包含二酰基或二芳基脲以及至少一种植物生长调节剂的协同农业制剂
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119(e)要求2017年7月6日提交的美国临时专利申请号62/529,044的权益，其内容通过引用合并在此。
技术领域
本发明总体上涉及一种协同农业制剂，其包含至少一种二酰基或二芳基脲和至少一种植物生长调节剂(PGR)，以在植物细胞和整个植物栽培中显著提高植物生长、发育和产量。
背景技术
如国际公开号WO 2012068473中所提供的，其内容通过引用明确地并入本文，已知植物的生长和发育以及生产力(例如，作物、种子、水果等)受生长因子、矿物质成分和小分子的调节，这些是增强植物生产力水平(无论是在数量或质量)的基因表达的信号。用于提高植物生产力的传统方法，包括将各种矿物质和氮成分作为必需的添加物或底物施用于作物或其他植物的生产力。然而，这样的方法倾向于有意或无意地忽略了提高生产力所需的生长因子(例如植物激素和/或其他小分子)。
传统上，矿物肥料主要用于种植作物。然而，当外部应力阻碍植物的成功发育，特别是籽粒或种子作物和/或其他作物的成功发育时，就会出现困难。物理应力(例如，由环境温度过低或过高，尤其是高温所造成的那些)尤其成问题。此外，现有技术的农艺实践没有采用植物生长调节剂来克服由于这种应力而造成的在产生足够量的营养物质(例如糖)来防止自噬(即，通过新形成的细胞抵消先前形成的植物细胞，以补偿缺乏的细胞营养)方面的植物困难。众所周知，矿物肥料提供了十八种作物生长和发育所必需的矿物质。例如植物生长调节剂或其他分子的信号传导分子，已知其通过某些基因的表达来提高作物的生产力。此外，已经对植物生长调节剂的使用及其对植物生长和发育的影响进行了大量研究。
一种替代的、更自然的方法正变得越来越受到人们的青睐，其基于这样的理论：植物已经具有产生更多数量和/或更高质量的各种植物组织以及在面对常见的逆境中(例如干旱，疾病和昆虫侵扰)成长所必需的基因/遗传密码。但是，要实现这种先天遗传物质的充分表达和植物的全部潜能，植物在植物生长过程的特定时期中，必须接受特定浓度的各种天然营养物和/或植物激素到植物的特定部位或组织。
如国际公开号WO 2005/021715中所提供，其内容通过引用明确地并入本文，植物激素已为人们所知并研究了多年。植物激素可归为以下几类之一：生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、油菜素类固醇、茉莉酸类、水杨酸、多胺、多肽、一氧化氮、金内酯和乙烯。长期以来，乙烯与果实成熟和叶片脱落有关。脱落酸(Abscisic)会导致冬芽的形成、触发种子休眠、控制气孔的开闭、并诱导叶片衰老。赤霉素，主要是赤霉酸，其参与阻断种子休眠和刺激茎的细胞伸长。已知赤霉素还引起矮生植物伸长至正常大小。细胞分裂素主要在植物的根中产生。细胞分裂素刺激茎下部较低的侧芽生长，促进细胞分裂和叶片扩张并延缓植物衰老。细胞分裂素还通过分生组织来产生新的生长来提高生长素水平，其中该分生组织合成生长素。生长素，促进细胞分裂和细胞伸长，并保持顶端优势。生长素还刺激维管形成层的二次生长，诱导不定根的形成并促进果实生长。
最常见的天然生长素是吲哚-3-乙酸(IAA)。然而，已知合成的生长素包括吲哚-3-丁酸(IBA)；萘乙酸(NAA)；2,4-二氯苯氧基乙酸(2,4-D)；和2,4,5-三氯苯氧基乙酸(2,4,5-T或橙剂)。虽然这些认为是合成生长素，但应当承认IBA确实在植物组织中天然存在。许多此类合成生长素已作为除草剂使用数十年，导致植物生长加速和过度生长，随后植物死亡。在越战期间，美国陆军和空军将橙剂广泛用于落叶应用时，橙剂得到了广泛的认可。2,4-D在许多用于农业、道路通行以及草坪和观赏市场的商业除草剂中继续使用。
N,N'-二甲酰脲是一种专有的有机分子，最初设计用来抑制植物中的乙烯生产。通过淬灭引起ACC转化为乙烯的活性氧信号来起作用。该分子在抑制细胞内过量乙烯方面表现出显著作用，从而维持激素平衡、植物生长和生产力。因此，从农艺和经济的角度来看，在相同投入量下，产生更好响应的管理投入之间的协同作用是非常需要的。
发明内容
协同农业制剂，包含至少一种二酰基或二芳基脲，例如N,N'-二甲酰脲，和至少一种植物生长调节剂。植物生长调节剂(PGR)通常选自乙烯、生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、油菜素类固醇、茉莉酸类、水杨酸、多肽、多胺、一氧化氮、金内酯、其前体、其衍生物及其混合物。所述协同农业制剂在生理敏感时期应用于植物，提供了基本成分的协同相互作用，从而提高了正在生长的作物的产量和质量。这种协同的农业制剂使本领域技术人员能够增强植物生长并调节重要的表型参数，从而导致多种重要的农艺和园艺性状，进而提高了作物产量参数，使该作物产量参数超过其单个成份的作物产量参数。更具体地说，这种协同农业制剂可用于改善植物产量参数，从而提高经济重要作物的产量和质量。这些产量参数包括但不限于根重、长度和结构、花、果实和粒组、茎粗、分蘖/分枝和位置、净光合作用、株高和身材、可收获的果实和籽粒蛋白质以及糖和/或淀粉的含量，从而提高了作物的产量和质量，并最大程度地提高了系统生产力。
附图说明
通过以下结合附图和对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的特征和优点将变得显而易见，其中：
图1显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE Yield Enhancer(YE)植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂对植物光合作用速率的影响；
图2显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂对植物蒸腾作用速率的影响；
图3显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂对植物根长的影响；
图4显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂对植物的植物生物量的影响；
图5显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂进行玉米种子处理的产量；
图6显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂进行冬小麦种子处理的产量；
图7显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括14wt.％DFU和10wt.％的Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂进行大豆种子处理的产量；
图8显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括7.5wt.％DFU、0.01wt.％细胞分裂素、和0.05wt.％IAA的根据本发明的协同农业制剂对植物进行玉米犁沟处理的产量；以及
图9显示了，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，一品脱/英亩使用的包括7.5wt.％DFU、0.01wt.％细胞分裂素的根据本发明的协同农业制剂对植物进行玉米叶面处理的产量。
具体实施例
本发明是有效的协同农业制剂，优选为水溶液，其包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：30至0.1wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选二甲酰脲，以及0.001至99.9wt.％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：20至0.1wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至5wt％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：20至0.1wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至1wt％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：20至0.1wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至0.05wt％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：20至1wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至1wt％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：20至5wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至0.05wt％、或0.001至0.02wt％的至少一种植物生长调节剂。在一个实施例中，该农业制剂包含以下、任选地基本上由以下组成、或任选地由以下组成：15至10wt.％的至少一种二酰基或二芳基脲，优选地二甲酰脲，以及0.001至0.05wt％、或0.001至0.02wt％的至少一种植物生长调节剂。在以上确定的实施例中，一个实施例提供了在所述协同农业制剂中，除了至少一种二酰基或二芳基脲和至少一种植物生长调节剂，不存在其他农业活性成分。
当将二酰基和/或二芳基脲制剂与至少一种植物生长调节剂组合时，所得制剂在植物中显示出基本的和新颖的生物响应，对植物生长调节剂或单个的二酰基和二芳基脲化合物具有协同作用。当与单独的每种组分相比时，组合制剂产生的协同效应引起在降低的浓度下评估的产量参数出现基本和新颖的最大响应。所得制剂极大地提高了产品效率、作物产量、质量和生产力，从而提高了农场的获利能力，同时减少了农业所需的外源化学物质的量，从而限制了现代农业对环境造成的相关脱靶风险。
本发明的基本和新颖特性有益于农业和园艺业中的作物系统管理和作物产量。在发芽和成苗中使用时，这种基本和新颖的特性可改善根和芽结构。在营养期使用时，观察到基本和新颖的特性包括增长的速率和发育。当开花时使用，这种基本和新颖的特性可改善果实或粒组。当在果实上浆和粒籽灌浆过程中使用时，这种基本而新颖的特性可使光合作用增强，水果更大、更适销对路，并增加了粒籽灌浆。
虽然本领域技术人员将能够根据农业用途以所需浓度制备协同农业制剂的水溶液，但已发现该溶液含有约0.001-1.0M的活性成分(即二酰基或二芳基脲和植物生长调节剂)是有益的。目前，含有约0.001-0.050M的水溶液是土壤和叶面应用的首选。虽然能以本领域技术人员期望的任何速率施用这些溶液，但是已经发现，当前述浓度的水溶液以约4-16oz/A的量用于叶面或土壤和以15-750ml每100lbs用于种子时，可提供最佳结果。本领域技术人员将意识到，向喷在叶子上的水溶液中添加少量的油和/或表面活性剂，优选小于5wt％，将提高反应产物对叶片的附着力以及植物对反应产物的吸收。合适的油包括饱和和不饱和油、醇、酯和其他同时具有疏水和亲水官能团的化合物。示例性油包括植物油，包括葵花籽油和大豆油。示例性的生物学上可接受的表面活性剂包括有机多磷酸盐和乙氧壬基苯酚。再次，本领域技术人员可以确定每种所需用途的合适浓度。然而，具有上述浓度的水溶液通常认为是普遍合适的。这些溶液的施用量应足以提供每英亩约1-100克反应产物、非金属、准金属和含金属的络合物。
二酰基或二芳基脲
如美国专利6,040,273中所述，其内容通过引用明确并入本文，本发明优选的二酰基或二芳基脲是羧酸与脲的反应物，其具有下式：
其中R1、R2、R3和R4相同或不同，并且选自氢，具有1-6个碳原子的取代和未取代的烷基、烯丙基、乙烯基和烷氧基，取代和未取代的苯基和卤化物所组成的组。优选地，本发明的反应产物是N,N′-二甲酰脲或N,N′-二乙酰基脲。在一个实施例中，这些反应产物通过使具有式RCOOH的羧酸反应而制备，其中R选自氢，具有1-6个碳原子的取代和未取代的烷基、烯丙基、乙烯基和烷氧基，取代的和未取代的苯基和卤化物所组成的组。示例性的酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、庚酸和柠檬酸。优选地，R选自氢和具有1-3个碳原子的未取代的烷基所组成的组。目前最优选的酸是甲酸或乙酸。这些羧酸与具有式(NHR')2CO的取代或未取代的脲反应，其中每个R'相同或不同，并且选自氢、具有1-6个碳原子的取代和未取代的烷基、具有1-6个碳原子的未取代和未取代的烷氧基、取代的和未取代的苯基以及卤化物所组成的组。未取代的脲是目前最优选的反应物。在其最优选的实施例中，本发明包括脲和甲酸的反应产物，即N,N′-二甲酰脲,其具有下式：
此外，农用制剂可包括二芳基脲，其包括但不限于具有下列通式的氯吡脲：
已经发现，反应将在很宽的温度范围内进行，例如，约10℃至约140℃，仅受反应物和产物的沸点限制。虽然可以通过任何常规方式添加热量以加快这些反应的速度，但是已经发现本发明的方法可以方便地在约15℃至约40℃的温度范围内进行，最好在室温下，即在约20℃至约30℃下。这些反应似乎是轻微放热的。甲酸和脲形成二甲酰脲的反应在室温下24小时内完成。优选将反应混合物搅拌直至澄清，然后使其保持静止直至反应产物的晶体形成。据认为反应是通过消除两个水分子进行的。脲与甲酸的反应过程如下：H2NCONH2+2RCOOH→RCONHCONHCOR+2H2O。在该反应中，甲酸与每个脲氮上的一个氢反应生成N,N'-二甲酰脲。因此，对于每摩尔脲，优选反应混合物包含约2摩尔羧酸。
植物生长调节剂/植物激素
尽管在协同农业制剂中提供的至少一种植物生长调节剂(PGR)可以是任何有效的植物激素，但是植物激素通常选自乙烯、生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、油菜素类固醇、茉莉酸类、水杨酸、多肽、多胺、一氧化氮、金内酯、其前体、其衍生物及其混合物。在一个优选的实施例中，协同农业制剂仅包括PGR，PGR选自乙烯、生长素、细胞分裂素、赤霉素、脱落酸、油菜素类固醇、茉莉酸类、水杨酸、多肽、多胺、一氧化氮、金内酯、其前体、其衍生物及其混合物。
所述生长素优选选自由天然生长素、合成生长素、生长素代谢物、生长素前体、生长素衍生物及其混合物所组成的组。优选的生长素是天然生长素，最优选吲哚-3-乙酸。目前优选的合成生长素是吲哚-3-丁酸(IBA)。可用于本发明的其他示例性合成生长素包括吲哚3-丙酸、吲哚-3-丁酸、苯乙酸、萘乙酸(NAA)、2,4-二氯苯氧基乙酸，4-氯吲哚-3-乙酸、2,4,5-三氯苯氧基乙酸、2-甲基-4-氯苯氧基乙酸、2,3,6-三氯苯甲酸、2,4,6-三氯苯甲酸、4-氨基-3,4,5-三氯吡啶甲酸及其混合物。
细胞分裂素优选选自以下的一种或多种：玉米素、各种形式的玉米素、N6-苄基腺嘌呤、N6-(δ-2-异戊基)腺嘌呤、1,3-二苯基脲、噻苯隆、CPPU(氯吡脲)、激动素或其他具有细胞分裂素活性的化学制剂。优选的细胞分裂素是激动素。
赤霉素优选选自以下的一种或多种：GA1、GA2、GA3、GA4、GA5、GA6、GA7、GA8、GA9、GA10、GA11、GA12、GA13、GA14、GA15、GA16、GA17、GA18、GA19、GA20、GA21、GA22、GA23、GA24、GA25、GA26、GA27、GA28、GA29、GA30、GA31、GA32、GA33、GA34、GA35、GA36、GA37、GA38、GA39、GA40、GA41、GA42、GA43、GA44、GA45、GA46、GA47、GA48、GA49、GA50、GA51、GA52、GA53、GA54、GA55、GA56、GA57、GA58、GA59、GA60、GA61、GA62、GA63、GA64、GA65、GA66、GA67、GA68、GA69、GA70、GA71、GA72、GA73、GA74、GA75、GA76、GA77、GA78、GA79、GA80、GA81、GA82、GA83、GA84、GA85、GA86、GA87、GA88、GA89、GA90、GA91、GA92、GA93、GA94、GA95、GA96、GA97、GA98、GA99、GA100、GA101、GA102、GA103、GA104、GA105、GA106、GA107、GA108、GA109、GA110、GA111、GA112、GA113、GA114、GA115、GA116、GA117、GA118、GA119、GA120、GA121、GA122、GA123、GA124、GA125、和/或GA126。优选的赤霉素是赤霉酸GA3。
生长素，优选吲哚-3-丁酸(IBA)和吲哚-3-乙酸(IAA)，吲哚-3-丁酸(IBA)和吲哚-3-乙酸(IAA)在协同农业制剂中的存在量使得生长素是协同农业制剂的约0.0001至10wt.％、优选约0.0005至约5wt.％、优选0.0005至约2wt.％、优选0.0005至约1wt.％、优选0.0005至约0.5wt.％、并且优选约0.0005至约0.05wt.％。
赤霉素，优选赤霉酸(GA3)，在协同农业制剂中的存在量使得赤霉素是协同农业制剂的约0.0001至20wt.％，优选约0.0001至15wt.％,优选约0.0001至7.5wt.％,优选约0.0005至约5wt.％,优选约0.0005至约1wt.％,优选约0.0005至约0.11wt.％,优选约0.0005至约0.07wt.％,和优选约0.0005至约0.05wt.％。
细胞分裂素，优选激动素，在协同农业制剂的存在量使得细胞分裂素是协同农业制剂的约0.0003至0.3wt.％，优选为0.0009至0.15wt.％，优选为约0.00015至0.15wt.％，最优选约0.001至0.05wt.％。
如国际公开WO2012068473中所提供的，其内容通过引用明确地并入本文，在本发明的优选实施例中，植物生长调节剂作为仅两种植物激素(细胞分裂素和赤霉素)的PGR混合物。当一起使用时，植物生长调节剂、细胞分裂素和赤霉素的比例优选为1:10至1：300，更优选为1:20至1:40。最优选约1:30的比例。然而，为了获得最佳结果，细胞分裂素和赤霉素的绝对量必须与所处理的植物及其果实的体积/重量成比例地变化。
另外，在本发明的一个优选实施例中，植物生长调节剂可包括仅以下两种植物激素的PGR混合物：细胞分裂素和生长素。当一起使用时，植物生长调节剂、细胞分裂素和生长素的比例优选为1:10至1：300，更优选为1:20至1:40。最优选约1:30的比例。然而，为了获得最佳结果，细胞分裂素和赤霉素的绝对量必须与所处理的植物及其果实的体积/重量成比例地变化。
另外，在本发明的优选实施例中，植物生长调节剂可包括仅三种植物激素(细胞分裂素、赤霉素和生长素)的PGR混合物。在优选的混合物中，细胞分裂素是激动素，赤霉素是GA3，生长素是IBA。当一起使用时，激动素的量优选为赤霉酸的量的4-6倍，更优选为2-3倍，IBA的量优选为赤霉酸的量的1-1.5倍。协同农业制剂可优选包含：a)0.2-0.0005wt.％，更优选0.10-0.0009wt.％激动素；b)0.1-0.0003wt.％，更优选0.05-0.0005wt.％GA3；和c)0.1-0.003wt.％，
更优选0.05-0.0005wt.％IBA，来作为协同农业制剂中仅存在的PGR。
示例
油菜(canola)产量的最大化
如本领域技术人员可以证明的，增加的植物生产力致使增加的产量。二甲酰脲制剂通过减轻应力来减轻乙烯应力的影响。Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物(0.009wt.％细胞分裂素、0.005wt.％赤霉素和0.005wt.％生长素的溶液)支持包括玉米在内的多种作物的早期生长和发育。如图1-4所示，与一品脱/英亩施用的每种单独成分相比，发现一品脱/英亩施用的包括14wt.％DFU和10wt.％％Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂显著增加了光合作用、呼吸作用、根长和生物量。
如图5所示，当用作玉米种子处理时，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，发现一品脱/英亩施用的包括14wt.％DFU和10wt.％Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂增加了产量。提供此分析的统计数据如下：
图5的统计数据：
如图6所示，当用作冬小麦种子处理时，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，发现一品脱/英亩施用的包括14wt.％DFU和10wt.％Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂增加了产量。提供此分析的统计数据如下：
图6的统计数据：
如图7所示，当用作大豆种子处理时，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，发现一品脱/英亩施用的包括14wt.％DFU和10wt.％Stoller的STIMULATE YE植物生长调节剂混合物的根据本发明的协同农业制剂增加了产量。提供此分析的统计数据如下：
图7的统计数据：
如图8所示，当用作玉米犁沟处理时，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，发现一品脱/英亩施用的包括7.5wt.％DFU、0.01wt.％细胞分裂素和0.05wt.％吲哚-3-乙酸(IAA)的根据本发明的协同农业制剂增加了产量。提供此分析的统计数据如下：
图8的统计数据：
如图9所示，当用作V3-V5玉米叶面处理时，与一品脱/英亩施用的每种单独组分相比，发现一品脱/英亩施用的包括7.5wt.％DFU、0.01wt.％细胞分裂素的根据本发明的协同农业制剂增加了产量。提供此分析的统计数据如下：
图9的统计数据：
尽管已经根据优选实施例公开了本发明，但是应该理解，在不脱离由以下权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可以对其做出其他修改和变化。
