多孔的透光材料及其使用方法

2024-01-20 15:31:15 1

專利名稱：多孔的透光材料及其使用方法
I.發明背景A.發明領域本發明涉及用於屏障系統的裝置和方法，所述屏障系統允許對植物選擇性地屏蔽某些事情；具體地，涉及一種讓所需量的植物生長必需品通過而阻斷不希望的物質到達植物的屏障。在本發明的一方面，該屏障用於授粉育種實驗來控制或者阻斷花粉而對植物的生長或者種子產量沒有有害的影響或者其它不希望的結果。
B.現有技術中的問題植物育種的發展已經進行了許多年。其基本概念涉及選擇一種植物與另一種植物一起繁育以產生具有改進或者所希望特徵的後代。為了有效，雜交育種必須準確。必須從一種植物的雄性部分收集所希望的花粉並在適當時間置於第二種植物的雌性部分並且沒有不希望的花粉的汙染。當前，常規的雜交育種方法需要多次穿過試驗小區。第一次穿行尋找雌性苗。公認通常用小袋包住每個雌性苗以保護它防止接受不希望的花粉。如果不包住，雌性苗將暴露於任何事物。風、昆蟲、鳥或者公人可能攜帶不希望的花粉並且將汙染雌性苗。
第二次穿行將小袋子包住植物的雄性部分以收集它們產生的花粉。
另一次穿行時，用所希望的花粉給所選擇的雌性苗授粉，這需要從第一種植物的雄性部分除去袋子，將花粉攜帶到第二種植物的雌性部分，並人工授粉。
該典型的雜交育種方法是勞動密集型的。它需要多次田間穿行、覆蓋、去覆蓋和收集。通常，它集中在個體植物的個體部分，例如，個體植物的小部分的小的單個袋子。該方法僅僅覆蓋有風險植物的部分，使用較少的材料，並且具有較低的阻礙生長的風險，否則影響植物的正常生長，因為僅覆蓋小的、無葉子的部分，並且僅覆蓋有限量的時間。
然而，所需勞動資源的強度是巨大的。它是非常勞動密集的。通常，較大的種子公司可能每年有數百萬次授粉。因此，本領域對於人力資源的消費存在改進的空間。而且，所用的任何系統都必須是划算的。
存在其它問題。例如，授粉的量必須非常高。對於這種勞動密集的任務，這產生了人為差錯的問題。儘管風是空氣中花粉負荷的主要原因，但是如此多的人在試驗小區走動增加了抖動或者鬆開花粉或者攜帶來自其它小區的花粉造成汙染的風險。空氣中花粉負荷隨著人們穿過田間走動、為植物部分添加或者除去小袋以及不能即時覆蓋植物的所有雄性部分而增加。花粉負荷增加了汙染的風險。
存在可能更細微的問題。對植物的任何外來添加都可能不利地影響它的正常生長和發育。甚至覆蓋雌性或雄性部分的小袋也可以減小到達植物的該部分的空氣和水分量或者限制其生長。而且，惡劣的或者壞天氣也可以降低發育的品質。
人工授粉中涉及的大量勞動力產生了安全性問題。重複的應激傷害、運輸、長時間和沉悶通常是該類型工作的副作用。這可以導致軀體損傷或者準確性問題。
難以檢測低水平汙染。然而，遺傳修飾的生物體(GMO)的來臨極大地增加了對減小或者消除汙染的需求。
因此，本領域需要對常規的經典的雜交育種和插入授粉育種方法進行改進，尤其對當前的不斷增加的因素和規程進行改進。對於自花授粉實驗也存在改進的空間。減小一般的勞動開支是有利的。還有利的是在植物和外部環境之間提供屏障以選擇性地阻斷事物。理想地是，將希望控制或者阻斷所有花粉。
已經嘗試了多種屏障或者覆蓋物，它們不僅僅覆蓋植物的部分。例如，將包幹酪的紗布型織物覆蓋在菸草植物的幼苗床上用來保護它們免於昆蟲傷害和陽光直射但是允許通過足夠的空氣和水，從而它們可以生長到它們可以被移栽到田間的階段。另一個實例是芸苔，它對於攜帶汙染性花粉的蜜蜂尤其易感。
根據我們的知識和看法，這些嘗試或者局限於短期內使用織物並且用於基本的遮蔽功能，如菸草幼苗，或者局限於防止昆蟲，但是不防止花粉顆粒自身的屏障。在這兩種實例中，足夠的空氣和水必須穿過覆蓋物以維持植物生長並且不有害地影響植物。使用這些常規材料這將要求大於多數花粉顆粒的孔徑。
在一些情況中，當使用暫時性覆蓋物時，空氣、水和光的通透性不高。對植物的持續覆蓋可以對植物的生長或者甚至植物的健康產生不利影響。而且缺少或者減少的透氣能力或者空氣流動可以產生過熱條件，其可以灼傷植物或者阻礙植物生長。一些覆蓋物有意地將植物熱絕緣。它們傾向於限制空氣流動或者交換並且具有隔熱材料，該隔熱材料增加了該裝置的大小並且減小了靈活性。它們可能需要某種結構使得它們能自我支撐，並且從而，很多時候具有幾分硬質的成分。
對於這些問題當前沒有已知的足夠解決方法。
II.發明概述因此，本發明的主要目的、特點、方面和/或優點是提供解決或者改進本領域中的問題和缺陷的裝置和方法。
本發明的其它目的、特點、方面和/或優點包括用於植物屏障的裝置和方法，其a.能夠更好地控制植物育種實驗；b.提高了授粉過程中授粉的質量和/或提供了更高的成功率或者至少提供了與常規方法一樣好的結果；c.對於育種實驗需要較低的勞動強度；d.不實質性地不利地影響植物的正常生長；e.可以阻斷花粉而不損害植物的健康；f.將植物與植物外部的不希望的事物隔離，而不隔離空氣、水分和光；g.提高了植物育種實驗的靈活性，包括為一組植物提供了更靈活的時間窗口來完成授粉；h.將外來花粉汙染的可能性最小化；i.可以減小殺蟲劑、殺真菌劑和除草劑的使用；j.是相對經濟的；k.是耐用的；l.在植物育種中促進了更高效率。
本發明包括對植物部分、植物或者許多植物提供花粉屏障而允許所希望的光和空氣交換的裝置和方法。在本發明的一個方面，所述屏障包含薄的重量輕的、空氣和水可透過的透光材料，其被構造成至少植物的大部分或者許多植物的覆蓋物，其中該材料可以在覆蓋在植物上面或者周圍，並且由該植物支持，或者由上方結構支持。在植物育種背景中，該材料適於阻斷與該類型植物相關的基本上所有花粉而不實質性抑制、破壞或者影響正常的植物生長。在另一方面，該材料可以將來自植物或者一組植物的花粉保持在屏蔽物或者帳篷內。
在本發明的一方面，裝置包含所選材料的屏障，所述屏障可以被置於植物的部分或者基本上整個植物或者多個植物的上方。該屏障對空氣和水分有相對高的通透性但是具有相對小的孔徑。它是基本上高度通透的。它是重量輕的。它的抗張強度可以抵抗通過通常操作或者中或大風的存在導致的變性、撕裂或者刺破。它包括要安裝或者從植物除去的結構或者機制。
在本發明的另一方面，屏障包括用於防止外部花粉穿過的材料，但是該屏障具有足夠通透性和透光性以允許空氣、水分和光穿過，從而對正常的植物生長沒有顯著抑制、破壞或者影響。該材料足夠柔軟使得可以置於至少植物的一部分上或者基本上包裹該部分。
在本發明的另一方面，屏障包含相對小孔徑的材料，該屏障為濾袋或者袋子形，適於置於植物的至少一部分上。材料的性質包括相對的輕重量、大體上空氣和水可透過的，具有實質量的透光性。在濾袋或者袋子處或者附近的可鬆開的閉合物使得可以將其在植物的部分周圍繫緊以大體上包裹植物的至少一部分。
本發明的再一方面包括玉米花粉和昆蟲的屏障。該屏障是形成濾袋或者袋子形狀的基本上輕重量的、柔性的、空氣和水分可透過的並且可透光的材料，其具有可鬆開的閉合物用於大體上包裹玉米植物的至少一部分。
本發明的另一方面包括將植物的至少一部分與不希望的事物，包括昆蟲和花粉隔離的方法，該方法包括將植物的至少一部分用材料罩住，所述材料是大體上光和水分可透過的、透光的、輕重量的、並且抵抗通常操作或者中到大風引起的變形、撕裂或者刺破。
本發明的另一方面是用於將許多植物與所選事物隔離的裝置和方法，其包括將許多植物用材料基本上包裹，所述材料是大體上光和水分可透過的、透光的、相對輕重量的、並且抵抗通常操作或者中到大風引起的變形、撕裂或者刺破，而同時阻斷不希望的事物，包括某種類型的花粉和昆蟲。
參考附隨的說明，包括附圖，本發明的這些和其它目的、特徵、方面和/或優點將變得更加明顯。
III.附圖簡述


圖1是應用於單個玉米植物的本發明的一個示例性實施方案的透視圖。
圖2A-G是
圖1的實施方案的製造的闡明。
圖3是應用於許多玉米植物的本發明的另一個示例性實施方案的透視圖。
圖4是應用于田間或者植物的試驗小區的本發明的額外的示例性圖5是本發明的另一示例性實施方案的高度圖解描述，對於許多植物利用覆蓋物，對於單個植物的部分用較小的覆蓋物。
IV.示例性實施方案的詳細描述A.概述本發明可以採取許多形式和實施方案。為了更好地理解本發明，現在將詳細描述特定示例性的實施方案。
將不時地參考附圖。參考數字和字母將用於指出某些部分和附圖中的位置。除非另外說明，相同的參考數字或者字母將用於指出全部附圖中相同的部分和位置。
B.示例性實施方案的一般環境將在用玉米植物在在玉米育種工作中使用授粉的背景中描述每個示例性實施方案。這包括，但不限於，育種、生產或者其它功能。關於本發明的多數原理將也適用於其它類型的植物，並且本發明不限於玉米。
此外，如前面指出的，本發明的原理不一定局限於植物育種實驗。
C.實施例1的示例性實施方案將被稱作植物濾袋10(
圖1)的東西是由柔性的、半透性材料製成的，其在開口端12和閉合端14之間拉伸。植物濾袋10限定了具有一個開口12的閉合空間，在尺寸上適於滑過正發育的玉米植物2的頂部5，沿著植物2的雄穗或者雄性部分6、雌性部分7和葉子8滑落直到底部4並且不造成損害或者破壞，並且由植物2支持。
如
圖1中所示，對於左手邊的植物(表示為植物2A1)，開口12必須足夠寬以一路經過植物2A1的葉子和生殖部分6、7或8。濾袋10的低重量使得它輕輕地覆蓋在植物2上並且一旦在適當的位置，將由植物2支持(
圖1中植物2B1上的最右邊的濾袋10)。將濾袋10預先設計成通常遵循玉米植物形狀的形狀；然而，在濾袋10中產生額外空間以允許在濾袋10安置在植物上的正常的時間量內正常的生長植物。濾袋10頂部額外的8到10英寸空間將允許雄穗生長而不破裂或者損壞材料。雄穗可以稍有彎曲，但是濾袋10的額外空間和輕重量將不對雄穗造成實質性傷害。
帶子13或者其它可除去的固定器可用於將濾袋10的底部結合到或者結合在植物2的莖幹3周圍(例如，低於植物2的最下方穗)。備選地，可以使用橡皮筋、細繩或者彈性套囊。它們可以與濾袋10分開或者結合到濾袋10中。在下面的表10中列出了用於玉米的濾袋10的材料的一些實例。此類材料可以具有下面的性質和特徵a.通透性。該材料對於空氣和水分相對高度通透，但是具有相對小的孔徑，從而多數(如果不是全部)玉米花粉可能被阻斷而不能穿過。從而，多數(如果不是全部)昆蟲將也可能被阻隔。優選，該材料即使在溼潤環境中也是透氣的。可以理解，花粉的大小可以變化。玉米花粉的直徑傾向在80到100μm數量級。因此，優選該材料阻斷這些大小並且具有低於該範圍的孔徑，例如，在60-80μm範圍內，以阻斷玉米花粉但是將通透性最大化以便於空氣交換。然而，如所述的，玉米花粉具有大小差異。而且，即使孔徑小於花粉，外力如風和雨也可以推動花粉進入材料。因此，該材料的一個推薦的孔徑範圍是具有不大於60-70微米中間範圍，可能甚至不大於60-70微米的前端範圍的孔徑。因此，該材料的一個推薦的孔徑範圍為約60-80μm。優選使用平均孔徑75μm或更小的材料。對於一些材料，優選60-70μm的範圍。可以理解為了不同目的或者對於不同類型的植物，可能需要其它的大小。認為650-1000ft3/ft2/min或者更高的Frazier值是優選的。
b.透光性。透光性很高。多數光，包括陽光將會透過。不透明度為約46％。認為至少50％的PAR透光率(至少對於500到730nm波長的光)是優選的。光質量與環境光相似。
c.重量。重量相對較輕(例如，小於1盎司/平方碼的數量級)。優選該材料足夠輕，使得可以包在植物上並且不壓低葉子。它將具有足夠的容積讓植物生長。
d.強度。抗拉強度足夠抵抗正常操作或者中到大風存在下產生的變性、撕裂或者刺破。該因素隨不同材料而變。一個實例是具有抗張MD/XD為10.3/42磅/英寸和抗撕裂MD/XD為1.4/1.5磅的材料。如果希望，它可以是抗紫外線的。儘管優選足以抵抗風中或者操作期間的撕裂，但是希望它是耐用的、可洗滌的並且非磨損的(至少在內部)。可以加入額外支持物。例如，可以加入一個或多個額外的材料層作為支持層。該支持層可以具有大得多的開口並且用於為具有上述性質的層提供必要的強度。
其它特徵和性質可以從生產商得到。
材料的成本可能是一個因素。通常希望降低成本。每平方碼材料的當前價格範圍(如表A中列出)可以變化大(例如，從約$0.10到$60.00/碼2)。因此，如果成本是一個因素，可以選擇較低成本的材料。然而，在價格和性能之間可能存在折衷。
在玉米育種實驗中，植物濾袋10基本上代表對所有外來玉米花粉的屏障或者花粉濾器，以在生長季節期間所希望的時間內隔離整個植物2與使其避免自然授粉。同時，它不實質性地改變植物的天然生長條件，允許良好的空氣和水分以及陽光到達植物。它不由其重量對植物造成負擔並且由於它的透氣性而可以抵抗熱的積累。
它相對快並且容易置於植物上或者除去。可以簡單地將濾袋10套在植物2上並在底部使用可鬆開的閉合物(例如，細繩、彈性套囊，或者甚至用於將多頁紙固定在一起的類型的金屬夾)。可以使用帶子、橡皮筋或者其它閉合物或者夾子。所述濾袋可以僅僅向下延伸，或者可以連接到植物，僅僅低於它的生殖部分，而不是基本上到達植物的底部。下面的葉子作為機械障礙來限制濾袋10向植物上方滑動，甚至在相對大風或者向上拉的情況下也是如此。濾袋樣結構優選偏轉、吸收或者以其它方式處理掉甚至相對大的風而沒有實質性的撕裂危險。
選擇濾袋10的大小以允許植物2在高度和寬度上基本上沒有限制地生長。通常在植物周圍呈「袋狀」比緊密固定更好。
圖2A-G闡明了一種製造植物濾袋10的方法。產生或者切出56英寸寬、60英寸長的材料片(圖2A)，其具有這裡為方便稱作的底邊14、頂邊15、左邊16和右邊17。將該片縱向對摺(圖2B)。可以將頂邊15的相鄰部分縫合在一起(和/或用粘合的接縫密封)(圖示為參考數18)，並且可以縫合邊16和17的相鄰部分(縫19)。圖2D-F圖示了裝配好的植物濾袋10的頂邊、對邊和底部的視圖。這些邊堅韌、耐用(甚至在陽光和外麵條件下)的線以基本上密封濾袋10的那些邊的方式縫合在一起。圖2A-F僅僅圖示了濾袋10的生產步驟。它們不是按比例的或者精確說明。
儘管圖2A-G闡明了基本上為長方形的袋子或者濾袋，但是有利的是它可以為錐形的，如
圖1的右手邊所示。例如，約60英寸高的濾袋可以在頂部為9英寸，但是逐漸增粗到在底部處的約28到32英寸。這可以使得它容易安裝並且它將更接近生長的玉米植物的形狀。葉子將沿著完整植物更好地幫助支持袋子，而不是僅在一些地方支持。
如果使用縫線，那麼將選擇針大小、縫合密度和線的類型以防止任何可能的開口，其將允許設計該濾袋材料來排除花粉的穿過。該實施方案的一個實例將是用於縫合的標準結合的聚酯線(例如，tax92，每英寸6-8針)。可以用棉花襯裡填充真空區。備選地，可以用熱或者焊接熔封進行粘合縫合(超聲或者粘膠粘合)，只要它不實質性地降低織物的質量。
D.第二個示例性實施方案圖3圖解了超級結構或者框架27，通過該框架可以懸吊護罩或者屏障20以同時覆蓋多個植物2。在圖3中，該超級結構是許多弓形物27A、B和C，它們相隔一定距離並且通常是平行的，較下面的部分錨定在地面(例如，直接埋在地中或者為某種類型的表面下立足)。由與植物濾袋10具有相似性質的材料20組成的片或者護罩20被覆蓋在框架27上以圍住植物。材料20的四方錐形具有開放的底部、頂部20、前面22、背面23、左邊24和右邊25。側壁22、23、24、25的較低邊向下延伸到地面以完全圍住內部的許多植物2。
與基本上密封單個植物的全部並且由該植物支持不同的是，護罩20基本上密封一個、兩個或多個植物，但是由獨立的超級結構支撐。可以用支柱或者地面固定方法將護罩的較下邊固定到地面以為植物2提供空氣傳播的花粉或者昆蟲的屏障。
框架成員27可以由相對廉價的重量輕的材料，如相對重量輕的管狀金屬或者塑料(例如，PVC)製造，因為護罩20的材料的重量相對較輕。支持物27可以與用於懸吊彈絮籠網(batting cage net)的支持物相似。可以設計護罩20的高度、寬度和深度使得護罩20的所有部分與其中將圍住的植物的任何部分隔開。根據希望和需要，護罩20的壁可以接近植物，以節省材料和空間，或者與任何植物的任何部分大體上隔開以允許植物生長，或者為工人留出機器或者頭部空間。
護罩20可以是直角稜柱形，當直立時一般具有平面邊和頂部。它可以由一些獨立的材料片縫合或者連接在一起形成整個單位來製造。其它形狀是可能的，例如，半球形、橢圓或者拋物線的旋轉部分、金字塔形等，或者它們的組合。它可以具有不規則形狀。支持物可以在外部或者內部，或者兩者。
工人可以通過舉起側壁的底邊進入護罩的內部。備選地，側壁中的縫隙可以通常結合在一起但是可以打開後進入。
E.第三個示例性實施方案圖4圖解了由與植物濾袋10相似的材料20構成的護罩或者屏障20，只是比圖3的護罩或者屏障規模更大。很高的柱子20(例如，15-100英尺)可以在很大地區(例如，試驗小區、田間，或者田間的一部分)間分布。材料20可以懸吊在柱子27上處於植物上方，護罩20的底邊延伸到地面。在該實例中，顯示了許多排植物被包圍在護罩或者屏障20的下方。包圍第一行植物A，以及額外的行B、C...N。
在玉米的常規實驗育種計劃中，幾行寬、幾十英尺或者幾十碼長的試驗小區可以每個小區都由護罩20包圍以將該組植物隔離花粉和昆蟲，並且在植物和地上環境的外界之間產生屏障，而不實質性地影響維持植物的正常生長所需的那些事物的穿過。它可以更大。
圖4中所示帳篷或者護罩20的內部可以(如果希望)由相似的材料細分。換句話說，在行之間可以通過從護罩的內部頂部到地面的垂直的材料層隔開A行和B行。同樣可以分開其它行，或者行的部分。
F.第四個示例性實施方案圖5圖解了位於一個或多個植物2上的帳篷或者護罩20，其在所有邊上和頂部都用類似於
圖1的植物濾袋10的材料包圍。小濾袋32(也由相似材料製造)可以選擇性地位於單棵植物的一部分或幾部分上，但不是整棵植物上。例如，植物1和2的所有雄性部分都可以被罩住或者包圍，而罩住或者包圍植物2的每個雌性部分，而將兩棵植物通過主要覆蓋物20罩住或者包圍。在適當時候，可以除去植物2的雄穗或者雄性部分，留下植物2的所有雌性部分都被濾袋罩住，以促進植物2對植物1授粉，和阻止自花授粉。對於多組植物1和2，這可以用於抑制來自相同群體的植物之間的授粉，使用來自另一群體的植物的花粉進行雜交育種。如可以理解的，完整植物濾袋10可以用於帳篷20下的某些功能，代替較小的濾袋32。
濾袋32也可以被置於同一植物的雄性和雌性部分。護罩20可以簡單地作為其它花粉或者昆蟲的屏障。或者，在相同植物上選擇性地放置或者除去濾袋32可以促進自花授粉。
備選地，整個植物濾袋，如
圖1中的植物濾袋10可以被置於更大的護罩20內的所選植物上方。在雄穗上選擇性地使用濾袋32可以減小空氣中的花粉負荷。
G.任選方案和備選方案通過圖解和每個示例性的實施方案，可以看出本發明在它的多個方面和實施方案中提供了有利的屏障。對於玉米和玉米育種實驗，濾袋、護罩或者帳篷的材料的一個實施方案將優選地阻斷多數(如果不是全部)花粉，這基於對至少小於玉米花粉顆粒的通常的直徑範圍的孔徑的選擇。此類相對小的孔徑可以阻隔多數昆蟲。但是，同時，材料的性質包括高度的透光性以及對空氣和水分的高度通透性，從而用於植物生長的這些基本的、必需成分不會有實質性的減弱。
然而，將理解，本發明可以採取許多形式和實施方案。本文給出的示例性的實施方案僅用於闡明目的而不是限定。本發明將包括本領域技術人員顯而易見的變通方案。
例如，如果希望或者需要，可以改變根據本發明的濾袋、護罩或者帳篷的精確尺寸和形狀。
同樣地，根據希望或者需要，可以在一定程度上改變材料。下面的表A列出了各種材料的許多實例，這些材料具有實施本發明的相對於玉米花粉的許多方面所需要的性質。一些材料是織造的，一些是非織造的。非織造的材料傾向於比織造材料更便宜，這將是重要的優點。
表A
當然，可以使用其它材料並且可以從不同銷售商或者生產商得到這些材料。例如，其它候選材料包括下面的可以從Saatitech，Inc.(Somers，New York USA)商購的材料Saatifil Nylon PA 64/47(平均孔徑(μm)/有效開口面積％)Saatifil Nylon PA 70/49Saatifil Nylon PA 55/43Saatifil PES 53/40注釋PA＝聚醯胺；PES＝聚酯。每種產品後的數字分別表示孔徑和開口面積的百分數。具體的物理性質是公眾可以得到的。
其它可能的材料是a.SNS，1微米，三層複合物(可以從DuPont得到)。
b.膜，Delnet-80微米(Delstar Technologies，Inc.，Austin，TX USA)其它材料從Safer Nitex(Kansas City，Missouri USA)得到，包括Nitex 64/47(平均孔徑(μm)/有效開口面積％)Nitex 64/45Nitex 70/49表A中的材料和其它實例具有下面的相對一致的特徵a.材料的重量；b.平均孔徑(通常為50-80微米範圍，優選對於織造材料小於70微米(似乎更好的是孔徑大小的分布相當窄-例如，最大值/最小值＝2x)；對於非織造的材料，小的平均孔徑對花粉產生更好的屏障，因為傾向於通過該材料存在彎曲途徑，其傾向於捕獲可以進入該材料的顆粒(相反地，由於相同原因，對於非織造材料，更大的平均孔徑可以與較小的平均孔徑的織造材料工作得一樣好)；c.空氣/水通透性；d.透光性；e.抗張強度和抗撕裂性。
表A指出了具有為濾袋10或者覆蓋物20所考慮的性質的材料的實例。如果濾袋或者護罩的基本功能是阻斷花粉，那麼主要的材料特徵和性質將包括足夠小的孔徑但是最大的空氣和水通透性和最大的透光性。在此類條件下，將選擇孔徑和其它因素來阻斷多數或者全部相關花粉，但是不會小到顯著影響流體(空氣和液體)通透性或者透光性。目的將是排除花粉，而對植物的正常生長所需的基本事物是通透的。換句話說，該材料將是花粉的屏障或者濾器，但是植物將基本上與沒有什麼東西覆蓋它時生長得一樣好(例如，它將基本上具有與在覆蓋物外類似的生長環境)。植物將基本上「認為」它在外面，但是花粉將被阻隔。如可以理解的，可以通過測試來精確地確定應用所需的孔徑大小分布。例如，可以將不同性質，包括不同孔徑和通透性的材料在生長季節中通過將濾袋置於完整植物的雌性部分上進行測試。如果不產生種子，那麼認為該材料有效地排除了所有存活的花粉。
通過經驗測試，可以選擇孔徑。例如，可以在整個生長季節將候選材料置於一棵或多棵植物周圍。如果沒有產生雜交育種得到的種子，那麼在經驗上可以認為該材料阻斷，或者至少基本上阻斷相關的花粉。監視相對於環境條件的植物生長(相對於位置相近但是不用該材料罩住的對照植物)可以經驗性地確定該材料是否不利地影響植物的生長。可以監視溫度以確定材料是否導致不希望的熱積累，其可以影響植物的健康或者導致植物被乾燥到不希望的水平。當前，認為排除外來花粉的良好的性能水平將是被外來花粉汙染的水平不超過人工授粉的玉米粒的正常汙染(約2％)。
植物濾袋在玉米上的田間純潔性測試已經證明了花粉屏障的有效性。儘管在田間條件下一定的汙染是不可避免的，如爬入植物濾袋內的小昆蟲攜帶花粉並且將花粉傳遞到花絲，但是結果已經表明該織物所提供的花粉屏障對於我們的需要是足夠的。
同樣，植物濾袋在產量試驗中也表現出良好性能。用植物濾袋覆蓋的玉米植株有效地進行自花授粉。在每個穗上形成的良好玉米粒的數目對於我們的需要足夠了，並且在一些情況中與來自常規手工授粉的植物的玉米粒的數目一樣多或者更多。植物濾袋在田間純潔性試驗中阻斷不希望的花粉中也顯示出有效性，因此根據產量試驗性能，我們相信這些玉米粒將具有所希望的遺傳同一性。
然而，將理解花粉大小可以隨著植物類型的不同而改變。甚至對於相同類型的植物，花粉也具有大小差異。它可以由於乾燥而變小，並且在乾燥時仍保持存活。在本發明用於植物授粉的過程中，本發明的一般規則將是選擇阻止存活花粉的孔徑。
還認為為了將空氣流動最大化，孔徑應當被最大化並且孔之間材料的面積將最小化。因此，必須平衡阻斷相關花粉與最大通透性的競爭性目的。一種增加通透性的方法是減小孔之間材料的量。這增加了開口面積與材料的總體比率，認為這對於增加的空氣流動較好。還傾向於降低材料的成本，每平方英寸材料使用較少材料。目的是花粉過濾的可接受水平和空氣和水通透性之間的平衡。花粉過濾是對於特定植物的「相關」花粉，主要關心的是濾除將導致所討論的植物受精的花粉。在一些情況中，特別當希望或者需要增加透光性時，可以優選減小厚度和重量。
本發明的額外任選方案和備選方案包括下面的。如果非織造材料的對邊之間存在彎曲途徑，那麼可以使用平均孔徑甚至大於相關花粉的平均直徑的非織造材料。例如，在邊之間具有彎曲途徑的非織造材料傾向於不僅阻止大於平均孔徑(例如，10微米平均孔徑阻止3微米顆粒)的顆粒，而且阻止大小為其大小的分數的顆粒。通常，孔徑越小，材料越貴。因此，這可以允許降低成本，同時保持對活的相關花粉的有效屏障。可以使用具有所需特徵和性質類型的有孔膜或者其它材料。
可能存在其中最大透光度故意被局限於特定波長以影響植物生長(質量)的情況。通常在用於花粉排除但是允許足夠光的足夠小的孔徑之間存在平衡。這通常是光質量和光數量之間的平衡。在某些情況中表明為可能的優點的一個實例將是在光譜的藍光和紅光區(例如，400到700nm波長)中透過至少5,000英尺-燭光的材料。在非常熱或者直射陽光的條件下，該材料可以以熱吸收或者熱反射功能的方式被著色或者塗布。這種添加再次有意使用並且對於某些情況中植物的生長是有益的。可能希望發散光並且可以用該材料進行(例如，中性灰色可以模擬一定的陰影)。可以用噴霧劑、染料或者塗料(例如，鋁化的)過濾某些光波長但是允許其它光波長。
可以用夾具或者工具幫助將植物濾袋10置於植物上，然後除去或者留在原位以作為濾袋框架。該夾具的框架可以將濾袋10固定在展開狀態以幫助將濾袋10沿著植物滑行。它還可以留在原位固定濾袋10防止它從植物脫出。它還可以用於更小的、瘦弱的不能支持濾袋10的植物。
夾具的一個實例是10×14英寸的氈片，其具有沿著短邊粘附或者縫入該氈片的兩個木釘。可以在一個短邊附著一個吊鉤和環固定器(例如，Velcro)。該固定器用於下面的步驟中在穗絲出現前將濾袋10部署在濾袋10上。氈片可以包裹在植物的頂部(包括雄穗)周圍並通過將吊鉤和環固定器的自由端連接到氈材料以輕輕地壓縮和減小植物頂部的直徑進行固定。應該注意用乾淨的手並且避免打亂或者打破雄穗或者葉子。將濾袋10卷上(像保險套)，然後將其底部開口置於植物底部並包裹夾具。然後將濾袋10輕輕地向下展開(像保險套)罩在植物下。公認可以伸手向上，輕輕釋放夾具上的吊鉤和環固定器，並通過濾袋10中的底部開口除去夾具。然後相對於植物放置濾袋10使得底部低於植物的生殖部分(例如，低於穗兩片葉子)並優選不是太低(一直到達地面)。應該注意確保濾袋的頂部有足夠的空間(例如，8到10英寸)以允許植物垂直生長(該額外長度將遮蓋或者懸掛，以備接受植物生長)。濾袋10的底部將在植物莖幹周圍系住並固定(例如，以活結固定的細繩)。
而且可以將覆蓋材料用作屏障，其防止花粉從覆蓋物或者護罩內的植物移出(花粉逃逸)而不是防止花粉進入。一個實例是用於遺傳修飾的生物(GMO)作物。條例傾向於靜止GMO作物對非GMO作物的汙染。從而，植物濾袋10，或者更好的護罩或者帳篷20將當然可以有效地阻斷濾袋或者帳篷內GMO植物的花粉逃逸，從而消除對非GMO作物的汙染危險(通過風或者攜帶花粉的昆蟲)。當前，條例傾向於要求田間的GMO植物與非GMO植物分開一定距離(可以為許多碼)。該距離可以是相當的。這需要額外的土地，這是昂貴的，並且通常難以為其爭得正當理由。使用帳篷或者護罩20可以足夠保證GMO花粉不會逃逸，從而允許GMO植物與非GMO植物處於更接近的位置(甚至直接相鄰)(這可以允許積極利用更多土地和/或者較便宜)。
認為可以將化學品塗布、浸漬或者傳遞到植物濾袋、護罩或者帳篷的材料。其實例可以是殺蟲劑。這可以幫助阻止這些潛在有害的事物的穿過或者存在。可以將所述物質噴霧、塗布或者放置在該材料上。這可以以一定時間間隔重複，或者可以同時或者順序應用不同的物質。
如可以明白的，本發明可以用於包括和排除。它可以保持花粉遠離一棵植物或者一組植物。它可以將花粉保持在一棵植物或一組植物內。它可以用於保護基因型。
本發明還可以用於保持產生有時被稱作「營養品」的特別工程化的植物或者生長在有時被稱作「製藥」或者「生物製藥」的植物的純潔性。在這些情況中，植物可以經基因改造而產生藥學活性物質。人們可以通過攝取植物的相關部分來接受藥學活性物質或者營養品。
如所陳述的，認為本發明可以應用於至少其它植物(例如，黑麥和其它禾本科植物、高梁、小麥和其它通過風授粉的小穀物)。例如，它對於小或者弱的植物(例如，不能加箍的植物)是有利的。
希望所述材料是可以洗滌和重複使用的。
本發明的額外任選方案或者備選方案如下。
濾袋10可以逐漸變細或者當在一段或另一段擴大時具有更大的橫截面面積。例如，狹窄的橫截面末端可以更容易結合綁在植物的基部，使用較少材料，並且對於基部上的葉子和其它生長物有更多的擴大空間。濾袋10一般可以按照植物的形狀，優選留有植物生長的空間。
可以將拉線縫在或者安裝在濾袋開口處或者附近以更容易和更有效地安裝。另一個備選方案可以是彈性帶或者材料，其可以縫紉或者安裝在濾袋開口周圍或者附近。
另一個任選方案將是使用兩種不同的材料或者由一種以上纖維製造的雜種型材料。例如，植物濾袋或者授粉籠的頂部的某部分可以被遮蔽(像帽子或者貝雷帽)以減小入射光，作為控制溫度的方式(例如，中性灰色以遮蔽植物的底部)，而各邊下的剩餘材料將具有較低不透明性並且可能有較高的空氣通透性。可以用顏色減少熱量。對濾袋或者帳篷的全部或者部分使用某種顏色可以在濾袋10內部產生較少熱量。儘管它可以減少一定量的對植物有用的光，但是可以選擇顏色並且配置顏色使得允許足夠光。相反地，如果需要(例如，較冷的氣候)，織物的顏色或者其它修飾可能增加濾袋或者帳篷內的熱量。
另一個任選方案是材料上的雙紋理表面。例如，濾袋內可以有非常光滑的表面紋理以方便放置/除去操作，因為棉質材料容易掛住或者拉扯植物葉子。更粗糙的外表面可以阻攔昆蟲和增加對氣載汙染物的屏障性質。
另一個任選方案可以包括用Teflon或者其它物質塗布織物。例如，Teflon可以在濾袋置於植物上時減小與植物的摩擦，以幫助罩在植物上。為了不同功能，基底或者基質材料上可以有一個或多個額外層。
從而可以看出本發明可以採用許多形式和實施方案。
一方面，將植物支持的濾袋置於完整生長的植物的大部分上。該濾袋可以由這樣的材料製造，該材料具有良好空氣/水交換並且允許透過足夠的光而不實質性改變植物的正常生長環境，但是阻斷花粉或者昆蟲或者其它不希望的事物。
另一方面，通過相似材料以帳篷覆蓋或者掩蓋一棵或多棵植物。儘管植物可以支撐該材料，但是它可以由獨立的框架或者結構支撐。
另一方面涉及覆蓋多個植物，而且還將單個植物或其部分覆蓋在較大的覆蓋物下。
本發明的另一方面是完成所希望的目的的材料的選擇和該材料自身。
另一方面是用於分離一棵植物或者多棵植物，如GMO植物、營養品植物或者製藥的屏障的用途。
本發明的另一方面是通過使用植物濾袋或者帳篷增加競爭授粉的時間窗口的方法。
本發明的另一方面是濾袋或者帳篷選擇性控制環境因素在控制植物的生長和發育中的用途。此外，具有小於所希望的透氣性的材料如果也使得透過較少光，從而在內部積累較少熱量，那麼也可以使用所述材料。可以控制空氣和溼度。
如可以理解的，考慮空氣通透性、對相關大小花粉的阻斷和對光的不透明性。也可以考慮其它因素。通常希望將空氣通透性最大化、將花粉阻斷最大化和將透光性最大化。然而，有時必須在這些有時競爭的因素之間取得平衡。
權利要求
1.用於控制相關花粉到達風力授粉的植物或者離開該植物的裝置，其包含a.適於置於植物的至少大部分上的覆蓋物；b.該覆蓋物形成一個包圍物，其具有頂部、中間部分和開口的底部；c.該覆蓋物包含一種材料，該材料具有i.對空氣和水分相對高的通透性以允許氣體和水分有效運輸到植物和從植物運出；ii.相對小的孔徑，該孔徑適於有效地阻斷相關花粉到達或者離開植物的通道；iii.實質性的透光性以允許光有效地通過而到達植物；iv.相對輕的重量以允許該材料覆蓋在植物上而不實質性傷害到該植物；v.抵抗正常操作期間或者生長環境中的中到大風造成的變形、撕裂和刺破。
2.權利要求1的裝置，其中為了安裝在單棵植物上，所述覆蓋物從較窄的頂部到較寬的底部呈錐形。
3.權利要求2的裝置，其中所述單棵植物是玉米並且該覆蓋物約60英寸高、在頂部密閉端寬為9英寸，在底部開口端寬為28-32英寸，適於固定在地面上並且為植物生長留有一定空間。
4.權利要求1的裝置，其中覆蓋物被構造成適於覆蓋多棵植物。
5.權利要求4的裝置，其進一步包含用於懸吊植物上方的覆蓋物的至少部分的框架。
6.權利要求5的裝置，其中開口的底部位於地面處或者在地面附近。
7.權利要求1的裝置，其中所述氣體包括O2、CO2和H2O。
8.權利要求1的裝置，其中所述水分為液體形式。
9.權利要求1的裝置，其中對氣體的通透性包括約650-1000ft3/ft2/min或者更高的Frazier值。
10.權利要求1的裝置，其中所述的相對小孔徑包括平均孔徑的狹窄分布。
11.權利要求1的裝置，其中所述的孔徑包括70/49到53/40的平均孔徑(μm)/有效開口面積％。
12.權利要求1的裝置，其中所述材料阻斷相關花粉並且甚至在溼潤環境中也是透氣的。
13.權利要求1的裝置，其中相關花粉是來自那一類型植物的風傳播的花粉。
14.權利要求1的裝置，其中實質性的透光性包括對於500-730nm的光至少50％的PAR透光率。
15.權利要求1的裝置，其中相對輕的重量包括約1盎司/碼2或更小。
16.權利要求1的裝置，其中對變性、撕裂和刺破的抗性包括抗張MD/XD為10.3/42磅/英寸和抗撕裂MD/XD為1.4/1.5磅或更好。
17.權利要求1的裝置，其中所述材料是織物。
18.權利要求17的裝置，其中所述材料由納米纖維製成。
19.權利要求1的裝置，其中所述材料具有約2.0到15密耳的厚度。
20.權利要求1的裝置，其中所述材料具有相對低的摩擦係數。
21.權利要求20的裝置，其中所述的摩擦係數為約0.6/0.8到3.8/3.8的MD/CD和38/39到84/80的側滑角。
22.權利要求1的裝置，其中所述材料是織造的。
23.權利要求1的裝置，其中所述材料是非織造的。
24.權利要求1的裝置，其中所述材料是有孔的膜。
25.權利要求1的裝置，其中所述材料是柔性的。
26.權利要求1的裝置，其中所述材料存在花粉的彎曲途徑。
27.權利要求1的裝置，其中所述材料是可洗滌和重複使用的。
28.權利要求1的裝置，其中最大和最小平均孔徑之間的比率為2或者更小。
29.權利要求1的裝置，其還包含中浸漬在該材料的化學品，該化學品選自除草劑、殺蟲劑和殺真菌劑。
30.權利要求1的裝置，其還包含可鬆開的閉合物，其將該材料系住或者固定到植物或者植物周圍。
31.權利要求1的裝置，其中所述的孔徑有效阻斷所有外部花粉。
32.權利要求1的裝置，其中所述的平均孔徑小於75微米。
33.權利要求1的裝置，其中所述的平均孔徑為60到70微米。
34.權利要求1的裝置，其中所述的材料的重量小於每平方碼一盎司。
35.權利要求1的裝置，其中所述材料適於基本上覆蓋植物的所有生殖部分。
36.權利要求1的裝置，其中所述材料適於覆蓋多個植物。
37.權利要求1的裝置，其中使所述材料浸漬了選自殺蟲劑、滅害劑和肥料的化學品。
38.權利要求1的裝置，其中所述材料包含具有不同性質的第一種和第二種材料。
39.權利要求38的裝置，其中能夠使用兩種不同的材料對植物選擇性地應用遮蔽、溫度調節或者改變紋理。
40.權利要求1的裝置，其中所述材料具有不同紋理的區域。
41.用於排除或者保留來自植物的基本上所有相關花粉的裝置，其包含a.平均孔徑與有效開口面積的比適於有效地阻斷與該植物的基因型有關的花粉而不實質性抑制、破壞或者影響正常的植物健康或者生長的材料；b.將該材料形成包圍物，該包圍物可以被安放在植物的至少一部分周圍。
42.權利要求41的裝置，其中所述材料具有相對輕的重量。
43.權利要求41的裝置，其中所述材料適於對空氣和水相對通透。
44.權利要求41的裝置，其中所述材料具有一定厚度，該厚度和孔徑適應於相對透光性。
45.權利要求41的裝置，其中所述材料具有抗撕裂性，適應於在相對大風中保持完整。
46.通過採用過濾掉相關花粉而對植物的生長或者種子產量無害的材料包圍植物的至少一部分來控制植物的天然授粉的產品，所述材料是通過下面的步驟製造的a.將材料的平均孔徑最大化同時為該植物有效地阻斷花粉；b.將材料的厚度最小化以增加透光性；c.減小材料的孔之間的面積以增加空氣流動。
47.權利要求46的產品，其還包含提供材料的抗撕裂性。
48.權利要求47的產品，其中抗撕裂性包括可操作地將支持層粘附到所述材料上。
49.權利要求46的產品，其中最大和最小孔徑之間的分布是2級。權利要求46的產品，其還包含將材料的重量最小化。
50.通過採用過濾相關花粉而對植物的生長或者種子產量無害的材料包圍植物的至少一部分來控制植物的天然授粉的產品，所述材料是通過下面的步驟製造的a.將材料的平均孔徑最大化同時為該植物有效地阻斷相關花粉；b.將材料的厚度最小化以增加透光性；c.減小材料的孔之間的面積以增加空氣流動。
51.控制相關花粉到達或者離開植物的方法，其包括a.過濾掉到達或者離開植物雌性生殖部分的基本上所有相關花粉而不實質性損害植物的生長。
52.權利要求51的方法，其中過濾步驟包括至少在植物雌性生殖部分周圍設置具有小孔的包圍物，其中平均孔徑能為植物有效地過濾掉相關花粉但是允許空氣、水和光有效地輸送到植物。
53.權利要求52的方法，其中包圍物具有相對輕的重量。
54.權利要求52的方法，其中包圍物具有一定柔性並且抗撕裂或者刺破。
55.權利要求50的方法，其中包圍物形成適於在生長的植物上固定的濾袋形。
56.權利要求55的方法，其中所述的濾袋形為植物的某些伸展或者生長留有足夠的空間。
57.權利要求50的方法，其用於植物育種計劃中。
58.權利要求50的方法，其用於分離一種或多種GMO植物。
59.對通過靠風傳播的花粉天然授粉的植物進行授粉以保存該植物的基因型和/或促進雜交育種的方法，其包括a.形成柔性材料的護罩，其具有頂部密閉端、可打開的底端、限定內部空間的長度和寬度，該護罩從較窄的頂部到較寬的底部呈錐形並且具有與植物和其生長模式相關的預定尺寸，該材料具有有效地阻斷與該植物的基因型相關的花粉而不實質性地抑制、破壞或者影響正常植物的健康或者生長的性質；b.在雄穗或者穗絲出現之前通過如下步驟將護罩部署正在生長的植物的一部分上i.將護罩捲起；ii.擠攏植物頂部的葉子；iii.將護罩卷下罩在擠攏的葉子上；iv.將護罩進一步拉下罩在植物上；c.在植物的莖幹周圍植物的雌性部分下面的一個或兩個葉子處系住護罩的開口底部；d.所述的預定尺寸具有足夠的空間以允許植物長得更高和更寬而沒有實質性限制。
60.權利要求59的方法，其中所述的植物是玉米植物並且所述的雌性部分是穗苗。
61.權利要求59的方法，其中當平放在表面上時，護罩高約60英寸、在頂部為9英寸寬，在底部為28-32寬。
62.權利要求59的方法，其中所述的足夠空間對於植物的頂部為約8-10英寸。
63.權利要求59的方法，其還包括使用夾具擠攏葉子的上部10-14英寸，該夾具夾住莖幹附近的葉子但是當護罩就位時是可以鬆開和除去的。
64.權利要求59的方法，其中所述護罩覆蓋植物的一部分。
65.權利要求59的方法，其中所述護罩覆蓋植物的大部分。
66.權利要求59的方法，其中所述護罩覆蓋多棵植物。
67.權利要求66的方法，其中所述多棵植物是一塊土地上的植物。
68.權利要求66的方法，其中所述多棵植物是一個田間的植物。
69.權利要求59的方法，其中所述護罩方便植物育種。
70.權利要求67的方法，其中所述植物育種包括雜交育種。
71.權利要求59的方法，其中所述護罩方便遺傳修飾的生物(GMO)排除。
72.權利要求59的方法，其中所述護罩方便植物花粉的限制。
73.權利要求59的方法，其中所述護罩方便花粉排除的效果與當前的手工授粉方法一樣好或者更好。
74.權利要求73的方法，其中當前的手工授粉方法導致約2％的穗被不希望的花粉汙染。
75.權利要求59的方法，其中所述護罩方便花粉排除從而不在所述植物上形成種子。
76.權利要求59的方法，其中所述植物包括通過風力授粉的植物。
77.權利要求76的方法，其中所述植物包括主要通過風力授粉的植物。
78.權利要求69的方法，其中所述植物包括玉米。
79.權利要求69的方法，其中所述植物包括來自禾本科的植物。
80.權利要求69的方法，其中所述植物包括黑麥。
81.利要求69的方法，其中所述植物包括向日葵、芸苔、芥菜或者高梁。
全文摘要
本發明公開了用於將植物的至少一部分與具有某種大小或者特徵的事物或者物質通道隔離開來的裝置和方法。一方面，採用可鬆開的閉合物(13)將材料的護罩或者濾袋(10)可除去地放置在植物(3)的至少一部分上。該材料對空氣和水分高度通透並且基本上是透光的。然而，它具有阻斷不希望的物質或者事物(例如，花粉或者昆蟲)的孔徑。該材料具有相對輕的重量，從而，它可以任選地通過植物(3)懸掛而不顯著影響植物的生長或者健康。該材料可以具有相當大的抗張強度以抵抗正常操作期間或者中到大風造成的變性、撕裂或者刺破。它可以用於在植物的一部分、基本上整棵植物或者許多植物上提供屏障。
文檔編號A01H1/02GK1913771SQ200480041475
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月22日 優先權日2003年12月22日
發明者M·B·卡拉維, D·M·戈爾德曼, M·M·伊維格, K·L·克斯特 申請人:先鋒高級育種國際公司