專利名稱：造林方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造林方法。更具體地，本發(fā)明涉及的造林方法致力于通過實(shí)施以下至少一種方法而能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林栽種相比于其固有耐受水平而言對(duì)環(huán)境壓力耐受力已經(jīng)增強(qiáng)的造林用幼苗；通過向幼苗提供各種類型的溶有氣體的水而增強(qiáng)栽種幼苗的環(huán)境壓力耐受力；以及通過向幼苗提供各種類型的溶有氣體的水而進(jìn)一步增強(qiáng)相比于其固有耐受水平而言其環(huán)境壓力耐受力已經(jīng)增強(qiáng)了的栽種幼苗的環(huán)境壓力耐受力。
背景技術(shù)：
據(jù)認(rèn)為對(duì)解決全球環(huán)境問題有貢獻(xiàn)的工業(yè)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)越來越重要，并且在未來將是非常有前途的方法。因此，在工業(yè)的很多領(lǐng)域，已經(jīng)做了各種嘗試，不僅進(jìn)行基礎(chǔ)研究，而且開發(fā)可應(yīng)用于實(shí)際造林的先進(jìn)技術(shù)。例如，為了創(chuàng)造耐受各種環(huán)境壓力(例如耐鹽、耐干旱、耐寒)的植物，利用這種植物將沙漠、鹽害地區(qū)、寒冷地區(qū)等改變成為綠化區(qū)，并且對(duì)降低大氣中日益增長(zhǎng)的二氧化碳做出貢獻(xiàn)，已經(jīng)進(jìn)行了研究和開發(fā)工作，其目的在于通過向植物引入基因而人工為植物提供對(duì)環(huán)境壓力的耐受力(例如通過基因重組技術(shù))，其中所述基因與環(huán)境壓力的耐受機(jī)理有關(guān)。
這種研究的例子將在下文中描述。
日本專利No.3107820公開了一種植物和產(chǎn)生這種植物的方法，其中通過應(yīng)用基因重組技術(shù)改變脂質(zhì)脂肪酸的組成而使植物對(duì)由低溫引起的損害產(chǎn)生耐受力。日本待審專利公開No.10-229883(1998)公開了一種通過向植物引入植物細(xì)胞膜定位型的水通道蛋白質(zhì)基因而得到對(duì)與水分相關(guān)的壓力如鹽壓力和干旱壓力具有耐受力的植物的方法，因而提高植物保持水勢(shì)的功能。日本待審專利公開No.2000-116260公開了一種生產(chǎn)植物的方法，其中所述植物對(duì)干旱、低溫和鹽壓力中的至少一種的耐受力顯著增強(qiáng)，并且成功避免了變矮的可能，所述方法通過克隆對(duì)干旱、低溫或鹽壓力產(chǎn)生耐受力起作用的基因進(jìn)行控制的轉(zhuǎn)錄因子的基因，并向植物引入克隆的基因，附著在壓力響應(yīng)促進(jìn)劑的下游側(cè)。
另外，“科學(xué)(Science)”，vol.287，pp.476-479(2000)報(bào)道了通過應(yīng)用基因重組技術(shù)降低在葉綠體膜中不飽和脂肪酸的含量而成功產(chǎn)生在高溫下顯示出非常好的適應(yīng)性的植物?！爸参锲诳?Plant Journal)”，vol.12，pp 133-142(1997)報(bào)道了通過引入氨基乙酸甜菜堿的合成酶基因而成功增強(qiáng)了對(duì)鹽壓力的耐受力，其中所述氨基乙酸甜菜堿為在植物體內(nèi)調(diào)節(jié)滲透壓的物質(zhì)。另外，為了產(chǎn)生對(duì)多種環(huán)境壓力均有耐受力的植物，已經(jīng)進(jìn)行了許多致力于產(chǎn)生基因重組植物的研究，其中對(duì)這些基因重組植物，已經(jīng)引入了涉及排除活性氧的酶(“蛋白、核酸酶(Protein，Nucleic Acid Enzyme)”，vol.44，pp.2246-2252(1999))。
但上述所有方法均為通過基因重組技術(shù)為植物人工提供對(duì)環(huán)境壓力耐受力的方法。因此，當(dāng)應(yīng)用這些方法時(shí)，引入基因后不僅需要有效的個(gè)體再生技術(shù)，而且必須評(píng)估基因重組植物對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生的影響，從而確定其安全性。按照目前對(duì)安全評(píng)估的指導(dǎo)，一種產(chǎn)品必須精確試驗(yàn)預(yù)定的年份，該產(chǎn)品允許在實(shí)踐中使用前，需要花很長(zhǎng)的時(shí)間。另外，當(dāng)基因重組植物用于食物或日常用品時(shí)，獲得公眾對(duì)基因重組植物安全性的理解也是一項(xiàng)重要的任務(wù)。
本發(fā)明即針對(duì)上述任務(wù)進(jìn)行。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種造林方法，該方法與常規(guī)方法相比，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生明顯更小的影響或危險(xiǎn)，并且通過增加植物固有的能力而使造林能夠在環(huán)境壓力很苛刻的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。通過化學(xué)調(diào)節(jié)植物的生理性能使造林用植物對(duì)環(huán)境壓力的耐受力高于其固有的耐受水平，而嘗試在環(huán)境壓力很苛刻的區(qū)域內(nèi)再生森林的方法是簡(jiǎn)單且快速有效的方法，其作為工業(yè)技術(shù)可以對(duì)解決全球環(huán)境問題做出貢獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的造林方法是通過向栽種的植物幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水而能夠在環(huán)境壓力很苛刻的區(qū)域造林的造林方法，其中通過以下方法產(chǎn)生溶有CO2的水或溶有O2的水向被傳遞膜分隔的兩個(gè)區(qū)中的一個(gè)提供水，同時(shí)以加壓狀態(tài)向另一區(qū)中供應(yīng)CO2或O2，從而使CO2或O2以預(yù)定濃度溶解在水中，其中所述傳遞膜只有氣體能夠通過而液體不能通過。
只有氣體能夠通過而液體不能通過的傳遞膜通常代表無孔氣體傳遞膜。無孔氣體傳遞膜代表氣體通過溶解-擴(kuò)散機(jī)理而從中通過的膜，并且其基本上不包含氣體可以以氣態(tài)通過的孔(例如分子的Knudsen流)。當(dāng)應(yīng)用這種無孔氣體傳遞膜時(shí)，氣體可以在任意希望的壓力下提供和溶解，不會(huì)造成氣體以氣泡形式向水中釋放。因此可以有效地溶解氣體并且可以很容易地在希望水平下調(diào)節(jié)氣體的濃度。
傳遞膜的膜形式的例子包括平膜、管狀膜、中空纖維類膜、螺旋狀膜以及類似物。具體地，因?yàn)橹锌绽w維類膜具有相對(duì)較大的膜表面積，所以它是優(yōu)選的。另外，由于中空纖維類膜能夠使整個(gè)裝置更小且易于處理，所以其是優(yōu)選應(yīng)用的。雖然并不具體限定中空纖維類膜的排布，但是從促進(jìn)水或氣體流動(dòng)以及減少溝流發(fā)生的可能性方面來說，優(yōu)選的是如網(wǎng)格形織物材料那樣排布中空纖維類膜，從而在其之間保持相等間距。雖然并不具體限定無孔中空纖維類膜的結(jié)構(gòu)，但是從增強(qiáng)無孔膜的氣體滲透性方面來說，復(fù)合膜結(jié)構(gòu)是優(yōu)選的，其中無孔層作為薄膜被多孔層支撐且固定。不具體限定復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)。但在保護(hù)薄膜方面，具有三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合中空纖維類膜是優(yōu)選的，其中具有非常好的氣體滲透性的無孔層作為薄膜從其兩側(cè)被夾在多孔層之間。
如上所述，在本發(fā)明中，應(yīng)用了只有氣體能夠通過而液體不能通過的傳遞膜(優(yōu)選為中空纖維類膜)。因此，即使裝置以間歇方式操作，也不需要準(zhǔn)備時(shí)間，可以立即向栽種的植物幼苗提供高濃度的溶有CO2或O2的水。換句話說，可以僅僅產(chǎn)生需要量的所需類型的溶有氣體的水，從而為栽種的植物幼苗提供溶有氣體的水。
作為為栽種的植物幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水的方法，可以采用任何適當(dāng)?shù)姆椒?。例如，地下灌溉方法是?yōu)選的，其中由素陶瓷制造的管子埋在地下，溶有氣體的水從其中通過，從而使植物通過土壤的水分吸收力而吸收其需要的水分。地下灌溉方法是在干旱地區(qū)根據(jù)水力學(xué)原理提供水的一種方法，其中在地下埋著的管子和用來提供溶有氣體的水的供水罐之間放置水位調(diào)節(jié)罐，從而水位調(diào)節(jié)罐被設(shè)定為在垂直方向上低于管子水面的位置上，從而溶有氣體的水通過土壤的吸水力作用而從管子滲出。當(dāng)土壤有足夠的吸收水分時(shí)，停止由管子提供水，因而可以避免過量提供溶有氣體的水。雖然對(duì)管子材料的類型不作具體限定，但是從水的滲透性角度來講，滲透系數(shù)為1×10-6至1×10-3cm/s的材料是優(yōu)選的。
溶有CO2的水或溶有O2的水的濃度優(yōu)選等于或大于在大氣或在造林區(qū)域的土壤的氣相中CO2或O2的氣體分壓下的CO2或O2的溶解度。在25℃下在大氣中在CO2或O2的氣體分壓下，CO2和O2的溶解度分別為0.5ppm和8.0ppm。
另外，本發(fā)明的造林方法是一種能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域進(jìn)行造林的造林方法，所述方法包括如下步驟通過使植物從其地上部分和地下部分的至少一處在不影響所述植物正常生長(zhǎng)的濃度范圍內(nèi)吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，準(zhǔn)備相對(duì)于其固有耐受水平而言對(duì)環(huán)境壓力的耐受力已經(jīng)被增強(qiáng)了的造林用幼苗，或者通過使所述植物的種子吸收所述物質(zhì)、栽種所述種子并且使其秧苗成長(zhǎng)而達(dá)到上述目標(biāo)；和在造林區(qū)域內(nèi)栽種所述已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理的造林用幼苗。
細(xì)胞色素P450是一類與一氧化碳相結(jié)合的含正鐵血紅素的蛋白質(zhì)的總稱，其為還原類物質(zhì)，在450nm附近顯示出Soret吸收帶，并且在生命世界中非常普遍。已知有500或更多種細(xì)胞色素P450的分子物種。所有這些細(xì)胞色素P450的分子物種均用作單加氧酶，其通過應(yīng)用由NAD(P)H得到的兩個(gè)電子和分子態(tài)氧而實(shí)現(xiàn)脂溶基質(zhì)的加氧。細(xì)胞色素P450具有多種新陳代謝功能。具體地，細(xì)胞色素P450涉及植物激素如固醇、油菜素甾醇內(nèi)酯和赤霉素的生物合成、脂肪酸ω的氧化、類黃酮或木質(zhì)素前體(單木質(zhì)醇(monolignol))的羥基化。通過應(yīng)用上述抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，可以很容易地按希望程度抑制細(xì)胞色素P450多種新陳代謝功能的全部或至少一部分。
對(duì)抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)不作具體限定，并且其例子包括嘧啶醇、調(diào)嘧醇、高烯效唑、多效唑、油菜素唑(brassinazole)、抗倒胺、調(diào)環(huán)烯、抑芽唑、BAS111.W、1-正癸基咪唑、1-香葉基咪唑、HOE074784、唑菌醇、三唑酮、環(huán)戊唑醇、戊唑醇、環(huán)戊唑菌及類似物。優(yōu)選應(yīng)用選自上述例子中的至少一類物質(zhì)。作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，其化合物名為(R*，R*)-(±)-β-[(4-氯苯基)-甲基-α-(1，1-二甲基乙基)-1H-1，2，4-三唑-1-乙醇；(2RS，3RS)-1-(4-氯苯基)-4，4-二甲基-2-(1H-1，2，4-三唑-1-基)戊烷-3-醇或類似物的多效唑(通用名)，是優(yōu)選應(yīng)用的物質(zhì)，這是因?yàn)樵撐镔|(zhì)作為農(nóng)藥很容易獲得并且易于處理。該化合物的性質(zhì)、商標(biāo)名、作為農(nóng)藥的特征、施用設(shè)備、農(nóng)業(yè)應(yīng)用該物質(zhì)的情況及類似情況，在日本待審專利公開No.2001-231355中詳細(xì)地進(jìn)行了描述。
使造林用幼苗吸收抑制細(xì)胞色素P450活性物質(zhì)的方法的優(yōu)選例子包括向幼苗的地上部分(莖和葉部分)噴撒所述物質(zhì)的溶液的方法；向幼苗的地下部分(根部分)注射所述物質(zhì)的溶液或用所述物質(zhì)的顆粒處理土壤的方法；組合上述三種方法的方法；以及使造林用幼苗的種子吸收所述物質(zhì)的溶液、栽種所述種子并使秧苗生長(zhǎng)的方法。
優(yōu)選的是使造林用幼苗在不影響所述植物正常生長(zhǎng)的濃度下吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)。抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)的濃度上限根據(jù)物質(zhì)的種類而變化。
另外，本發(fā)明的造林方法是一種能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林的造林方法，該方法包括如下步驟通過使植物吸收能夠抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)而準(zhǔn)備相比于其固有耐受水平而言對(duì)環(huán)境壓力的耐受力已經(jīng)增強(qiáng)了的幼苗；栽種所述幼苗；以及向所栽種的幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水。


圖1給出了按本發(fā)明第一種實(shí)施方案在干旱地區(qū)的造林方法的機(jī)理。
圖2(a)和2(b)均給出了中空纖維類膜的組件。
具體實(shí)施例方式
下面參考附圖描述本發(fā)明的造林方法。
圖1描述了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明造林方法的造林系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。圖1所示的造林系統(tǒng)主要包括造林用幼苗PL，其中通過使植物吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)而相比于其固有耐受水平而言增強(qiáng)造林用幼苗對(duì)環(huán)境壓力的耐受力；用于產(chǎn)生溶有CO2的水的膜組件MO；由素陶瓷制造的并且被埋在地下用來提供溶有CO2的水的管子PI；用于貯存溶有CO2的水的供水罐T；貯存CO2的壓力鋼瓶；第一增壓泵P1、第二增壓泵P2；用于分析土壤中水分狀態(tài)的張力計(jì)S1；和用于檢測(cè)CO2濃度的測(cè)量電極S2?？傮w上講，通過包括開/關(guān)閥V和其它各類調(diào)節(jié)閥和壓力表(未畫出)的控制系統(tǒng)來控制系統(tǒng)的操作。
對(duì)抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)的類型不作具體限定。其例子包括嘧啶醇、調(diào)嘧醇、高烯效唑、多效唑、油菜素唑、抗倒胺、調(diào)環(huán)烯、抑芽唑、BAS111.W、1-正癸基咪唑、1-香葉基咪唑、HOE074784、唑菌醇、三唑酮、環(huán)戊唑醇、戊唑醇、環(huán)戊唑菌及類似物。優(yōu)選的是應(yīng)用選自上述例子中的至少一類物質(zhì)。作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑、其化合物名為(R*，R*)-(±)-β-[(4-氯苯基)-甲基-α-(1，1-二甲基乙基)-1H-1，2，4-三唑-1-乙醇；(2RS，3RS)-1-(4-氯苯基)-4，4-二甲基-2-(1H-1，2，4-三唑-1-基)戊烷-3-醇的多效唑(通用名)是優(yōu)選的物質(zhì)，這是因?yàn)檫@種物質(zhì)作為農(nóng)藥很容易獲得并且很容易處理。另外，可以應(yīng)用含高烯效唑、嘧啶醇、調(diào)嘧醇或類似物作主要組分的農(nóng)藥，這些物質(zhì)為類似于多效唑的化合物。
對(duì)造林用植物幼苗PL的類型不作具體限定。對(duì)海洋區(qū)域(主要是澳洲)來說都是土生的并且具有許多物種的桉樹類和刺槐類是優(yōu)選的，這是因?yàn)檫@些植物成長(zhǎng)迅速，可以適應(yīng)各種環(huán)境，并且從產(chǎn)業(yè)角度來看，其適合于產(chǎn)生木材、制漿木材和燃料木材，并且為了盡可能快地實(shí)現(xiàn)完全造林，在世界的許多區(qū)域內(nèi)經(jīng)常為了造林而栽種這些植物。
至于造林用幼苗PL的形式，幼苗PL可以在花盆中或在土地中生長(zhǎng)。另外，幼苗PL可以是秧苗或由扦插法、嫁接法或組織培養(yǎng)及類似方法而產(chǎn)生的克隆植物。但當(dāng)幼苗吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)時(shí)，優(yōu)選的是植物在花盆中生長(zhǎng)，從而可以抑制所述物質(zhì)向周圍環(huán)境的擴(kuò)散。
使造林用幼苗PL預(yù)先吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)的方法的例子包括通過使顆?；蚧衔锓柿吓c土壤混合而用含所述物質(zhì)的顆?；蚧衔锓柿咸幚碓炝钟糜酌鐚⒁谄渲猩L(zhǎng)的土壤的方法；通過向土壤中注射所述物質(zhì)的水可分散性粉末的水溶液，用所述物質(zhì)處理造林用幼苗將要在其中生長(zhǎng)的土壤的方法；和向造林用幼苗的莖和葉噴撒所述物質(zhì)的水可分散性粉末的水溶液的方法。至于使幼苗吸收所述物質(zhì)的階段，優(yōu)選的是在栽種到造林區(qū)域之前，當(dāng)植物處于苗圃中時(shí)，使造林用幼苗PL吸收所述物質(zhì)。更優(yōu)選的是從其生長(zhǎng)的初期階段開始使造林用幼苗PL就吸收所述物質(zhì)。使造林用幼苗的種子吸收以水可分散性粉末形式存在的所述物質(zhì)、栽種所述種子并使其秧苗生長(zhǎng)是特別優(yōu)選的方法，這是因?yàn)檫@種方法簡(jiǎn)單方便。
造林用幼苗PL需要吸收的抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)的量隨所應(yīng)用的化學(xué)物質(zhì)的類型而變化，其不能統(tǒng)一化。但當(dāng)每種化學(xué)品按應(yīng)用該化學(xué)品的常規(guī)目的需要量而應(yīng)用時(shí)即通過調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)間的生成而抑制植物的生長(zhǎng)(使植物矮小)，通常可以得到較好的結(jié)果。已經(jīng)吸收了抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)的造林用幼苗的生長(zhǎng)通常在處理后迅速得到抑制，并使其矮小。更具體地，會(huì)發(fā)生形態(tài)改變?nèi)绻?jié)點(diǎn)間長(zhǎng)度變短、葉子尺寸變小及葉子顏色變暗。已經(jīng)發(fā)生上述形態(tài)改變的幼苗對(duì)環(huán)境壓力的耐受力比其固有耐受水平要高一些，因此優(yōu)選在環(huán)境壓力很苛刻的區(qū)域栽種這種幼苗。
供水罐T是一個(gè)貯存器，作為產(chǎn)生溶有CO2的水的原料的水向其中自動(dòng)供應(yīng)。雖然作為原料水的類型不作具體限定，但從降低費(fèi)用的角度來看，通過水井泵送的地下水、雨水和自來水是優(yōu)選應(yīng)用的。優(yōu)選的是通過應(yīng)用過濾器或離子交換器，預(yù)先脫除可能堵塞膜組件MO的金屬離子、顆粒以及會(huì)污染膜組件MO的顆粒(微生物)。
增壓泵P1用來在供水罐T中為膜組件MO供水。水的流量和流速依據(jù)增壓泵P1的排放容量確定。在本發(fā)明的裝置中，水的流量和流速優(yōu)選進(jìn)行設(shè)定，從而使水以1-15升/分鐘的流量供應(yīng)。
正如圖1所示，從膜組件MO排出的水返回至供水罐T。通過安排設(shè)備，使處理后的水持續(xù)地返回供水罐T，通過循環(huán)處理水可以很容易地產(chǎn)生高濃度的溶有CO2氣體的水。
膜組件MO用作產(chǎn)生溶有CO2的水的供應(yīng)氣體膜組件，其中水作為原料從組件的上游側(cè)流入，同時(shí)向其中提供CO2氣。優(yōu)選的是膜組件MO包括幾千到幾萬根中空纖維類膜，其被捆扎在一起并放置在支撐套中。膜組件MO的特點(diǎn)是其產(chǎn)品壽命相對(duì)較長(zhǎng)，當(dāng)在正常條件下應(yīng)用時(shí)，幾乎不需要任何維修。
如圖2(a)所示，組成膜組件MO的中空纖維類膜3按圓筒形形狀形成，其中無孔膜4被夾在多孔膜5、5之間。優(yōu)選的是中空纖維類膜3具有三層復(fù)合膜結(jié)構(gòu)。無孔膜4阻止水的滲透，但是允許氣體選擇性透過。由于這一點(diǎn)，通過在中空纖維類膜3的外側(cè)使氣體加壓，從而氣體可以混合入在中空纖維類膜3內(nèi)側(cè)的水中。因此，如圖2(b)所示，在本發(fā)明的設(shè)備中，通過使水流過中空纖維類膜3的內(nèi)側(cè)，同時(shí)由中空纖維類膜3的外側(cè)提供已經(jīng)加壓了的CO2，產(chǎn)生溶有CO2的水。另外，通過使水流過中空纖維類膜3的外側(cè)，同時(shí)由中空纖維類膜3的內(nèi)側(cè)提供已經(jīng)加壓了的CO2，也可以產(chǎn)生溶有CO2的水。
在上述由中空纖維類膜3的外/內(nèi)側(cè)提供CO2的任何一種情況中，在本發(fā)明的設(shè)備中，通過在中空纖維類膜3的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間產(chǎn)生壓力梯度而非常強(qiáng)地增加了中空纖維類膜3的CO2透過效率，從而可以很容易地生產(chǎn)溶有CO2的水，其中CO2已經(jīng)以所希望的濃度溶解在作為原料的水中。為了在中空纖維類膜3的內(nèi)側(cè)和外側(cè)之間產(chǎn)生壓力梯度，應(yīng)用設(shè)在膜組件MO和CO2氣體鋼瓶之間的調(diào)節(jié)閥(未畫出)可以設(shè)定氣體的壓力，使其高于中空纖維類膜3的內(nèi)部壓力約0.5-2.0kgf/cm2。
所應(yīng)用的CO2氣體鋼瓶的大小可以按照溶有CO2的水的供應(yīng)流量進(jìn)行選擇。CO2的來源不局限于氣體鋼瓶，可以選擇性地從空氣或工廠釋放物中分離或回收化石燃料燃燒所釋放的CO2，從而在本實(shí)施方案中應(yīng)用。
通過使水流過膜組件MO而產(chǎn)生的溶有CO2的水的CO2濃度要高于在大氣壓力下通過在水中溶解CO2而產(chǎn)生的溶有CO2的水的CO2濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，在大氣中存在的CO2的分壓下，在25℃CO2的溶解度約為0.5mg CO2/1升水。與之相對(duì)比，按照本發(fā)明的設(shè)備，通過在25℃給膜組件施用1.0kgf/cm2的氣體壓力，在水中可以溶解至多約1.5g CO2/1升H2O的CO2。上述相同原理也可以應(yīng)用到在水中溶解O2的情況。在大氣中存在的O2的分壓下，在25℃O2的溶解度約為8.0mg O2/1升水。與之相對(duì)比，按照本發(fā)明的設(shè)備，通過在25℃對(duì)膜組件施用1.0kgf/cm2的氣體壓力，在水中可以溶解至多約40mgO2/1升H2O的O2。
在作為原料的水中已經(jīng)溶有CO2至希望濃度的溶有CO2的水可以通過如下方法容易地產(chǎn)生將CO2測(cè)量電極S2浸入供水罐T中；檢測(cè)由電極S2產(chǎn)生的電極電動(dòng)勢(shì)(mv)，其作為信號(hào)與溶解CO2的濃度成正比；以所檢測(cè)到的信號(hào)為基準(zhǔn)，通過控制器(未畫出)控制增壓泵P1和調(diào)節(jié)閥V的操作。上述相同原理也用于當(dāng)在水中溶解O2的情況。即在供水罐T中，取代CO2電極，浸入并應(yīng)用DO(溶解氧)電極。
在上述的圖1中，給出了提供溶有CO2的水的情況。然而，應(yīng)用相同機(jī)構(gòu)，可以提供溶有O2的水。另外，所述設(shè)備也可以被構(gòu)造為交替提供溶有CO2的水和溶有O2的水的設(shè)備。
向所栽種的幼苗提供溶有氣體的水的方式不作具體限定。但將素陶瓷管子埋在地下、使溶有氣體的水流過管子并利用土壤的水分供應(yīng)力使植物吸收其需要的水分(地下灌溉法)的方法是優(yōu)選的。按照這種方法，可以以非常經(jīng)濟(jì)的方式為栽種的幼苗提供水，而不會(huì)在干旱區(qū)域浪費(fèi)稀少的水或應(yīng)用這種稀少的水制造的溶有氣體的水。
更具體地，如圖1中的虛線所示，在埋在地下的管子P1和提供溶有氣體的水的供水罐T之間放置水位調(diào)節(jié)罐，從而設(shè)定水位調(diào)節(jié)罐的位置使其在垂直方向低于管子PI的水面，從而溶有氣體的水通過土壤的水吸收力作用而從管子中滲出。當(dāng)土壤具有足夠的吸收水分時(shí)，停止由管子供應(yīng)水，這樣就可以避免溶有氣體的水的過量供應(yīng)。至于管子的材料，從水的滲透性方面考慮，素陶瓷或滲透系數(shù)為1×10-6至1×10-3cm/s的材料是優(yōu)選的。
另外，可以省略水位調(diào)節(jié)罐。在這種情況下，應(yīng)用圖1所示的增壓泵P2為埋在地下的素陶瓷管子PI提供供水罐T中的水。水的流量和流速根據(jù)增壓泵P2的排放容量確定。在本發(fā)明的設(shè)備中，水優(yōu)選以20-500ml/分鐘的流量提供。
正如圖1所示，因?yàn)楣茏覲I的出口是關(guān)閉的，所以由供水罐T提供的溶有氣體的水在管子中貯存。然后由于管子材料的水滲透能力，溶有氣體的水從管子滲入到周圍的土壤中。
當(dāng)按照周圍土壤的水分狀態(tài)提供溶有氣體的水時(shí)，通過以下步驟可以很容易地實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)任務(wù)在栽種有幼苗的地區(qū)放置張力計(jì)S1；應(yīng)用張力計(jì)S1測(cè)量土壤的毛細(xì)管勢(shì)；和通過控制器(未畫出)根據(jù)傳感器S1按照所測(cè)量的土壤的毛細(xì)管勢(shì)輸出的信號(hào)控制增壓泵P2的操作。
這里假定上述的溶有CO2的水或溶有O2的水對(duì)植物產(chǎn)生下面所述效果。在環(huán)境壓力苛刻(如干旱)的區(qū)域內(nèi)，所栽種的植物幼苗的氣孔關(guān)閉。其結(jié)果是，植物不能再進(jìn)行氣體交換，并且植物體內(nèi)的CO2濃度和O2濃度降低，從而光合作用和呼吸作用的效率劣化。當(dāng)向栽種的幼苗提供溶有CO2的水和/或溶有O2的水時(shí)，可以向植物中引入由于上述原因而在植物體內(nèi)缺乏的CO2和O2。其結(jié)果是，植物體內(nèi)的CO2濃度和O2濃度升高，并且光合作用和呼吸作用很好地得到保持，從而有可能在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行造林。
在植物內(nèi)發(fā)生的光合作用和光呼吸反應(yīng)中，作為底物O2和CO2與二氧化碳固定酶-二磷酸核酮糖羧化酶之間的關(guān)系是相互競(jìng)爭(zhēng)的。換句話說，O2和CO2互相抑制，從而一種底物抑制另一種底物所涉及的反應(yīng)。因此，如果在O2濃度很高的氣相中植物接收到光，則光呼吸是很劇烈的并且這種劇烈的光呼吸可以作為降低光合作用產(chǎn)率的一個(gè)因素。因此，當(dāng)向植物體內(nèi)提供溶有O2的水時(shí)，優(yōu)選的是在植物接收不到光線的黑暗階段提供溶有O2的水，而在光照階段將溶有O2的水替換為溶有CO2的水。
假定抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)因?yàn)橐韵略蚩梢允怪参镌黾訉?duì)環(huán)境壓力的耐受力。抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)抑制了所栽種的植物幼苗中細(xì)胞色素P450的活性。因?yàn)榧?xì)胞色素P450的某些活性涉及植物激素的生物合成或生物降解，所以植物體內(nèi)各種植物激素的濃度升高或降低。這種各種植物激素濃度的升高/降低作為一種信號(hào)，引發(fā)了植物對(duì)環(huán)境壓力防衛(wèi)的機(jī)理，并且這種防衛(wèi)機(jī)理最終被恒定激活。因此相比于其固有水平的耐受力而言，所栽種的植物幼苗的環(huán)境耐受力得到了增強(qiáng)，從而通過在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域栽種這種幼苗有可能在上述區(qū)域內(nèi)進(jìn)行造林。
(實(shí)施例)在下文中通過如下實(shí)施例更為詳細(xì)地描述本發(fā)明的造林方法。但本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。
(實(shí)施例1)應(yīng)用圖1所示的設(shè)備和下文所示的植物和條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)假定一種情況，即本發(fā)明的造林方法用于在干旱地區(qū)造林。
(1)設(shè)備在玻璃構(gòu)造的溫室中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其中所述溫室防雨并且其中的溫度控制在20至26℃的范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)應(yīng)用由鋼制造的沙槽(90cm×300cm×80cm)。用水徹底洗滌在Tottori沙丘收集的沙子，并在太陽下干燥。用2mm的篩網(wǎng)篩分干燥后的沙子，并且將篩分后的沙子加到沙槽中。然后使沙子以3(w/w)％的比率吸收水。外徑為50mm且內(nèi)徑為40mm的由素陶瓷制造的每根管子以約10cm深且相互間間隔為20cm而被埋在沙槽中。管子通過橡膠管與供水罐連接，從而為對(duì)比區(qū)提供水且為實(shí)驗(yàn)區(qū)提供溶有氣體的水。張力計(jì)被埋在沙槽中心部位的15cm深處，應(yīng)用張力計(jì)輸出土壤中的水分值，并且控制泵P2的操作從而土壤的pF值保持在約3.8至4.0的范圍內(nèi)。二氧化碳電極和DO電極浸沒在100L的供水罐中。輸出代表CO2溶解程度的值，并且以該輸出值為基準(zhǔn)，控制在泵P1、氣體鋼瓶和膜組件間配備的控制閥的操作，從而在供水罐中產(chǎn)生且應(yīng)用溶有CO2的水(800ppm)或溶有O2的水(20ppm)。將這樣制備的溶有CO2的水或溶有O2的水用于實(shí)驗(yàn)。
(2)植物至于植物，應(yīng)用由扦插法得到的赤桉(Eucalyptus camaldulensis)的克隆幼苗。當(dāng)由扦插法產(chǎn)生根后，幼苗被轉(zhuǎn)移至花盆(直徑9cm，深度12cm)中。轉(zhuǎn)移后，立即向花盆中的土壤中注射入1ml的高烯效唑的液體配制物(其含0.025％的高烯效唑，由Agros Co.，Ltd.生產(chǎn)，在日本的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和漁民業(yè)部(Ministry of Agriculture，F(xiàn)orestry andFisheries of Japan)的注冊(cè)號(hào)為18010)。植物在花盆中生長(zhǎng)一個(gè)月(實(shí)驗(yàn)區(qū))。在對(duì)比區(qū)應(yīng)用沒有用上述化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗。然后，植物以相互之間20cm的間隔栽種在上述的沙槽中。三個(gè)月后，測(cè)量生長(zhǎng)后的植物的地上部分和地下部分的干重，并且比較實(shí)驗(yàn)區(qū)和對(duì)比區(qū)得到的結(jié)果。
結(jié)果示于表1中。應(yīng)該注意到的是表1中的每個(gè)值均代表以相同方式處理的20株幼苗的平均值。
雖然在表1中沒有給出，但是觀察到以下事實(shí)。用高烯效唑處理的幼苗比沒有用化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗顯示出更少的矮態(tài)或干枯。有些沒有用化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗(對(duì)比區(qū))在實(shí)驗(yàn)的中途就死去了。但當(dāng)提供溶有氣體的水時(shí)，即使對(duì)沒有用化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗(即對(duì)比區(qū)中的植物)來說，實(shí)驗(yàn)中途死去的植物的百分比也降低了。另外，對(duì)實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)的植物來說，當(dāng)提供溶有氣體的水時(shí)，其通常比對(duì)比區(qū)中的植物有更重的干重。
上述結(jié)果已經(jīng)證明，通過向栽種的植物幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水，植物對(duì)干旱壓力的耐受力明顯增強(qiáng)，該植物可以在干旱壓力很苛刻的區(qū)域內(nèi)栽種。另外，已經(jīng)證明，通過使造林用幼苗向其植物體內(nèi)吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，與其固有耐受水平相比，所述植物對(duì)干旱壓力的耐受力明顯增強(qiáng)，并且也已證明，通過栽種已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理過的造林用幼苗，可以在干旱壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。另外，也已經(jīng)證明的是通過栽種已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理過的幼苗，并向所栽種的幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水，可以在干旱壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。
(實(shí)施例2)應(yīng)用下文所示的植物和條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)假定一種情況，即本發(fā)明的造林方法用于在寒冷地區(qū)造林。
(1)植物至于植物，應(yīng)用由扦插法得到的赤桉的克隆幼苗。當(dāng)由扦插法產(chǎn)生根后，幼苗被轉(zhuǎn)移至花盆(直徑9cm，深度12cm)中。轉(zhuǎn)移后，立即向花盆中的土壤中放入0.1g“Greenfield”的水可分散性粉末(其含50％的調(diào)嘧醇，由Shionogi&Co.，Ltd生產(chǎn)，在日本的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和漁民業(yè)部(Ministry of Agriculture，F(xiàn)orestry and Fisheries of Japan)的注冊(cè)號(hào)為17316)。植物在花盆中生長(zhǎng)四個(gè)月(實(shí)驗(yàn)區(qū))。在對(duì)比區(qū)應(yīng)用沒有用上述化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗。在二月中最冷的時(shí)間段栽種所述植物(最低溫度為-2℃，最高溫度為10℃)，并且在栽種后的第10、20和30天后觀察和確定植物的地上部分的損害特征。確定的結(jié)果按如下方法轉(zhuǎn)化為數(shù)值0點(diǎn)代表沒有損害；1點(diǎn)表示輕微損害；2點(diǎn)表示中度損害；3點(diǎn)表示嚴(yán)重?fù)p害(死亡)。另外，為了分析栽種第10、20和30天后相同葉子的葉綠素的量的變化，應(yīng)用葉綠素儀(由Minolta CameraCo.，Ltd.生產(chǎn)，SPAD-502)測(cè)量SPAD值，該值為葉綠素量的指數(shù)。比較實(shí)驗(yàn)區(qū)得到的結(jié)果和對(duì)比區(qū)得到的結(jié)果。
結(jié)果示于表2中。表2中的表示損害特性程度的每個(gè)值均代表8株幼苗的平均值。SPAD值代表8株經(jīng)過相同處理的幼苗在相同葉子的5個(gè)位點(diǎn)處所測(cè)量的平均值。
上述結(jié)果已經(jīng)證明，通過使造林用幼苗向其植物體內(nèi)吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，與其固有耐受水平相比，所述植物對(duì)低溫環(huán)境壓力的耐受力明顯增強(qiáng)，并且也已經(jīng)證明，通過栽種已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理過的造林用幼苗，可以在低溫環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。
(實(shí)施例3)應(yīng)用下文所示的植物和條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)假定一種情況，即本發(fā)明的造林方法用于在極熱地區(qū)造林。
(1)植物至于植物，應(yīng)用赤桉的秧苗。具體地說，植物的種子在100ppb的多效唑(Bonzai)液體配制物(該配制物含2％的多效唑，由TakedaChemical Industries Ltd.生產(chǎn)，在日本的農(nóng)業(yè)、林業(yè)和漁民業(yè)部(Ministry of Agriculture，F(xiàn)orestry and Fisheries of Japan)的注冊(cè)號(hào)為17235)的水溶液中浸泡1天，通過調(diào)節(jié)性稀釋Bonzai液體配制物而制備該溶液。然后栽種該種子并且使其秧苗生長(zhǎng)4個(gè)月(實(shí)驗(yàn)區(qū))。在對(duì)比區(qū)中應(yīng)用沒有用化學(xué)物質(zhì)處理的幼苗。然后使秧苗在溫度為50℃且光量為10,000lux的條件下放置6小時(shí)，并且栽種。栽種三個(gè)月后，測(cè)量相對(duì)于秧苗的高度來說死亡部分的長(zhǎng)度。
結(jié)果示于表3中。表3中的每一個(gè)值均表示10株秧苗的死亡部分的平均比率(％)。應(yīng)該注意到的是死亡部分的比率(％)＝(在50℃經(jīng)過6小時(shí)處理的秧苗在三個(gè)月內(nèi)死亡的死亡部分的長(zhǎng)度)/(處理前秧苗的高度)×100。
上述結(jié)果已經(jīng)證明，通過使造林用幼苗的種子吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，栽種所述種子并使其秧苗生長(zhǎng)，與其固有耐受水平相比，所述植物對(duì)高溫環(huán)境壓力的耐受力明顯增強(qiáng)，并且也已經(jīng)證明，通過栽種已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理過的造林用幼苗，可以在高溫環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。
在環(huán)境壓力苛刻的造林區(qū)域中，存在有環(huán)境條件苛刻的一些區(qū)域，在那里即使能適應(yīng)各種環(huán)境的桉樹類和刺槐類也不能通過常規(guī)的造林方法生長(zhǎng)成林。換句話說，存在有對(duì)常規(guī)造林方法來說幾乎不可能的大量區(qū)域。由于這個(gè)原因，如果應(yīng)用常規(guī)的造林方法，則不可避免地會(huì)限制利用森林來減少地球上日益增多的二氧化碳的這種嘗試。然而，如果能為以桉樹類和刺槐類為典型代表的各栽種物提供對(duì)環(huán)境壓力的耐受力(如對(duì)鹽、干旱、寒冷、酷熱等的耐受力)，則通過在這里栽種這些植物而使干旱地區(qū)、受鹽損害影響的地區(qū)、寒冷地區(qū)、酷熱地區(qū)等轉(zhuǎn)化為植被區(qū)，從而可以減少地球上正在增加的二氧化碳?xì)怏w，這種技術(shù)的巨大效果為人類帶來的好處將會(huì)出現(xiàn)。
但如果通過基因重組技術(shù)創(chuàng)造對(duì)各種環(huán)境壓力都有耐受力的植物，則通過在其中栽種這些植物可以使干旱地區(qū)、受鹽損害影響的地區(qū)、寒冷地區(qū)、酷熱地區(qū)等轉(zhuǎn)化為植被區(qū)，從而可以減少地球上正在增加的二氧化碳?xì)怏w，但經(jīng)過基因誘導(dǎo)后，不僅需要單個(gè)植物的有效再生技術(shù)，而且在評(píng)估所形成的基因重組植物的安全問題時(shí)存在有許多障礙，即在評(píng)估基因重組植物對(duì)自然環(huán)境造成的影響時(shí)存在有許多障礙。這樣，通過基因重組技術(shù)創(chuàng)造對(duì)各種環(huán)境壓力具有耐受力的植物可能還需要很長(zhǎng)的時(shí)間。
工業(yè)應(yīng)用性如上所述，按照本發(fā)明的造林方法，可以提供比常規(guī)造林方法更迅速、安全和有效的能在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林的方法。
表1

表2

表3

權(quán)利要求
1.一種造林方法，所述方法通過向栽種的幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水而能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。
2.權(quán)利要求1的造林方法，其通過向栽種的幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水而能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林，其中通過以下方法產(chǎn)生溶有CO2的水或溶有O2的水向被傳遞膜分隔的兩個(gè)區(qū)中的一個(gè)提供作為原料的水，同時(shí)以加壓狀態(tài)向另一個(gè)區(qū)提供CO2或O2，從而使CO2或O2以預(yù)定的濃度溶解在水中，其中所述傳遞膜只有氣體能夠通過而液體不能通過。
3.一種能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林的造林方法，所述方法包括如下步驟通過使植物從其地上部分和地下部分的至少一處在不影響所述植物正常生長(zhǎng)的濃度范圍內(nèi)吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)而準(zhǔn)備造林用幼苗，相對(duì)于其固有耐受水平而言，該造林用幼苗對(duì)環(huán)境壓力的耐受力已經(jīng)得到增強(qiáng)；和在造林區(qū)域內(nèi)栽種所述已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理的造林用幼苗。
4.一種能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林的造林方法，所述方法包括如下步驟通過使植物的種子在不影響所述植物正常生長(zhǎng)的濃度范圍內(nèi)吸收抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)，并栽種所述種子且使其秧苗成長(zhǎng)而準(zhǔn)備造林用幼苗，相對(duì)于其固有耐受水平而言，該造林用幼苗對(duì)環(huán)境壓力的耐受力已經(jīng)得到增強(qiáng)；和在造林區(qū)域內(nèi)栽種所述已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理的造林用幼苗。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的造林方法，其通過向栽種的幼苗提供溶有CO2的水或溶有O2的水而能夠在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林，其中所栽種的幼苗為已經(jīng)用抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)處理的幼苗。
6.權(quán)利要求3-5任一項(xiàng)的造林方法，其中所述抑制細(xì)胞色素P450活性的物質(zhì)為選自嘧啶醇、調(diào)嘧醇、高烯效唑、多效唑、油菜素唑、抗倒胺、調(diào)環(huán)烯、抑芽唑、BAS111.W，1-正癸基咪唑、1-香葉基咪唑、HOE074784、唑菌醇、三唑酮、環(huán)戊唑醇、戊唑醇和環(huán)戊唑菌的物質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種造林方法，該方法與基因重組技術(shù)相比對(duì)環(huán)境具有更少的影響或危險(xiǎn)，并且能夠通過增強(qiáng)植物固有的能力而在環(huán)境壓力苛刻的區(qū)域內(nèi)造林。本發(fā)明的造林方法通過向栽種的幼苗提供溶有CO
文檔編號(hào)A01G23/02GK1638620SQ03804969
公開日2005年7月13日 申請(qǐng)日期2003年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者淺田隆之 申請(qǐng)人:王子制紙株式會(huì)社