提高作物产量的方法本发明涉及用于提高作物产量的甜菜碱的用途。本发明具体涉及用以提高C-4谷物产量的甜菜碱的用途。根据本发明，既可在正常条件下也可在恶劣条件下提高产量，干扰生长的恶劣条件包括诸如干旱，高盐度，低温，潮湿或存在环境毒物。本发明也涉及经甜菜碱处理的C-4谷物及所述谷物的组成部分(尤其是谷种)，以及由前述制备的产物。

　　背景生长的环境和条件显著影响作物的产量。优化的生长环境和条件通常伴随优质高产。在不良生长条件下，质量和产量随之恶化。

　　作物的生理性质优选地由培育方法控制，既可为传统的培育方法，也可为诸如基因重组的方法。

　　迄今，已开发有几种不同的有关培育技术的解决方法，用以改善生长条件并提高作物产量。对本领域的技术人员，在适宜的生长地点选育相应的作物是不言而喻的。在生长期，可通过机械方法保护作物，如各种薄纱或塑料，或是在温室中培育作物。为提高产量，通常使用灌溉和肥料。表面活性剂也常与农药，保护剂和矿物质同时施用。表面活性剂提高了物质向植物细胞的渗透，因此提高并增加了上述试剂的效果，同时也降低了其对环境的有害作用。可是，培育技术中各种不同的方法常常是费力和不切实际的，其效果也有限(温室大小有限的，薄纱提供的保护有限，等等)，更由于这些方法在实施时的规模庞大，相应的成本也昂贵得多。目前，尚未见有经济可行的化学解决方法，用以保护作物免受恶劣环境条件的影响。

　　不同作物对干燥的敏感性不同，但对于作物的产率而言，水的供应比其它任何环境因素更重要。通常使用灌溉足以保证水的供应。可是，灌溉与健康和环境问题密切相关，例如水资源的极度下降，水质的恶化和农用土地的恶化。据实地计算，世界上约一半的人为灌溉土地受涝害和盐化的侵害。这一的问题的严重性及其涉及的范围具体体现在，世界上有255,000,000公顷灌溉土地，它们占全世界水消耗的70％。仅在美国，主要在18个西部州地区和该国的东南部就有超过20,000,000公顷的灌溉地。这些地区仅用于灌溉的水耗量就占全部水消耗的83％。另应注意的是，灌溉水的用量逐年增加，尤其在工业国家。除此而外，灌溉的另一缺点是成本高。

　　另一个严重的恶劣因素是土壤的盐度。能用不同的方法定义土壤的盐度；根据通常的定义，如土壤中可溶盐分的含量达到足以干扰所培育作物中几种作物种类的生长和产量时，则曰土壤已盐化。最常见的盐是氯化钠，但与盐水的来源和盐的溶解性有关，其它盐也以不同的组合方式存在。

　　对于生长在含盐地的作物，从有负渗透压的土壤获得足够的水是困难的。高浓度的钠和氯离子对作物是有害的。另一问题是矿物的缺乏，这出现在钠离子与所需钾离子竞争的场合，然而，对于细胞生长，需要渗透调节和pH稳定。尤其当钙离子浓度低时会出现此问题。

　　作物的产出能力及其对土壤盐度的敏感性也与作物种类有关。盐生植物需相对高的氯化钠含量以保证最优生长，而甜土植物对盐的耐受性低，甚或在盐浓度已较低时其生长也受显著抑制。对同一培育作物种类，不同的培育品种之间甚至也有大的差异。同一作物种类或同种培育品种对盐的耐受性也随诸如生长阶段有变化。在低的或中等盐度时，甜土植物的较慢生长并不以特殊征侯的形式(如萎黄病)显现，但表现出作物生长迟缓，叶的颜色较正常为黑。而且，叶的总面积下降，二氧化碳同化作用降低，且蛋白质合成受到抑制。

　　一定的程度上，作物能适应恶劣的条件。这种能力与作物种类密切相关。由于前述恶劣条件，某些作物开始产生一种称脱落酸(ABA)的生长激素，借以封闭作物的气孔，因而减小恶劣条件的伤害。可是，ABA对作物的产出能力也有不利副作用。ABA引起例如叶，花和不成熟果实坠落并抑制新叶子的形成，这自然导致产量的下降。

　　业已发现，恶劣的条件尤其是水的缺乏会导致某些酶活性的严重下降，如硝酸盐还原酶和苯丙氨酸解氨酶。另一方面，α-淀粉酶和核糖核酸酶活性增加。至今未见有基于这些发现保护作物的化学解决方法。

　　Zhao等(植物生理学杂志[J.Plant Physiol]，1992年，卷140，页541～543)描述了甜菜碱对苜蓿细胞膜的影响。用0.2M的甘氨酸甜菜碱喷洒苜蓿种苗，之后从基底中连根拔除种苗，洗去土壤并暴露于温度-10℃～-2℃下1小时。然后解冻种苗并在潮湿沙地上种植一星期，其间，存活作物的再生长明显。甘氨酸甜菜碱明显地改善苜蓿的寒冷稳定性。在-6℃的冷处理效果尤其明显。所有在-6℃冷处理一小时的对照样均死亡，而用甘氨酸甜菜碱处理的种苗却有67％存活。

　　Itai和Paleg(植物科学通讯[Plant Science Letters]，1982年，卷25，页329～335)描述了脯氨酸和甜菜碱对水缺乏的大麦和黄瓜恢复的效果。作物生长在经冲洗的沙地中，为了造成水缺乏，连续四天在营养液中加聚乙二醇(PEG，4000mol重量)，之后让作物在收割之前恢复四天。在水缺乏的第一天或第三天，或是紧接收割之前，向作物的叶子喷洒脯氨酸和/或甜菜碱(25mM，pH6.2)。据对大麦的观察，在缺乏之前或之后提供甜菜碱未见效果，而在缺乏结束时所加的甜菜碱却有效；脯氨酸无效。对黄瓜，未见明显的促进效果；相反，发现甜菜碱和脯氨酸均有不利作用。

　　可见，旨在区分甜菜碱和脯氨酸对作物效果的实验产生了相反的结果，故此，相应的结果没有商用价值。

　　发明简述本发明的目的是寻求一种部分代替人为灌溉的方法，与此同时，保证产品的质量和产量。本发明的另一目的是，寻求在其它恶劣条件(如常与干燥相关的高盐，低温等)下也可保护作物的方法。而且，进一步的目标是，找到在正常条件下不使用会消耗环境资源或危害环境的方法但可增加产量的方法。

　　与本发明相关的一个令人惊讶发现是，可通过外施甜菜碱大幅提高C-4谷物的产量。已发现，甜菜碱在正常和恶劣的条件下对提高产量均有效，并且，没有如ABA副作用那样的有害效果。本发明有可能大幅降低对诸如人工灌溉的需求，从而保护环境并显著降低成本。

　　本发明进而涉及经甜菜碱外施处理的C-4谷物及所述谷物的组成部分(尤其是谷种及穗)，以及所述物质在诸如食品及动物饲料工业中的用途。

　　本发明还涉及提高C-4谷物产量的方法，在该法中，甜菜碱外施于生长中的C-4谷物。

　　甜菜碱经一个或几个连续的处理步骤施用于作物上。施用能通过例如喷洒完成，并且在必要时，与常规的肥料或农药等一起喷洒。根据本发明施用的甜菜碱输运至植物细胞，并于细胞处积极地调节细胞的渗透平衡，也参与其它的细胞代谢过程。用甜菜碱处理的细胞即或当遭受外部的恶劣因素时也更有活力。

　　根据本发明，经甜菜碱处理在经济上是有利的，并且增加的产量也具有经济效益。由于处理可与其它喷雾一起完成，它不会明显增加工作量，并且不需要在机械，设备或空间方面进行新的投资。另外值得注意的是，甜菜碱为无毒的天然产品，对产品的质量无不利影响。甜菜碱也是存留在植物细胞中的稳定物质，因此有长期的效果。

　　发明详述甜菜碱指完全N-甲基化的氨基酸。甜菜碱是在植物和动物的代谢中有重要功能的天然产物。最普通的甜菜碱之一是甘氨酸衍生物，其中的三个甲基与甘氨酸分子的氮原子连接。这种甜菜碱化合物通常叫甜菜碱，甘氨酸甜菜碱或三甲基甘氨酸，其结构式如下所示

　　甜菜碱有一个两极结构且含几个可在酶催化反应中供出的具化学活性的甲基。大多数有机体能合成少量甜菜碱，用于例如甲基功能，但这并不能显著增加甜菜碱的生成量和贮存量，以抗御恶劣的外界条件。甜菜碱积存的最为习知的有机体包括Chenopodiaceae族作物(例如糖甜菜)，某些微生物以及海洋无脊椎动物。在这些有机体中，甜菜碱积存的主要原因可能是甜菜碱起渗透质的作用，因而保护细胞免受渗透压力的影响。当条件需要时，例如在高盐或干燥时，这些作物和微生物中的甜菜碱主要功能之一是增加细胞的渗透能力，防止水分损失。与许多盐不同，甜菜碱与酶高度相容，因此细胞和细胞的细胞器中的甜菜碱的含量可以高，但不对代谢有任何有害作用。另外也发现，甜菜碱对大分子的运动有稳定作用；它改善酶和细胞膜的热阻以及对离子的耐受性。

　　甜菜碱能从例如糖甜菜中用色谱法提取。甜菜碱可为Cultor Oy，Finnsugar Bioproducts的市售产品，后者系结晶脱水甜菜碱。其它甜菜碱产物包括诸如甜菜碱一水化物，甜菜碱盐酸盐和粗甜菜碱液，均可得自市售并用于本发明的目的。

　　根据本发明，外施甜菜碱以提高C-4谷物(如玉米，高粱，小米，SEDGE，BUFFALGRASS，DRABGRASS，WITCHGRASS等)的产量。根据本发明，在正常和恶劣的条件下，外施甜菜碱以提高C-4谷物的产量，即或培育的作物遭受周期性或连续的外部压力时，甜菜碱也是有效用的。这样的外部压力因素包括例如干燥，高温，高盐，空气污染(如臭氧，氮氧化物，二氧化硫及硫酸或曰酸雨)，环境毒物，除草剂，杀虫剂等。例如，外施甜菜碱处理遭受恶劣条件的作物，可提高作物对条件的适应性并使其生长潜势持续更长，因而提高作物的产出能力。甜菜碱是存留在作物细胞中的稳定物质。故此，甜菜碱的有益作用是长效的且只因植物生长所致稀释而逐渐减少。

　　虽然本说明和权利要求使用术语“甜菜碱”，但显而易见，必要时可根据本发明采用几个不同的甜菜碱。还应注意的是，此处所言甜菜碱为通用名词，包括各种公知的甜菜碱。

　　甜菜碱以一次或几个连续的处理步施用于作物，单剂施用为优选。用量根据C-4谷物种类及培育品种，以及生长阶段和条件确定。举例而言，有效用量为每公顷约0.2～20kg甜菜碱，相应地，优选用量约每公顷2～6kg甜菜碱。此处给出的量是建议性的；因此，本发明的范围包括此处所述工作方式下有效的所有用量。

　　甜菜碱的施用可采用任何适合本发明目的的方法。甜菜碱可与其它植物保护剂，杀虫剂或养分，如杀真菌剂和尿素或微量养分，分别或一道施用。甜菜碱易于通过喷雾施用。向叶喷施甜菜碱及其它可能的试剂为优选方法，这较根部施用方法的响应更为迅速。然而，也存在与该法有关的不同的问题，如外皮较厚的叶的渗透浓度低，憎水表面的干涸，雨水的冲刷，溶液的快速干燥，以及叶的损害。如必要，其它方法也可用于施用甜菜碱。

　　根据本发明，处理的时间可改变。如果以单个处理步施用甜菜碱，处理通常在生长早期完成，例如对于约5至20cm的作物。如以几个连续的处理步施用，最后一次喷雾优选在开花早期或在气象预报有恶劣气侯时进行。

　　根据本发明施用甜菜碱处理后，大大地提高了作物的产出，例如作物的数量和质量。根据本发明进行处理也可减少对灌溉的需求。根据本发明的处理经济合理，并且产出的增加具有经济效益。举例而言，本发明表明，合理施用甜菜碱后玉米的产量增加30％以上，约合6kg/ha。还值得注意是，产量大幅提高后，质量并无劣化。

　　根据本发明，既可在正常条件下也可在恶劣条件下提高C-4谷物的产量，恶劣条件除包括干旱外，还包括诸如与干旱有关的高盐度，高温，等等。而且，本发明也可使C-4谷物生长在先前认为是不适于栽培的土壤上。

　　本发明将在下面的实施例中进一步详加描述。实施例仅供例示本发明，它们在任何情况下不应该被认为限制本发明的范围。

　　实施例1施用甜菜碱对高粱产量的影响在Murdoch大学(Perth，Australia)考察了施用甜菜碱对高粱产量的影响。试验在实地条件下进行，时间是1994～1995年干热的夏季。

　　试验以分块设计方式进行，每块为10m2。各块又分为四个子块，分别以不同浓度的甜菜碱处理。所用甜菜碱的浓度为0(供对照)，2，4和6kg/ha。土壤为沙质(98％沙，1％淤沙，1％粘土)，氮，磷及钾的含量低，且水和养分的保有性能差。灌溉量正常。培育品种为Trump。结果示于表1。

　　以上结果表明，所进行的所有试验的产量均超过对照样的产量。甜菜碱施用量为4或6kg/ha时，效果最佳。

　　实施例2干燥条件下施用甜菜碱对高粱产量的影响重复实施例1所述试验，考察了水缺乏条件下施用甜菜碱对高粱生长的影响，但灌溉量较优化用量减少50％。结果如表2所示。

　　显而易见，本试验中的产量也超过对照样的产量。还可见，依照本发明施用甜菜碱但灌溉量低(50％)，效果却与优化灌溉下相当。这也表明，降低灌溉但在同时施用较大量甜菜碱可获同等产量。

　　实施例3施用甜菜碱对玉米产量的影响在Murdoch大学(Perth，Australia)考察了施用甜菜碱对玉米产量的影响。试验在实地条件下进行，时间是1994～1995年干热的夏季。

　　试验以分块设计方式进行，每块为10m2。各块又分为四个子块，分别以不同浓度的甜菜碱处理。所用甜菜碱的浓度为0(供对照)，2，4和6kg/ha。土壤为沙质(98％沙，1％淤沙，1％粘土)，氮，磷及钾的含量低，且水和养分的保有性能差。灌溉量正常。培育品种为SR-73。结果示于表3。

　　以上结果表明，所进行的所有试验的产量均超过对照样的产量。甜菜碱施用量为6kg/ha时，效果最佳。

　　实施例4干燥条件下施用甜菜碱对玉米产量的影响重复实施例3所述试验，考察了水缺乏条件下施用甜菜碱对玉米生长的影响，但灌溉量较优化用量减少50％。结果如表4所示。

　　同样，显而易见，本试验中的产量也超过对照样的产量。甜菜碱施用量为4或6kg/ha时，效果最佳。还可见，依照本发明施用甜菜碱但灌溉量低(50％)，效果却与优化灌溉下相当。这也表明，降低灌溉但在同时施用较大量甜菜碱可获同等产量。

　　取20粒玉米种籽，于330mL前述试验溶液之一中浸泡24小时。随后，种籽在不锈钢筛网上干燥，再播种于土中，其中有两粒分种于容器内。容器遂置于窗台上，面南受太阳光晒照，每日均浇水。

　　3.根据权利要求2的用途，其特征在于，恶劣条件包括高或低温，干旱或高盐度。

　　4.根据权利要求1至3任一项的用途，其特征在于，甜菜碱施用量为约0.2～20kg/ha。

　　5.根据权利要求4的用途，其特征在于，甜菜碱施用量为约2～6kg/ha。

　　6.提高C-4谷物产量的方法，其特征在于，甜菜碱外施于生长中的C-4谷物。

　　7.根据权利要求6的方法，其特征在于，甜菜碱施用于生长在恶劣条件下的C-4谷物。

　　8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，恶劣条件包括高或低温，干旱或高盐度。

　　9.根据权利要求6至8任一项的方法，其特征在于，甜菜碱在生长季节施用一次或数次。

　　10.根据权利要求6至9任一项的方法，其特征在于，甜菜碱与某种杀虫剂或表面活性剂一道施用。

　　11.根据权利要求6至10任一项的方法，其特征在于，甜菜碱在生长初期以单次处理方式施用。

　　12.根据权利要求6至11任一项的方法，其特征在于，甜菜碱施用量为约0.2～20kg/ha，优选施用量为约2～6kg/ha。

　　13.根据权利要求6至12任一项的方法所制得的C-4谷物的产物，尤其是种籽产物。

　　15.根据权利要求1至4任一项的用途，其特征在于，C-4谷物为高粱，玉米以及小米。

　　本发明涉及用于提高C－4谷物产量所外施甜菜碱的用途。根据本发明,甜菜碱尤施用于恶劣的条件下。本发明也涉及经甜菜碱外施处理的C－4谷物,尤其是这类作物的种籽。