植物免疫系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的引用
[0002] 本申請要求享有2013年3月14日提交的美國臨時專利申請?zhí)?1/782,254的權(quán)益。 以上專利申請的全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本技術(shù)涉及未支化的0-(1，3)_葡聚糖、對未支化的0-(1，3)_葡聚糖修飾、及其調(diào) 節(jié)光合生物如陸地植物和水生植物的免疫功能的用途，包括將這種組合物作為葉片噴霧和 液體產(chǎn)品向植物提供營養(yǎng)(feed)或施用于收獲的植物材料。
【背景技術(shù)】
[0004] 本部分提供了涉及本公開內(nèi)容的、并非一定是現(xiàn)有技術(shù)的背景信息。
[0005] 栽培光合陸地植物和水生植物是在整個世界上主要的經(jīng)濟活動，并切為大部分人 提供了他們絕大部分的卡路里需求。除了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)外，生產(chǎn)許多類型的光合陸地植物和水 生植物如花卉用于其他用途。栽培這些光合物種通常會因為植物疾病和病癥搞得很復(fù)雜， 這些疾病和病癥可以顯著降低農(nóng)場的生產(chǎn)率。作物收獲期間的損壞(例如，水果或塊莖上的 傷口）是這些疾病或致病性生物可能對生產(chǎn)者產(chǎn)生不利影響的另一時間。因此，農(nóng)民會使用 各種方法限制植物病癥和疾病，包括化學(xué)處理，這涉及增加成本和破壞環(huán)境、當(dāng)?shù)厣锒鄻?性、農(nóng)民健康和其他消費或與農(nóng)業(yè)產(chǎn)品相互作用的人的潛在的可能。這些化學(xué)處理以及基 因工程廣泛用于改善植物抵抗疾病的能力并作為疾病的治療方法，但在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中對這些 化學(xué)處理的過度依賴導(dǎo)致了廣泛的耐藥性并導(dǎo)致對促進植物的健康免疫功能的更自然的 方式的期望。
[0006] 植物病癥可以定義為任何異常的植物生長或發(fā)育。受影響的植物不會存活生長至 種植者的正常預(yù)期并且不能執(zhí)行正常的生理功能達到最好的遺傳潛力。生物病癥更通常稱 為植物疾病并由感染性生物引起。一些最常見的植物疾病是由真菌、細(xì)菌、植原體、病毒和 類病毒、線蟲和寄生性更尚等植物引起的。
[0007] 為了使疾病發(fā)生，宿主植物必須對病原體或疾病生物易感。植物和收獲的植物材 料可能在包括根、葉、花或脈管系統(tǒng)在內(nèi)的很多部位都易受攻擊。在許多情況下，宿主植物 必須處于疾病發(fā)作的某種生理狀態(tài)下。例如，一些病原生物只攻擊年幼的植物，其他的則攻 擊成熟或老化的植物，而一些生物可以攻擊任何生長階段的植物。在大多數(shù)情況下，病原體 會利用應(yīng)激的和具有削弱的免疫系統(tǒng)的植物。植物暴露于許多已經(jīng)證明會影響健康、生長、 死亡、免疫系統(tǒng)健康和植物整體健康的應(yīng)激子。應(yīng)激的源既可以是生物的，如擁擠、疾病和 害蟲，也可以是非生物的，如極端溫度、極端天氣、極端潮濕、極短光照、極端養(yǎng)分、貧瘠土壤 (例如酸度或堿度、鹽）、殺蟲劑毒性、空氣污染等。
[0008] 通常，術(shù)語免疫可以被定義為生物承受微生物感染或疾病的能力。植物缺乏像大 多數(shù)脊椎動物一樣的自適應(yīng)免疫系統(tǒng)，但具有基于病原體相關(guān)的分子模式(PAMP)的認(rèn)知的 活性先天免疫系統(tǒng)。這些是對某些微生物類獨特的保守分子。例如，衍生自革蘭氏陰性細(xì)菌 的脂多糖(LPS)，來自革蘭氏陽性細(xì)菌和革蘭氏陰性細(xì)菌二者的肽聚糖，真細(xì)菌鞭毛蛋白， 未甲基化的細(xì)菌DNA片段，以及真菌細(xì)胞壁衍生的葡聚糖、甲殼質(zhì)、甘露聚糖和蛋白，都能夠 激發(fā)先天免疫應(yīng)答。在植物細(xì)胞表面通過觸發(fā)眾多應(yīng)答的模式識別受體(PRR)識別PAMP，這 些應(yīng)答中一些可以有助于植物削弱疾病或微生物入侵的影響。
[0009] 盡管術(shù)語PAMP被廣義地用于描述由免疫系統(tǒng)識別的化合物，但PAMPS也可以衍生 自非病原性或非致病性微生物。當(dāng)非致病性PAMP與植物接觸時，植物免疫系統(tǒng)可以被活化， 如同它在響應(yīng)于真實的威脅，從而提高其整體的免疫應(yīng)答。如果真實的疾病挑戰(zhàn)或病原生 物正在同時攻擊該植物、或可能很快攻擊植物，這可以賦予植物更大的保護。
[0010] 葡聚糖是可以在不同生物如酵母、蘑菇、海藻、真菌、谷物谷粒等中發(fā)現(xiàn)的由0-糖苷鍵連接基連接的多糖。雖然已經(jīng)對用作人膳食補充劑或作為動物飼料成分的葡聚糖 完成了許多研究，但是使用葡聚糖促進植物的免疫系統(tǒng)健康還從未被廣泛商業(yè)化。當(dāng)今 使用的大多數(shù)葡聚糖制品都衍生自酵母，并在極小程度上來自于蘑菇，這需要涉及葡 聚糖提取的昂貴的生產(chǎn)方法?，F(xiàn)有葡聚糖產(chǎn)品，作為葡聚糖是如何產(chǎn)生的和其化學(xué)結(jié) 構(gòu)的結(jié)果，對于用于植物而言太過昂貴。例如，2012年，這種葡聚糖的商業(yè)價值是約50至 約100美元/kg，這個價格是商業(yè)上望而卻步的。
[0011] -個與高成本葡聚糖有關(guān)的理由是來自酵母的葡聚糖是衍生自生物體的細(xì) 胞壁。因此，用于生產(chǎn)葡聚糖的總生物質(zhì)的所得到的葡聚糖含量通常小于百分之十至 十五。而且，生物細(xì)胞壁中所含的葡聚糖一般必須經(jīng)歷昂貴的多級提取方法才能將葡 聚糖與其他細(xì)胞物質(zhì)分離。另一個問題是葡聚糖的化學(xué)組成。支化結(jié)構(gòu)、分子量、來源生 物和生產(chǎn)及提取方法的變化都可以影響不同葡聚糖制品的效力和適用性。例如，酵母來 源的0_(1，3/1，6)-葡聚糖含有旨在刺激免疫系統(tǒng)活性的大多數(shù)商業(yè)葡聚糖產(chǎn)品。來自燕 麥的0_(1，3/1，4)_葡聚糖已證明是降低膽固醇的有用產(chǎn)品，而僅僅這些類型的葡聚糖可 以根據(jù)FDA法規(guī)進行標(biāo)示。一些生物生產(chǎn)不同的葡聚糖結(jié)構(gòu)，而并非所有的葡聚糖都同 樣有效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本技術(shù)包括涉及到通過向植物或收獲的植物材料給予包含葡聚糖的組合物來 調(diào)節(jié)植物的免疫系統(tǒng)功能的系統(tǒng)、方法、制造制品和組合物，其中葡聚糖含有未支化的0-(1，3)_葡聚糖。未支化的0-(1，3)_葡聚糖起到了刺激植物或收獲的植物材料的免疫系統(tǒng)的 PAMP的作用，但是為衍生自非致病性生物體(例如，眼蟲藻(Euglena))并可以用于改善植物 對感染和疾病的抗性。例如，未支化的0-(1，3)_葡聚糖可以衍生自眼蟲藻，可以是化學(xué)或機 械修飾的，與另一個化學(xué)或痕量金屬絡(luò)合(復(fù)合，complex)的，和/或可以是其他添加劑，例 如殺蟲劑、肥料等的一部分?？梢酝ㄟ^給予未支化的0-(1，3)_葡聚糖改善植物的健康或收 獲的植物材料的質(zhì)量，其中"健康"包括增強以下方面中的一種或多種:生長速度、所需要的 農(nóng)產(chǎn)品（即、作物)的生產(chǎn)率、抗病性、抗應(yīng)激性、降低的死亡率和改善的免疫功能，并且其中 "收獲的植物材料的質(zhì)量"，包括由于收割、運輸和儲存所致的損壞降低，外觀的改善和更長 的保質(zhì)期。
[0013] 未支化的0-(1，3)_葡聚糖的來源可以是眼蟲藻屬的無毒的、非致病性藻類或原生 生物。在某些方面，提供了一種改善任何光合生物(無論是陸生的或是水生植物)或與其相 關(guān)的收獲的組織的免疫功能的方法，其中方法包括向植物或收獲的組織給予含有葡聚糖 的組合物，其中葡聚糖包括未支化的0-(1，3)_葡聚糖。未支化的0-(1，3)_葡聚糖也可以 稱為直鏈0-(1，3)_葡聚糖。未支化的0-(1，3)_葡聚糖可以衍生自眼蟲藻并可以是衍生自異 養(yǎng)生長的眼蟲藻。在一些實施方式中，組合物中的葡聚糖可以基本上由未支化的0_(1， 3)_葡聚糖構(gòu)成。在某些實施方式中，組合物中的葡聚糖可以由未支化的0_( 1，3)-葡聚糖 構(gòu)成。組合物中的葡聚糖也可以包括超過約90 %的未支化0-(1，3)-葡聚糖。未支化的0-(1，3)_葡聚糖可以是以副淀粉的天然形式，這是一種不溶于水的顆粒，或可以通過化學(xué)或 機械修飾而制成水溶性的。
[0014] 組合物可以進一步包含金屬，如鐵、鎂、鋰、鋅、銅、鉻、鎳、鈷、釩、鉬、錳、硒、碘及其 組合。未支化的0_(1，3)_葡聚糖和金屬可以形成絡(luò)合物(復(fù)合物）。
[0015] 給予組合物可以包括將以液體形式的組合物添加到植物，無論是作為針對葉子的 葉片噴霧、在液體中加入到植物的地面附近(要么單獨地，要么與由植物接受的其他液體如 灌溉水、葉片噴霧、液體殺蟲劑、液體肥料等組合），或是添加到植物生長的液體中（這是水 生生物或水培植物的情況）。此外，含葡聚糖的組合物可以作為細(xì)霧施加到植物任何部分 或以可以施加到植物的任何部分或周圍區(qū)域，包括損傷或傷口位置的凝膠形式。組合物也 可以作為干粉末，要么施加到植物本身，要么施加到周邊區(qū)域。未支化的0-(1，3)_葡聚糖可 以化學(xué)或機械修飾成水可溶性的或具有其他有利的性質(zhì)。
[0016]本技術(shù)還證明，未支化的0-(1，3)_葡聚糖可以通過使用藻類或原生生物如眼蟲藻 屬、使用受控生長的方法以低成本進行生產(chǎn)。這些葡聚糖的結(jié)構(gòu)不同于使用其他生物生 產(chǎn)的葡聚糖。一個主要的區(qū)別在于，盡管其他生物生產(chǎn)并入到其細(xì)胞壁中的葡聚糖，但 稱為眼蟲藻屬的原生生物可以已知為副淀粉的形式生產(chǎn)葡聚糖(包括微粒形式的葡聚 糖），其并未并入到細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)中。相反，眼蟲藻以水不溶性的顆粒將葡聚糖聚集于細(xì) 胞質(zhì)中，并利用這種形式的葡聚糖作為碳水化合物能量儲存的一種形式。在優(yōu)化的生長 條件，就可能實現(xiàn)葡聚糖的濃縮，其中凈葡聚糖的重量為大于20%至80%的生物質(zhì)的 總干重比例。本技術(shù)提供了最大化眼蟲藻生長而同時最小化競爭微生物生長的手段。由眼 蟲藻生產(chǎn)的葡聚糖化合物與使用酵母和其他生物生產(chǎn)的其他產(chǎn)品不一樣，但來自眼蟲藻 的葡聚糖可以有效調(diào)節(jié)免疫功能。眼蟲藻生產(chǎn)的葡聚糖主要是未支化的0_(1，3)-葡聚 糖。進一步的益處是葡聚糖生產(chǎn)成本可以小于使用酵母生產(chǎn)的葡聚糖的生產(chǎn)成本1/2 至 1/5。
[0017] 在其他實施方式中，本技術(shù)包括含有有效量的由藻類或原生生物如眼蟲藻生產(chǎn)的 葡聚糖的組合物，其中組合物用于改善植物的健康或改善收獲的植物材料的質(zhì)量。因此， 使用藻類生產(chǎn)的更低成本的葡聚糖為農(nóng)學(xué)家提供了化學(xué)品和遺傳工程的負(fù)擔(dān)得起的并 且天然的替代物。
[0018] 根據(jù)本文所提供的描述可適用性的進一步的范圍將變得顯而易見。在本
【發(fā)明內(nèi)容】
中的描述和具體實例旨在僅僅用于舉例說明而并非旨在限制本發(fā)明公開的范圍。
【附圖說明】
[0019] 本文所描述的附圖僅用于所選實施方式而并非所有可能的實踐的舉例說明之目 的，同時也并非旨在限制本發(fā)明公開內(nèi)容的范圍。
[0020]圖1舉例說明了顯示出未支化0-(1，3)-葡聚糖結(jié)構(gòu)的衍生自眼蟲藻的的e-葡聚 糖。
[0021 ]圖2是根據(jù)本技術(shù)的發(fā)酵方法的實施方式的示意圖。
[0022]圖3是根據(jù)本技術(shù)的發(fā)酵過程的另一實施方式的示意圖。
[0023]圖4是相對于用蒸餾水(對照）處理的馬鈴薯塊莖切片（potato tuber disk)的用 葡聚糖溶液(實驗)處理的馬鈴薯塊莖切片的描述，所示的實驗和對照切片都是在各自處 理之后的一個周時的情況。
【具體實施方式】
[0024] 技術(shù)的以下描述在一個或多個本發(fā)明的主題、生產(chǎn)和用途的本質(zhì)方面而言僅僅是 示例性的，而并非意在限制在本申請或在如本申請要主張的優(yōu)先權(quán)而提交的這種其他申 請，或由其授予的專利中要求授權(quán)保護的任何具體發(fā)明的范圍、應(yīng)用或用途。關(guān)于所公開的 方法，所提出的步驟的順序本質(zhì)上是示例性的，并且因此，在不同的實施方式中這些步驟的 順序可以是不同的。除非明確另外指出，否則本說明書中所有數(shù)值的量，包括反應(yīng)的材料或 條件的量和/或用途都應(yīng)該理解為如在本技術(shù)最寬泛范圍的描述中通過單詞"約"修飾的那 樣。
[0025] 本技術(shù)涉及衍生自眼蟲藻的葡聚糖，包括未支化0-(1，3)_葡聚糖，及其用途。含 有眼蟲藻源性的未支化0-(1，3)_葡聚糖的組合物可以給予至植物以調(diào)節(jié)植物的免疫功能， 其中這種調(diào)節(jié)可以促進免疫系統(tǒng)健康、防止疾病、降低病死率、減輕應(yīng)激效應(yīng)、提高生長速 度或提高作物生產(chǎn)率。各類農(nóng)業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品，如谷物谷粒、油籽、水果和蔬菜、觀賞植物、花 卉等，都可以進行處理。取決于給予未支化0-(1，3)_葡聚糖的植物劑量或飼料添加比率可 以不同。植物也可以在任何生命階段進行處理。本發(fā)明的技術(shù)旨在包括，組合物，組合