[发明专利]保护植物免受冷害的植物基组合物

说明书

本发明提供了保护植物免受冷害的组合物和方法。特别地，本发明提供了包含植物基纳米级和/或微米级颗粒的组合物；当施用于植物或植物部位(例如芽)时，该组合物形成低热导率的非亲水性沉积物或膜，从而赋予免受冰核形成和冷应激损伤的保护。

相关申请的交叉引用

本申请是2018年7月30日提交的美国专利申请62/712,135的继续申请。

联邦政府资助的研发声明

本发明在美国农业部授予的授权号2018-67009-27903的政府支持下完成。美国政府享有本发明的某些权利。

技术领域

本发明总体上涉及保护植物免受冷害(cold damage)的改进的组合物和方法。特别地，本发明提供了包含植物基(plant-based)颗粒的分散体的组合物，当施用于植物或植物部位(例如芽、叶等)时，该组合物形成低热导率的非亲水性沉积物或膜，从而赋予免受冰核形成(ice nucleation)和冷应激(cold stress)损伤的保护。

背景技术

果树业是美国农业部门的重要组成部分，约占每年245亿美元作物产量的18％¹。这些作物的产量主要取决于短暂但关键的开花期的异花授粉。在发芽至开花的过渡期间，繁殖芽变得越来越容易受到冷害，这是一个会造成严重经济损失的常年性的威胁²。联合国粮食农业组织报告，与其他天气灾害相比，冷害给美国作物造成的经济损失更大。单次冷冻事件可能导致数亿美元的作物损失³。例如，在2012年，密歇根州几乎所有(约90％)的苹果和樱桃作物均由于冷害而遭受损失⁴。

种植者可利用被动和/或主动防霜/防冻方法。被动方法包括场地选择、品种筛选、养分管理和栽培技术，例如剪枝和果园地面准备^5-7。与主动方法^7,8相比，这些方法成本更低，但通常来说提供的防护更少。

在寒冷天气期间或之前，种植者可使用多种主动防霜方法来减少冷害。这些方法包括风力机⁹、直升机^10,11、加热器¹²、风力机/加热器组合⁸或喷灌机^10,13。通常，当天空晴朗且风很少时，这些方法可使温度升高2.8℃至3.3℃⁸。更具体地，在辐射冷冻期间，风力机可使温度升高1.1℃至2.8℃^7,10，直升机悬停在树木上方时可使果园气温升高高达2.8℃至4.4℃⁷。油燃料加热器和丙烷燃料加热器可提供2℃至2.5℃的防护，而风力机和加热器的组合可使温度提高2.8℃至3.3℃^8,12。只要露点不低于-6℃，使用树冠喷灌机(over-treesprinkler)可使气温升高约-4℃至-4.4℃⁵。这些方法中的每一种均有缺点。例如，风力机噪音大、价格昂贵，并且如果风速大于2.2m/s(5mph)或存在对流冻结(convectivefreeze)，则风力机将无法提供保护。由于空气污染，燃料加热器导致的环境污染可能会成为问题，使用直升机的成本很高。目前，尚无方法可以提供可靠且可重复的功效来保护植物及其组织免受霜冻害。

已使用多种材料(包括蜡、纤维素纳米晶体、淀粉等)证明了施用(可食用和不可食用)涂覆材料可以保护植物果实和种子^14-16。然而，先前研究均未讨论使用植物基化合物通过防止植物组织表面结冰(ice formation)来防霜。