處理種子和球莖的方法和系統的製作方法

2023-05-31 13:54:46 2

專利名稱：處理種子和球莖的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及為改善發芽特性和/或其發育而對種子和球莖進行處理的新方法以及設備。
本發明特別適用於農業和園藝。
已知在以自然狀態使用時，用於農業產生上的種子患有許多缺陷，這些缺陷尤其是導致低發芽率、發育上的缺陷以及特定病狀的發生率增高。
如果種子來自於土壤中，在其外周表面存在各種病原生物體，並且生物體的作用使得不規則發芽率的發生率增高，並且在發芽以後的植物發育過程中的缺陷增加。
生產和銷售這樣的種子的機構由此遇到了要解決這些問題的麻煩。
在現有技術中還已知從媒介氣體(vectorgases)產生的臭氧顯示有殺菌劑，殺病毒劑，殺真菌劑以及滅菌的特性，已被廣泛地用於水處理以及應用於工業上，所述媒介氣體同樣可以是來自空氣的氧氣或者純氧或者按照不同比例的兩者的混和物。
在現有技術中已經提出了用臭氧處理種子或植物的建議。
因此，文獻JP-44818提示在植株播種以後在根水平處注射離子化氣體例如臭氧而提高根部氧的濃度從而刺激植株生長。
在文獻JP-1199504中，提示將種子浸於水中並同時供給臭氧以及對水進行超聲波處理而處理種子。
根據現有文獻報導，利用超聲發生器促使水向種子中滲透，從而加速各種各樣的酶作用於種子。
在文獻JP-5211808，提出了將種子浸於水中並向其中注入臭氧。
正如在以前文獻中描述的處理方法，僅僅是在種子種植之前立即進行所述處理，否則，假設希望在種植之前將所處理的種子長時間貯存則需要其他乾燥處理。
為了改善種子的發芽特性，文獻SU-1166693建議用強氧化劑相對長時間即25小時到45小時供給種子臭氧。
那篇文獻提到了由臭氧破壞的細胞形成了構成種子的極好的營養基質的成分並且結果將發芽率提高約9％-15％。
已經發現通過用臭氧，優選地用從媒介氣體產生的臭氧進行處理，不需要其他氧化劑，可以改善種子和球莖的發芽特性和/或發育，並且所述處理持續時間相對較短，並且還發現，臭氧到達種子木質纖維素結構的能取決於所述結構中的含水量，從而通過在用臭氧處理之前或其同時調整種子或球莖的含水量可以進一步改善得到的結果。這發現構成了本發明的基礎。
令人吃驚和意想不到的是還觀察到本發明的處理效果在過長時間內繼續顯示作用並且在種植之前的正常貯存條件以及在沒有寄生蟲汙染時這種效果實際上是不可逆的。
因此，如果要對種子或球莖進行處理以便在種植之前貯存過長時間，則應用本發明的處理方法不需要其他乾燥步驟。
因此，本申請第一方面包括處理種子和塊莖的方法，其特徵在於，在種植之前以及為了改善發芽特性和/或其發育情況，將所述種子或球莖與臭氧，優選從媒介氣體中產生的臭氧相接觸，並且在與臭氧接觸之前或其同時將所述種子或所述球莖的殘留含水量優選地調整到相對種子或球莖重量的5％-60％範圍內。
在各種來源的種子，以現存的主要種族為例，完成的測試證明利用臭氧處理，不需要其他試劑，可以顯著和意想不到地改善所處理種子的發芽率，並且也可以改善在產生的生物物質中獲得的乾物質。
臭氧對種子具有生長調節劑型作用，其主要特徵在於，在發芽期間降低了機械作用對角質層的破裂，並且降低了由於在角質層表面存在病原體而導致的效果的消失，並且中和或提供了非活性的真菌孢子或菌落。
其他測試已經證明當處理球莖，特別是蝴蝶花，鬱金香，唐菖蒲，或者風信子球莖時可以獲得相似於處理種子時觀察到的陽性結果。
適用於用本發明方法處理的種子是種各樣的。該方法特別適用於玉米，豆子，大麥以及向日葵。
適用於本發明的所述方法中的臭氧通常優選地是在工業型臭氧發生器中從媒介氣體中產生的，而媒介氣體尤其是由空氣中的氧氣或者由純氧，或者由不同比例的兩種混和物構成的。
本發明方法的處理條件基本上與待處理的種子或球莖的類型呈函數關係，由其含水量、其外被的特性和厚度以及病理狀態決定。
通常，本領域內技術人員確定完成該處理步驟的最適條件是非常容易的。
申請人已經觀察到當至少滿足下列條件之一時通常能得到最佳結果以每克種子所需臭氧的克數表示時，所使用的臭氧量為0.002-0.1；處理的持續時間為2分鐘到30分鐘範圍；所使用的臭氧是從媒介氣體產生的，並且該媒介氣體中臭氧濃度為20g/Nm3-100g/Nm3範圍內；並且處理是在一個反應器中完成的，反應器內氣壓為100毫巴至1,000毫巴範圍內。
有利的是，本申請處理步驟所必需的水分是由媒介氣體轉送給種子。
如果臭氧是從非常低的溫度(露點在-60℃至8℃範圍)的媒介氣體(空氣或氧氣)產生的，則通過將含有臭氧的氣體吹成氣泡而吹過去離子水溶液，從而使之在環境溫度及大氣壓下達到飽和是有利的。以這種方式攜帶了水分的氣體將水轉送給正在失去水的種子或球莖。
本發明的一個方面特別有獨創性地認為給種子直接增溼或浸泡實際上是不可能的。
通常將種子在反應器內與臭氧接觸。
本領域內技術人員很容易能夠確定所使用的反應器的類型，選擇哪種類型與待處理種子或球莖的種類、大小以及脆弱程度密切相關。
通常，通過氣一固型交換方式臭氧在種子表面發生反應，隨後擴散到結構內部，所以為獲得最適和可重複進行的處理，選擇反應器時必須考慮其形狀，以便可以確保反應界面連續更新以及接近待處理的每一種子或球莖。
在本發明實施例中，上面描述的方法優選地是在以水平軸方向攪拌的反應器中間斷地完成的。
在另一實施例中，優選的是在一個能夠以垂直軸方向攪拌的反應器中連續實施方法。
第二方面，本申請包括完成上述方法的設備，其特徵在於該設備包括一種優選地在媒介氣體中產生臭氧的裝置；能夠將種子或球莖的殘餘含水量優選地調節到相對於種子或球莖重量之5％-60％範圍內的裝置；以及能夠使臭氧與種子或球莖接觸的反應器，所述反應器的結構可確保連續地更新反應界面並且易於與待處理的每一種子或每一球莖接近。
通過閱讀下面的進一步描述、參考所附的實施例以及附圖可以更清楚地顯示本發明其他目的特徵和詳細方案，並且能夠更好地理解發明，但本發明並不僅限於實施例，其中


圖1顯示在具有水平軸向攪拌功能的反應器中以間歇方式實施本發明方法的設備；圖2顯示在具有垂直軸向攪拌功能的反應器中以連續方式實施本發明方法的設備；和圖3A和3B顯示兩片漿葉的形狀，在連續方式操作的水平軸反應器中，這兩漿片可用於翻動種子或球莖。
參照
圖1，首先描述以間歇(或者「分批」)方式實施本發明方法的設備。
參考數字1指明工業類型臭氧發生器，例如饋給主頻率(50Hz)電流或藉助於頻率轉換器饋給頻率為600Hz-1200Hz範圍電流的發生器類型。
臭氧是從媒介氣體產生的，通常該媒介氣體是熟知的空氣中的氧氣，純氧氣或不同比例的兩者的混和物。
參考數字16給出了媒介氣體的供應源。
含有臭氧的空氣或氧氣離開工業用臭氧發生器1以後可直接進入用於處理種子或球莖的反應器2。
有利的是，為了調整待處理種子或球莖的殘留含水量，採用本領域內技術人員已知的常規裝置非強制性地給含有臭氧的氣體增加水份，所述裝置以參考數字3指明，利用該裝置可在環境溫度和壓力條件下以水飽和含臭氧的氣體。
當將含臭氧的氣體進行前述增溼處理時，藉助於由參考數字4代表的工業型液體比重計測量水分。
在將含臭氧的氣體注射到反應器2之前，通過藉助於合適的檢測儀5測量氣流的壓力並且還藉助於合適的檢測儀6測量氣流速率來驗證臭氧產生的操作條件。藉助於參考數字7給出的控制部件調節氣流。
檢測儀5和6以及控制部件7是本領域內技術人員已知的並且所選擇的這些部件必須能夠抵抗作為強氧化劑的臭氧。
藉助一套分配裝置噴嘴8將含臭氧的氣體注射到反應器2中。
本領域內技術人員可十分容易地確定噴嘴數目及其大小，特別是直徑與待測種子的種類、單個種子的大小、種子的比表面積及反應器內種子層的深度的函數關係。
通常，以及在本發明的優選實施方案中，注射尖端的數目在5-15個的範圍內，並且氣體離開噴嘴的速度為20米/秒(m/s)至60m/s範圍。
通常反應器2的形狀為圓筒形，含有一個環狀橫截面以及一個水平軸，並且其垂直隔牆包括封口和定心裝置，由參考數字9表示。
這樣的裝置是本領域內已知的，並且優選的是具有用液體反壓進行機械密封的類型。
裝置9支撐和置於圓筒軸10中心，該軸具有許多布置於垂直平面並且分布於縱向間隔開的裝置中的漿葉以便翻動種子和在處理期間重新形成反應界面。
利用這些漿葉裝置還可以在處理期間使種子層均勻分布。
使兩個組連漿葉裝置之間的縱向距離是待處理種子或球莖的類型和種類的函數。
對於種子，申請人已經觀察到，對於直徑為約1米到1.2米的反應器，該距離最好位於50mm至300mm範圍。
同樣，由參考數字11代表的每個裝置的漿葉的數目必須適應種子特性以及所要求翻轉的量。每個裝置11最好有四個漿，它們都處於相同平面上並且一律呈角度間隔開，如間隔90°角。
所選擇的漿葉的形狀必須確保待處理種子或球莖的有效翻動，並且對於種子來講，該形狀與所涉及的種子的大小和種類呈函數關係。
通過非限制實施例的方式，圖3A和3B顯示兩個漿葉的特定分布，這種分布滿足上述特定的需求。
圓筒軸10和裝置11相對於軸固定，並且由含有馬達12和齒輪盒13的機構使之轉動。
正常情況下這些裝置的旋轉速度隨種子或塊莖的種類、其大小及其相對脆性的不同而變化。
優選的旋轉速度在20轉/分(rpm)-100rpm範圍。
如果用該反應器處理各種各樣的種子，馬達的電力供應藉助於可變頻率裝置以便將旋轉速率調節為種子種類的函數。
在其頂部，反應器2包括一個孔口14，用於添加待處理的種子或塊莖，並且在其底部，含有一個孔口15，用於移走經過處理的種子或塊莖，所述孔口配置了密封的閉合裝置。
反應器2還包括廢氣輸送管，該管的開口在參考數字為16的裝置內並且在將廢氣排到大氣中之前可將殘留的過量的臭氧破壞。
因此利用
圖1中顯示的裝置可以應用所謂的「分批」技術以間歇方法操作。
圖2顯示以連續方法完成本發明方法的裝置。
如上述
圖1中描述的，由工業臭氧發生器1選擇性地與增溼裝置3結合後製備含臭氧的氣體。
藉助於上文中描述的檢測儀和調節構件4，5，6和7可以檢測和調節含臭氧的氣體的流速。
藉助開口反應器內部的一個環形複式接頭20進料垂直噴嘴21將臭氧注射到反應器22中。
作為待處理種子或球莖的種類的函數，以及反應器中種子或球莖層的深度的函數，本領域內技術人員可很容易地確定噴嘴21的數目和位置。
反應器22是具有垂直軸的圓筒-圓錐體形式，其空間結構被設計為能保證處理種子或球莖所需的接觸時間。
反應器22的頂部通過加一個圓頂隔牆23而密封，該隔牆藉助由包含密封和定心的裝置之凸緣偶合而固定於反應器主體。
加圓頂的隔牆22的中心基本上位於反應器對稱軸上，並且隔牆含有一個裝設有凸緣的孔口，通過該孔插入了導向、定心以及密封的裝置25，該裝置為由液體反壓進行機械封密的類型。
結合到一個馬達和齒輪盒裝置26上的馬達27驅動垂直軸18，該垂直軸杆穿過反應器並且藉助於端部軸承型裝置28被固定於底部中心。軸杆18固定於裝置30以攪拌和翻轉待處理種子或球莖，該裝置由所述軸杆旋轉。
藉助可變頻率裝置供給馬達27動力以便確保將旋轉速度調節為待處理種子和球莖的種類的函數。
上述介紹的攪動和翻動裝置30含有其寬度在40mm至100mm範圍內的垂直板29，並且通過水平臂31與軸杆18相連接，該水平臂用於固定該運動設備的中心。
攪拌漿葉或板29的數目也是待處理種子的大小和特性的函數。在優選實施例中，攪拌裝置有均勻地分布於三維空間中的3-6個垂直漿葉29。
將支撐臂31設計為能固定漿葉29的位置並且也能水平地翻轉待處理的種子或球莖。
在其底部，反應器22裝備了為截短的錐體形狀的部件，該部件底部與放掉經過處理的種子或球莖的裝置相連，其連接是藉助於含有密封墊片的凸緣32實現的。
加圓頂的牆23包含具有密封墊片的一個帶凸緣的孔口，並且該孔口與具有足夠體積的貯料進鬥互通，以確保反應器自動運轉。固定於其底部的進料鬥33有一個測量體積的裝置34，該裝置是多孔的葉片型或旋轉葉片型以便在測量時避免損傷種子。測量體積的裝置34也為反應器提供了密封作用，從而避免氣體倒流。
根據上文描述的圖2，從其結構可容易地推測出該裝置的操作方法。
由於引力作用從貯存進料鬥33出來的待處理的種子或球莖進入反應器22並且通過上面所述的攪拌和翻動裝置30使其均勻化。
當發生反應時，已翻動的種子或球莖逐漸地向反應器下部移動，保持深度不變。
當種子移動了對應於反應器高度的一段距離時，由多孔葉片型或旋轉葉片型的提取裝置36回收種子。於是，正如被了解的，通過將提取裝置36的流速調節到相同於與進料鬥33相結合的提取裝置34的流速，即可以連續地提取經過處理的種子或球莖。
在提取裝置36的出口，種子或球莖進入與常規墊密裝置(參考數為38)相連接的中間貯存進料鬥37。
進料鬥37裝備一個自動放氣裝置39是有利的，該裝置的功能是在存在有保持無菌介質的殘餘臭氧氣體中可以同時旋轉並且將過量頂篷(ceiling)氣體從進料鬥37輸送到用於破壞殘餘臭氧的裝置40。
反應器22的頂部包括位於固定待處理種子或球莖的水平之上的氣體頂篷19。
在反應氣體穿過種子或球莖床之後由氣體頂篷收集，由調節裝置41連續地排掉其體積，然後注入到裝置40中以便破壞過量的殘留的臭氧。
在破壞臭氧的裝置40的出口，氣體被排放到大氣中。
參照
圖1和2描述的裝置已用於處理各種來源的種子，並且特別適用於處理玉米，豆子，大麥和向日葵種子。
因此，在玉米上已完成了96次測試，在豆子上完成了32次，在大麥上完成了21次，在向日葵上完成14次。
每次測試平均重複六次。
每次測試處理60顆種子。根據本發明將每批種子進行處理，在標準條件下種植於生長箱中，並系統地與未處理的一批種子進行比較，未處理的種子也是在相同條件下種植的。
在不同持續期對得到的生物物質進行觀察、數據統計和稱重。
得到如下所述結果依據被處理種子品種不同，發芽百分率在93％-97％範圍；並且依據不同的種子類型，所產生的生物物質中乾物質含量提高了8％-25％；所述增加數值是通過與從未處理種子生產的生物物質獲得的乾物質量進行比較確定的。
這些測試證明用臭氧處理種子有優點，特別是涉及發芽特性和/或生長，並且也有利於調整經處理種子或球莖的殘留含水量。
對於上述每個品種申請人定義了如下所述最適條件。
種子種類玉米-品系SUMO-種子穿過反應器的運送時間5分鐘-10分鐘-媒介氣體中臭氧濃度20g/Nm3-40g/Nm3-反應器中氣體的壓力100毫巴-300毫巴-種子的含水量 10％-20％-臭氧處理種子的比率每克種子為0.001克-0.028克的O3種子種類豆子-品系VERNEL-種子穿過反應器的運送時間8分鐘-12分鐘-媒介氣體中臭氧濃度20g/Nm3-40g/Nm3-反應器中氣體壓力 100毫巴-300毫巴-臭氧處理種子的比率每克種子為0.001克-0.028克的O3-種子的含水量 10％-20％種子種類大麥-品系TREMOIS-種子穿過反應器的運送時間12分鐘-17分鐘-媒介氣體中臭氧濃度70g/Nm3-90g/Nm3-反應器中氣體壓力 100-300毫巴-臭氧處理種子的比率每克種子為0.012克-0.016克的O3-種子的含水量 10％-20％種子種類向日葵-品系DK3840-種子穿過反應器的運送時間12分鐘-17分鐘-媒介氣中臭氧濃度30g/Nm3-85g/Nm3-反應器中氣體的壓力100毫巴-300毫巴-臭氧處理種子的速率每克種子為0.018克-0.026克的O3-種子的含水量 10％-20％
權利要求
1.一種處理種子和球莖的方法，其特徵在於，在種植之前以及特別是為了改善其發芽特性和/或發育情況，將所述種子或球莖與臭氧，優選的是從媒介氣體中產生的臭氧相接觸，並且優選的是在與臭氧接觸之前或其同時將所述種子或所述球莖的殘留含水量調節到佔種子或球莖重量的5％-60％範圍內。
2.根據權利要求1所述方法，其特徵在於，在上述處理步驟中使用的臭氧的量為每克種子使用0.002-0.1克的臭氧。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，上述處理步驟的持續時間為2分-3分鐘範圍內。
4.根據權利要求1-3之任意一項所述的方法，其特徵在於，上述處理步驟中使用的氧是從媒介氣體產生的，並且媒介氣體中臭氧濃度在20克/Nm3-100克/Nm3範圍內。
5.根據權利要求1-4之任意一項所述的方法，其特徵在於，上述處理步驟是在一個反應器中完成的，並且反應器內的壓力在100毫巴到1,000毫巴範圍內。
6.根據權利要求1-5之任意一項所述的方法，其特徵在於，為了調到所述種子或所述球莖的含水量，優選的是在大氣壓和室溫下通過將含臭氧的媒介氣體吹成氣泡而吹過去離子水，從而以水使之飽和。
7.根據權利要求1-6之任意一項所述的方法，其特徵在於，優選的是在一個具有水平軸方向攪拌功能的反應器中間斷地完成的。
8.根據權利要求1-6之任意一項所述的方法，其特徵在於，優選的是在一個具有垂直方向攪拌功能的反應器中連續地完成的。
9.一種實施權利要求1-9之任意一項所述的方法的設備，其特徵在於，該設備包括一種優選地在媒介氣體中產生臭氧的裝置；能夠將種子或球莖的殘餘水含量調節到優選為相對於種子或球莖重量的5％-60％範圍的裝置；以及能夠將臭氧與種子或球莖進行接觸的反應器，將所述反應器構造成為能夠連續地重新形成反應界面並且提供了臭氧與每一粒待處理種子或每一個球莖接近的條件。
全文摘要
本發明涉及為改善發芽特性和/或發育而對種子和球莖進行處理的方法和設備。根據本發明，該方法包括將所述種子或所述球莖與臭氧，優選地是從媒介氣體產生的臭氧相接觸。本發明特別適用於農業和園藝。
文檔編號A01C1/00GK1132466SQ9419367
公開日1996年10月2日 申請日期1994年10月4日 優先權日1993年10月4日
發明者讓-克勞德·伊維安, 克裡斯蒂安·科斯特 申請人:格瑪爾實驗室股份有限公司, 德格萊蒙股份有限公司