[发明专利]用于增强植物光合活性的组合物和方法

说明书

相关申请的交叉引用

根据美国专利法119(e)本申请要求2012年6月7日提交的临时申请61/656,794和2012年7月17日提交的61/672,500的优先权。各前述临时申请以其整体通过参考并入本文。

序列表

本申请包含序列表，其以ASCII格式经由EFS-Web提交，通过参考以其整体并入本文。所述ASCII副本创建于2013年6月7日，名称为30407-0005WO1_SL.txt，大小为118,885字节。

技术领域

本发明涉及光合性能增强的转基因植物，并更特别地涉及在低光条件下光合能力增强的此类植物。

背景技术

光合植物(photosynthetic plants)依靠光，例如，日光作为其能量来源。在农业种植中公认的是光合作用的光捕获和光反应一般不制约植物的生产性。然而，这种认知源于典型的学术上的温室研究且通常不正确。植物经常遭遇对于生长次优的光条件。比如，黎明和下午晚些时段的特征在于具有较低光强度并相应地较低的光合速率。光合速率的昼夜变化受到光合光子通量密度(photosynthetic photon flux density,PPFD)的影响。植物也经常为日光而竞争。生长高大的植物(taller-growing plants)经常形成树冠(canopy)，树冠吸收光并影响未达到树冠的生长低矮的植物的光合速率和生长速率。被其它叶遮荫的叶子具有低得多的光合速率。当高密度种植耕作物时也观察到遮荫。

光合活性还可受到植物不能有效利用全光谱的限制。驱动光合作用的光化反应的光首先被植物叶绿体色素吸收。叶绿素为典型的光合生物的色素。叶绿素a具有最佳效率的两个峰，一个在谱的蓝色部分(约430nm)和一个在谱的红色部分(680nm)。各种“相关色素(associated pigments)”吸收可见光谱的其它部分的光，大部分吸收的能量通过一系列受体直至能量相当于在700nm处吸收的能量。然而，光合作用不会被谱的绿-黄色部分的光，即被具有520-550nm范围波长的光所有效驱动。在密集林分(forestry stands)中到达较低树叶的光非常绿，使得这类光对于驱动光合作用进一步次优。部分光谱因此不能用于驱动光合作用或低效地驱动光合作用。

植物光合活性可因此受到光强度的制约，并受到优化植物内源色素以吸收光并驱动光合过程的光波长谱的制约。本发明通过提供具有吸收和发射光的非内源发色团(chromophores)(即，发光团(photophores))的植物，来提供用于改善植物光合活性的方法和组合物。本发明提供改善次优条件下，例如低光条件下植物的生长。

发明内容

本发明涉及用于改善植物生长的组合物和方法。

在某些方面，提供光合活性改善的转基因植物，其中植物包含外源发色团，外源发色团吸收在对于光合活性为次优范围内的第一波长的光，并且当吸收该波长的光时，发射在对于植物的光合活性有效的范围内的波长下的光。

在某些方面，提供光合活性改善的转基因植物，其中植物包含发色团的链(a chain of chromophores)，所述链吸收对于光合活性为次优的范围中的波长的光，然后使能量通过该链直至发色团发射对于植物光合活性有效的范围内的波长下的光。比如，转基因植物可包含第二外源发色团，其吸收对于植物光合活性为次优范围内的波长的光，并且当吸收所述波长的光时发射对于光合活性为次优范围内的第一波长的光，并且该波长的光被第一外源发色团吸收，然后发射对于植物光合活性有效的波长的光。在某些实施方案中，第二外源发色团具有等于或接近于第一发色团最大吸收波长的最大发射波长。

在某些方面，上述外源发色团位于植物的叶绿体，优选位于植物的类囊体膜。

在某些方面，提供共栽培植物的方法，其中使光合性能改善的转基因植物与另外的植物在使转基因植物遮荫的条件下共栽培。

在某些方面，提供增加土壤氮含量的方法，所述方法包括在土壤中生长转基因固氮植物，例如，表达外源发色团的豆类(legume)。

附图说明