[发明专利]使用3-(环丙基-1-烯基)-丙酸钠盐阻断大田作物中乙烯反应的组合物和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及阻断大田作物中的乙烯反应(ethylene response)的水溶性组合物和方法，具体地涉及通过施用3-环丙基-1-烯基-丙酸钠盐(WS-CPD)来抑制大田作物中各种乙烯控制的生长、再生和生殖过程的方法。

背景技术

乙烯是一种易挥发的植物激素，其调节广泛范围的植物生长过程。例如，其涉及在例如阻断生长素运输和诱导脱落酸(ABA)合成的过程中，控制植物内部激素平衡。乙烯也涉及植物生命周期中多种事件的控制，例如加快果实成熟、增加酶活性、加速老化和衰老、休眠、诱导叶绿素降解、叶子和果实脱落、偏上性和其他植物性生长(营养生长，vegetative growth)方向上的变化，以及根生长和改变向地性反应。多种形式的环境压力增加植物中的乙烯产生，这些环境压力例如高温、寒冷和冰冻、干旱和过量的水或漫灌、辐射、机械压力以及病原体和昆虫的攻击。自20世纪早期以来，乙烯已被种植者用于在收获之前和之后处理作物。用在例如预防提前成熟的果实掉落、降低果实保持力的用途中抑制乙烯作用，或者应用于作为机械收获的辅助来诱导棉花的叶子脱落、延长果实保质期和切花瓶插期来实现控制乙烯的需要，使科学家们一方面尝试开发用于阻断乙烯生物合成或作用的化学品，另一方面尝试开发乙烯释放化学品。Ethephon^TM是乙烯释放化学品的一个例子，其通过-Poulenc可商业上获得(在下文中也称为“乙烯利”)，同时氨基乙氧基乙烯基甘氨酸(AVG)阻断了乙烯生物合成，并且易挥发化合物1-甲基-环丙烯(1-MCP)是植物中乙烯作用的拮抗物。尽管在过去的15年中，对于抑制果实保质期成熟和延迟有叶蔬菜和切花衰老的收后处理，1-MCP已经非常普遍，但其主要缺点是其的挥发性，这限制了其用于封闭环境。由于1-MCP是非常有效的乙烯拮抗物，因此目前为止进行研究的主要目标已经成为开发非挥发性(如以下详细解释的，优选水溶性)环丙烯衍生物。

气体形式的乙烯或更常见的乙烯释放化合物例如Ethephon^TM的应用，主要用于细小果实，以松开(loosen)成熟果实促进机械收获、为了不同的目的引起植物落叶、诱导开花以及加快成熟(香蕉)或转色(citrus)(柑橘属)。乙烯也广泛用于抑制芽(shoot)生长。在另一方面，乙烯拮抗物也十分普遍地用于农业。乙烯拮抗物应用的例子是预防多种植物器官的脱落，延长花、果实、蔬菜的保质期以及阻断或延迟叶子衰老。

在多种大田作物，尤其是谷类植物中，籽粒灌浆(grain filling)主要由小麦的穗(spike)和玉米的谷穗(ear)的旗叶和各个部分中光合作用的速率和持续时间决定。仅穗或谷穗的光合同化作用部分对最终谷粒重量的贡献已被估计为大约25％。限制来自旗叶和青穗部分的光合同化产物供应的主要因素为衰老。乙烯是引发衰老开始的主要因素之一。很多大田作物天然地产生乙烯，特别是在农作物经常遭受的压力条件下，例如干旱。已经报道了乙烯拮抗物的应用可增加小麦中的谷粒产量。据推测，这种有效性是由乙烯拮抗物延迟或减缓衰老，因此延长植物光合活性的时间期间的能力所产生的。预计乙烯拮抗物的这种性质对所有大田作物都是普遍的，因为其影响所有它们的共同代谢过程。

水中的溶解性通常有利于所施用的化学品渗入植物组织。很多植物激素以及合成激素和激素拮抗物都是很差水溶性的酸。对这些化学品水溶液的制备而言，有必要首先将它们溶解在有机溶剂中或保持pH接近或高于7。然而，这些实践对大规模应用而言是不方便的。便于以上化学品使用的常用方法为将它们转化成易溶于水的盐形式。这种情况的例子为生根激素吲哚-3-醋酸。多年来培育者一直用其作为混合在滑石粉中的游离酸，插条的底部被浸入其中。将插条底部浸入激素溶液中比将其浸入游离酸中更有益的观察结果导致合成吲哚-3-丁酸的高水溶性钾盐。这种产品目前比游离酸更受到培育者的喜爱。这种观察和其他观察结果已经促进了基于挥发性环丙烯衍生物的水溶性乙烯拮抗物的研究和开发。

几种出版物，特别是那些来自北卡罗来纳大学Sisler研究小组的出版物，已经公开了多种合成环丙烯基链烷酸的方法。见例如美国专利6,365,549；Tetrahedron 1996，52，3409；Tetrahedron 1996，52，12509；以及Tetrahedron 2004，60，1803。在此公开的方法中，已经发现那些被认为是最适合环丙烯基丙酸合成的现有技术的方法是不成功的。因此，需要新的环丙烯基丙酸生产的合成策略。

因此，在大田作物中可用的，并且在室温下是固体的、具有长期稳定性并且是高度水溶性的植物乙烯反应抑制剂保持了长期的需要。