семени. Таким образом, можно эффективно обрабатывать большие объемы семян. Также может быть использована установка групповой обработки, в которой предопределенный объем партии семян и композиции сигнальной молекулы доставлены в смеситель. Системы и аппараты для осуществления данных процессов являются коммерчески доступными от многочисленных поставщиков, например, Bayer CropScience (Gustafson).

В другом варианте осуществления обработка влечет за собой дражирование семян. Один такой процесс включает покрытие внутренней стенки круглого контейнера композицией, с добавлением семян, затем вращение контейнера для приведения семян в контакт со стенкой и композицией, этот процесс известен в данной области как ʺпокрытие контейнераʺ. Семена можно покрыть комбинациями способов нанесения оболочки. Пропитка, как правило, влечет за собой использование водного раствора, содержащего средство улучшения роста растения. Например, семена могут быть пропитаны приблизительно от 1 минуты до приблизительно 24 часов (например, в течение, по меньшей мере 1 минуты, 5 минут, 10 минут, 20 минут, 40 минут, 80 минут, 3 часов, 6 часов, 12 часов, 24 часов). Некоторые виды семян (например, семена соевых бобов) обычно являются влагочувствительными. Таким образом, пропитка таких семян в течение длительного периода времени может быть нежелательной, в таком случае пропитка, как правило, проводится приблизительно от 1 минуты до приблизительно 20 минут.

Без намерения быть связанными конкретной теорией деятельности, заявители считают, что даже в том случае, если обработка не приведет к сохранению контакта сигнальной молекулы растения с поверхностью семени после обработки и в течение любой части периода хранения, сигнальная молекула может достигнуть целевого воздействия посредством феномена, известного как память семян или восприятие семян. См., Macchiavelli и Brelles-Marino, J. Exp. Bot. 55(408):2635-40 (2004). Заявители также считают, что после обработки сигнальная молекула, например, LCO, распространяется на молодой развивающийся зародышевый корень и активирует симбиотические гены и гены развития, что приводит к изменению в строении корня растения. Несмотря на это, композиции, содержащие сигнальную молекулу растения, могут также содержать склеивающее или покровное средство для содействия сцеплению сигнальной молекулы с семенем. В эстетических целях композиции могут также содержать полимер и/или краситель оболочки.

Как правило, диапазон эффективного количества используемой для обработки семени сигнальной молекулы растения, выраженного в единицах концентрации, составляет приблизительно от 10-5 до приблизительно 10-14 M, и в некоторых вариантах осуществления - приблизительно от 10-5 до приблизительно 10-11 M, и в некоторых других вариантах осуществления - приблизительно от 10-7 до приблизительно 10-8 M. Выражаемый в единицах массы диапазон эффективного количества обычно составляет приблизительно от 1 до приблизительно 400 мкг/центнер (центнер) семени, и в некоторых вариантах осуществления приблизительно от 2 до приблизительно 70 мкг/центнер, и в некоторых других вариантах осуществления приблизительно от 2,5 до приблизительно 3,0 мкг/центнер семени. Эффективное количество сигнальной молекулы растения, однако, можно получать подходящим анализом доза-ответ, предпочтительно, в теплице и/или полевом исследовании.

Обработка может также включать взаимодействие семени, происходящее перед, одномоментно с или последовательно со взаимодействием с сигнальной молекулой растения с сельскохозяйственно/агрономически целесообразным средством. В рамках изобретения и в данной области термин ʺсельскохозяйственно или агрономически целесообразныйʺ относится к средствам, которые применительно к семенам приводят к улучшению (что может быть статистически значимо) качеств растения, таких как густота стояния, рост, активность роста или урожайность по сравнению с необработанными семенами. Показательные примеры таких средств, которые могут быть пригодны в практическом осуществлении настоящего изобретения, в качестве неограничивающих примеров включают, диазотрофы, микоризные грибы, гербициды, фунгициды, инсектициды и фосфат солюбилизирующие средства.

Подходящие гербициды включают бентазон, ацифлуорфен, хлоримурон, лактофен, кломазон, флуазифоп, глуфосинат, глифосат, сетоксидим, имазетапир, имазамокс, фомезафен, флумиклорак, имузакуин и клетодим. Коммерческие продукты, содержащие каждое из этих соединений, легкодоступны. Концентрация гербицида в композиции обычно соответствует обозначенной рабочей концентрации для конкретного гербицида.

ʺФунгицидомʺ в рамках изобретения и в данной области является средство, уничтожающее или ингибирующее рост грибов. В рамках изобретения фунгицид ʺдемонстрирует активность относительноʺ конкретных видов грибов, если обработка с использованием фунгицида приводит к уничтожению или ингибированию роста популяции грибов (например, в почве) относительно необработанной популяции. Эффективные фунгициды по изобретению соответственно продемонстрируют активность относительно широкого диапазона патогенов, включая в качестве неограничивающих примеров Phytophthora, Ризоктония, Fusarium, Pythium, Phomopsis или Selerotinia и Phakopsora и их сочетания.

Коммерческие фунгициды могут быть пригодны для использования в настоящем изобретении. Подходящие коммерчески доступные фунгициды включают PROTÉGÉ, RIVAL или ALLEGIANCE FL или LS (Gustafson, Plano, TX), WARDEN RTA (Agrilance, St. Paul