[19]
中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公布说明书
[11]公开号CN 1934944A [43]公开日2007年3月28日
[21]申请号200610097240.3[22]申请日2006.10.24
[21]申请号200610097240.3
[71]申请人南京农业大学
地址210095江苏省南京市卫岗1号南京农业大
学科技处钱宝英
[72]发明人沈文飚 黄丽琴 沈晋良 凌腾芳 宣伟
徐晟 叶茂炳 邵苏宁 黄本开 顾克余
刘开力 刘雅辉 曹泽彧 萨支圣 韩毅
谢彦杰 刘辉 [74]专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司代理人楼高潮
[51]Int.CI.A01N 43/36 (2006.01)A01P 21/00 (2006.01)
权利要求书 1 页 说明书 14 页 附图 1 页
[54]发明名称
[57]摘要
本发明是一种含有氯化血红素的植物生长调节
剂，属于植物生长调节物质的开发与利用领域。包
括：用含有终浓度为0.001～1000μM氯化血红素
(Hemin)的植物生长调节剂，对植株、植物组织和
种子进行灌溉、喷洒或浸泡等处理，连续1～60天，
每天1～3次，可以促进植物生长和形态建成，加快
种子萌发，提高抗氧化能力以及改善抗/耐逆性。
由于氯化血红素价格低廉，且植物体内含有相关代
谢机制，因此该法还具有无污染、环保、低成本和
应用范围广的特点，适用于农田化学调控、种源农
业、组培、果蔬贮藏以及切花保鲜等领域。
200610097240.3权 利 要 求 书第1/1页 1、一种含有氯化血红素的植物生长调节剂，其特征是，该植物生长调节剂含有氯化血红素，配制成溶液后氯化血红素的有效终浓度为0.001～1000μM。
2、根据权利要求1所述的一种含有氯化血红素的植物生长调节剂，其特征是，该植物生长调节剂配制成溶液后还含有终浓度为0～1000μM的Ca2+或终浓度为0～1000μM 的水杨酸或0～1000μM的其它农用化学品。
3、根据权利要求1或2所述的一种含有氯化血红素的植物生长调节剂，其特征是，该植物生长调节剂能诱导植物体内逐步释放总浓度≤1000p p m的一氧化碳气体。
4、权利要求1或2所述一种含有氯化血红素的植物生长调节剂的应用，其特征在于：采用权利要求1或2所述的一种含有氯化血红素的植物生长调节剂对植株、植物组织或种子进行灌溉、喷洒、浸泡或浸种处理，或者直接加进包含上述植物材料的培养基，以提高非生物或生物胁迫耐受性或抗性，并改善各种农艺性状或代谢功能；连续处理1～60天，每天1～3次。 5、根据权利要求4所述的植物生长调节剂的应用，其特征是，所述植株、植物组织和种子，包括种植在
大田和温室的单子叶植物、双子叶植物或裸子植物以及经遗传修饰生物体的植株、组织和种子；
各种非生物胁迫，包括盐害、渗透胁迫、干旱和渍水胁迫、冷害、热激、紫外线照射、臭氧、创伤、金属毒害、除莠剂的过量或错误使用，而生物胁迫包括各种虫害和病原菌侵染；
所述各种农艺性状和代谢功能以及非生物/生物胁迫耐受/抗性，是指在播种、萌发、生根、生长、移栽、枝插、分蘖、开花、果实形成与成熟、组织培养的各种发育与生产阶段，以及各种天然或人为导致的生物与非生物胁迫条件下，包括诱导α/β淀粉酶活性从而缓解各种胁迫对种子萌发的抑制以及提高正常条件下种子萌发率以及打破休眠、延缓老化和衰老进程、延长货架期、诱导侧根和不定根的发生、上调各种抗氧化酶基因表达和合成以及酶活性的提高、下调各种活性氧产生系统的运转速度、延缓脂质过氧化产物的生成、诱导植物叶片的气孔关闭以及保绿作用、提高地上/地下部组织的干鲜重以及伸长/生长速率、增加农作物产量和改善品质、增强植物的抗病性和抗虫性、重金属抗性以及诱导脯氨酸、黄酮类化合物以及植保素的合成。
6、一种氯化血红素用于植物生长调节的方法，其特征是，
1)配制含有氯化血红素的植物生长调节剂溶液：该溶液中氯化血红素有效终浓度为0.001～1000μM；
2)用含有氯化血红素的植物生长调节剂溶液对植株、植物组织或种子进行灌溉、喷洒、浸泡或浸种处理，
或者直接加进包含上述植物材料的培养基，以改善各种农艺性状或代谢功能以及非生物或生物胁迫耐受性或抗性；连续处理1～60天，每天1～3次。
7、根据权利要求6所述的氯化血红素用于植物生长调节的方法，其特征是，配制的含有氯化血红素的溶液中还含有终浓度为0～1000μM的Ca2+或终浓度为0～1000μM 的水杨酸或0～1000μM的其它农用化学品。
200610097240.3说 明 书第1/14页
一种含有氯化血红素的植物生长调节剂
(一)技术领域：
本发明涉及一种含有氯化血红素的植物生长调节剂，属于植物生长调节物质的开发与利用领域，专用于包括农用化学品开发、农田化学调控、种源农业、组培、果蔬贮藏以及切花保鲜等领域。
(二)技术背景：植物的生长发育进程通常受植物内源激素的调控，同时也经常受到各种不良环境条件(包括许多非生物/生物胁迫等逆境因素)的制约，往往导致生长速率和产量的下降，其中与人类生活最密切的是农艺性状的下降，而植物各组织和部位的代谢功能下调以及导致的抗氧化能力下降是其中的最主要诱因之一。已经证实，通过改善农业环境、选育抗/耐逆性强的作物品种以及开发转基因作物确实可以达
到增产和增收的目的，但其往往成本较高，而且开发年限也较长，甚至还可能带来其它副效应，例如转基因作物的风险性评估以及潜在的安全性问题。另一方面，尽管目前已经有不少发明专利可以用于提高植物的耐/抗逆性和改善各种农艺性状，但是上述发明专利往往是将几种大量/微量元素和(或)植物激素或人工合成的衍生物按一定比例配合。由于成份复杂，作用机理不明确，使用方法也不易被生产者所掌握，而且有些植物激素的价格比较昂贵，在使用过程中也存在有一定的副作用，因此使用效果往往不稳定。
已经知道，当植物受到各种不良环境的胁迫时，往往体内A B A和H2O2等内源信号分子的含量和分布会发生改变的趋势，表明A B A和H2O2作为重要的信号因子能够参与对不同环境因子的交叉耐受和适应；同时，若用其中一种因子(A B A和H2O2等)诱导胁迫植物，则可抵抗接下来相同种类或不同种类的胁迫。最近的研究已经发现，作为植物生长调节/信号分子的一氧化氮(N i t r i c o x i d e，N O)可以广泛参与各种生理过程，尤其在植物生长发育及其对逆境的响应等方面起着重要的调节作用，并与植物的生长发育进程和N O的处理浓度有关。例如低浓度外源N O(μM浓度范围)能显著提高植物的耐盐性，并与其能增加各组织抗氧化能力有关，同时也与其能调节植物离子平衡相关，并有C a2+信使和H2O2等信号分子的参与；但高浓度N O处理则有明显的伤害效应(R u a n 等，Chin Sci Bull，2002；Uchida等，Plant Sci，2002；Zhao等，Plant Physiol，2004)。此外，植物N O功能还与A B A以及其它激素/植物生长调节物质的交互作用有关(B e l i g n i 和Lamattina，Planta，2000；Delledonne，Curr Opin Plant Biol，2
005)。1999年11月，阿根廷科学家L a m a t t i n a等申请了与植物N O功能开发利用相关的美国专利(M e t h o d o f enhancing the metabolic function and the growing conditions of plants and seeds，专利申请号：450192)，并在2001年6月正式获得专利(美国专利号：6242384)。
另一方面，与N O同为双原子气态分子的一氧化碳(C O)一直被认为是一种有毒气体。从化学特性看，C O纯品为无、无臭、无刺激性的气体，分子量28.01，密度0.967g/L，冰点为-207℃，沸点为-190℃，在水中的溶解度较低，但易溶于氨水，空气
混合爆炸极限为13～74％。通常，当含碳的物质不完全燃烧时，都可产生C O气体，例如在工业生产中接触C O的作业不下70余种，如冶金工业中的炼焦、炼铁、锻冶、铸造和热处理生产，化学工业中合成氨、丙酮、光气、甲醇的生产，矿井放炮和煤矿瓦斯爆炸事故，碳素石墨电极制造以及生产金属羰化物如羰基镍、羰基铁等过程，或生产使用含C O的可燃气体(如水煤气含C O达40％，高炉与发生炉煤气中含30％，煤气中则含5～15％的C O)，都可能接触或产生C O气体，使用柴油、汽油的内燃机废气中也含C O约1～8％。此外，H e m i n(氯化血红素，C34H32C l F e N4O4，分子量为651.94)、H e m a t i n (高铁血红素，C34H33N4O5F e，分子量为633.49)和C O R M-3等也是常用的能释放C O 气体的人工供体，而通过浓硫酸与甲酸共热的加热反应也可以产生人工C O气体。
已经知道，C O也是许多国家引起意外生活性中毒中致死人数最多的毒物，急性C O 中毒的发生与接触C O的浓度及时间有关。已经知道C O之所以能引起煤气中毒，是因为C O被人吸进肺中，跟血液里血红蛋白结合。由于碳氧血红蛋白的存在，使人体血液的携氧功能发生障碍，造成机体急性缺氧。当C O浓度较高时，还可与细胞素氧化酶中的铁结合，从而抑制组织细胞的呼吸过程，阻碍其对氧的利用。由于中枢神经系统对缺氧最敏感，当吸入C O的量不等时便可能产生不同的中毒现象。例如，当C O在空气中浓度为0.4％时，将危及人的生命。
最近的大量研究已经证实C O也是动物体内重要的细胞间信使，属于活性碳(R e a c t i v e c a r b o n s p e c i e s，R C S)范畴，参与调节动物体内各种生理和病理过程，并与动物中N O的功能相类似(V e r m a等，S c i e n c e，1993)。在动物体内，血红素氧合酶(H e m e o x y g e n a s e，H O)是一种催化血红素降解为C O、F e和胆红素的起始酶和限速酶，有着重要的生物学作用，而C O的细胞信使作用已引起人们的普遍关注。例如，C O R M-3(可溶性液态C O供体)可以促进心脏细胞生长从而有效患者的心脏病发作，在患者心脏病发作期间，C O R M-3释放出的C O气体能有效地预防心脏细胞的受压和缺氧；同时，C O R M-3还可增强移植器官的生理机能，降低人体机能对移植器官的排斥性。因此，英国谢菲尔德综合大学B r i a n M a n n教授称，“根据实验结果可以看出，C O分子在医疗应用中有巨大的潜力，C O的生理活动性将应用至更广阔的领域”。有意思的是，在心血管系统中，C O具有的维持血管张力和保护心肌细胞的作用与N O的功能相类似。通常，
C O与N O在动物体内都可以通过结合可溶性鸟苷酸环化酶(s G C)活性中心的F e2+从而改变s G C的构象，导致酶活性的增强，从而提高细胞内c G M P的浓度，发挥舒张内皮细胞的作用。另外，C O和N O的生成和调节系统也有较大的相似性。例如，H O和一氧化氮的重要合成酶一氧化氮合酶(N i t r i c o x i d e s y n t h a s e，N O S)都有两种形式：组成型和诱导型(iHO/iNOS)，HO也分为HO-1(iHO)和HO-2/3(组成型HO，cHO)，
而H O对i N O S的一些刺激因素如内毒素、细胞因子、活性氧也有应答效应。此外，N O S 和H O系统的产物均对血红素分子有很高的亲和力，并在调节胞内c G M P浓度的功能上有互补的关系。总之，动物的研究表明C O与N O在分子结构、生理功能、信号转导途径、合成酶系统等方面都存在许多相似之处。
与上述相对应的是，植物中的研究也已经初步发现H O具有体内合成C O气体的能力(M u r a m o t o等，P l a n t P h y s i o l，2002)。此外，在植物种子萌发和幼苗生长过程中也往往伴随着C O生成的现象(一般≤1000p p m)，其中产生的最高浓度则为6000p p m，并初步推测与光呼吸作用、光合作用以及呼吸代谢作用有关(W i l k s，S c i e n c e，1959；S i e g e l等，S c i e n c e，1962)。这一发现表明C O可能也是植物代谢的天然副产物，同时也为C O对植物生长发育调控作用的发现和利用提供了相应的现实基础和思路。
(三)发明内容
技术问题 本发明的目的在于克服现有技术中使用各种大量/微量元素以及植物激素/生长调节物质(包括N O等)来提高植物抗/耐逆性以及改善各种农艺性状的效果往往不稳定或具有一定伤害作用以及价格昂贵的缺陷，通过氯化血红素(H e m i n，也是H O-1的活性诱导剂)来逐步提高植物内源C O的含量，从而提供一种能促进植物生长发育和形态建成，增强各种代谢能力，增加产量和改善品质等各种农艺性状，以及提高植物抗/耐逆性和上调植物抗氧化能力的方法。
技术方案
一种含有氯化血红素的植物生长调节剂，其特征是，该植物生长调节剂含有氯化血红素，配制成溶液后氯化血红素的有效终浓度为0.001～1000μM。该植物生长调节剂还含有配制成溶液后终浓度为0～1000μM的C a2+或终浓度为0～1000μM的水杨酸或0～1000μM的其它农用化学品。该植物生长调节剂能诱导植物体内逐步释放总浓度≤1000p p m C O的气体。上述一种含有氯化血红素的植物生长调节剂的应用，其特征在于：采用含有氯化血红素的植物生长调节剂对植株、植物组织或种子进行灌溉、喷洒、浸泡或浸种处理，或者直接加进包含上述植物材料的培养基，以改善各种农艺性状或代谢功能以及非生物或生物胁迫耐受性或抗性；连续处理1～60天，每天1～3次。
所述植株、植物组织和种子，包括种植在大田和温室等地方的单子叶植物、双子叶植物或裸子植物以及经遗传修饰生物体(G e n e t i c a l l y m o d i f i e d o r g a n i s m s，G M O)的植株、组织和种子；
各种非生物胁迫，包括盐害、渗透胁迫、干旱和渍水胁迫、冷害、热激、紫外线照射、臭氧、创伤、金属(铁、铜、铅、锰、铝和汞等)毒害、除莠剂(包括P a r a q u a t和D i q u a t等诱发活性氧过量产生的除草剂等)的过量或错误使用等，而生物胁迫包括各种虫害和病原菌侵染；
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