JP2015524250A - Ultrasonic enhanced seed germination system - Google Patents
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Abstract
本発明は、水分および/または有益な他の物質を、種子に摂取させるための超音波処理および埋め込みプロセスから構成される。処理される種子は、水中または他の液体中に浸漬される。種子は、15kHz〜30kHzの周波数で約1〜20分間、音響エネルギーにさらされる。好ましい実施形態では、超音波エネルギーは、伝達の第1の部分が50ミリ秒間続く鋸波形であり、その後に50ミリ秒間続く矩形波形が入れ替わる交互超音波伝達を利用するが、交互音波波形の他の変形を用いることも可能である。あるいは、正弦超音波伝達を用いて、液体培地中の微細気泡、特に種子の表面で崩壊する気泡の断熱崩壊によってキャビテーション力を発生させてもよい。超音波キャビテーション力によって、種子内に、水分および他の液体栄養分の吸収を速めることが可能な微小穿刺がもたらされる。その後、超音波で扱われた種子を乾燥させて貯蔵するか、または超音波処理後ただちに使用してもよい。超音波処理は、植物特性を維持しながら、種子の発芽および種子から得られる植物の成長速度を速める傾向がある。成長が速められた植物は、生育期間が足りないために、輪作およびある種の植物の成長が妨げられているような環境には、さらに好適である。The present invention consists of sonication and embedding processes for feeding seeds with moisture and / or other beneficial substances. The seed to be treated is immersed in water or other liquid. The seed is exposed to acoustic energy at a frequency of 15 kHz to 30 kHz for about 1 to 20 minutes. In a preferred embodiment, the ultrasonic energy utilizes an alternating ultrasonic transmission in which the first part of the transmission is a sawtooth waveform lasting 50 milliseconds followed by a rectangular waveform lasting 50 milliseconds, It is also possible to use variations of Alternatively, sinusoidal ultrasonic transmission may be used to generate cavitation forces by adiabatic collapse of microbubbles in the liquid medium, particularly those that collapse on the seed surface. Ultrasonic cavitation forces provide micropunctures in the seed that can accelerate the absorption of moisture and other liquid nutrients. Thereafter, the ultrasonically treated seed may be stored dry or used immediately after sonication. Sonication tends to increase seed germination and the growth rate of plants derived from the seed while maintaining plant characteristics. Plants with accelerated growth are more suitable for environments where rotation is not sufficient and rotation is prevented and certain plants are prevented from growing.
Description
仮出願に対する相互参照
本出願は、2012年6月4日付で出願された、Bruce K.Redding,Jr.,による米国特許仮出願番号第61/689,298号明細書を参照するとともに、本出願人は、この日付を優先日として優先権を主張する。
CROSS REFERENCE TO TEMPORARY APPLICATION This application is a breach of Bruce K., filed on June 4, 2012. Redding, Jr. U.S. Provisional Application No. 61 / 689,298, and the applicant claims priority with this date as the priority date.
本発明は、一般には、水分または他の物質を溶質とともに種子に摂取させるための超音波処理および沈着プロセスに関し、さらに詳細には、種子または、種子から得られる植物の生育特性を強化する物質の摂取が強化されたことに対する記憶を種子に与える目的で、またはそれ以外の、商業的な処理の際に種子に価値を付加する目的で、音波を用いて種子を処理する方法に関する。 The present invention relates generally to sonication and deposition processes for ingesting moisture or other substances with solutes into seeds, and more particularly to the enhancement of growth characteristics of seeds or plants derived from seeds. The present invention relates to a method of treating seeds with sound waves for the purpose of giving the seeds a memory of enhanced intake or otherwise adding value to the seeds during commercial treatment.
発芽科学に関する先行技術背景
種子休眠は、一時的に発芽を分散させて、子孫の生存を最適化するためにほとんどの植物が用いる、生育阻止の独特の形式である。種子休眠中は、含水率および呼吸量は劇的に低下する。種子休眠を打破させる最初のステップは、呼吸および発芽に必要なデンプン貯蔵物質を流動させるのに必要な水分の摂取(沈着)である。沈着は、二段階のプロセスである。すなわち、第I段階)種皮、および胚芽の水和作用による、水分の物理的な摂取および、第II段階)胚軸の成長および伸長により決定され、その結果幼芽および幼根が出現する発芽である。2つの段階は一時的に切り離され、第I段階が完了した種子は、「プライミングされた種子」と呼ばれ、すなわち第II段階である発芽のためにプライミングされている。第I段階の沈着は、種子の商業的な処理、すなわちトウモロコシの湿式粉砕分別および蒸留酒を発酵させる麦芽製造プロセスでも用いられる。
Prior Art Background on Germination Science Seed dormancy is a unique form of growth inhibition used by most plants to temporarily disperse germination and optimize offspring survival. During seed dormancy, water content and respiration are dramatically reduced. The first step in breaking seed dormancy is the intake (deposition) of the water necessary to flow the starch storage material required for respiration and germination. Deposition is a two-step process. Namely, stage I) physical intake of water by hydration of seed coat and germ, and stage II) germination that is determined by the growth and elongation of hypocotyls, resulting in the emergence of buds and radicles is there. The two stages are temporarily separated, and seeds that have completed stage I are called “primed seeds”, ie primed for germination, which is stage II. Stage I deposition is also used in commercial processing of seeds, ie, a malt production process that ferments corn wet mill fractionation and distilled liquor.
水分の吸収を強化することによる種子のプライミングは、植物の活力、例えば出現特性、生育特性および収量特性の強化に有利である。種子のプライミングはまた、種子の発芽も同期させ、その結果農場は均一に、収穫期に収量が最大になるように植物が同時に成熟する。水分に加えて、種子プライミングは、実生苗の確立を促進する栄養分、微生物、または害虫抑制剤を、種子に担持させることができる。第I段階の沈着の際に分子を種子に加えることによって、分子または有機体をプライミングされた種子に蓄積することができるので、したがって、植え付け時に存在させることができる。農場全体に同様の分子を追加することに比べると、種子では「高分子の担持」は、非常に効率がよい。一例としては、根の成長を刺激し、実生苗の出現を促進する肥料の添加がある。植え付けの前に、肥料を種子に担持させることは、実生苗にとってさらに効果的であり、かつ、農業従事者とってコスト効率が良い。種子に担持させる有益な分子としては他に、発芽を促進するジベレリン/ジベレリン酸、細胞を伸長させるサイトカイニンなどのホルモンおよび種子休眠の解除を促進するアブシジン酸の阻害剤がある。トリアゾール(日照りや高温の影響を緩和する植物成長調節剤)、または寒冷、湿潤な土中の種子および実生苗に菌類が生育するのを抑制する殺真菌剤、または実生苗を食い荒らす根切り虫などの害虫を駆除する殺虫剤を加えることによって種子品種を特定の成長部位にカスタマイズすることが可能であろう。高分子に加えて、アゾスピリルム菌(Azospirillum)または根粒バクテリア(Rhizobium)のような有益な微生物は、作物接種菌として種子のプライミング中に担持させることができる。 Priming seeds by enhancing moisture absorption is advantageous for enhancing plant vitality, such as appearance, growth and yield characteristics. Seed priming also synchronizes seed germination so that the farm ripens at the same time so that the farm is uniform and yield is maximized during the harvest season. In addition to moisture, seed priming can allow seeds to carry nutrients, microorganisms, or pest control agents that promote the establishment of seedlings. By adding molecules to the seed during Stage I deposition, the molecules or organisms can accumulate in the primed seed and can therefore be present at planting time. Compared to adding similar molecules throughout the farm, “polymer loading” is much more efficient in seeds. One example is the addition of fertilizers that stimulate root growth and promote the appearance of seedlings. It is more effective for seedlings to carry fertilizer on seeds before planting, and it is cost-effective for farmers. Other useful molecules carried by the seed include gibberellin / gibberellic acid that promotes germination, hormones such as cytokinin that elongate cells, and inhibitors of abscisic acid that promote the release of seed dormancy. Triazoles (plant growth regulators that mitigate the effects of sunlight and high temperatures), fungicides that suppress the growth of fungi on seeds and seedlings in cold and wet soil, or pests such as root-cutting insects that eat seedlings It would be possible to customize seed varieties to specific growth sites by adding pesticides to combat. In addition to macromolecules, beneficial microorganisms such as Azospirillum or Rhizobium can be carried during seed priming as crop inoculums.
トウモロコシの商業的分別は、湿式粉砕から始まる。トウモロコシは、デンプン、タンパク質、油分、水分、繊維質、ミネラル、ビタミンおよび色素の複雑な混合物である。湿式粉砕は、トウモロコシの構成成分を、均質な個々の成分ごとに分離するプロセスである。アイオワ州では、毎年収穫される10億ブッシェルのトウモロコシの約20%が湿式粉砕されている。湿式粉砕業および付随する製造業は、膨大な産業努力の代表例である。湿式粉砕プロセスは、新技術によって絶えず改良がなされ、新規な副産物、例えばエタノール、コーンシロップ、タンパク質ペプチドおよびビタミンC、Eを工業規模で分離することができる。湿式粉砕の最初のステップ、すなわち浸漬では、技術革新による変化はまだ行われない。浸漬は、汚れのない乾燥したトウモロコシ(16%超の含水率)を、45%の水和に膨張するまで、ぬるま湯に浸す必要がある。このプロセスは、120〜130°Fの温度で30〜50時間かけて行う。浸漬プロセスの際には、大量の水が、巨大な樽の中のトウモロコシに向流する形で移動する。さらに、この間に、浸漬水中に生育する乳酸菌およびシュードモナス(Pseudomonas)緑膿菌などの有益な微生物が、トウモロコシタンパク質のタンパク質分解的切断を助長する。しかしながら、水和に大量の浸漬水および長い時間が必要であることから、細菌の消化効率が制限される。消化の副産物は、主に蒸発濃縮によって浸漬水から取り除かれる。 Commercial fractionation of corn begins with wet grinding. Corn is a complex mixture of starch, protein, oil, moisture, fiber, minerals, vitamins and pigments. Wet grinding is a process that separates the components of corn into homogeneous individual components. In Iowa, about 20% of the 1 billion bushels of corn that are harvested each year are wet ground. The wet grinding industry and the accompanying manufacturing industry are representative examples of the vast industrial effort. The wet milling process is continually improved by new technologies and new by-products such as ethanol, corn syrup, protein peptides and vitamins C, E can be separated on an industrial scale. In the first step of wet grinding, i.e. soaking, changes due to technological innovation have not yet taken place. Immersion requires soaking clean, dry corn (water content above 16%) in lukewarm water until it swells to 45% hydration. This process is carried out at a temperature of 120-130 ° F. for 30-50 hours. During the soaking process, a large amount of water travels countercurrently to the corn in a huge barrel. In addition, during this time, beneficial microorganisms such as lactic acid bacteria and Pseudomonas aeruginosa growing in immersion water facilitate proteolytic cleavage of the corn protein. However, since a large amount of immersion water and a long time are required for hydration, the digestion efficiency of bacteria is limited. Digestion by-products are removed from the immersion water mainly by evaporation.
麦芽製造プロセスは、蒸留酒を生産するための穀物を発酵させる第1のステップである。麦芽(および麦芽から得られた発酵)の品質は、穀物が同時に、かつ効率的に発芽するかによって左右される。種子に貯蔵されたデンプンは、発芽の初期段階の際に糖分に変換される。出現時には、発芽は一時停止され変換された糖分は、エタノール生産のための発酵の際に使用される。歴史的に見て、麦芽製造プロセスは、労働集約的作業であった。穀物は「麦芽製造床」に広げられ、頭上のスプリンクラーからの水を吸収させ、1〜2週間の間毎日手でかき混ぜて、閉じ込められた熱およびガスを放出する。幼芽の出現時には、デンプンは糖分に変換され、発芽した穀物はキルン乾燥され、粉砕されて麦芽を形成する。地ビール醸造所および蒸留酒製造所は、高品質の麦芽を生産するために依然としてこの昔ながらの麦芽製造技術を変形させたものを使用している。蒸留酒製造所によっては、ジベレリン酸(GA:gibberllic acid)を加えることによって均一に発芽するようにして、シングルモルトスコッチウイスキーを蒸留する際などの発酵に使用する、最高品質の麦芽を生産している。GAは植物ホルモンであり、発芽を調節する。このような品質の麦芽を生産するには、時間と費用がかかる。 The malt production process is the first step of fermenting the grains to produce distilled liquor. The quality of the malt (and the fermentation obtained from the malt) depends on whether the grain germinates simultaneously and efficiently. Starch stored in seeds is converted to sugar during the early stages of germination. At the time of emergence, germination is suspended and the converted sugar is used during fermentation for ethanol production. Historically, the malting process has been a labor intensive operation. The cereal is spread to a “malt floor” that absorbs water from overhead sprinklers and stirs manually every day for 1-2 weeks to release trapped heat and gas. At the emergence of shoots, starch is converted to sugar, and the germinated grains are kiln dried and crushed to form malt. Brew breweries and spirits breweries still use a variation of this traditional malting technology to produce high quality malt. Some distilleries produce the highest quality malt used for fermentation, such as when distilling single malt scotch whiskeys, with uniform germination by adding gibberlic acid (GA). Yes. GA is a plant hormone that regulates germination. Producing malt of such quality takes time and money.
標準的な植物の発芽
水分は、種子の発芽を助長する主要因である。種子は、加湿されることで発芽の準備を整えることができる。種子を完全に水中に浸し過ぎないように、注意しなければならない。水分が種子に浸透すると、種子は図1に示されるように膨張する。種皮が柔らかくなると、種子は潰れて実生苗が出現する。種子は通常、内部にある程度の量の養分を貯蔵している。水処理されると、この養分は、発芽を助長しながら実生苗に供給される。図2は、発芽してから十分生育するまでの植物の成長を示す。
Standard plant germination Moisture is a major factor in promoting seed germination. The seed can be moisturized to prepare for germination. Care must be taken not to immerse the seeds completely in the water. As moisture penetrates the seed, the seed expands as shown in FIG. When the seed coat becomes soft, the seeds are crushed and seedlings appear. Seeds usually store a certain amount of nutrients inside. When water-treated, this nutrient is supplied to seedlings while promoting germination. FIG. 2 shows plant growth from germination to full growth.
我々の周囲には、実に様々な樹木が存在していることがわかる。樹木は、生態系を維持し、常に環境をリフレッシュして、汚染されないようにする上で重要な役割を果たしている。小さな樹木または大きな樹木、植物または低木を見るにつけても、それらの成長およびライフサイクルに好奇心を抱くはずである。どのような植物であっても、そのライフサイクルは、複数の段階に分かれており、種子の発芽は、植物が成長を開始する基礎的な段階である。種子には生命がないと思われるかもしれないが、それは真実ではない。種子は、休眠した、胚状態の植物で構成される。好適な環境条件が得られるや、種子は発芽を開始する。このプロセスは、種子発芽の種々のステップを経て行われる。土中の不活性な種子を、植物に生育させるには、採暖、酸素および水分が必要である。 We can see that there are a variety of trees around us. Trees play an important role in maintaining ecosystems, constantly refreshing the environment and preventing pollution. Whether you are looking at small or large trees, plants or shrubs, you should be curious about their growth and life cycle. The life cycle of any plant is divided into multiple stages, and seed germination is the fundamental stage at which plants begin to grow. It may seem that seeds have no life, but that is not true. Seeds consist of dormant, embryonic plants. As soon as suitable environmental conditions are obtained, the seeds begin to germinate. This process takes place through various steps of seed germination. In order to grow inactive seeds in the soil to plants, warming, oxygen and moisture are required.
種子の構造
種皮は種子の外側の覆いであり、胚芽を、あらゆる損傷および寄生生物の侵入から保護し、胚芽が乾燥するのを防ぐ。種皮は、厚くて硬い場合もあるし、薄くて柔らかい場合もある。胚乳は、一時的に養分を供給するが、コチレドン(cotyledon)すなわち子葉の形態の胚芽の周囲を包み込んでいる。植物は、コチレドンの数によって単子葉植物と双子葉植物とに分類される。
Seed structure The seed coat is the outer covering of the seed that protects the germ from any damage and infestation of parasites and prevents the germ from drying out. The seed coat can be thick and hard, or it can be thin and soft. Endosperm provides nutrients temporarily, but wraps around the embryo in the form of cotyledon, the cotyledon. Plants are classified into monocotyledonous plants and dicotyledonous plants according to the number of clickiledons.
種子の発芽のための要件
どの種子も、発芽するには、適量の酸素、水分および適切な温度が必要である。種子によっては、適量の光がさらに必要である。十分な光が存在する状態でよく発芽する種子もあれば一方で、発芽の開始に暗環境が必要な種子もある。水分は代謝を活発にするために必要である。地中温度も、適切な発芽にとって同じくらい重要である。種子の最適な地中温度は、それぞれの種子によって様々である。
Requirements for seed germination Every seed needs the right amount of oxygen, moisture and the right temperature to germinate. Depending on the seed, an appropriate amount of light is also required. Some seeds germinate well in the presence of sufficient light, while other seeds require a dark environment to initiate germination. Water is necessary for active metabolism. Underground temperature is just as important for proper germination. The optimum underground temperature of seeds varies depending on each seed.
要因
発芽のプロセスに影響を与え得るいくつかの要因がある。水のやり過ぎは、植物の十分な量の酸素摂取を妨げる可能性がある。土中深くまで播種すると、土壌の表面に達する前に蓄積されたエネルギーを使い果たすことになる可能性がある。乾燥状態は、種子が十分な湿気を得られず、発芽を妨げる場合がある。種子によっては、種皮が非常に硬いので、酸素と水分が種皮を通り抜けることができないものもある。地中温度が極端に低いか、または高いと、発芽のプロセスに影響を及ぼすか、または阻害する可能性がある。
Factors There are several factors that can affect the germination process. Excessive water can interfere with the plant's intake of sufficient oxygen. Seeding deep into the soil can use up the energy stored before reaching the surface of the soil. The dry state may prevent seeds from obtaining sufficient moisture and hinder germination. For some seeds, the seed coat is so hard that oxygen and moisture cannot pass through the seed coat. Extremely low or high underground temperatures can affect or inhibit the germination process.
発芽にともなうステップ
1.種子が水分を吸収し、種皮が破れる。それは発芽の最初の現れである。酵素の活性化が行われ、呼吸が増加して植物細胞が複製される。植物胚芽の生育につながる一連の化学変化が開始される。
2.デンプンの形で貯蔵された化学エネルギーは糖分に変換され、発芽プロセスの際に使用される。間もなく、胚芽は大きくなり、種皮が破れて開く。
3.成長している植物が出現する。根の先端が最初に出現し、種子が適所に定着しやすくする。これにより胚芽は、ミネラルおよび水分を土壌から吸収することも可能になる。
4.種子によっては、発芽を開始するために温度、光または湿気の特別な処理が必要なものもある。
5.種子発芽の各ステップは、双子葉植物と単子葉植物で異なる場合がある。
Steps with germination Seeds absorb moisture and the seed coat is broken. It is the first manifestation of germination. Enzyme activation occurs, respiration increases, and plant cells are replicated. A series of chemical changes are initiated that lead to the growth of plant germ.
2. Chemical energy stored in the form of starch is converted to sugar and used during the germination process. Soon the germ grows and the seed coat tears open.
3. Growing plants appear. The tip of the root appears first, making it easier for the seed to settle in place. This also allows the germ to absorb minerals and moisture from the soil.
4). Some seeds require special treatment of temperature, light or moisture to initiate germination.
5. Each step of seed germination may be different for dicotyledonous and monocotyledonous plants.
双子葉植物の発芽
双子葉植物の発芽のプロセスの際に、種子を土中に埋めると、一次根が種皮を突き抜けて出現する。胚軸は、種皮から土壌を突き抜けて出現する。成長するにつれて、胚軸は、胚軸アーチとして知られる、ヘアピン状の形になる。上胚軸構造、幼芽は、2つのコチレドンによって、あらゆる機械的損傷から保護されている。胚軸アーチが土壌から出現すると、光に誘発されて真っ直ぐに伸びる。2つのコチレドンは間隔を広げて、2つの一次葉および頂端分裂組織を含む上胚軸を露出する。ほとんどの双子葉植物では、コチレドンは、生育する植物に貯蔵養分を供給するとともに、光合成プロセスによってさらに多量の養分を生産するように緑色に変化する。
Germination of dicotyledonous plants During the germination process of dicotyledonous plants, when the seeds are buried in the soil, primary roots appear through the seed coat. The hypocotyl emerges from the seed coat through the soil. As it grows, the hypocotyl becomes a hairpin-like shape known as the hypocotyl arch. The epicotyl structure, shoots, are protected from any mechanical damage by two clickidones. When the hypocotyl arch emerges from the soil, it grows straight when triggered by light. The two clickedones are spaced apart to expose the epicotyl that contains the two primary lobes and the apical meristem. In most dicotyledonous plants, Cochiredon supplies green nutrients to the growing plant and turns green to produce more nutrients through a photosynthesis process.
単子葉植物の発芽
オートムギまたはトウモロコシのようなイネ科植物の種子の発芽では、一次根は種子および果実から出現し、下方に成長する。その後、一次植物の一次葉が成長する。一次葉は、子葉鞘として知られる円柱状の中空構造によって保護されている。実生苗が土壌表面よりも上に成長すると、子葉鞘は成長を止め、一次葉が子葉鞘を突き抜ける。
Germination of monocotyledonous plants Germination of seeds of gramineous plants such as oats or corn, primary roots emerge from seeds and fruits and grow downward. Thereafter, the primary leaves of the primary plant grow. The primary leaves are protected by a cylindrical hollow structure known as the cotyledon sheath. When seedlings grow above the soil surface, the coleoptiles stop growing and the primary leaves penetrate the coleoptiles.
もちろん、土中の種子すべてが、幸運にも発芽するための適切な環境が得られるわけではない。ほとんどの種子は、乾燥して枯れやすく、植物になるまで生育することができない。ある程度の種子が、十分な量の水分、酸素および採暖を得て、種子の発芽が開始される。 Of course, not all the seeds in the soil are lucky enough to germinate. Most seeds are dry and easy to die and cannot grow until they become plants. Some seed gains a sufficient amount of moisture, oxygen and warming and seed germination begins.
気候変動および植物成長時間の短縮
気候変動は、世界的規模で作物の成長に利用可能な時間に影響を及ぼし、全体として成長のための条件がより一層厳しくなり、成長期間がさらに短くなる可能性があるので、種子の成長および最終的な植物生産を短縮、強化して短期間で収穫する必要があるのは明らかである。
Climate change and shortening of plant growth time Climate change affects the time available for growing crops on a global scale, and overall conditions for growth may become even more severe and growth periods may be even shorter Clearly, it is necessary to shorten and enhance seed growth and final plant production to harvest in a short time.
したがって、(1)水分および他の物質を吸収する種子の能力を強化する方法および、(2)植物の成長に必要な時間を短縮する方法に対する必要性が存在する。 Thus, there is a need for (1) methods to enhance seeds' ability to absorb moisture and other substances, and (2) methods to reduce the time required for plant growth.
種子の超音波処理
本発明は、種子の発芽速度および、超音波処理の結果として出現した植物の成長速度の両方を推進することを目的とした種子の処理を目指した、新規な超音波処理および沈着プロセスについて記載する。さらに本発明は、独自の超音波を使用して、種子の外殻に微小孔を付与することで、種子が湿気および栄養分を吸収する速度の向上を可能にする。種子殻構造に微小孔を生成することによって、処理された種子の、発芽速度をさらに速めることが可能になる。テストでは、従来の方法で生育された種子と比べて発芽時間の節約は、55%にもなる。
The present invention relates to a novel sonication aimed at the treatment of seeds aimed at promoting both the germination rate of seeds and the growth rate of plants that emerged as a result of sonication. Describe the deposition process. Furthermore, the present invention allows the speed at which the seed absorbs moisture and nutrients by providing micropores in the seed shell using unique ultrasound. By generating micropores in the seed shell structure, the germination rate of the treated seed can be further increased. In testing, germination time savings are 55% compared to seeds grown by conventional methods.
本発明はまた、物質を、特に、種子の生育特性を強化するのに役立つ物質を、引き続き種子に摂取させるための安定した記憶をさらに強化し、そのような生育特性を備えることは、種子から得られる植物にとっても、処理を行う目的で種子に水分を摂取させるうえでも有利な状態になる。生育特性は、正弦波超音波伝達を使用して伝送される超音波、または、ある超音波波形から別の超音波波形に、理想的な実施形態では、鋸波形から矩形波形に、交替する交互の超音波伝達を用いて伝送される超音波のどちらかを使用することによって強化される。 The present invention also further enhances stable memory for subsequent ingestion of substances, particularly substances useful for enhancing the growth characteristics of seeds, with the provision of such growth characteristics from the seeds. For the plant to be obtained, the seeds are also advantageous for ingesting moisture for the purpose of treatment. The growth characteristics are ultrasonic waves transmitted using sinusoidal ultrasonic transmission, or alternating from one ultrasonic waveform to another, and in an ideal embodiment from a sawtooth waveform to a rectangular waveform. Is enhanced by using either ultrasound transmitted with ultrasound transmission.
本発明の適用のさらなる例示として、この方法は、図1に見られるように、超音波に基づく処理システムを使用して種子の殻の外殻層を柔らかくして、種子殻自体を割れ易くして、種子の外殻層を除去または貫通するのに適用可能であることが予想される。これは、種子の発芽、すなわち種子の萌芽する能力を促進する効果がある。本明細書で実証されるように、本発明の超音波処理および沈着プロセスによって、種子自体の水溶液の摂取を加速することで発芽に必要な時間は劇的に短縮されることなる。 As a further illustration of the application of the present invention, the method, as seen in FIG. 1, uses an ultrasonic based treatment system to soften the shell layer of the seed shell and make the seed shell itself susceptible to cracking. Thus, it is expected to be applicable to remove or penetrate the seed shell layer. This has the effect of promoting seed germination, ie, the ability of seeds to germinate. As demonstrated herein, the sonication and deposition process of the present invention dramatically reduces the time required for germination by accelerating the uptake of an aqueous solution of the seed itself.
このプロセスの生化学は、水分が種皮を通って種子の内部に沈着されることから始まる。トウモロコシの種子を例として使用する。水分は、ジベレリン酸(GA)すなわち植物ホルモンとして知られている化学物質を放出するように体細胞胚と反応する。GAは、種子全体にわたって伝達され、内胚乳を包む糊粉層に到達する。糊粉層1では、GAは、核DNA中のある特定の遺伝子を活性化させるように作用する。遺伝子は転写され、その結果メッセンジャーRNAが生成される。このメッセンジャーRNAは、リボソームと相互に作用して、タンパク質合成すなわち翻訳プロセスを開始する。その結果、アミラーゼと呼ばれるタンパク質が生成される。アミラーゼは、糊粉細胞から、内胚乳へと伝達される。アミラーゼは、デンプンを糖分に加水分解するための触媒として作用する酵素である。 The biochemistry of this process begins with moisture being deposited through the seed coat and into the seed. Corn seed is used as an example. Moisture reacts with somatic embryos to release gibberellic acid (GA), a chemical known as a plant hormone. GA is transmitted throughout the seed and reaches the glue layer that wraps the endosperm. In the paste layer 1, GA acts to activate a specific gene in the nuclear DNA. The gene is transcribed, resulting in messenger RNA. This messenger RNA interacts with the ribosome to initiate the protein synthesis or translation process. As a result, a protein called amylase is produced. Amylase is transmitted from the paste cells to the endosperm. Amylase is an enzyme that acts as a catalyst to hydrolyze starch into sugars.
図2は、発芽した種子から成熟した植物までの標準的な成長範囲を示す。本発明は、超音波伝達を種子に加えることによって、植物の成熟に要する時間を短縮し、したがって特定の作物の収穫に要する時間も短縮することを目標とする。 FIG. 2 shows a typical growth range from germinated seeds to mature plants. The present invention aims to reduce the time required for plant maturation by adding ultrasonic transmission to the seed, and thus also the time required for harvesting a particular crop.
本発明の超音波処理および沈着プロセスは、特に、トウモロコシ、大麦および大豆、小麦、トマトなどの重要な農業種子および、その他の、そのような種子を液体培地で、好ましくは水中で超音波処理することによって得られる作物を対象としている。ここでもまた、当業者であれば、本発明を、その意図する範囲から逸脱することなく、他の種類の種子に適用可能であることを理解するであろう。超音波処理は、約15kHz〜1750kHzの、好ましくは約20kHz〜175kHzの、最適には23kHz付近の、超音波周波数で音波を当てて行われる。メガヘルツ範囲の比較的高い超音波周波数を当てることも可能であるが、種子が損傷するおそれがある。発芽速度を速めるための強度または出力は、種子によって変えることができる。以下の実験では、ちょうど0,5ワットのエネルギーを使用したが、0,125mW/sq.cmから10ワット/sq.cmくらいまでの範囲もあり得るであろう。 The sonication and deposition process of the present invention, in particular, sonicates important agricultural seeds such as corn, barley and soybeans, wheat, tomatoes, and other such seeds in a liquid medium, preferably in water. It is intended for crops obtained by this. Again, those skilled in the art will appreciate that the present invention is applicable to other types of seeds without departing from its intended scope. Sonication is performed by applying sound waves at an ultrasonic frequency of about 15 kHz to 1750 kHz, preferably about 20 kHz to 175 kHz, optimally around 23 kHz. Although it is possible to apply relatively high ultrasonic frequencies in the megahertz range, seeds can be damaged. The intensity or power to increase the germination rate can vary from seed to seed. In the following experiment, just 0.5 watts of energy was used, but 0,125 mW / sq. cm to 10 Watts / sq. There could be a range of up to cm.
超音波エネルギーは、液体培地に浸された音響トランスデューサによって、液体と種子との混合物に加えられる。本発明の主題のメカニズムに関して、いかなる特定の理論によっても縛られることを望まないが、現在、音響エネルギーは、液体分子の揺動によって、液体を通して伝搬方向に搬送されると考えられている。これにより、断熱圧縮および断熱減圧が交互に発生し、これに対応して、密度および温度が増減する。液体中の圧力の周期的な減少が、減圧相期間に十分に大きくなると、液体の凝集力を上回る場合があり、その時に、小空洞がキャビテーションプロセスによって形成される。これらの小空洞は、その後急速に崩壊して、局部温度が摂氏数百度以上に達する、極めて振幅の大きい衝撃波を生じる。空洞の崩壊はまた、音ルミネセンスとして知られる作用を引き起こしながら、崩壊後ただちに放電を起こすことで知られる。 Ultrasonic energy is applied to the liquid and seed mixture by an acoustic transducer immersed in the liquid medium. While not wishing to be bound by any particular theory with respect to the mechanism of the subject matter of the present invention, it is currently believed that acoustic energy is transported through the liquid in the direction of propagation by the rocking of the liquid molecules. Thereby, adiabatic compression and adiabatic decompression occur alternately, and the density and temperature increase or decrease correspondingly. If the periodic decrease in pressure in the liquid becomes large enough during the decompression phase, it may exceed the cohesive strength of the liquid, at which time small cavities are formed by the cavitation process. These small cavities then collapse rapidly, producing extremely high amplitude shock waves with local temperatures reaching several hundred degrees Celsius or higher. Cavity collapse is also known to cause a discharge immediately after collapse, causing what is known as sonoluminescence.
プロセスにとって重要なのは、超音波が、超音波処理の際に種子の表面全体に到達するように、液体の担体またはスラリー内の種子を回転させることである。 What is important for the process is to rotate the seed in a liquid carrier or slurry so that the ultrasound reaches the entire surface of the seed during sonication.
図3および図4は、キャビテーションのプロセスを説明している。キャビテーションの作用は、液体中に様々なガスを導入することによって大幅に増強される。1930年代の初めに、FrenzelとSchultesは、高周波音にさらされた水中に写真乾板を沈めると、露光やかぶりが生じることに気付いた。この観察は、音波または音ルミネセンスによる光の放射について最初に記録されたものである。この現象の物理的な過程は、よくわかっていない。 3 and 4 illustrate the cavitation process. The action of cavitation is greatly enhanced by introducing various gases into the liquid. In the early 1930s, Frenzel and Schultes realized that exposure and fogging occurred when a photographic plate was submerged in water exposed to high frequency sound. This observation was first recorded for the emission of light by sound waves or sonoluminescence. The physical process of this phenomenon is not well understood.
本発明に関しては、ガス抜きされた蒸留水は、キャビテーションが生じる前に、約1〜10ワット/cm2のレベルのエネルギー密度が必要である。希ガスで、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンまたはラドンのうちの1つ以上の不活性ガスで水を飽和することによって、はるかに低いエネルギー密度レベルでキャビテーション作用が見られ、1〜10ワット/cm2台のエネルギー密度レベルでは、キャビテーション作用は、大幅に増強される。この作用は、微細気泡の生成に起因すると考えられ、この微細気泡は、音響エネルギーを加えると、さらに容易に小空洞を形成する。さらに、飽和ガスが存在する状態における空洞は、空洞が崩壊すると、脱気水を用いて得られるよりも振幅の大きい衝撃波を発生すると考えられる。特に、水道水をアルゴンガス、ヘリウムガス、または、アルゴンガスおよびヘリウムガスで飽和させると、全体として、さらに劇的な摂取が見られると考えられており、そのような作用は、各実験において再現可能であった。飽和するガスが窒素であった他の実験でも、作用の増強が示されたが、アルゴンを用いた場合ほどの作用の増強は表れていない。しかしながら、水道水および煮沸した二重蒸留水を用いて行ったいくつかの実験でも、満足な結果が生じた。 In the context of the present invention, degassed distilled water requires an energy density of a level of about 1-10 watts / cm 2 before cavitation occurs. Saturating water with one or more inert gases, such as helium, neon, argon, krypton, xenon or radon, with noble gases has seen cavitation effects at much lower energy density levels. At energy density levels of 2 Watts / cm 2 , the cavitation effect is greatly enhanced. This action is considered to be caused by the generation of microbubbles, and these microbubbles easily form a small cavity when acoustic energy is applied. Furthermore, the cavity in the presence of saturated gas is considered to generate a shock wave having a larger amplitude than that obtained using deaerated water when the cavity collapses. In particular, it is believed that when tap water is saturated with argon gas, helium gas, or argon gas and helium gas, the intake is more dramatic overall, and such effects are reproduced in each experiment. It was possible. Other experiments where the saturating gas was nitrogen also showed enhanced effects, but not as potent as using argon. However, several experiments performed with tap water and boiled double distilled water also produced satisfactory results.
キャビテーションは機械的応力の結果生じるので、超音波処理は、種皮処理に似た、種皮の果皮に亀裂を生じさせるか、または亀裂を拡大させる可能性がある。この種皮処理は、周知のプロセスであり、この処理によって、ある種の種子、特に厚い種皮を有する種子が発芽できるようになる。種皮処理は、果皮を通過する水分の沈着を加速すると考えられる。種皮処理だけでは、本明細書に開示された新規な作用を説明できる可能性は低い。なぜなら、走査型電子顕微鏡写真では、処理された種子の亀裂数の増加は示唆されていないが、果皮の質感変化が確かに示されているからである。超音波処理プロセスが、水分の沈着を加速することが発見されている。キャビテーションは、発芽プロセスをプライミングする種子中の生理学的変化または生化学的変化によってもまた生じる。これにより、種子が植栽条件にさらされると、種子が発芽を開始するための時間、すなわち幼根が果皮を押し破って出現する時まで測定される時間が短くなるようにする。生理学的変化または生化学的変化を引き起こすために提案される1つのメカニズムが、キャビテーションによる遊離基の生成である。 Since cavitation occurs as a result of mechanical stress, sonication can cause cracks in the pericarp of seed coats, or can spread cracks, similar to seed coat treatments. This seed coat treatment is a well-known process, which allows certain seeds, especially seeds with a thick seed coat, to germinate. Seed coat treatment is thought to accelerate the deposition of moisture through the pericarp. It is unlikely that seed coat treatment alone can explain the novel effects disclosed herein. This is because scanning electron micrographs do not suggest an increase in the number of cracks in the treated seeds, but do show a change in the texture of the skin. It has been discovered that the sonication process accelerates moisture deposition. Cavitation also occurs due to physiological or biochemical changes in the seed that prime the germination process. Thus, when the seed is exposed to planting conditions, the time for the seed to start germination, that is, the time measured until the radicle emerges by pushing through the pericarp is shortened. One mechanism that has been proposed to cause physiological or biochemical changes is the generation of free radicals by cavitation.
米国特許第5,950,362号明細書、第6,195,936号明細書、第6,250,011号明細書および第6,452,609号明細書を参照する。これらは、ある特定の植え付け用種子の発芽の増加を生じさせるために、ガスをキャビテーション力と組み合わせて使用することについて議論している。これらの参照文献では、キャビテーション力に依存して種子殻に種皮処理効果を生じさせている。しかしながら、これらの文献はいずれも、正弦音波処理によって生じる従来の超音波は、表面を極端に熱くするおそれがあり、そのため図14に見られるような種子殻の融解を引き起こすおそれがあるという事実に着目していない。なお図14では、小麦種子に、5分間正弦超音波処理が施されている。そのような処理は、図3および図4で説明されるキャビテーション力を付与することができる。これにより、種子表面に内破の、非常に高温のキャビテーション力が生成され、種子殻の融解を引き起こすので、発芽の増加または迅速化は、まったく起こらないか、せいぜいまばらに起こる程度である。上記の参照文献はいずれも、殻全体が超音波処理にさらされるように、種子を超音波伝達フィールド内で回転させる必要があることに言及していない。そのような完全な超音波処理がなければ、種子の超音波処理は不完全であることが判明しており、したがって、適切に発芽しない。さらに、本発明は、発芽期間を速める目的で種子を処理するための正弦超音波波形または交互超音波波形のいずれかの使用を開示している。先行技術では、種子を処理するために交互超音波波形を使用することは考慮に入れていない。交互超音波波形を使用すると、キャビテーションは最小限に抑えられる可能性があるが、超音波処理の物理的な力によって、処理された種子の発芽が実際に速められる。同様に先行技術では、回転している標的種子に対する正弦超音波の照射は依然として、キャビテーションまたは種子殻の焼損を最小限に抑えるように使用することが可能であり、依然として処理された種子の発芽を速めることが開示されていない。 Reference is made to US Pat. Nos. 5,950,362, 6,195,936, 6,250,011, and 6,452,609. They discuss the use of gas in combination with cavitation forces to cause increased germination of certain planting seeds. In these references, a seed coat treatment effect is produced on the seed shell depending on the cavitation force. However, both of these documents are due to the fact that conventional ultrasound generated by sinusoidal sonication can cause the surface to become extremely hot and thus cause seed shell melting as seen in FIG. Not paying attention. In FIG. 14, the wheat seed is subjected to sine ultrasonic treatment for 5 minutes. Such processing can apply the cavitation force described in FIGS. 3 and 4. This creates a very hot cavitation force on the seed surface, causing melting of the seed shell, so that an increase or speeding up of germination does not occur at all or only at most. None of the above references mentions that the seeds need to be rotated in the ultrasonic transmission field so that the entire shell is exposed to sonication. Without such complete sonication, seed sonication has been found to be incomplete and therefore does not germinate properly. In addition, the present invention discloses the use of either sinusoidal or alternating ultrasonic waveforms to treat seed for the purpose of increasing the germination period. The prior art does not take into account the use of alternating ultrasound waveforms to treat seeds. Using alternating ultrasound waveforms may minimize cavitation, but the physical power of sonication actually speeds germination of the treated seed. Similarly, in the prior art, sinusoidal irradiation of rotating target seeds can still be used to minimize cavitation or seed shell burnout and still allow germination of treated seeds. It is not disclosed to speed up.
本発明は、超音波処理および沈着プロセスによって、有益な生育特性を備える物質の摂取が強化されたことに対する記憶を種子に与えることを目的とする。 The present invention aims to provide seeds with a memory that the sonication and deposition process has enhanced the intake of substances with beneficial growth characteristics.
本発明は、超音波処理および沈着プロセスによって、種子の発芽に要する時間を短縮し、したがって、種子から得られる植物の成熟を促進するさらなる手段を種子に与えることを目的とする。 The present invention aims to reduce the time required for seed germination by sonication and deposition processes, thus providing the seed with further means to promote the maturation of plants derived from the seed.
本発明のこれらの目的および他の目的は、本明細書、関連する図面および添付の特許請求の範囲を読み、理解すれば、当業者には明らかになるであろう。 These and other objects of the invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading and understanding the present specification, the associated drawings and the appended claims.
本発明は、水分および/または有益な他の物質を、種子に摂取させるための超音波処理および沈着プロセスから構成される。処理される種子は、水または他の液体に浸漬される。種子は、15kHz〜30kHzの周波数で約1〜15分間、音響エネルギーにさらされる。本発明は、キャビテーション超音波、および交互波形超音波の両者を使用して、様々な種子を処理して、種子の発芽速度を高め、したがって、植物が成熟するまで成長するのに要する時間を短縮することが可能であるという発見である。 The present invention consists of a sonication and deposition process for feeding seeds with moisture and / or other beneficial substances. The seed to be treated is immersed in water or other liquid. The seed is exposed to acoustic energy at a frequency of 15 kHz to 30 kHz for about 1 to 15 minutes. The present invention uses both cavitation ultrasound and alternating waveform ultrasound to treat various seeds to increase seed germination rates and thus reduce the time required for plants to grow to maturity. It is a discovery that it is possible to do.
キャビテーション超音波
正弦超音波エネルギーは、液体培地中の微細気泡、特に種子の表面で崩壊する気泡の断熱崩壊によってキャビテーション力を発生させる。超音波キャビテーション力は、水分および/または、種子および/または植物に有益な他の物質を、種子が吸収するための安定した記憶をさらに強化する。超音波で処理された種子は、乾燥、貯蔵されて、その後、種子または種子から得られる植物の生育特性を強化する物質を吸収させることができる。発芽後は、植物は強化された生育特性を維持する。
Cavitation Ultrasound Sinusoidal ultrasonic energy generates cavitation forces by adiabatic collapse of microbubbles in a liquid medium, particularly bubbles that collapse on the seed surface. The ultrasonic cavitation force further enhances the stable memory for the seed to absorb moisture and / or other substances beneficial to the seed and / or plant. The ultrasonically treated seed can be dried, stored, and then absorbed with substances that enhance the growth characteristics of the seed or plant derived from the seed. After germination, the plant maintains enhanced growth characteristics.
交互超音波伝達
好ましい実施形態では、伝達の第1の部分が50ミリ秒間続く鋸波形であり、その後に50ミリ秒間続く矩形波形が交互に入れ替わる超音波伝達であるが、交互音波波形の他の変形を使用することも可能である。交互超音波伝達は、超音波エネルギーを加え、種子の発芽を迅速化する作用によって、正弦キャビテーション超音波エネルギーを使用するよりも、さらに効率よく種子の発芽を発生させる。図5は、開始時の波形が、何ミリ秒も経過した後に励起されて、まったく新たな波形に変換することにより、キャビテーションを回避する、交互超音波波形法の実例を示す。
Alternate ultrasonic transmission In a preferred embodiment, the first part of the transmission is a sawtooth waveform lasting 50 milliseconds followed by an alternating ultrasonic wave of rectangular waveforms lasting 50 milliseconds, Variations can also be used. Alternate ultrasonic transmission generates seed germination more efficiently than using sinusoidal cavitation ultrasonic energy by the action of adding ultrasonic energy and speeding seed germination. FIG. 5 shows an example of an alternating ultrasonic waveform method that avoids cavitation by exciting the starting waveform after many milliseconds and converting it to a completely new waveform.
本発明のメカニズム
超音波伝達を発生させるための2つの異なる手法がある。すなわち、(1)図3および図4に見られるような、キャビテーションのプロセスによって対象物に熱を与える従来の正弦超音波および(2)図5に見られるような、キャビテーション熱エネルギーをほとんど、またはまったく搬送しない交互超音波波形システムである。
Mechanisms of the Invention There are two different approaches for generating ultrasonic transmission. That is, (1) conventional sinusoidal ultrasound that heats the object through the cavitation process, as seen in FIGS. 3 and 4, and (2) little or no cavitation heat energy, as seen in FIG. It is an alternating ultrasonic waveform system that does not convey at all.
図3に、対象物に内破衝撃波を与えて対象物の表面に非常に強い瞬間的なホットスポットを形成する、典型的な正弦超音波伝達を示す。図4は、キャビテーションが起こると内破して、再び非常に高温の熱を発生する泡を、液体内で頻繁に形成する典型的な正弦超音波伝達を示す。種子の処理では、典型的な正弦超音波伝達を使用すると、図14に図示されるような種子殻の損傷を引き起こすおそれがある。図14は、5分間さらされた後に、小麦種子が被った損傷を実証するものである。図14は、種子が、種子殻表面の良好な部分が文字通り溶けてしまったことを示す。このようなキャビテーション作用が及ぼされた種子は、まったく発芽しない。 FIG. 3 shows a typical sinusoidal ultrasonic transmission in which an implosion shock wave is applied to the object to form a very strong instantaneous hot spot on the surface of the object. FIG. 4 shows a typical sinusoidal transmission that frequently forms bubbles in the liquid that implode when cavitation occurs and again generate very hot heat. In seed processing, the use of typical sinusoidal ultrasonic transmission can cause seed shell damage as illustrated in FIG. FIG. 14 demonstrates the damage that the wheat seed suffered after being exposed for 5 minutes. FIG. 14 shows that the seed has literally melted the good part of the seed shell surface. Seeds with such a cavitation action do not germinate at all.
もしも種子を超音波伝達の際に回転させていたならば、典型的な正弦超音波伝達を上手く用いることができていたであろう。そして処理された種子に対する正弦超音波による損傷の影響は、最小限に抑えられていたであろう。 If the seed was rotated during ultrasonic transmission, typical sinusoidal ultrasonic transmission could have been successfully used. And the impact of sinusoidal damage on the treated seed would have been minimized.
図12は、手を加えていない、未処理の状態の小麦種子の顕微鏡写真である。種子の外殻が無傷で、比較的滑らかなままであることに留意されたい。さらに図14では、その同じ試料が、5分間の典型的な正弦超音波伝達の後に溶融、融解して、機能しない種子材料になっている。 FIG. 12 is a photomicrograph of an untreated wheat seed that has not been modified. Note that the seed shell remains intact and relatively smooth. Further, in FIG. 14, the same sample is melted and melted after 5 minutes of typical sinusoidal transmission to become a non-functional seed material.
図13では、交互波形法(図5)を使用することにより、写真ではっきりと目に見える微小孔が種子殻中に生じている。本出願人は、これらの微穿孔によって種子は、手を加えていない種子よりもはるかに速い速度で水分および栄養分を吸収することができるので、種子の発芽が速められ、これにより植物が完全に成長するのに要する時間が短縮されると理論的に想定している。本出願人はさらに、図5に示される交互波形超音波伝達が、標的種子に送達されると、次の2つの主な機能を行うと理論的に想定している。すなわち、
1)鋸波形は、種子殻表面に水平の物理的な力を及ぼすと考えられる。この水平の物理的な力は種子内に応力を生成して、その孔を広げる。
2)孔が広げられると、矩形波形が、広げられた孔に対して激突する力を働かせる。必然的に矩形波は、開かれた孔に栄養分を押し込む。それらの栄養分は、水分の担体またはスラリー内の水分または肥料化合物となり得る。
In FIG. 13, by using the alternating waveform method (FIG. 5), micropores clearly visible in the photograph are generated in the seed shell. Applicants have found that these micro-perforations allow seeds to absorb moisture and nutrients at a much faster rate than untouched seeds, thus speeding seed germination, which makes the plant completely It is theoretically assumed that the time required for growth will be shortened. Applicants further theoretically assume that the alternating waveform ultrasound transmission shown in FIG. 5 performs the following two main functions when delivered to the target seed: That is,
1) The sawtooth waveform is considered to exert a horizontal physical force on the seed shell surface. This horizontal physical force creates stress in the seed and widens the hole.
2) When the hole is widened, the rectangular corrugation exerts a crushing force against the widened hole. Inevitably the square wave pushes nutrients into the open holes. These nutrients can be moisture carriers or fertilizer compounds in a moisture carrier or slurry.
交互波形は、個々の波形作用の任意のタイミングで用いられる、時間要素に関して可変の超音波デューティサイクルを使用する。一例としては、以下の通りである。
Alternating waveforms use a variable ultrasonic duty cycle with respect to time elements, which are used at any timing of individual waveform effects. An example is as follows.
実験システムに関する説明
図6は、以下に列挙された実験において使用される実験システムを示す。図6では、超音波ホーン35は、種子および水40からなる溶液が入ったビーカー30に配置される。超音波トランスデューサホーン35の先端部34は、先端部34が液体に完全に浸されるように、スラリー40に配置される。ビーカー30の底には、磁気撹拌棒32が配置され、磁気撹拌棒32は、磁気撹拌器31から発せられた電磁力によって回転させられ、磁気撹拌器31の上にはビーカーおよび装置が配置される。出力は超音波発生器37からケーブル36を通って超音波ホーン35に送られる。超音波発生装置のコントローラ33を、ある一定範囲の超音波が、スラリー内の種子40に送られるように、以下のように設定した。
超音波周波数 20kHz
ホーン出力時の強度 0,5W/sq.cm
波形の動態 50ミリ秒 鋸波形/50ミリ秒 矩形波形
Description of Experimental System FIG. 6 shows the experimental system used in the experiments listed below. In FIG. 6, the
Ultrasonic frequency 20kHz
Strength at horn output 0.5 W / sq. cm
超音波処理後に、種子を乾燥させ、次に、水を浸み込ませたフィルタパッド、または場合によっては含水土に配置して、発芽を起こさせる。発芽中の温度を変えて、様々な温度における発芽に対する処理の効果を分析した。種々の実験で観察された測定には、一次根が出現する時期、二次根が出現する時期、子葉鞘が出現するまでに要する時間、根の長さおよび重量、根の面積、根の推定体積、子葉鞘の長さおよび重量、および水分の摂取などが含まれる。テストした種子は、第一世代(F1)ハイブリッド種子トウモロコシであった。 After sonication, the seeds are dried and then placed in a filter pad soaked in water, or in some cases hydrous soil, to germinate. The effect of treatment on germination at various temperatures was analyzed by changing the temperature during germination. Measurements observed in various experiments include the time when primary roots appear, the time when secondary roots appear, the time required for the emergence of coleoptiles, the length and weight of roots, the area of roots, and the estimation of roots This includes volume, coleoptile sheath length and weight, and water intake. The seeds tested were first generation (F 1 ) hybrid seed corn.
連続的装置
超音波フローセル装置
図7および図8は、商業的規模のプロセスで使用することも可能な、プロセスを示す。図7では、種子が液体培地40に散布されている。超音波ホーントランスデューサ64は、超音波の先端部63が種子スラリー40の流体の流れの中に直接配置されるように、ハウジング60に嵌合する。種子スラリー40は、先端部63の周囲の流れを狭める漏斗61を通ってハウジングに入っていく。先端部からの超音波62は、先端部の前を通過するときに、種子スラリー40の方向に向けられる。最終的に、超音波処理された種子スラリー40は、先端部63の周囲を回って、流出口65から送り出される。このように、種子スラリー40の流れを超音波ホーン64の超音波放射先端部63を横切る方向に向けることにより、種子スラリー40の連続的な流れを超音波処理することが可能である。
Continuous Device Ultrasonic Flow Cell Device FIGS. 7 and 8 illustrate a process that can also be used in a commercial scale process. In FIG. 7, seeds are sprayed on the
先端部63は、液体培地に浸っていなければならない。トランスデューサは、超音波振動発生装置に接続される。このフローセルシステムの好ましい実施形態では、音響トランスデューサホーン64は、Sonics and Materials,Inc.から市販されている圧電セラミックトランスデューサVCX600型である。別のトランスデューサを代わりに使用してもよい。磁歪トランスデューサは、液体培地に、さらに高いレベルの音響エネルギーを送達することができるので、さらに高い音響密度が所望される場合、例えば大量の種子が超音波処理される場合には、好ましい場合がある。振動発生装置9Eは、Hewlett Packardから市販されている33120Q型で、トランスデューサホーンに適合する。振動発生装置9Eは、15kHz〜30kHzの範囲の発振周波数を有し、音響トランスデューサホーンに0〜500ワットを供給することができる。本明細書に記載された実験では、出力密度は1cm2当たり30ワットから1cm2当たり80ワットの間であった。ただし音響トランスデューサ64が定格効率である場合には、ハウジング60内にさらに高い出力密度を達成することができる。通常この装置が、図3および図4に見られるような、キャビテーション作用を与え得る正弦超音波波形を生じさせることになる。キャビテーションは、種子内に孔を生成または開孔して、処理された種子に湿気が浸透するのを可能にすると考えられる。
The tip 63 must be immersed in the liquid medium. The transducer is connected to an ultrasonic vibration generator. In the preferred embodiment of this flow cell system, the acoustic transducer horn 64 is manufactured by Sonics and Materials, Inc. Piezoelectric ceramic transducer VCX600 type commercially available from Another transducer may be used instead. Magnetostrictive transducers can deliver higher levels of acoustic energy to the liquid medium and may be preferred when higher acoustic densities are desired, for example, when large amounts of seed are sonicated. . The vibration generator 9E is a 33120Q type commercially available from Hewlett Packard, and is suitable for a transducer horn. The vibration generator 9E has an oscillation frequency in the range of 15 kHz to 30 kHz and can supply 0 to 500 watts to the acoustic transducer horn. In the experiments described herein, the power density was between 1
一般に、水中重量30%まで種子を加え、種子スラリーを生成する。この種子スラリーはその後、フローセルに加えられる。水溶液は、水道水、または超音波処理されている種子の賦活剤としての栄養液で強化された水とすることができる。窒素系の溶液または肥料をベースにした溶液が、液体媒体として考えられる。フローセルへの流入時に、撹拌機を用いてスラリー内の種子を超音波伝達の際に回転させてもよい。種子混合物40は、超音波プロセッサによる処理を一度だけ行うことができる。もしくは、プロセッサによる処理を二度以上繰り返すことにより複数回処理されてもよい。処理が済むと、種子スラリーは、液体を除去して乾燥種子製品を生産するために、フィルタ/ドライヤーに運搬される。
In general, seed is added to a weight of 30% in water to produce a seed slurry. This seed slurry is then added to the flow cell. The aqueous solution can be tap water or water enriched with a nutrient solution as an activator of the sonicated seed. Nitrogen-based solutions or solutions based on fertilizers are conceivable as liquid media. When flowing into the flow cell, the seeds in the slurry may be rotated during ultrasonic transmission using a stirrer. The
連続的超音波流通管−図8
連続的な超音波処理システムを提供するために、図8に示すような超音波流通管71を含んだ装置を使用してもよい。このシステムでは、種子スラリー40は、トランスデューサが並べられた管に通される。トランスデューサから流通管の全長にわたって発せられる超音波が、流通管の全長を通過するときに、種子を処理する。種子は、連続的に流通管に通される。
Continuous ultrasonic flow tube-Fig. 8
In order to provide a continuous sonication system, an apparatus including an
図8の流通管71は、超音波トランスデューサ70が並べられている。流通管71内には、一連のバッフル75が配置され、流通管70内に乱気流が挿入されることになる。種子スラリー40は、一方の端部で流通管に入り、種子40がバッフル75を混転しながら横断するときに超音波処理72が施され、最終的には出て行く。乱気流による混転作用は、超音波信号72の下でスラリー内の種子73を回転させる。処理された種子74は、流出位置で流通管を出て行く。連続的手法では、種子40は、超音波処理72の際に、種子40が流通管71を横断するときに、流通管71を通って移動および混転73を行いながら、流入口および流出口に送達されることを意図される。このシステムは、超音波フローセルとも呼ばれる。
In the
図9では、手を加えていない、未処理の種子40がホッパーを介して超音波フローセル71の中へと送達されるのが示されている。手を加えていない、未処理の種子40は、ホッパータンク42中の水または栄養液41と混じり合う。フローセル71を出ると、処理された種子スラリー74は、フィルタ80に送達され、水またはスラリーが濾過されて、超音波処理された濡れた種子74が後に残される。そこから、濡れた種子74は、コンベアヒーター81に送達され、コンベアヒーター81は、処理された種子74に残存している湿気を取り払い、包装するために、最終乾燥産物である超音波処理された種子76を製造する。
In FIG. 9, untouched,
トランスデューサ設計
図10および図11は、流通管(図8の符号71)の長さに沿って設置された超音波流通管で使用するのに適したトランスデューサ装置(図8の符号70)の設計を示す。
Transducer Design FIGS. 10 and 11 show the design of a transducer device (70 in FIG. 8) suitable for use with an ultrasonic flow pipe installed along the length of the flow pipe (71 in FIG. 8). Show.
図10では、トランスデューサディスク93のアレイが伝導性のエポキシ樹脂94を使用してステンレス鋼フェースプレート95に接続されている。トランスデューサディスク93は、図11で見られるようなトランスデューサ96のアレイに整列された1〜4個のトランスデューサ素子とすることができる。反射ブロック91は、超音波エネルギーを前方に集中させて、ある波形から別の波形へと交互に入れ替わる、交互超音波作用を生じさせる。図10のトランスデューサは、ナイロンまたはプラスチック部分でできた背面片またはブロック91を備えるトランスデューサ組立体93から構成される。ワイヤ92をブロック91に下まで通して、一般にステンレス鋼ディスクである金属製のフェースプレート95に通して、さらにアレイ93の圧電性または磁歪トランスデューサディスクの上部へと通す。図10の図では、そのような2つのディスクが、伝導性のエポキシ樹脂94を使用してフェースプレート6Gに付着されているのが示されている。フォームラバーの薄片またはガスケット片が、ブロック91の内部の縁に配置され、組立体全体が、エポキシ樹脂を使用して、完成した組立体として示されるような、最終形態に密封される。
In FIG. 10, an array of
図11には、4つのトランスデューサディスク93−1、2、3および4で構成されたトランスデューサディスクアレイ06が、再び伝導性のエポキシ樹脂を使用して、フェースプレート95に付着されているのが示されている。
FIG. 11 shows that a transducer disk array 06 composed of four transducer disks 93-1, 2, 3, and 4 is again attached to the
図10および図11に示されるトランスデューサアレイが、図5に示されるような交互超音波伝達を生じさせることになる。好ましい波形の組み合わせは、鋸波形超音波伝達に矩形波形超音波伝達が後続する。個々の波形の時間を任意に変えて、どちらか一方の波形作用を生じさせることができる。交互超音波信号は、種子の表皮に及ぼされるキャビテーション作用を最小限に抑えて、種子殻に対する損傷を回避しつつも、水分の摂取を促進するように意図される。 The transducer array shown in FIGS. 10 and 11 will produce alternating ultrasonic transmission as shown in FIG. A preferred waveform combination is sawtooth ultrasonic transmission followed by rectangular waveform ultrasonic transmission. The time of each waveform can be varied arbitrarily to produce either waveform action. The alternating ultrasound signal is intended to promote moisture intake while minimizing cavitation effects on the seed epidermis and avoiding damage to the seed shell.
実験
本発明の方法の有効性を実証するために、一連の実験が実施された。実験は、図6に示される実験装置を使用して行なわれた。小麦、ニンジン、トウモロコシおよびトマトの、4つの異なる作物種子を試験した。各作物は、図6に示されるような装置を使用して、同一の超音波設定で超音波処理された。各実験は、図5に図示されるような、交互超音波システムを使用した。
Experiments A series of experiments were performed to demonstrate the effectiveness of the method of the present invention. The experiment was performed using the experimental apparatus shown in FIG. Four different crop seeds were tested: wheat, carrot, corn and tomato. Each crop was sonicated with the same sonication settings using an apparatus as shown in FIG. Each experiment used an alternating ultrasound system, as illustrated in FIG.
各実験の超音波設定は以下の通りであった。
The ultrasonic settings for each experiment were as follows.
種子スラリーは、種子30%、水道水70%の構成で、種子を周囲温度で、生育させた。実験直前に種子をビーカーの水に加え、様々な照射時間で超音波処理された。
照射時間 単位:分
0
5
10
15
20
試料を各照射時間処理して、ブフナー漏斗を使用して濾過し、続いて一晩中空気乾燥させておいた。その後、種子をそれぞれ、その種子に推奨される深さで、鉢植え用の土で満たされた別個の水槽に入れた。例えば、小麦は土中1,5インチの深さが推奨されていたが、ニンジンは7,5インチの深さであった。その後水槽を、日光が水槽に到達するように、窓台に配置したが、培養期間中に、水槽が外部要素にさらされることはなかった。
The seed slurry was composed of 30% seeds and 70% tap water, and the seeds were grown at ambient temperature. Just before the experiment, the seeds were added to the water in a beaker and sonicated with various irradiation times.
Irradiation time Unit:
5
10
15
20
Samples were processed for each irradiation time and filtered using a Buchner funnel, followed by air drying overnight. Each seed was then placed in a separate aquarium filled with potting soil at a depth recommended for that seed. For example, wheat recommended a depth of 1.5 inches in the soil, while carrots were 7.5 inches deep. The aquarium was then placed on a window sill so that sunlight could reach the aquarium, but the aquarium was not exposed to external elements during the culture period.
水槽の中の種子は、芽が出て、土から出現し始めるまで、毎朝観察された。発芽に要する時間を、超音波処理されなかった対照群と比較した。結果は、次の実験結果の表に示した通りである。
Seeds in the aquarium were observed every morning until they sprouted and began to emerge from the soil. The time required for germination was compared to a control group that was not sonicated. The results are as shown in the following table of experimental results.
図12は、処理されていない、すなわち手を加えていない小麦種子を集めて観察した走査電子顕微鏡写真である。 FIG. 12 is a scanning electron micrograph obtained by collecting and observing untreated wheat seeds, that is, untouched wheat seeds.
図13は、実験1に従って行われた、超音波処理された小麦種子を集めて観察した走査電子顕微鏡写真である。超音波処理された種子を詳細に観察することによって、種子の外殻層に理論的に考えて超音波照射によって、数個の穴が発生していることが判明した。この穴により、種子内への水分の吸収が強化され、水分吸収が増加した結果、さらに迅速な発芽プロファイルが可能になる。
FIG. 13 is a scanning electron micrograph obtained by collecting and observing ultrasonically treated wheat seeds performed in accordance with Experiment 1. By observing the sonicated seeds in detail, it was found that several holes were generated theoretically in the outer shell layer of the seeds by ultrasonic irradiation. This hole enhances the absorption of moisture into the seed and increases moisture absorption resulting in a more rapid germination profile.
実験の要約
実験の要約を以下に列挙する。超音波処理の各場合において、超音波処理された種子の発芽速度が速められた。対照試料の種子が7−14日で発芽したのに対して、超音波処理された種子は、4〜6日で発芽した。発芽に要する日数という意味での、発芽期間の短縮は、超音波処理された小麦種子に関しては、−41%の範囲であり、ニンジンに関しては、−56%の範囲であった。
Summary of experiments The summary of experiments is listed below. In each case of sonication, the germination rate of the sonicated seed was increased. The control sample seeds germinated in 7-14 days, whereas the sonicated seeds germinated in 4-6 days. The shortening of the germination period in terms of the number of days required for germination was in the range of -41% for sonicated wheat seeds and in the range of -56% for carrots.
発芽した後に、超音波処理された種子および対照試料の種子は、次に培養ペトリ水槽から外部の実験農場に移され、この農場でその植物に推奨される標準的な深さで従来の土壌に種子を植え、成熟した植物になるまで成長させた。 After germination, the sonicated seeds and control sample seeds are then transferred from the cultured Petri aquarium to an external laboratory farm where they are put into conventional soil at the standard depth recommended for the plant. Seeds were planted and grown to mature plants.
全体として、対照試料の植物は、表に記載された植物の成長期間に近似する、75〜89日で成熟した。 Overall, the control sample plants matured at 75-89 days, which approximated the growth period of the plants listed in the table.
超音波で処理された植物は、成熟するまでに35〜42日を要したが、トマトに関しては、サイズ、品質、さらには果実のサイズおよび作物特性に関して、超音波処理されていない対照試料と比べて遜色なかった。 Sonicated plants took 35-42 days to mature, but for tomatoes, compared to unsonicated control samples in terms of size, quality, and fruit size and crop characteristics. It was not inferior.
超音波処理により、収穫期が33〜52日短縮された。 Sonication shortened the harvest period by 33-52 days.
超音波処理され、完全に成熟するまで発育し、収穫されたトマト種子に関する栽培テスト結果
図15は、播種後、植物が完全に成熟するまで成長した時点の、超音波で処理されていない対照試料のトマト種子から得られた果実と、20分間超音波で処理された種子の果実とを対比させた写真である。
Cultivation test results for tomato seeds that were sonicated, grown to full maturity, and harvested. FIG. 15 is a control sample that was not treated with sonication after sowing and grown to full maturity. It is the photograph which contrasted the fruit obtained from the tomato seed of and the fruit of the seed processed with the ultrasonic wave for 20 minutes.
図16は、定期的に栽培されたトマト(80日で成熟するまで成長した)と、超音波処理されたトマト種子(35日で成熟するまで成長した)とを対比させた写真であり、どちらも上面および側面から見たものである。 FIG. 16 is a photograph comparing regularly cultivated tomatoes (grown to maturity at 80 days) with sonicated tomato seeds (grown to maturity at 35 days), which Is also seen from the top and side.
図17は、定期的に栽培されたトマト(80日で成熟するまで成長した)と、超音波処理されたトマト種子(35日で成熟するまで成長した)とを対比させた写真であり、どちらも果肉を見せるために切開して示されている。 FIG. 17 is a photograph comparing regularly grown tomatoes (grown to maturity in 80 days) with sonicated tomato seeds (grown to maturity in 35 days), which Also shown is an incision to show the pulp.
図18は、定期的に栽培されたトマト(80日で成熟するまで成長した)と、超音波処理されたトマト種子(35日で成熟するまで成長した)とを対比させた接写写真であり、どちらも果肉を見せるために切開して示されている。 FIG. 18 is a close-up photograph comparing tomatoes that were cultivated regularly (growing until maturity in 80 days) and tomato seeds that were sonicated (growing to maturity in 35 days), Both are shown incised to show the pulp.
図19は、選ばれた作物について、本発明を使用して収穫期を速めた試験作物の、発芽の向上および栽培全体において見られた向上を要約したものである。
FIG. 19 summarizes, for selected crops, the germination improvement and the improvement seen throughout the cultivation of the test crops that used the present invention to speed up the harvesting season.
上記の実験は、図6で説明した装置を使用して行なわれたが、発明者は、図10および図11で説明したトランスデューサ構成を、図7、8または9に図示されるような連続的な超音波処理システムに適用すると、キャビテーションを発生させずに、正弦超音波伝達と同じ超音波処理作用が得られるであろうと考える。 Although the above experiment was performed using the apparatus described in FIG. 6, the inventor used the transducer configuration described in FIG. 10 and FIG. 11 in a continuous manner as illustrated in FIG. When applied to a simple sonication system, the same sonication action as sinusoidal ultrasonic transmission will be obtained without generating cavitation.
図3および図4に示されるように、キャビテーションは機械的な力だけでなく、熱エネルギーも生成する。種子の種類によっては、キャビテーションによって種子が焼かれて、図14に見られるような損傷が引き起こされる可能性がある。図5に示すような交互超音波波形システムは、キャビテーション超音波よりも種子に与える損傷が少ないことが実証されているが、依然として水分および栄養分の種子への摂取を促進することが可能な種子殻に、流水路をあけてしまった。図13を参照すると、交互超音波波形システムは、小麦種子の中の殻を焼かずに、種子殻にごく浅い穿孔を形成した。 As shown in FIGS. 3 and 4, cavitation generates not only mechanical force but also thermal energy. Depending on the type of seed, cavitation can burn the seed and cause damage as seen in FIG. An alternating ultrasound waveform system such as that shown in FIG. 5 has been shown to cause less damage to the seed than cavitation ultrasound, but can still promote the intake of moisture and nutrients into the seed. I opened a running water channel. Referring to FIG. 13, the alternating ultrasonic waveform system formed very shallow perforations in the seed shell without burning the shell in the wheat seed.
正弦超音波で処理された種子の大半は、ちょうど5分間の照射した後に、図14に見られるように、構造上の損傷を示した。50ミリ秒間の鋸波形に、50ミリ秒間の鋸波形が後続する、交互超音波エネルギーで処理された種子は、図13で見られるように、焼損作用を生じずに種子の外殻層の、より広い範囲を透過しているのが示された。図14では、通常の正弦超音波で処理された種子は、種子殻(図1)を覆う殻層の融解を示した。 Most of the seeds treated with sinusoidal ultrasound showed structural damage after just 5 minutes of irradiation, as seen in FIG. Seeds treated with alternating ultrasonic energy, followed by a 50 millisecond sawtooth waveform followed by a 50 millisecond sawtooth waveform, as seen in FIG. It was shown that it was transmitting through a wider area. In FIG. 14, the seed treated with normal sinusoidal ultrasound showed melting of the shell layer covering the seed shell (FIG. 1).
したがって、好ましい実施形態は、交互超音波処理を使用する実施形態であるが、超音波伝達の際に種子を回転させる限り、ある種の種子の場合には、従来の正弦超音波も依然として好適である場合がある。 Thus, the preferred embodiment is one that uses alternating sonication, but as long as the seed is rotated during ultrasonic transmission, conventional sinusoidal ultrasound is still suitable for certain seeds. There may be.
要約
上掲の実験により、超音波によって引き起こされた水分摂取は、標準的な水分摂取から切り離して考えることができる特異な事象であることが示された。超音波で処理された種子および対照試料である浸漬された種子の摂取速度の差によって、超音波で処理された種子が、超音波で処理されていない種子よりもはるかに速い発芽速度を示すことが証明された。
Summary The above experiment showed that ultrasound-induced water intake is a unique event that can be considered separately from standard water intake. Due to the difference in the intake rate of the ultrasonically treated seed and the control sample soaked seed, the ultrasonically treated seeds show a much faster germination rate than the unsonicated seeds. Proved.
これらの結果は、超音波によって刺激されて、単に浸漬されただけの種子の水分の摂取速度と比較して、おそらく水分の摂取速度が速くなった種子が、極めて迅速に得られることを実証している。したがって、超音波処理プロセスは基本的に、種子の発芽と、成熟した植物および作物の成長をともに速めながら、物質を種子に摂取させる速度をさらに高める。したがって、このプロセスを使用して、最初に種子を超音波で処理することにより、多くの作物の、収穫までに要する時間を短縮してもよい。 These results demonstrate that seeds that are probably faster in water intake are obtained very quickly compared to the water intake rate of seeds that are stimulated by ultrasound and simply immersed. ing. Thus, the sonication process basically further increases the rate at which the seed is ingested while speeding both seed germination and mature plant and crop growth. Therefore, this process may be used to reduce the time it takes to harvest many crops by first treating the seed with ultrasound.
さらにこれらの結果は、超音波処理が、発芽する種子の割合に悪影響が及ぼすことなく、種子を変化させていることを実証している。超音波処理は、種子の水和を加速的に増加させる。超音波の作用は、水分を種子に送り込むことではなく、むしろ、たとえ超音波がない状態であっても、種子が水分を取り込む速度が速められるように、種子を変化させることである。この強化された沈着作用は安定している。超音波処理の後に種子を乾燥させ、貯蔵すると、沈着作用は維持される。超音波は、発芽に悪影響を及ぼさない。強化された沈着作用を減少させずに、超音波処理ステップと沈着ステップとを分けることができるので、かなり大きな実用上の有利点となる。種子は、最初の時点で超音波のキャビテーション処理を受けることが可能で、所定の期間をおいた後には、種子は、物質を吸収する能力が強化されているであろう。これにより、種子を超音波で処理して、栽培または処理加工が開始されるまで種子を貯蔵することができる。この後に、どの物質を種子に吸収させるのかについて、その時の栽培条件、生育条件または処理加工条件に特別に適合させて、決定することができる。これにより、さらに効率的で時宜を得た種子の準備が可能になる。さらに、吸収させるステップには高性能の設備も技術的専門知識も必要ではないので、農場で実施することができる。 Furthermore, these results demonstrate that sonication is changing seeds without adversely affecting the proportion of seeds that germinate. Sonication increases seed hydration at an accelerated rate. The action of ultrasound is not to feed moisture into the seed, but rather to change the seed so that the seed takes up moisture even in the absence of ultrasound. This enhanced deposition effect is stable. The deposition effect is maintained when the seeds are dried and stored after sonication. Ultrasound does not adversely affect germination. Since the sonication step and the deposition step can be separated without reducing the enhanced deposition effect, there is a significant practical advantage. The seed can be subjected to ultrasonic cavitation treatment at an initial time point, and after a predetermined period of time, the seed will have an enhanced ability to absorb substances. Thereby, a seed can be processed with an ultrasonic wave and a seed can be stored until cultivation or a processing process is started. After this, it is possible to determine which substance is to be absorbed by the seed by specially adapting to the cultivation conditions, growth conditions or processing conditions at that time. This allows for more efficient and timely seed preparation. Furthermore, the absorption step does not require high performance equipment or technical expertise and can be performed on the farm.
図8は、超音波処理の際に種子の混転をもたらす手段を備える超音波流通管を組み込んだ好ましい実施形態を示しており、流通管を組み込むことにより、図6に示した実験装置と同様の結果を有する連続的処理に基づいて超音波処理された種子を生産する、図9の大規模な種子の超音波処理を連続的に行うことが可能になる。 FIG. 8 shows a preferred embodiment in which an ultrasonic flow pipe having means for causing seed tumbling during ultrasonic treatment is incorporated, and by incorporating the flow pipe, the same as the experimental apparatus shown in FIG. The large-scale seed sonication of FIG. 9 can be continuously performed to produce sonicated seeds based on a continuous treatment having the results of
要約
当業者は、水のような物質の沈着を強化する基本技術を実際に行うことによって、同じ方法で他の種類の物質を種子に吸収させることが可能であることを理解するであろう。上述したように、これらの物質には水、農薬、殺虫剤、除草剤、殺真菌剤および成長ホルモンなどが含まれ得る。しかしながら、本発明の適用可能な範囲は、これらの物質に限定されない。強化された沈着方法は、種子および種子から得られる植物の任意の生育特性を強化するか、そうでなければ商業的な処理の際に種子に価値を加える物質とともに使用することができる。例えば、本発明の方法を使用して、ある一定期間の間発芽を抑制する物質を種子に吸収させることもできるであろう。このようにして発芽を遅らせると、栽培者は、最適な栽培条件または発芽条件になる前に種子の植え付けができることにより、商業的農業では有益であるとわかる。これにより栽培者は、土壌条件および天候条件が栽培に好適な状態になったときに、全作物を一度に栽培するという重荷から解放される。したがって、本発明とともに使用されることを意図した物質は、必ずしも、何らかの方法で植物をより速く、より強く、または耐害虫性に成長させる物質である必要はない。
Summary One skilled in the art will understand that seeds can be absorbed by seeds in the same way by actually performing basic techniques to enhance the deposition of substances such as water. As mentioned above, these substances can include water, pesticides, insecticides, herbicides, fungicides, growth hormones and the like. However, the applicable range of the present invention is not limited to these substances. The enhanced deposition method can be used with substances that enhance any growth characteristics of the seed and the plants derived from the seed or otherwise add value to the seed during commercial treatment. For example, the method of the present invention could be used to cause seeds to absorb substances that inhibit germination for a period of time. By delaying germination in this way, growers find it beneficial in commercial agriculture by allowing seed planting before optimal cultivation or germination conditions are reached. This frees the grower from the burden of cultivating all crops at once when the soil and weather conditions are suitable for cultivation. Thus, a substance intended to be used with the present invention need not necessarily be a substance that allows the plant to grow faster, stronger or pest resistant in any way.
上述したやり方で超音波処理された種子から出現する作物は、植物が十分に成長しており、処理されていない作物よりも収穫するまでに要する期間がはるかに短い傾向がある。 Crops that emerge from seeds that have been sonicated in the manner described above tend to have a much longer plant and harvest much less time to harvest than untreated crops.
本発明は、その好ましい実施形態に関して説明してきたが、添付の特許請求の範囲によって規定される、本発明が意図する範囲全体において、本発明に変更および改変を加えることが可能であるので、本発明はこの実施形態のみに限定されないこともまた理解されたい。 Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments thereof, it will be appreciated that changes and modifications can be made to the invention to the full extent intended by the invention as defined by the appended claims. It should also be understood that the invention is not limited to only this embodiment.
Claims (27)
a)前記種子を水中または、水および他の栄養分からなる溶液中に浸漬するステップと、
b)前記液体中にキャビテーションを生成するのに十分な周波数およびエネルギー密度で音響エネルギーを前記水に導入するステップと、
c)、前記超音波処理された種子が、前記種子に物質を取り込む摂取速度が速められるように、前記種子に変化を生じさせるのに十分な時間にわたって前記種子を超音波で処理するステップと、
を備える超音波処理および沈着プロセスにおいて、
前記物質が、前記種子および前記種子から得られる任意の植物またはその後に得られる任意の作物の生育特性を強化することが可能であり、かつ、
前記プロセスが、超音波フローセルまたは連続的超音波流通管を用いるバッチ種子処理システムまたは連続的種子処理システムの形式であり得ることを特徴とする超音波処理および沈着プロセス。 A sonication and deposition process for ingesting the substance into the seed,
a) immersing the seed in water or in a solution consisting of water and other nutrients;
b) introducing acoustic energy into the water at a frequency and energy density sufficient to create cavitation in the liquid;
c) ultrasonically treating the seed for a time sufficient to cause a change in the seed such that the sonicated seed increases the rate of uptake of the substance into the seed; and
In a sonication and deposition process comprising:
The substance is capable of enhancing the growth characteristics of the seed and any plant obtained from the seed or any crop obtained thereafter; and
Sonication and deposition process, characterized in that the process can be in the form of a batch seed treatment system or a continuous seed treatment system using an ultrasonic flow cell or continuous ultrasonic flow tube.
a)前記種子を水中または、水および他の栄養分からなる溶液中に浸漬するステップと、
b)1つの波形から別の波形に定期的な時間周期で交代する交互超音波波形を有する音響エネルギーを、前記液体中のキャビテーションを最小限に抑えるのに十分な周波数およびエネルギー密度で、前記水に導入するステップと、
c)、前記超音波処理された種子が、前記種子に物質を取り込む摂取速度が速められるように、前記種子に変化を生じさせるのに十分な時間にわたって前記種子を超音波で処理するステップと、
を備える超音波処理および沈着プロセスにおいて、
前記物質が、前記種子および前記種子から得られる任意の植物またはその後に得られる任意の作物の生育特性を強化することが可能であり、かつ、
前記プロセスが、超音波フローセルまたは連続的超音波流通管を用いるバッチ種子処理システムまたは連続的種子処理システムの形式であり得ることを特徴とする超音波処理および沈着プロセス。 A sonication and deposition process for ingesting the substance into the seed,
a) immersing the seed in water or in a solution consisting of water and other nutrients;
b) acoustic energy having alternating ultrasonic waveforms alternating from one waveform to another at regular time periods at a frequency and energy density sufficient to minimize cavitation in the liquid; The steps to introduce into,
c) ultrasonically treating the seed for a time sufficient to cause a change in the seed such that the sonicated seed increases the rate of uptake of the substance into the seed; and
In a sonication and deposition process comprising:
The substance is capable of enhancing the growth characteristics of the seed and any plant obtained from the seed or any crop obtained thereafter; and
Sonication and deposition process, characterized in that the process can be in the form of a batch seed treatment system or a continuous seed treatment system using an ultrasonic flow cell or continuous ultrasonic flow tube.
a)トウモロコシ穀粒を、亜硫酸、水および油溶性ガスから構成される液体溶液に浸漬するステップであって、前記液体溶液が、前記トウモロコシ穀粒を柔らかくすることが可能であるステップと、
b)前記液体溶液中にキャビテーションを生成するのに十分な周波数およびエネルギー密度で音響エネルギーを前記液体溶液に導入するステップと、
c)前記トウモロコシ穀粒が、前記トウモロコシ穀粒に物質を摂取させる速度が速められたことに対する記憶を獲得するように、前記トウモロコシ穀粒に変化を生じさせるのに十分な時間にわたって前記トウモロコシ穀粒を超音波処理するステップと、
d)所定の期間をおくステップと、
e)前記所定の期間後に、前記トウモロコシ穀粒に前記物質を吸収させるステップと、を備えることを特徴とする植物。 In the fuel-use plant according to claim 15, in order to include sulfite water in the corn kernel,
a) immersing the corn kernel in a liquid solution composed of sulfurous acid, water and oil-soluble gas, the liquid solution being able to soften the corn kernel;
b) introducing acoustic energy into the liquid solution at a frequency and energy density sufficient to generate cavitation in the liquid solution;
c) the corn kernel for a period of time sufficient to cause a change in the corn kernel such that the corn kernel acquires memory that the rate at which the corn kernel is ingested is increased. Sonicating, and
d) setting a predetermined period;
e) after the predetermined period, the corn kernels have the substance absorbed therein.
トランスデューサ In an apparatus or assembly for performing ultrasonic treatment on seeds, the apparatus includes circuit means including waveform generation means for generating an ultrasonic signal, and the ultrasonic signal has a frequency of 20 kHz to 100 kHz. Preferably, it is formed from a sawtooth wave in the range and a rectangular wave with a frequency in the range of 20 kHz to 100 kHz superimposed on the sawtooth wave, but one ultrasonic waveform format followed by another different Formed from any combination of waveforms using a waveform format, and the seeds are carried to the device by a baffle tube in which a number of transducers are arranged, the number of transducers moving the seed through the entire length of the baffle tube A device or assembly that acts upon the seed when
Transducer
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