使用THAXTOMIN与THAXTOMIN组合物控制藻类的方法.pdf

公开处理和/或控制藻类的方法，包括使藻类与有效剂量的一种或多种thaxtomin相接触。以预定量将一种或多种thaxtomin施用于被藻类污染的环境，该预定量对控制、减少和/或杀灭藻类有效。

1.  一种处理藻类的方法，包括使藻类和有效量的一种或多种thaxtomin接触。

2.  依据权利要求1的方法，其中所述一种或多种thaxtomin包括选自下组的化合物：thaxtomin A、thaxtomin B、thaxtomin D以及它们的组合。

3.  依据权利要求1的方法，其中所述一种或多种thaxtomin包含thaxtomin A。

4.  依据权利要求1的方法，其中所述藻类在液体环境中。

5.  依据权利要求4的方法，其中所述液体环境为水。

6.  依据权利要求4的方法，其中所述液体环境为水池、池塘、稻田、湖泊、溪流、河流、海洋、河口湾、淡水水族箱、咸水水族箱、商业水产养殖用槽、商业水产养殖用池塘、装饰性池塘、水景园以及它们的组合。

7.  依据权利要求1的方法，其中所述藻类在土壤或泥沼环境中。

8.  依据权利要求1的方法，其中所述有效量是施用的浓度为大约0.5ppm到大约100ppm的量。

9.  一种控制藻类生长的方法，包括使藻类与一种或多种thaxtomin接触。

10.  一种杀灭藻类的方法，包括使藻类与thaxtomin A接触。

11.  一种通过向需要进行藻类控制的区域施用thaxtomin来控制藻类的方法。

12.  权利要求11所述的方法，其中所述需要进行控制的区域包括房屋、鱼场、水池、池塘、湖泊、溪流、河流、海洋、河口湾、淡水水族箱、咸水水族箱、商业水产养殖用容器、商业水产养殖用池塘、装饰性池塘、或水景园，以及它们的组合。

13.  权利要求11所述的方法，其中所述的thaxtomin具有下述的组成：

其中R₁是甲基或H，R₂是羟基或H，R₃是甲基或H，R₄是羟基或H，R₅是羟基或H，R₆是羟基或H，以及它们的组合。

14.  依据权利要求13所述的方法，其中R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是羟基，并且R₆是H。

15.  权利要求11所述的方法，其中需要进行控制的区域包括生物反应器、大容器、农业设备，以及它们的组合。

16.  依据权利要求11的方法，其中将thaxtomin与载体混合形成thaxtomin浓度为大约0.05ppm到大约500ppm的溶液。

17.  依据权利要求16中的方法，进一步包括将所述溶液施用于被污染的表面。

使用Thaxtomin与Thaxtomin组合物控制藻类的方法
相关申请的交叉引用
本发明根据美国法典第35册第119条要求2007年4月9日提交的60/910,723号临时申请的优先权和利益，该申请的全部内容以引用的形式纳入本文之中。
背景
1.技术领域
本公开涉及用一种或多种thaxtomin处理藻类。该方法可用来施用于需要处理以控制、尽量减少和/或消除藻类的水，诸如未净化的污水，或被藻类污染的表面或者设备。
2.背景
许多水池、池塘、湖泊、大容器(tank)、河口湾和海洋在水体的水柱中含有大量的悬浮的藻类种群。这些藻类导致水的外观呈绿色且常常为浑浊的，使许多观者感到不快。亦常常会出现令人讨厌的(undesirable)丝状藻类的漂浮聚集物。藻花，即水体中出现高密度(high concentration)的藻类时，导致低水平的溶解氧，使水生动物和鱼类种群受到威胁。在某些情况下，这样的状况导致鱼难(fish kill)，并且降低水体的整体品质。
目前使用的控制藻类生长的方法包括使用除藻剂处理水。举例而言，美国5,407,899号专利描述了用于藻类控制的硫酸铜。已知的除藻剂杀死藻类，并且使水回归更理想的外观，即清澈或者颜色较浅的水。然而，已知的除藻剂存在问题，原因是它们可能昂贵且对环境有潜在的毒性。此外，在除藻剂消散之后，除藻剂的应用并不一定改变了水的状况，水仍然适于随后的藻类生长，和/或重新产生的污染。
Thaxtomin是一组已知的植物毒素，然而，尽管thaxtomin A及其类似物表现出许多符合潜在除草剂的理想生物学性质，但已知它们缺乏系统性的植物毒性，而该性质对于在低除草剂浓度下在田间达成可靠的杂草控制是至关重要的。参见，例如Herbicidal Properties of the Thaxtomin Group of Phytotoxins，J.Agric.Food Chem.，Vol.49，No.5，2001。
藻类污染和除藻剂的使用都仍然问题重重。重新处理被污染的环境增加了处理的整体成本，而且增加了除藻剂在环境中毒性积累的潜在可能性。因此，一直有对新型除藻剂，以及除藻剂的制造和使用及其配制的需求。此外，一直有鉴别出具有下述特征的除藻剂的需求：可能便于制造，并且/或者对环境的破坏低于已知的除藻剂。

概述
本公开提供了一种或多种新型除藻剂，以及通过使藻类与有效量的一种或多种thaxtomin和/或其类似物接触来处理藻类的方法。非限定性的合适的thaxtomin包括thaxtomin A、thaxtomin B、thaxtomin D、它们的衍生物，以及它们的组合。在多个实施方案中，依照本公开所述，单独使用thaxtomin A。
本方法适于藻类处于液体环境诸如水中的情况。合适的液体环境包括水池(pool)、池塘(pond)、鱼场(fish farm)、湖泊(lake)、溪流(stream)、稻田(paddy)、河流(river)、海洋(ocean)、河口湾(estuary)、淡水水族箱(freshwater aquarium)、成水水族箱(salt water aquarium)、水产养殖(aquaculture)、商业水产养殖用容器(tank for commercial aquaculture)、商业水产养殖用池塘(pond forcommercial aquaculture)、装饰性池塘(ornamental pond)、水景园(water garden)、排水溪(run-off stream)或沟渠(ditch)以及它们的组合。在多个实施方案中，藻类在土壤或泥沼环境中。在多个实施方案中，藻类污染用于商业性培养的藻类的容器、大容器(tank)、生物反应器或其他装置，所述商业性培养的藻类例如以生物燃料或者替代性能源为目的培养的藻类。
亦公开了通过将藻类与thaxtomin如thaxtomin A接触来控制、减少和/或杀灭藻类的方法。
在多个实施方案中，本公开涉及处理藻类的方法，该方法包括或其组成为使藻类与有效量的一种或多种thaxtomin接触。在多个实施方案中，所述一种或多种thaxtomin包括化合物，所述化合物包含thaxtomin A、thaxtominB、thaxtomin D以及它们的组合，或由thaxtomin A、thaxtomin B、thaxtominD以及它们的组合组成。在多个实施方案中，所述一种或多种thaxtomin仅包括thaxtomin A。在多个实施方案中，藻类在液体环境中，例如水。举例而言，合适的液体环境包括水池、池塘、稻田、湖泊、溪流、河流、海洋、河口湾、淡水水族箱、咸水水族箱、商业水产养殖用容器、商业水产养殖用池塘、装饰性池塘、水景园、排水溪以及它们的组合。在某些实施方案中，适于处理的藻类存在于土壤或泥沼环境中。在多个实施方案中，处理包括施用有效量的thaxtomin，例如施用浓度为大约0.5ppm到大约100ppm的量。
在多个实施方案中，本公开提供了一种控制藻类生长的方法，该方法包括或其组成为使藻类和一种或多种thaxtomin接触。在某些实施方案中，本公开提供了杀死藻类的方法，该方法包括或其组成为使藻类和thaxtomin A接触。
在多个实施方案中，将一种或多种thaxtomin施用于需要进行藻类控制的区域，例如生物反应器、大容器、农业设备或它们的组合。在某些实施方案中，将thaxtomin与载体混合形成溶液，所述溶液的thaxtomin浓度为大约0.05ppm到大约500ppm。这种溶液可以施用于需要净化或者减少或消除藻类的被污染表面。
本文所用的“藻类”是指多种主要是水生的，真核的，进行光合作用的生物中的任何一种，其大小范围从单细胞形式到巨型海草。该术语可进一步指承担地球上大量光合作用的光合型原生动物。作为一个群体，藻类是多源的。相应的，该术语可指来自下述组中的任何被认为是藻类的原生动物：alveolates，chloraraachniophytes，隐藻(cryptomonads)，裸藻(euglenids)，灰藻(glaucophytes)，定鞭藻(haptophytes)，红藻(red algae)例如红藻门(Rhodophyta)，stramenopiles以及绿色植物(viridaeplantae)。该术语指真核生物中的绿藻、黄藻(yellow-green algae)、褐藻和红藻。该术语亦可指原核生物中的蓝细菌。该术语亦指绿藻、蓝藻和红藻。
本文所用的“除藻剂”是指一种或多种具有抑藻或杀藻活性的试剂、化合物和/或组合物。
本文所用的“杀藻”用于本文是指杀灭藻类。
本文所用的“抑藻”用于本文是指抑制藻类的生长，这在某些条件下是可逆的。
本文所用的“低级烷基”是指包括一个到大约十八个碳原子的非环状的直链或支链烷基基团。示范性的烷基基团包括，但不限于，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、戊基、异戊基、己基、辛基、癸基等。
本文所用的“羟基”是指-OH。
本文所用的“H”是指氢原子。
本文所用的“ppm”是指百万分率。
优选实施方案的详述
疮痂病链霉菌(Streptomyces scabies)，酸性疮痂链霉菌(S.acidiscabies)，以及肿疮痂链霉菌(S.turgidiscabies)是多种地下的马铃薯所患疮痂病(scabdisease)的病原体。从中识别出一类涉及该病发病机理的植物毒素，thaxtomin。已发现thaxtomin适于控制、减少和/或消除藻类，包括绿藻、蓝藻和红藻。已发现thaxtomin具有杀藻活性和抑藻活性。
本公开提供了处理藻类的方法和组合物。所述方法包括将预定量的除藻剂施用于需要进行控制或处理的区域，例如被藻类污染的区域。除藻剂可以溶于溶液中和/或是溶剂化的并且使其可用于杀灭、控制和/或尽量减少藻类。在多个实施方案中，除藻剂是溶于溶液中的，因而可以以生物有效的形式透入藻类。
依照本公开适于使用的除藻剂包括一种或多种thaxtomin。Thaxtomin包括来自一族环状二肽中的任意一种类型，例如含有4-硝基吲哚-3-基的2，5-二氧哌嗪(4-nitroindol-3-yl-containing 2，5-dioxopiperazine)，通常称为thaxtomin。合适的thaxtomin包括描述为具有环-(L-4-硝基色氨酰-L-苯丙氨酰基)基本结构的环状二肽。在多个实施方案中，合适的二酮哌嗪模块(moiety)可以是N-甲基化的，并且包括带有苯丙氨酰基α-碳及环-碳羟基基团的同族物(congener)。依照本公开适于使用的thaxtomin的非限定性实例包括thaxtomin A、thaxtomin A邻位异构体、thaxtomin B和C-14脱氧thaxtomin B(deoxythaxtomin B)(thaxtomin D)，以及这些中任何一种的衍生物。Thaxtomin及其衍生物的组合亦适于依照本公开的用途。
在多个实施方案中，纯化的thaxtomin及其类似物依照本公开是适于使用的除藻剂。其化学组成包括：

在多个实施方案中，R₁是甲基或H。
在多个实施方案中，R₂是羟基或H。
在多个实施方案中，R₃是甲基或H。
在多个实施方案中，R₄是羟基或H。
在多个实施方案中，R₅是羟基或H。
在多个实施方案中，R₆是羟基或H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是羟基，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是羟基，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是H，R₃是H，R₄是H，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是H，R₃是甲基，R₄是H，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是H，R₄是H，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是H，并且R₆是羟基。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是羟基，并且R₆是羟基。
在多个实施方案中，R₁是甲基，R₂是羟基，R₃是H，R₄是H，R₅是羟基，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是H，R₂是羟基，R₃是甲基，R₄是H，R₅是羟基，并且R₆是H。
在多个实施方案中，R₁是H，R₂是H，R₃是H，R₄是H，R₅是H，并且R₆是H。
在多个实施方案中，纯化的thaxtomin A依照本公开适于使用的除藻剂。Thaxtomin A是一种黄色的化合物，由含有4-硝基吲哚-3-基的2，5-二氧哌嗪组成，并且是疮痂病链霉菌，酸性疮痂链霉菌(Streptomyces acidiscabies)和肿疮痂链霉菌(Streptomyces turgidiscabies)所产生的主要的thaxtomin，其具有m-环和α-C羟基加成(with phenylalanyl m-ring and α-C hydroxyl additions)。其化学组成包括：

thaxtomin对藻类的作用模式未知。然而，不愿拘于本公开所述，认为当thaxtomin接触藻类时抑制纤维素的生物合成。
在多个实施方案中，包含一种或多种thaxtomin的来自细胞培养物(如疮痂病链霉菌、酸性疮痂链霉菌和肿疮痂链霉菌的细胞培养物)的未纯化的上清液适合作为依照本公开的除藻剂使用。本领域的普通技术人员将会容易地预见可以从细胞培养物容易地获取上清液，例如通过离心并收集余下的液体部分。
在多个实施方案中，一种或多种thaxtomin可以施用于被藻类污染的环境以控制、尽量减少和/或消除令人讨厌的藻类。本文使用的措辞“处理(treat)”、“进行处理(treating)”或“处理方法(treatment)”是指预防性地使用本公开的thaxtomin以防止令人讨厌的或严重的藻华，或者改善已存在的藻类污染。现有许多不同的控制、减少和/或消除藻类的处理方法。
本文使用的“藻类污染”是指由一种或多种藻类引起的，任何可检测的藻类现象。这些现象可由多种因素引起，例如水柱营养水平，和/或其他胁迫的(stessed)或者失常的环境状态。这些现象的非限定性实例包括藻类生长的发展、藻类浮渣的形成、水体中低水平的溶解氧、对水生动物和鱼类种群的胁迫，和/或其他形式的环境质量下降。所述环境状况应理解为非限定性的，而且应理解为在本文中列举的只是部分适合于依照本公开的处理方法的环境状况。更进一步，藻类污染亦可指留在藻类培育设备和装置上的残余藻类，所述装置和设备例如用来为了替代能源生产而制备藻油的那些。根据本公开可以清洁的设备和各种装置的非限定性例包括在美国5,088,231号、5,171,683号、4,978,505号和4,908,315号专利(将这些专利都以全文引用的方式纳入本文中)中所述的物件。用来以商业目的培育藻类的农业设备和生物反应器可以使用依照本公开的除藻剂清洁。
在多个实施方案中，依照本公开使用的组合物包含有效改善水质的量的一种或多种thaxtomin。本文使用的“有效量”是指依照本公开的thaxtomin或一种或多种具有thaxtomin组分的化合物或组合物的量足以诱导对环境状况特定的积极作用(positive benefit)，所述环境状况例如水的状况或者认为被藻类污染或沾污的(soiled)状况。所述积极作用可以在本质上是装饰性的，或者是涉及健康的，或是两者的结合。在多个实施方案中，所述积极作用通过使被污染的环境、区域或装置与一种或多种thaxtomin，和/或一种或多种thaxtomin组分接触来实现，以改善诸如藻华或藻类污染等状况。处理方法包括使被藻类污染的环境或被藻类沾污的设备与有效杀藻量和/或有效抑藻量的thaxtomin接触。
施用的特定thaxtomin浓度通常取决于施用组合物的目的。例如，施用的剂量和频率可以取决于藻类状况的类型和严重性而变化。在多个实施方案中，向水体施用一种或多种thaxtomin使得thaxtomin浓度为1ppm到5ppm。在多个实施方案中，向水体施用一种或多种thaxtomin使得thaxtomin浓度为大约0.5ppm到100ppm。在多个实施方案中，将thaxtomin与载体(例如水)以大约0.05ppm到500ppm的量混合并施用于受污染的区域或被藻类沾污的设备。
依照本公开的处理方法是将被藻类污染的区域和/或设备与一种或多种有效改善与藻类相关的状况的量的thaxtomin接触。在多个实施方案中，通过向需要进行处理或者藻类控制的区域施用一种或多种thaxtomin组合物来处理这些区域，所述区域例如水池、池塘、稻田、鱼场、湖泊、河口湾、海洋、淡水水族箱、咸水水族箱、商业水产养殖用容器、商业水产养殖用的池塘、装饰性池塘、水景园、生产替代性燃料的设备或装置、排水沟渠、房屋壁板(house siding)以及甲板铺板(deck plank)。施用活性thaxtomin成份直至处理目标达成。然而，处理的持续时间可以根据状况严重性而变化。例如，取决于处理目标是控制、减少和/或消除藻类污染，处理可以持续几天到几周。
在多个实施方案中，可以将thaxtomin和溶剂载剂(solvent vehicle)组合以制备用于处理藻类的制剂，其中主要活性成分为一种或多种thaxtomin。在多个实施方案中，将所述活性成分以悬浮液、干燥形式和水溶液提供。与溶剂混合的thaxtomin的量将根据多种因素而有所不同，这些因素包括，例如，thaxtomin的活性、选择的thaxtomin的类型、产品的最终形态以及采用的特定公开的溶剂。一般而言，thaxtomin组分将占thaxtomin/溶剂混合物1到95的重量百分比。在多个实施方案中，thaxtomin占thaxtomin/溶剂混合物大约10.00到大约80的重量百分比。可用于制备本thaxtomin组合物的溶剂包括任何能够溶解一种或多种thaxtomin的溶剂。这样的溶剂的非限定性实例包括水和/或水溶液。
在多个实施方案中，可以将thaxtomin与干燥的赋形剂组合以制备用来处理藻类的制剂，其中主要活性成分为一种或多种thaxtomin。在多个实施方案中，将所述活性成分以干燥形式提供。thaxtomin组分将占thaxtomin干燥制剂1到95的重量百分比。在多个实施方案中，thaxtomin构成thaxtomin干造制剂大约10.00到大约80的重量百分比。
下述非限定性实例更进一步说明依照本公开的组合物、方法和处理。应该注意本公开不限于实施例中具体描述的特定细节。
实施例1
酸性疮痂链霉菌的上清液在低如100倍的稀释时有效控制或减少下述绿藻：窝鞘藻(Oedogonium foveolatum)，水绵属的种(Spirogyra spp)，团藻(Volvoxaureus)，球团藻(Volvox globator)，新月藻属的种(Closterium sp.)，衣藻属的种(Chlamydomonas sp)。
将酸性疮痂链霉菌在燕麦粉肉汤(Oat Meal Broth)液体培养基中室温下培养5天。离心细胞培养物并收集上清液，通过0.45微米过滤器过滤，并保存以进行生物活性测定。在不同稀释度下针对上文提及的藻类评估该上清液。所述藻类从Carolina Biological Supply Company(卡罗莱纳生物供应公司)获取，将其遵照提供的手册培养和维持。使用来自卡罗莱纳生物供应公司的Alga-Cro淡水培养基培养藻类。使用最大抑制稀释度(MDI)来测量上清液对藻类的活性。该测定进行3星期。在视觉上藻类生长为所述稀释的上清液所抑制。预计使用较浓的溶液有较强的抑制作用。测试结果如下所概括：
表1