本發(fā)明涉及通過(guò)UV暴露來(lái)提高作物產(chǎn)量和/或作物質(zhì)量的方法。

背景技術(shù)：

過(guò)去，用于提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量的方法通常依賴于化肥及其他化學(xué)品，或用于選擇有益性狀的遺傳育種計(jì)劃?；蛘?，幾乎一直采用作物生長(zhǎng)期間的環(huán)境因素如溫度或灌溉的細(xì)心操作或控制來(lái)提高作物產(chǎn)出。

這些系統(tǒng)具有某些優(yōu)點(diǎn)，但也存在某些缺點(diǎn)。

例如，化肥和化學(xué)品可導(dǎo)致環(huán)境污染，向作物施用費(fèi)錢(qián)費(fèi)時(shí)，并且經(jīng)常遭到消費(fèi)者的反對(duì)。

遺傳育種具有許多優(yōu)點(diǎn)，但它可能是個(gè)緩慢的過(guò)程，并且經(jīng)常難以控制表型結(jié)果。例如，當(dāng)一種商業(yè)上重要的性狀(如抗病性)有可能得到改善時(shí)，其代價(jià)可能是有害的性狀如味道或顏色。

最后，收獲前生長(zhǎng)條件的仔細(xì)控制當(dāng)然重要。然而，不管這種生長(zhǎng)條件控制如何，不夠茁壯的植物仍經(jīng)常死于室外環(huán)境的應(yīng)激，而這導(dǎo)致產(chǎn)量的凈損失。

以往，UV照射被視為對(duì)植物秧苗的有害處理。然而，最近幾年，研究已集中在采用紫外(UV)照射和可見(jiàn)光處理某些植物以改善防御/保護(hù)機(jī)制。

Behn等人的論文¹表明，生菜秧苗暴露于經(jīng)濾光的自然陽(yáng)光(含UV-B、UV-A和可見(jiàn)光)導(dǎo)致了改善的耐逆性，但作為代價(jià)，導(dǎo)致了生物質(zhì)積累的損失，這被認(rèn)為是由碳水化合物底物從生長(zhǎng)向次級(jí)代謝(即，保護(hù)機(jī)制)的重新定向所導(dǎo)致的。當(dāng)植物顯示出改善的防御/保護(hù)時(shí)，作物產(chǎn)量和質(zhì)量降低。

WO 2012/085336描述了用于遞送UV-A(315-400nm)、UV-B(280-315)、紫光和藍(lán)光(400-500nm)以及紅光和遠(yuǎn)紅(600-800nm)光的組合的裝置，任選地其還與綠光和黃光(500-600nm)組合。該裝置用于處理樹(shù)苗，并且提示這防止了為了植物生長(zhǎng)將植物從室內(nèi)環(huán)境移動(dòng)至室外環(huán)境時(shí)的移植休克(transplantation shock)。具體而言，其公開(kāi)了該裝置的處理縮短了樹(shù)苗的生長(zhǎng)周期、提高了活苗的比例，并省去了生長(zhǎng)過(guò)程中的一個(gè)工作階段(例如，不再需要遮陽(yáng)簾)，因此提高了秧苗培育的經(jīng)濟(jì)性。然而，WO 2012/085336僅著眼于秧苗存活力和秧苗培育的經(jīng)濟(jì)性，并未著眼于提高作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量。此外，其依賴于多個(gè)UV波段，這可能使處理過(guò)程變得復(fù)雜，并且/或者可能導(dǎo)致非所需的性狀，例如在Behn等人的論文中描述的那些。本說(shuō)明書(shū)中引用的包括任何專利或?qū)＠暾?qǐng)?jiān)趦?nèi)的所有參考文獻(xiàn)均在此通過(guò)引用并入本文。不承認(rèn)任何參考文獻(xiàn)構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。對(duì)參考文獻(xiàn)的討論陳述了其作者的主張，申請(qǐng)人保留質(zhì)疑所引用文件的準(zhǔn)確性和相關(guān)性的權(quán)利。應(yīng)當(dāng)明確理解，雖然本文提到了一些現(xiàn)有技術(shù)出版物，但該提及并不構(gòu)成承認(rèn)任意這些文件形成新西蘭或任何其他國(guó)家的本領(lǐng)域公知常識(shí)的一部分。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，詞語(yǔ)“包含”或其變化形式，如“包括”或“含有”，將被理解為暗示包括所述元素、整數(shù)或步驟，或元素、整數(shù)或步驟的組，但不排除任何其他元素、整數(shù)或步驟，或元素、整數(shù)或步驟的組。

本發(fā)明的目標(biāo)是解決上述問(wèn)題或至少為公眾提供有用的選擇。

通過(guò)僅僅作為例子而給出的后續(xù)說(shuō)明，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將更為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種處理植物秧苗以提高長(zhǎng)期抗逆性(hardiness)并且/或者提高作物產(chǎn)量和/或作物質(zhì)量的方法，

其特征在于在后續(xù)生長(zhǎng)階段之前，將所述植物秧苗暴露于具有僅在280-310nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)的紫外(UV)照射的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種用于向植物秧苗施加紫外(UV)照射的裝置，

其特征在于所述裝置被配置用于施加具有僅在280-310nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)的紫外(UV)照射。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種提高長(zhǎng)期抗逆性和/或作物產(chǎn)量和/或作物質(zhì)量的方法，

其包括以下步驟：

(a)在后續(xù)生長(zhǎng)階段之前，將一個(gè)或多個(gè)植物秧苗暴露于具有僅在280-310nm之間的至少一個(gè)波長(zhǎng)的紫外(UV)光，

其特征進(jìn)一步在于以下步驟：

(b)選擇或確定一個(gè)或多個(gè)植物秧苗的合適的抗逆性水平以進(jìn)行后續(xù)生長(zhǎng)階段。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了已使用本文所述的方法處理的植物秧苗、植物或可收獲的作物。

發(fā)明構(gòu)思和優(yōu)點(diǎn)的簡(jiǎn)要概述

令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，這種處理植物秧苗的方法將提高作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量。在用UV-B光譜中的特定波長(zhǎng)處理植物秧苗與商業(yè)上重要的作物產(chǎn)量和質(zhì)量之間觀察到直接相關(guān)。這組波長(zhǎng)的一部分并未在到達(dá)地球表面的陽(yáng)光中發(fā)現(xiàn)，因此與使用自然陽(yáng)光的任何形式的處理是有區(qū)別的。

此外，該處理似乎還實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)激如非生物性和生物性應(yīng)激的期望或提高的抗逆性(即保護(hù))。

例如，在初步試驗(yàn)中，在黃瓜秧苗初始UV處理后12天的最終收獲時(shí)，在黃瓜的較老植物中顯示出對(duì)寒冷應(yīng)激的抗性/保護(hù)增加(非生物性應(yīng)激降低)。

作為另一個(gè)實(shí)例，在綠葉生菜(green lettuce)中，即便是較老植物，也顯示出對(duì)真菌病害的抗性增加(生物性應(yīng)激降低)。這說(shuō)明了UV處理在較老植物中的后續(xù)保護(hù)作用。重要的是，在這兩個(gè)實(shí)例中，收獲時(shí)的作物產(chǎn)量也得到提高。因此，本發(fā)明提供了提高的抗逆性，并且與Behn等人的論文不同，本文還提供了提高的作物產(chǎn)量和質(zhì)量。Behn等人的論文的教導(dǎo)與本發(fā)明的結(jié)果相去甚遠(yuǎn)，因?yàn)槠鋵⒆x者引向UV處理會(huì)導(dǎo)致植物以作物產(chǎn)量增加受損為代價(jià)建立保護(hù)機(jī)制。

此外，與Behn等人的論文不同，本發(fā)明的處理僅需要在一個(gè)確定的光譜中(特別是只需要該光譜的子集)的UV照射，而B(niǎo)ehn等人的論文具有經(jīng)由經(jīng)濾光的自然陽(yáng)光在UV-A、UV-B和可見(jiàn)光中的不經(jīng)控制的處理。目前并不清楚什么生化機(jī)制可能導(dǎo)致本發(fā)明中觀察到的結(jié)果，但或許也包括Behn等人的論文中的那些，因?yàn)榕c植物生長(zhǎng)和保護(hù)有關(guān)的生物化學(xué)是復(fù)雜的，并且仍遠(yuǎn)未被完全了解。

與用于提高抗逆性(例如，為避免移植休克)的現(xiàn)有技術(shù)廣譜UV處理方法不同，本發(fā)明采用僅在一個(gè)UV光譜內(nèi)(在UV-B內(nèi))的處理，這可以顯著簡(jiǎn)化所需的處理過(guò)程和設(shè)備。

此外，許多處理利用陽(yáng)光作為UV-B、UV-A和可見(jiàn)光的來(lái)源，導(dǎo)致缺少劑量的特異性，從而經(jīng)常產(chǎn)生不希望的和/或不可預(yù)測(cè)的結(jié)果。由于在處理中僅使用了單一確定波段中的具體波長(zhǎng)，因此本發(fā)明得以避免這種不可預(yù)測(cè)性。這并不排除該植物秧苗可以在處理過(guò)程中暴露于其他背景光，但這不一定構(gòu)成該處理的一部分。

發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，使用在280-310nm之間的UV-B照射內(nèi)的特定且狹窄集中的范圍中的波長(zhǎng)導(dǎo)致有益的結(jié)果。換言之，約310nm以上的UV-B光譜部分不產(chǎn)生觀察到的有益結(jié)果。如將進(jìn)一步討論的，該UV-B光譜包括280nm至約315nm(然而，UV波段之間所定義的分隔是近似的，并且受制于文獻(xiàn)中的至少兩個(gè)常見(jiàn)變量，即包括UV-B上限320nm²)。在UV-B光譜內(nèi)的更廣泛的處理或不經(jīng)控制的UV處理可導(dǎo)致有害的結(jié)果是有可能的。發(fā)明人得到的初步結(jié)果支持該結(jié)論。

植物的長(zhǎng)期抗逆性是指在收獲前，對(duì)植物的生長(zhǎng)階段期間遭遇的應(yīng)激如天氣災(zāi)害、陽(yáng)光照射、病害和/或蟲(chóng)害襲擊的提高的抗性。不希望被理論約束，收獲時(shí)作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量提高的商業(yè)上的最終結(jié)果被認(rèn)為至少部分歸因于由該處理導(dǎo)致的長(zhǎng)期抗逆性的提高。無(wú)論如何，作為該處理方法的結(jié)果，觀察到提高的作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量的最終結(jié)果。

此外，發(fā)現(xiàn)使用在UV-B范圍外的UV照射(例如UV-A或UV-C波長(zhǎng))不會(huì)導(dǎo)致相同的結(jié)果。初步研究(未示出)支持此結(jié)論。同樣，在最佳實(shí)施方式部分中提供的初步研究顯示，當(dāng)從UV-B光譜移出而進(jìn)入例如UV-A光譜(400至315nm)時(shí)，有益效果將大幅降低或完全消失。

本發(fā)明旨在幫助因改善的味道、大小、形狀、顏色、質(zhì)地、外觀、保質(zhì)期和/或承受收獲后處理的能力而提高作物質(zhì)量。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是追蹤、選擇或預(yù)測(cè)在所述UV處理后將表現(xiàn)出提高的抗逆性和/或作物產(chǎn)量/質(zhì)量的植物的能力。這可能對(duì)減少收獲前的植物損耗是有益的，并因此提高了作物質(zhì)量和/或產(chǎn)量。

定義和優(yōu)選實(shí)施方案

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，短語(yǔ)“在后續(xù)生長(zhǎng)階段之前”應(yīng)被視為意指在植物秧苗被轉(zhuǎn)移至室外環(huán)境之前，或在一些情況下，根據(jù)植物秧苗的年齡、大小及其他特征或環(huán)境特性在特定時(shí)間點(diǎn)被保留在室內(nèi)。植物的生長(zhǎng)階段通常是植物在收獲前展現(xiàn)出向成熟植物的明顯生長(zhǎng)和發(fā)育的階段。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“抗逆性”應(yīng)被視為意指植物承受或幫助保護(hù)免受作物生產(chǎn)期間的一種或多種應(yīng)激的能力，并且其可導(dǎo)致收獲時(shí)更加期望的植物產(chǎn)量和/或質(zhì)量。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“植物秧苗”應(yīng)被視為意指從種子發(fā)芽后的幼小植物。植物秧苗可以是蔬菜、水果、樹(shù)木、灌木、草本植物(herb)、原草(grass origin)等的秧苗。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“植物”應(yīng)被視為意指最終用于作物或其他應(yīng)用的成熟的植物秧苗。

雖然本發(fā)明具有針對(duì)蔬菜和水果作物生產(chǎn)的具體應(yīng)用，但還可能可使用本發(fā)明提高其他類型植物如樹(shù)木、禾草(grass)、花、草本植物等的抗逆性。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本說(shuō)明書(shū)的剩余部分將提及作物生產(chǎn)(特別是蔬菜)，然而應(yīng)該理解這并非意在限制。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“作物”應(yīng)被視為意指在其生長(zhǎng)階段中的一些時(shí)間點(diǎn)通過(guò)人或機(jī)器收獲以供進(jìn)一步使用或人類消費(fèi)的栽培植物。然而，應(yīng)理解，本方法針對(duì)禾草、樹(shù)木等的應(yīng)用可以僅僅用于提高抗逆性，而沒(méi)有任何收獲的意圖。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“室內(nèi)”應(yīng)被視為意指處所(housing)，通常是溫室、塑料大棚、沒(méi)有墻壁的遮陽(yáng)布，或可使用人工照明的完全室內(nèi)系統(tǒng)。

在溫室的實(shí)例中，其可包括透明的墻壁和/或頂棚以允許自然光進(jìn)入?？衫檬覂?nèi)處所允許進(jìn)行最初的發(fā)芽和秧苗發(fā)育階段，并且在室外環(huán)境中的后續(xù)生長(zhǎng)階段之前，在本發(fā)明的UV照射暴露期間予以使用。

優(yōu)選地，植物秧苗的處理在室內(nèi)進(jìn)行。

在室內(nèi)進(jìn)行處理的優(yōu)點(diǎn)是其可以在植物秧苗特別脆弱時(shí)幫助調(diào)節(jié)狀態(tài)。此外，其意味著用于施加UV處理的裝置可以被更好地保護(hù)和保障。然而，根據(jù)待處理的秧苗的情況和類型，可能本發(fā)明的處理還可以在室外環(huán)境下進(jìn)行。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“移植”應(yīng)被視為意指將植物秧苗轉(zhuǎn)移至室外環(huán)境如田地中以允許在最終收獲該作物之前繼續(xù)生長(zhǎng)的行為。術(shù)語(yǔ)移植休克具體指植物在移植時(shí)遭受的應(yīng)激或休克，例如，由于所觀察到的室內(nèi)與室外環(huán)境之間的不同陽(yáng)光暴露導(dǎo)致的陽(yáng)光休克。

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“紫外(UV)照射”應(yīng)被視為意指波長(zhǎng)比可見(jiàn)光短但比X射線長(zhǎng)并且在10nm至400nm(對(duì)應(yīng)于3eV至124eV)范圍之間的電磁輻射。紫外(UV)照射光譜被認(rèn)為是人類不可見(jiàn)的，因此有別于在約400nm至700nm的光譜中的可見(jiàn)光。

紫外光譜可進(jìn)一步分解成UV-A(400-320nm)、UV-B(320-280nm)和UV-C(280-100nm)。

應(yīng)理解，將LED燈配置用于施加例如以290nm為中心的峰值輻照波長(zhǎng)的光。

與現(xiàn)有技術(shù)相反，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，將其他UV波長(zhǎng)如UV-A或UV-C與特定的UV-B處理組合使用，被認(rèn)為對(duì)于提供在提高的抗逆性和/或作物質(zhì)量以及/或者產(chǎn)量方面觀察到的有益效果而言是不必要的(并且實(shí)際上可能是有害的)。此外，280-310nm UV-B處理之外的其他波長(zhǎng)無(wú)法替代觀察到的有益效果。因此，相對(duì)于使用超過(guò)一種光譜中的多個(gè)波長(zhǎng)的處理方法，這體現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)選的處理方案

應(yīng)理解，優(yōu)選的劑量方案可以變化并且考慮到多個(gè)參數(shù)，包括：

-秧苗的類型，

-UV光的強(qiáng)度(W m^-2s^-1)，

-處理時(shí)長(zhǎng)(天)，以及

-處理過(guò)程中每次UV施加之間的休息期(開(kāi)啟/關(guān)閉)。

例如，可保持處理時(shí)長(zhǎng)短至約2-4天，但因此可在處理期中使用更高強(qiáng)度的UV照射來(lái)提供充足的劑量。一種考慮是更高的強(qiáng)度將更可能導(dǎo)致秧苗損傷，因此在每次施加過(guò)程中足夠長(zhǎng)的休息期可能是特別有用的。此外，與藍(lán)色和紅色可見(jiàn)光共同施加(如將在下文中討論的)可能是特別有用的。

此外，應(yīng)理解，可改變UV暴露時(shí)間、秧苗在發(fā)芽后暴露于UV的時(shí)機(jī)、溫度、周期數(shù)、具體的UV波長(zhǎng)中的每一個(gè)以適應(yīng)不同的植物品種，但這仍保持在本發(fā)明的精神之內(nèi)。

優(yōu)選地，本方法包括將植物秧苗暴露于UV光約2-15天。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對(duì)于大多數(shù)秧苗類型，少于約兩天的處理無(wú)法提供充足的劑量。超過(guò)約15天的處理沒(méi)有提供任何實(shí)際的優(yōu)勢(shì)，并且在商業(yè)上將更多地成為不必要的負(fù)擔(dān)。

更加優(yōu)選地，本方法包括將植物秧苗暴露于UV光約4至7天。

發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在4至7天之間的處理提供了有益的時(shí)間范圍，同時(shí)還控制劑量中的其他因素，如UV強(qiáng)度，以避免對(duì)秧苗的不必要的損傷。優(yōu)選地，本方法包括將植物秧苗暴露于循環(huán)的UV光暴露。

在一個(gè)實(shí)例中，UV暴露可以按照為期七天的約12小時(shí)開(kāi)啟、12小時(shí)關(guān)閉的方式予以提供。在另一個(gè)實(shí)例中，可以在一周內(nèi)每天提供10分鐘的UV暴露。應(yīng)理解，不同的條件可以適應(yīng)不同的植物品種和/或種植者期望的特定結(jié)果。

優(yōu)選地，本方法包括在處理期間將溫度維持在約12℃至35℃之間。

這可能對(duì)在處理階段中避免溫度對(duì)秧苗的損傷是有用的。

優(yōu)選地，本發(fā)明包括暴露于約280-305nm之間的UV波長(zhǎng)。

令人驚訝地，初步結(jié)果顯示，在較窄的UV-B光譜帶內(nèi)，特別是在280-305nm之間，有益效果是最明顯的。

超過(guò)305nm仍觀察到有益結(jié)果，但在繼續(xù)移動(dòng)超過(guò)約310nm的波長(zhǎng)后，該有益結(jié)果急劇下降。

例如，峰值為319nm的UV光處理仍在光譜的UV-B波段范圍內(nèi)，但似乎未產(chǎn)生期望的效果。本發(fā)明令人驚訝地使用了在UV-B光譜的短波范圍內(nèi)的波長(zhǎng)，其中一部分存在于到達(dá)地球表面的陽(yáng)光的自然光譜之外。在試驗(yàn)中，未觀察到UV-A光譜中的UV處理(354nm處)對(duì)提高抗逆性有效，UV-C光譜中的處理亦然(270nm處；數(shù)據(jù)未示出)。

更優(yōu)選地，本發(fā)明包括暴露于約280-290nm之間的峰值UV波長(zhǎng)。

在初步試驗(yàn)中，采用峰值在280-290nm之間的UV光處理顯示出最令人滿意的結(jié)果。

應(yīng)理解，該處理方法實(shí)際上可能僅包括在280-310nm之間的特定波長(zhǎng)(或至少波長(zhǎng)峰值)，因此，提供期望的效果無(wú)須覆蓋整個(gè)范圍。

同樣，應(yīng)理解，本發(fā)明的關(guān)鍵在于，該處理包括在僅280-310nm內(nèi)的至少一個(gè)峰值波長(zhǎng)，但由于由UV-B照射導(dǎo)致的鐘形曲線峰，所施加的該UV光中的極少量可部分超出280-310nm的范圍。應(yīng)認(rèn)為所描述的本發(fā)明包含這樣的不明顯的背景照射。該作用將是微小的，并且將被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解為對(duì)本發(fā)明的益處沒(méi)有真正的影響。

任選地，在對(duì)給定植物物種的方法處理期間，可在280–310nm范圍內(nèi)改變波長(zhǎng)。同樣地，可以同時(shí)施加在UV-B光譜內(nèi)的不同波長(zhǎng)的組合。

優(yōu)選地，本方法還包括將植物秧苗暴露于在400至800nm范圍內(nèi)的可見(jiàn)光。該可見(jiàn)光可以與UV光同時(shí)施加或單獨(dú)施加。

值得注意的是，可見(jiàn)光不是UV光，因此可與處理中采用UV-B和UV-A兩者的Behn等人的論文和WO 2012/085336中的現(xiàn)有技術(shù)處理相區(qū)別。

包含可見(jiàn)光被認(rèn)為特別有益于幫助防止可能由根據(jù)本發(fā)明的UV暴露導(dǎo)致的對(duì)植物的任何DNA損傷。它還可以幫助使得通過(guò)UV暴露獲得的有益的抗逆性特征占優(yōu)勢(shì)。

優(yōu)選地，該處理包括400至500nm，或更優(yōu)選455至492nm之間的藍(lán)色可見(jiàn)光。

藍(lán)色可見(jiàn)光被認(rèn)為特別有益于幫助避免UV損害DNA的潛在有害作用。換言之，藍(lán)光被認(rèn)為有利于光修復(fù)。

優(yōu)選地，該處理包括655-680nm之間的紅色可見(jiàn)光。

紅色可見(jiàn)光的益處是對(duì)植物生長(zhǎng)的互補(bǔ)效應(yīng)，如莖桿生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)。紅光是本方法的有用但非必需的元素。

同樣，處理?xiàng)l件可取決于所采用裝置的類型，因?yàn)樘囟ǖ难b置在施加UV光方面可能特別有效。

針對(duì)不同秧苗類型的應(yīng)用

優(yōu)選地，植物秧苗選自水果和蔬菜。

優(yōu)選地，植物秧苗選自綠葉生菜、紅葉生菜、番茄、黃瓜、西蘭花、草本作物和茄子。

雖然并不限于這些作物，但申請(qǐng)人已經(jīng)清楚地說(shuō)明了由所請(qǐng)求保護(hù)的處理方法導(dǎo)致的作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量的提高。這些作物還代表了特別適用該方法的商業(yè)上重要的作物。然而，基于這樣的示例，顯然該方法還可不受限制地適用于多種其他的作物類型。

裝置

應(yīng)理解，用于實(shí)施本發(fā)明的裝置可以是根據(jù)由同一申請(qǐng)人于2014年2月10日在先提交的新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039描述的裝置，該在先申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容在此通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。

如NZ 621039中描述的本申請(qǐng)人的裝置具有施加除本發(fā)明中描述的處理之外的多種處理的能力。然而，可以依照本文所述的方法配置該裝置來(lái)專門(mén)處理植物秧苗，并且認(rèn)為它是用起來(lái)特別有用的裝置。

具體而言，該裝置具有施加預(yù)定的UV劑量方案(如本申請(qǐng)中描述的那些)的能力，并且其中可以容易地調(diào)整和控制在本發(fā)明中優(yōu)選使用的參數(shù)。

優(yōu)選地，該裝置包括移動(dòng)式傳送帶，該傳送帶在處理期間改變至少一個(gè)光發(fā)射器與目標(biāo)區(qū)域的相對(duì)位置。在最佳實(shí)施方式中，我們將其稱為移動(dòng)陣列光處理。

以這種方式，當(dāng)傳送帶使光發(fā)射器的位置移動(dòng)時(shí)，可以在處理階段中方便地和準(zhǔn)確地處理大量的植物秧苗。

優(yōu)選地，該裝置經(jīng)由發(fā)光二極管(LED)施加根據(jù)本發(fā)明的UV光。

此外，本申請(qǐng)人的裝置具有共同施加可見(jiàn)光的能力，由于以上討論的原因，該能力是有益的。

定量或預(yù)測(cè)抗逆性和/或提高的作物產(chǎn)量或質(zhì)量的潛在方法

應(yīng)理解，存在一系列可用于評(píng)估幼小植物的方法，但目前不存在單個(gè)且完全有效的方法，特別是當(dāng)與如本文所述使用UV光促進(jìn)作物在收獲時(shí)的產(chǎn)量和/或質(zhì)量有關(guān)時(shí)。

用于評(píng)估本發(fā)明的益處的一種這樣的方法是如下文詳細(xì)描述的“抗逆性指數(shù)”。這是一種與植物響應(yīng)于該處理的關(guān)鍵組合生理變化有關(guān)的、用于評(píng)價(jià)秧苗對(duì)UV光的響應(yīng)的集成方法。換言之，觀察到同時(shí)出現(xiàn)的幾種關(guān)鍵生理響應(yīng)是植物已經(jīng)以某種方式響應(yīng)了處理的一種指示，該方式對(duì)長(zhǎng)期植物生長(zhǎng)及隨后提高的作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量應(yīng)當(dāng)是有益的。

應(yīng)理解，不同作物類型、品種和生長(zhǎng)位置的秧苗可能需要修正的抗逆性指數(shù)，以便充分評(píng)價(jià)這些特定秧苗中的抗逆性。對(duì)于抗逆性指數(shù)的修正可包括根據(jù)需要與其他秧苗或生長(zhǎng)環(huán)境變量的整合。

抗逆性指數(shù)

在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)抗逆性指數(shù)根據(jù)下面提供的算式來(lái)定義，

其中：

H＝抗逆性

SDW＝幼苗(shoot)干重

SSLW＝幼苗比葉重

SLA＝幼苗葉面積

^T＝經(jīng)處理的植物；并且

^N＝未處理的植物。

幼苗比葉重(SSLW)被定義為每單位葉面積的葉干重的比值，而術(shù)語(yǔ)幼苗葉面積(SLA)被簡(jiǎn)單地定義為葉面積。

此外，應(yīng)理解，“1/SLA”函數(shù)的使用可以僅僅是為了提供正的H值以方便引用，而并非是本發(fā)明必需的。

沒(méi)有該1/SLA函數(shù)，在某些情形下H值可能更難理解(但并非不可能)。這是因?yàn)樵谝恍┣闆r下，H值可能隨抗逆性提高而降低。當(dāng)由于根據(jù)本發(fā)明的UV暴露導(dǎo)致植物的幼苗葉面積(SLA)增加時(shí)，可能出現(xiàn)此結(jié)果。在一些植物品種中，這種SLA的增加可被視為抗逆性的提高。

但是，在其他植物品種中，UV處理可導(dǎo)致SLA增加，這可能實(shí)際上提高了該品種的抗逆性。在這樣的情況下，如下所示調(diào)整抗逆性指數(shù)以使得SLA不是1/SLA可能是有益的。

無(wú)論如何，顯然抗逆性指數(shù)是可以調(diào)整的，并且可以能夠解釋植物品種中的這些差異。

例如，可將H值在3.01至15之間的植物秧苗鑒定為在處理后表現(xiàn)出提高的抗逆性的植物秧苗。

下限H值3.01反映了三個(gè)值中的每一個(gè)均應(yīng)該展現(xiàn)出大于或等于1的值，從而反映出由UV處理造成的植物秧苗的積極變化。因此，H值15代表了對(duì)植物抗逆性的非常顯著的提高或預(yù)測(cè)。

3.01至15的H值范圍被認(rèn)為是有益的，因?yàn)樵摲秶鷮?duì)應(yīng)于更可能承受室外環(huán)境中的典型應(yīng)激的總體植物特性。

即使很小的H值增加也可能意味著相當(dāng)大的相對(duì)抗逆性特性的提高。例如，H值增加0.1表明相對(duì)抗逆性提高10％。

應(yīng)理解，測(cè)量H值通常需要破壞植物秧苗。因此，在選擇批次或從一個(gè)批次中選擇單個(gè)植物秧苗之前，可使用來(lái)自一個(gè)批次的單個(gè)測(cè)試秧苗確定該批次的代表性H值。

定量或預(yù)測(cè)抗逆性和/或提高的作物產(chǎn)量或質(zhì)量的備選方法

用于評(píng)估或預(yù)測(cè)抗逆性和/或收獲時(shí)的作物產(chǎn)量的備選方法包括：

-相對(duì)生長(zhǎng)速率，或“RGR”(第一與第二時(shí)間點(diǎn)之間的生長(zhǎng)參數(shù)變化除以時(shí)間點(diǎn)之間的天數(shù)，相對(duì)于第一時(shí)間點(diǎn)時(shí)的原始大小而表示)(這經(jīng)常用于測(cè)量收獲時(shí)間點(diǎn)時(shí)的實(shí)際作物產(chǎn)量)

-引入葉子的酚類化學(xué)物質(zhì)含量的增加；

-引入秧苗光合健康的提高；和/或

-引入秧苗下胚軸長(zhǎng)度的減少。

申請(qǐng)人已在紅葉生菜、黃瓜、蕃茄、茄子和綠葉生菜中進(jìn)行了初步試驗(yàn)。

發(fā)現(xiàn)如本文所述的處理方法以及抗逆性指數(shù)和/或RGR的使用對(duì)于說(shuō)明與抗逆性和/或后續(xù)提高的作物產(chǎn)量或質(zhì)量有關(guān)的有益結(jié)果是特別有用的。另外，該方法允許這樣的機(jī)制，該機(jī)制用于選擇經(jīng)歷相同或相似UV處理的秧苗或相關(guān)秧苗以進(jìn)行后續(xù)生長(zhǎng)階段，或使用特定UV劑量方案以進(jìn)行后續(xù)秧苗處理。

例如，顯示出開(kāi)始具有增加的抗逆性指數(shù)的秧苗通常隨后繼續(xù)提供作物產(chǎn)量和質(zhì)量的提高。

或者，可根據(jù)初步試驗(yàn)的RGR微調(diào)后續(xù)處理，以進(jìn)一步改善結(jié)果。優(yōu)點(diǎn)總結(jié)

-提供有益結(jié)果僅需要使用在特定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的UV-B；

-觀察到該方法有利地提高多種植物的作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量；

-觀察到該方法增加秧苗干重、增加葉重或比葉重并且/或者減少葉面積；

-該方法還顯示保護(hù)植物免受包括天氣災(zāi)害、病害和蟲(chóng)害襲擊在內(nèi)的應(yīng)激，否則該應(yīng)激可能對(duì)脆弱的植物是有害的。

-在初步研究中觀察到該方法對(duì)多種植物很好地起效。

附圖簡(jiǎn)述

通過(guò)以下僅作為示例給出的說(shuō)明并且參考附圖，本發(fā)明的進(jìn)一步的方面將變得更為明顯，在附圖中：

圖1對(duì)UV光譜的分析，以提供有益的抗逆性結(jié)果

用于實(shí)施本發(fā)明的最佳實(shí)施方式

實(shí)施例1-UV光提高抗逆性和/或作物產(chǎn)量的實(shí)例應(yīng)用

使綠葉生菜在蛭石中發(fā)芽，當(dāng)子葉出現(xiàn)時(shí)將其轉(zhuǎn)移至標(biāo)準(zhǔn)的盆栽混合土中。在400μmol m^-2s^-1的可見(jiàn)光強(qiáng)度下以14hr/10hr光/暗的光周期將植物保持10天。

然后，使用LED(發(fā)光二極管)陣列將植物暴露于峰值為290nm的窄帶UV劑量下。同時(shí)，使用LED(發(fā)光二極管)陣列將一部分相同的生菜植物群體暴露于峰值在354nm的窄帶UV劑量下。

在暴露于背景可見(jiàn)光的同時(shí)，將植物暴露于UV劑量達(dá)七天。在七天的UV處理結(jié)束時(shí)，將植物種植在鄰近的室外場(chǎng)地位置處的旋耕(rotivated)土壤床中，其中選擇那些破壞性地收獲的植物以用于評(píng)價(jià)平均抗逆性指數(shù)(H)的三個(gè)測(cè)定的變量。

然后將植物留在場(chǎng)地位置，經(jīng)受場(chǎng)地天氣條件為期11周。在場(chǎng)地生長(zhǎng)11周結(jié)束時(shí)評(píng)價(jià)重復(fù)的六株植物的總幼苗鮮重，即莖和葉的合重。總幼苗鮮重是許多作物植物的最終收獲產(chǎn)量大小的關(guān)鍵指標(biāo)。

結(jié)果在以下表1中示出。很明顯，與用354nm的UV光(在UV-B光譜外)處理的樣品相比，根據(jù)本發(fā)明用290nm的UV光處理的樣品顯示出在場(chǎng)地中11周時(shí)的總幼苗鮮重的顯著增加。

相比而言，在7天UV處理階段結(jié)束時(shí)，根據(jù)本發(fā)明利用抗逆性指數(shù)確定的H值顯示將提供對(duì)長(zhǎng)期植物抗逆性以及作物產(chǎn)量和/或質(zhì)量的有效預(yù)測(cè)和/或選擇方法。

在該實(shí)施例中，與以354nm處理的樣品的H值2.96相比，根據(jù)本發(fā)明以290nm處理的樣品的H值為3.04。兩個(gè)樣品之間0.08的差異對(duì)應(yīng)于抗逆性提高約10％的預(yù)測(cè)。該預(yù)測(cè)與從溫室轉(zhuǎn)移后11周時(shí)在場(chǎng)地中觀察到的初步結(jié)果良好對(duì)應(yīng)。

雖然在初步研究中僅測(cè)試了生菜，但預(yù)計(jì)許多其他作物和/或其他植物會(huì)表現(xiàn)出所觀察到的相同有益結(jié)果。正在許多蔬菜作物和草本植物中進(jìn)行繼續(xù)試驗(yàn)，以進(jìn)一步在不同物種中例證本發(fā)明。

表1.植物抗逆性響應(yīng)(6株植物的平均值±1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)誤差)

*表示根據(jù)t-檢驗(yàn)，與354nm處理相比顯著提高(P<0.05)。

實(shí)施例2-綠葉生菜病害和場(chǎng)地評(píng)估的鮮重

在(根據(jù)本發(fā)明)UV處理后24小時(shí)，將如上所述生長(zhǎng)的綠葉生菜秧苗種植在帶有核盤(pán)菌(Sclerotina)真菌病的生菜場(chǎng)地種植位置。根據(jù)新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039，使用移動(dòng)式光陣列處理方法。UV劑量方案包括在2周大的植物中使用0.16798W m^-2s^-1[峰值波長(zhǎng)為303nm]處理7天(12小時(shí)開(kāi)啟/12小時(shí)關(guān)閉)。

在UV處理結(jié)束后24小時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定與未處理的秧苗相比，根據(jù)本發(fā)明UV處理的秧苗的植物的“抗逆性”。表2中的結(jié)果顯示，在UV處理后不久，處理的秧苗的葉面積(或作為抗逆性指數(shù)的成分的‘SLA’)降低，該降低是已經(jīng)獲得提高的抗逆性的指示。

表2

*表示根據(jù)t-檢驗(yàn)，與無(wú)UV處理相比顯著降低(P<0.05)。

然后在處理后5周時(shí)，評(píng)價(jià)所有植物中的病害發(fā)生率和鮮重。結(jié)果在以下表3中示出。

結(jié)果顯示，UV處理的生菜秧苗顯示出增加的鮮重，并且通過(guò)描述表現(xiàn)出病害感染的特定嚴(yán)重程度的植物數(shù)目的等級(jí)量表所評(píng)價(jià)的，還顯示出更高的真菌抗性。

表3

*表示根據(jù)t-檢驗(yàn)，與無(wú)UV處理相比顯著降低(P<0.05)。

實(shí)施例3-紅葉生菜抗逆性和作物產(chǎn)量的評(píng)價(jià)

在如上所述生長(zhǎng)、然后在UV處理后進(jìn)行場(chǎng)地種植的紅葉生菜秧苗上進(jìn)行了試驗(yàn)，以確定請(qǐng)求保護(hù)的UV處理與對(duì)照組相比的效果。根據(jù)新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039，使用移動(dòng)式光陣列處理方法。UV劑量方案包括在2周大時(shí)使用0.06374W m^-2s^-1[峰值波長(zhǎng)為286nm]處理7天(12小時(shí)開(kāi)啟/12小時(shí)關(guān)閉)。

結(jié)果在以下表4中示出。在9天的外部停留期后，在UV處理的植物中測(cè)得3.08的H值。此外，與無(wú)UV對(duì)照相比，在處理后9天以及在場(chǎng)地種植后5周的最終收獲時(shí)，UV處理的樣品顯示出鮮重和葉面積的明顯提高。

表4

UV處理后的收獲[7天]

9天的外部停留期后的收獲

5周的場(chǎng)地種植期后的最終收獲

實(shí)施例4-黃瓜抗逆性和作物產(chǎn)量的評(píng)價(jià)

在黃瓜秧苗(使用如上所述的生長(zhǎng)條件)上進(jìn)行了試驗(yàn)，以確定請(qǐng)求保護(hù)的UV處理與對(duì)照組相比的效果。根據(jù)新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039，使用移動(dòng)式光陣列處理方法。UV劑量方案包括在2周大時(shí)使用0.06374W m^-2s^-1[峰值波長(zhǎng)為286nm]處理7天(12小時(shí)開(kāi)啟/12小時(shí)關(guān)閉)。

結(jié)果在以下表5中示出。與無(wú)UV處理的樣品相比，在處理后7天時(shí)(在外部生長(zhǎng)期期間)，UV處理的樣品顯示出更低的鮮重。但是，到第12天時(shí)，UV處理的樣品表現(xiàn)出高于在無(wú)UV處理的樣品中觀察到的鮮重值。與未處理的樣品相比，在UV處理的樣品中，在第7天至第12天之間，UV處理的樣品中植物的葉面積也增加得更多。該實(shí)施例說(shuō)明了對(duì)于處理后的數(shù)日(或數(shù)周)間，UV處理方法在植物生產(chǎn)力方面的‘跳板’效應(yīng)。

表5

UV處理后的收獲[7天]

12天的外部停留期后的最終收獲

進(jìn)行了進(jìn)一步的測(cè)試以評(píng)價(jià)黃瓜的耐寒性。結(jié)果在以下表6中示出。結(jié)果顯示，根據(jù)本發(fā)明的UV處理導(dǎo)致黃瓜植物的抗逆性提高。

表6

12天外部停留期后的冷應(yīng)激植物損傷評(píng)分

每個(gè)處理評(píng)價(jià)了總共49株植物：％是到第12天具有特定應(yīng)激得分的植物的數(shù)目。

實(shí)施例5-番茄抗逆性和作物產(chǎn)量的評(píng)價(jià)

在(如上所述生長(zhǎng)的)番茄秧苗上進(jìn)行了試驗(yàn)，以確定請(qǐng)求保護(hù)的UV處理與對(duì)照植物相比的效果。根據(jù)新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039，使用移動(dòng)式光陣列處理方法。UV劑量方案包括在3周大時(shí)使用0.06374W m^-2s^-1[峰值波長(zhǎng)為286nm]處理7天(12小時(shí)開(kāi)啟/12小時(shí)關(guān)閉)。

結(jié)果在以下表7中示出。當(dāng)在第7天測(cè)量時(shí)，與無(wú)UV處理的樣品相比，UV處理的樣品顯示出鮮重、葉面積和干重的顯著增加。這與UV處理后7天時(shí)的總H值3.55等同。這支持由于番茄秧苗的UV處理，在收獲時(shí)將會(huì)有總體增加的產(chǎn)量。為說(shuō)明這一點(diǎn)，在6天的外部停留期后，進(jìn)行了植物生物質(zhì)的進(jìn)一步收獲。該收獲表明，所描述的植物生長(zhǎng)的增加在UV處理完成后還持續(xù)。

表7

UV處理后的收獲[7天]

6天的外部停留期后的最終收獲

實(shí)施例6-茄子抗逆性和作物產(chǎn)量的評(píng)價(jià)

在(如上所述生長(zhǎng)的)茄子秧苗上進(jìn)行了試驗(yàn)，以確定請(qǐng)求保護(hù)的UV處理與對(duì)照組相比的效果。根據(jù)新西蘭專利申請(qǐng)?zhí)?21039，使用移動(dòng)式光陣列處理方法。UV劑量方案包括在3周大時(shí)使用0.06374W m^-2s^-1[峰值波長(zhǎng)為286nm]處理7天(12小時(shí)開(kāi)啟/12小時(shí)關(guān)閉)。

結(jié)果在以下表8中示出。當(dāng)在第7天測(cè)量時(shí)(緊接著UV處理之后)，與無(wú)UV處理的樣品相比，UV處理的樣品顯示出相似或更低的鮮重、葉面積和干重值。但是，在6天的外部停留期后，到第6天的最終收獲時(shí)，鮮重、葉面積、干重和比葉重全部都增加至超過(guò)在無(wú)UV處理樣品中觀察到的值。因此可從抗逆性指數(shù)(或與植物生長(zhǎng)有關(guān)的任意一個(gè)或多個(gè)變量)觀察到有益的結(jié)果，其在UV處理后7天收獲時(shí)顯示3.01的H值。

該數(shù)據(jù)支持由于茄子秧苗的UV處理，在收獲時(shí)將會(huì)有總體增加的產(chǎn)量。

表8

UV處理后的收獲[7天]

6天的外部停留期后的最終收獲

實(shí)施例7-評(píng)價(jià)UV光譜的有益效果

進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)以評(píng)價(jià)對(duì)綠葉生菜的植物生長(zhǎng)調(diào)控(作為抗逆性的量度)有用的UV波長(zhǎng)范圍。這通過(guò)評(píng)價(jià)幼苗干重(作為抗逆性指數(shù)的成分)來(lái)測(cè)量。使生菜植物如上所述生長(zhǎng)，并使用一連串LED(發(fā)光二極管)陣列將其暴露于在選定波長(zhǎng)峰值(其在表9中列出)處的一系列UV劑量(每個(gè)波長(zhǎng)三種劑量)六天。沒(méi)有暴露于UV的對(duì)照植物用來(lái)與UV處理的植物進(jìn)行比較。在照射期之后測(cè)量整個(gè)幼苗的葉干重。將幼苗葉干重測(cè)量值相對(duì)于未處理的對(duì)照進(jìn)行表示，以推斷每個(gè)波段的劑量響應(yīng)。這之后，基于上述的劑量范圍響應(yīng)得出劑量響應(yīng)。然后將選定的不同波長(zhǎng)處的基于劑量的相對(duì)響應(yīng)相對(duì)于303nm處的零點(diǎn)進(jìn)行歸一化，并內(nèi)插以導(dǎo)出該抗逆性方面的光譜響應(yīng)的描述(或量子效力(Quantum Effectiveness)；換言之，增加的值表示對(duì)于該給定波長(zhǎng)，幼苗干重的增加)。該內(nèi)插的結(jié)果在表10中示出，并且為了清楚起見(jiàn)在圖1中繪出?？梢钥吹?，在低于290nm的波長(zhǎng)處該抗逆性屬性的提高出現(xiàn)急劇下降，并且在304nm處，該抗逆性屬性的光譜響應(yīng)降低至<1.0。

表9

表10示出了針對(duì)綠葉生菜的植物生長(zhǎng)調(diào)控的內(nèi)插量子效力的表格。應(yīng)理解，對(duì)于該實(shí)施例，使用線性內(nèi)插來(lái)內(nèi)插量子效力值，并且存在多種可以用于在量子效力值之間內(nèi)插的方法。

表10

在7天照射處理結(jié)束時(shí)，并且在室外環(huán)境中的植物生命后續(xù)部分之前，進(jìn)行了幼苗干重測(cè)量。使用290-354nm的波長(zhǎng)，并且初步結(jié)果在圖1中示出。在該初步研究中，由于所使用的LED在290nm處具有最低峰值照射，因此未測(cè)試280-290nm之間的波長(zhǎng)。然而，從圖1中的曲線可以看出，可以看到朝向280nm的向上趨勢(shì)，并且該趨勢(shì)可以合理預(yù)期。

在一項(xiàng)類似的研究中(結(jié)果在以下表11中示出)顯示，即使在請(qǐng)求保護(hù)的280-310nm UV-B波長(zhǎng)范圍外的微小波動(dòng)也可以導(dǎo)致秧苗階段的抗逆性指數(shù)的大幅降低(從3.76至2.79)以及在70天最終收獲時(shí)植物葉面積提高的損失和/或缺乏(按相對(duì)于未處理對(duì)照植物的％測(cè)量)。此外，根據(jù)上述內(nèi)插的實(shí)施例，秧苗階段的植物干重在期望的處理波長(zhǎng)范圍內(nèi)大幅提高。

表11

已經(jīng)僅通過(guò)示例的方式描述了本發(fā)明的各方面，但應(yīng)理解，在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行修改和添加。