[发明专利]超声波增强种子萌芽系统

说明书

临时申请的引用

兹引用BruceK.Redding,Jr.的美国临时专利申请序列号61/689,298申请日：06/04/2012，并且申请人要求这个日期作为有益的优先权日期。

发明领域

本发明总体涉及一种用于将水或其他物质与溶解物质一起吸收到种子中的超声处理和沉积方法，更具体地说涉及出于赋予种子增强吸收以下物质的记忆的目的来用声波处理种子的方法，该物质增强种子或所得植物的生长特性，或在其他方面在商业处理过程中为种子增加价值。

与萌芽科学相关的现有技术的背景

种子休眠是大多数植物用于暂时停止萌芽并且优化后代存活的独特形式的发育停滞。在种子休眠期间，水分含量以及呼吸速率都大大降低。打破种子休眠的初始步骤是呼吸所必需的水的吸收(沉积)以及萌芽所需的淀粉储备的动员。沉积是一个两阶段过程：I)水通过种皮的物理吸收和胚的水合；以及II)如通过胚轴的生长和伸长从而导致胚芽和胚根露出来所确定的萌芽。两个阶段在时间上分开，并且已完成阶段I的种子被认为是“发动的种子”，即，发动用于阶段II：萌芽。沉积的阶段I也用于种子的商业处理，即玉米的湿磨分离以及用于发酵蒸馏酒精的发麦芽过程。

通过增强水的吸收来使种子发动对于植物活力，例如增强的出芽、生长以及产量特性是有利的。种子发动也使种子萌芽同步，使得植物种植场均一同时成熟以便在收获时获得最大产量。除了水，种子发动提供为种子装载营养物质、微生物或有害生物抑制剂的途径，以促进幼苗立足。通过在沉积阶段I过程中添加分子至种子，该分子或生物体可以被存储在该发动种子中，因此，在种植时存在。与将类似分子添加至整个种植场相比，“装载大分子”在种子中非常有效。一个实例是添加肥料以刺激根生长并且加速出苗。在种植前将肥料装载到种子中对于幼苗是更有效的并且对于农民是具有成本效益的。装载至种子中的其他有益分子是促进萌芽的激素如赤霉素/赤霉酸，用于细胞伸长的细胞分裂素以及促进解除种子休眠的脱落酸抑制剂。种子品种可以对于特定生长区进行定制，方法是添加三唑(减少干旱和高温的影响的植物生长调节剂)或抑制在阴凉、潮湿土壤中的种子以及幼苗上的真菌生长的杀真菌剂或防治侵袭幼苗的昆虫，如玉米根虫的杀虫剂。除了大分子，可以在种子发动期间装载有益微生物如固氮螺菌或根瘤菌作为作物接种剂。

玉米的商业分离开始于湿磨。玉米是淀粉、蛋白质、油、水、纤维、矿物质、维生素以及色素的复杂混合物。湿磨是将玉米组分分离成为单独的均质部分的过程。在爱荷华州，每年收获的十亿蒲式耳玉米的大约20％经过湿磨。湿磨行业以及附属制造代表巨大的行业努力。随着湿磨过程通过新的技术不断改进，新颖副产物能以工业量来分离，例如乙醇、玉米甜味剂、蛋白质肽，以及维生素C和E。湿磨的初始步骤浸泡并没有通过技术革新来改变。浸泡涉及将清洁并且干燥的玉米(<16％水分)在温水中浸泡，直到它膨胀到45％水合。这这个过程在120-130华氏度的温度下需要30-50小时。在浸泡过程中，大量的水以逆流移动穿过巨大的玉米桶。此外，在此期间，在浸泡水中生长的有益微生物如乳酸菌以及绿脓杆菌有助于玉米蛋白的蛋白水解裂解。然而，大量的浸泡水以及水合所需要的时间限制了细菌消化的有效性。消化副产物主要通过蒸发浓缩从浸泡水中纯化出来。

发麦芽过程是生产酒精的谷物发酵中的第一步。麦芽(以及所产生的发酵)的质量取决于谷物的同步并且有效的萌芽。存储在种子中的淀粉在萌芽的早期阶段被转化成糖。在出芽时，萌芽停止并且转化的糖在发酵过程中用于生产乙醇。在历史上，发麦芽过程是劳动密集的任务。将谷物铺展到“发麦芽地板”上，用来自顶喷式喷灌机的水浸渗，并且在一到两周的过程中每日用手翻动以释放截留的热量和气体。在胚芽露出时，淀粉已经转化为糖，将萌芽的谷物烘干并且研磨以形成麦芽。小酿造厂和酿酒厂仍然使用这种老发麦芽技术的变型来生产高品质的麦芽。一些酿酒厂通过添加赤霉酸(GA)来诱导均匀萌芽以产生用于发酵的最高质量的麦芽，如在单麦芽威士忌蒸馏中。GA是植物激素，它调节萌芽。这种品质的麦芽生产是耗时且昂贵的。

正常植物萌芽

水是可以帮助种子萌芽的关键因素。种子可以通过润湿来为萌芽作准备。要小心，不要将种子完全过度浸泡在水中。当水渗入种子时，种子膨胀，如图1所示。当种皮软化时，种子破裂并且幼苗露出。种子通常在里面具有一定量的存储食物。当用水处理时，这种食物被提供给幼苗，帮助萌芽。图2示出植物从萌芽到充分发育的生长。