[发明专利]增强植物对环境应激的抗性和耐受性的N－乙酰半胱氨酸酰胺(NAC酰胺)

说明书

                        发明领域

本发明一般涉及采用环境安全抗氧化剂处理植物或农作物，使其对各种环境应激包括但不限于植物害虫、病原体、恶劣气候、土壤、生长和生存条件更具有抗性和耐受性。

                     发明背景

象大多数有生命的有机体一样，植物经受生物和非生物的各种环境应激和攻击。生物应激包括害虫如昆虫、蜘蛛(arachnids)和线虫(nematodes)以及病原体如细菌、病毒、真菌和支原体(mycoplasms)。非生物应激包括极端的温度和气候条件，如干旱、霜冻、雨水过多、潮湿和炎热。每年这些应激引起农作物生产损失或减产，导致价值数十亿美元的植物损失。因此，控制此类应激对有价值的植物和农作物的不利影响受到经济和环境两个方面的关注。

自第二次世界大战以来，保护植物免受环境中生物和非生物应激因素影响的控制措施主要利用合成的毒性化学药品如农药。每年使用的农药已经增加至超过544百万千克。但是，市场上农药价格昂贵，所以广泛使用的费用高。而且，因为农药在环境中持续存在及其潜在毒性，所以它们对动物和人具有不断增加的健康风险。

与农药使用有关的相关的经济成本和健康风险已经引起人们不断增加对保护植物和农作物的替代策略的关注。一个这样的替代策略是探索和研发使植物增加其自身防御机制的方法。为此，已从分子上将植物经基因工程改造为表达对大多数害虫、农药和环境应激具有抗性的蛋白质、酶和多肽。

已知某些应激性刺激将增加植物对病原体的抗性有一段时间了。例如，在1940年，Muller和Borges发现植物抗毒素。(Muller，K.O.和Borges，H.Arb.Biol.Reichsanst Land-u Forstwiss.23：189-231(1940))。植物抗毒素的发现从生物化学角度解释了植物中所观察到的可诱导的防御反应。后来已经显示暴露于各种生物或非生物应激(即外部诱引剂(exo-elicitors))将导致植物合成和蓄积植物抗毒素。这些植物抗毒素发挥拒食剂和抗生素特性，其对植物有保护作用并转而对真菌、细菌、较高级的-植物细胞、还有动物细胞有毒。(J.Ebel，Phytoalexin Synthesis：The Biochemical Analysis of the Inductive Process，Ann.Rev.Phytopathol，24：235-64，1986)。除了植物抗毒素之外，这些外部诱引剂还诱导其它化学防御机制，如蛋白酶抑制剂和模拟激素(hormone mimics)。

已经研究的生物外部诱引剂包括：大雄疫霉菌大豆变种(Phytophthora megasperma var.sojae)(一种真菌)(Klarman，W.L.，Netherlands Jour.Plant Pathol，74：171-175(1968)；Chamberlain，D.W.和J.D.Paxton，Phytopathology，58：1349-1350(1968))；黄瓜根结线虫(Meloidogyne incognita)(一种线虫)，(Kaplan，D.等，Physiol.PlantPathol.，16：309-318，1980)；丁香假单胞菌大豆致病变种(Pseudomonassyringae pv.glycinea)(一种细菌)(Holliday，M.J.等，Physiol.PlantPathol.，18：279-287，1981)；几种昆虫(Kogan，M.和J.Paxton，在：P.A.Hedin(编辑)，Plant Resistance to Insects，Amer.Chem.Soc，Wash.，D.C.1983)；荨麻叶螨(Tetranychus urticae)(一种螨)(Hildebrand，D.F.等，Jour.Econ.Entomol.，79：1459-1465，1986)；和墨西哥豆瓢虫(Epilachnavarivestis)(一种昆虫)(Chiang，H.S.等，Jour.Chem.Ecol.，13：741-749，1987)。

虽然在实验中已经显示此类生物外部诱引剂可增加植物抗性，但它们可能本身就是植物的害虫或病原体。而且，在最佳环境下将难以大规模生产在实际应用所需浓度下仍发挥均一活性的生物外部诱引剂，而且费用昂贵。因此，目前生物外部诱引剂不是有毒农药的令人满意的替代品。