專利名稱：具有活動(dòng)端封的人造種子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人造的種子，尤其是涉及附著于人造種子的活動(dòng)端封。
背景技術(shù)：
植物的無性繁殖對(duì)于某些種而言已經(jīng)顯示出能夠產(chǎn)生大量遺傳一致的胚，每個(gè)胚都能夠發(fā)育成正常的植物體。這種胚常常必須在實(shí)驗(yàn)室的條件下進(jìn)行進(jìn)一步的培養(yǎng)直到它們達(dá)到自養(yǎng)“幼苗階段”，這個(gè)階段的特征在于能夠通過光合成產(chǎn)生它們自己的養(yǎng)料，能夠抵抗干燥，能夠產(chǎn)生穿透土壤的根以及能夠抵御土壤微生物。一些研究者已經(jīng)對(duì)被稱為人造種子的人工種子的產(chǎn)生進(jìn)行了試驗(yàn)，其中單個(gè)的植物體細(xì)胞或者合子胚包裹在種皮中。這種人造種子的例子公開在授權(quán)給Carlson等人的美國(guó)專利5,701,699中，其公開在這里特意引入作為參考。
典型的人造種子包括種皮，合成的配子體以及植物胚。不包括植物胚的人造種子在本領(lǐng)域稱作“種子坯料”。種子坯料通常為具有封閉端以及開口端的圓柱形被膜。將合成的配子體置于種皮內(nèi)將種皮內(nèi)部基本上填滿。稱作子葉限制器的縱向伸展的堅(jiān)硬多孔插入件可以位于種皮的一端的中心，由合成配子體包圍，并且包括部分延伸穿過子葉限制器縱向的位于中心的腔。
腔的大小可以滿足在其中容納植物胚。眾所周知的植物胚包括胚根端以及子葉端。植物胚首先放置在子葉端子葉限制器的腔內(nèi)。然后將植物胚由端封密封在種子坯料內(nèi)。在端封中有弱化點(diǎn)，可以使植物胚的胚根端穿透端封。
過去，端封由拉伸蠟基膜，諸如Parafilm或者形成蠟封附于人造種子從而將胚封入人造種子內(nèi)。盡管這種端封可以將胚成功封入人造種子內(nèi)，它們還存在自身的問題。作為非限制的實(shí)例，這種端封在實(shí)驗(yàn)室條件下正常工作但是當(dāng)放入更嚴(yán)峻的處理環(huán)境下時(shí)諸如農(nóng)業(yè)播種機(jī)的環(huán)境下可以過早地破裂。另外，為了防止微生物的侵入，這種端封用tribiotic油膏處理。這種處理可以進(jìn)一步降低端封的強(qiáng)度。因此，需要存在用于人造種子的三級(jí)端封從而保護(hù)二級(jí)端封。
發(fā)明概述本發(fā)明提供了人造種子。人造種子包括種皮，以及置于種皮內(nèi)的的胚。人造種子還包括位于種皮表面上的密封件，其中所述密封件至少包括親水材料的內(nèi)部密封層以及外部密封層。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，外部密封層是基于纖維素的材料。在某些實(shí)施方案中，密封件是位于種皮一端上的端封。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，密封件位于種皮的側(cè)壁上。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施方案形成的人造種子有幾個(gè)優(yōu)于現(xiàn)有人造種子的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在這方面，外部密封件發(fā)揮在種子處理以及播種期間保護(hù)內(nèi)部端封的作用。因?yàn)橥獠棵芊鈱泳哂休^高的親水性并且當(dāng)水合時(shí)膨脹，在播種后灌溉期間軟化使外部密封層穿透，由此促進(jìn)胚萌發(fā)穿過內(nèi)部以及外部密封層。另外，三級(jí)端封適合于作為殺蟲劑的載體，在發(fā)芽之前以及期間進(jìn)一步保護(hù)胚。當(dāng)萌發(fā)穿過軟化的外部密封層時(shí)，隨著外部密封層被穿透殺蟲劑保持了原來的功能。


本發(fā)明的上述方面以及許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)通過參考下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以更清楚地理解，其中圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案形成的人造種子的截面?zhèn)纫晥D，顯示了具有初級(jí)，二級(jí)以及三級(jí)端封的人造種子；以及圖2是圖1的人造種子的截面?zhèn)纫晥D，顯示了當(dāng)胚萌發(fā)穿透二級(jí)以及三級(jí)端封時(shí)將抗微生物劑施加于萌發(fā)胚；以及圖3是圖1的人造種子的另外的實(shí)施方案的側(cè)視圖，顯示了施加于二級(jí)端封以及人造種子側(cè)壁的三級(jí)端封。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)說明圖1圖解了具有根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案構(gòu)建的三級(jí)端封60的人造種子20。人造種子20包括cylcap 22，種皮24，營(yíng)養(yǎng)液26，諸如配子體以及固定的端封28。種皮24由管狀材料的一段形成的。在一個(gè)實(shí)施方案中，種皮24是一段纖維材料，諸如紙。桿段可以用合適的涂料諸如蠟預(yù)處理。
在其他的實(shí)施方案中，種皮24由可生物降解的塑性材料的管狀段形成。一種這樣的材料是利用的聚乳酸(”PLA”)并由加利福尼亞洛杉磯的NAT-UR銷售。這種可生物降解的塑料管被類似切割成用于人造種子的適當(dāng)長(zhǎng)度。此外，這種可生物降解的塑料管不需要蠟質(zhì)敷層，因?yàn)檫@種管已經(jīng)對(duì)環(huán)境要素有抗性了。很顯然雖然優(yōu)選切割管，其他諸如獲得用于人造種子的合適大小的管的實(shí)施方案也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
cylcap 22又名限制器由多孔材料制成，所述多孔材料具有足夠強(qiáng)的硬度可以抵抗胚萌發(fā)的穿孔或者破碎，諸如陶器或者瓷器材料，并且包括端封部分30以及子葉限制器部分32。子葉限制器部分32與端封部分30形成整體或者整合。cylcap 22還包括縱向延伸的腔34，延伸穿過端封部分30并且部分地穿過子葉限制器部分32的一端。腔34的開口端稱作子葉限制器開口36。腔34的大小為可以在其中容納植物胚42。
在某些實(shí)施方案中，因?yàn)閏ylcap 22由多孔材料制成，也許需要用隔離材料包裹c(diǎn)ylcap 22減少水分流失的速率以及限制或者減少微生物的侵入。這種隔離材料包括蠟，聚氨酯，釉，指甲油以及由AirproductsAirfiex 4514銷售的敷層。
端封部分30當(dāng)在頂面角度觀察時(shí)為圓形的并且包括側(cè)壁。雖然圓形是端封部分30的優(yōu)選實(shí)施方案，其他的實(shí)施方案以及形狀，諸如多邊形，正方形，三角形，橢圓形及其他形狀也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在圖1的實(shí)施方案中，側(cè)壁38由端封部分30的厚度限定并且具有基本上等于種皮24內(nèi)徑的直徑。在某些實(shí)施方案中，cylcap 22經(jīng)過加熱與種皮24連接。作為非限制性實(shí)例，在制造期間，cylcap 22可被加熱到預(yù)定溫度，從而使得種皮24以及cylcap 22共連接時(shí)，在cylcap 22以及種皮24之間的熱傳遞引起種皮24，cylcap 22或者兩者熔化由此將它們粘合起來。其他連接cylcap 22與種皮24的方法，諸如蠟粘合或者熱膠熔化也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
側(cè)壁38可以包括錐形部分40。錐形部分40可以為端封部分30一端的削角。制造期間錐形部分40參與cylcap 22與種皮24的裝配。雖然優(yōu)選錐形部分40，其它諸如cylcap不包括錐形部分的實(shí)施方案也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。胚42置于腔34內(nèi)并且在那里由活動(dòng)端封43將其密封其中。
活動(dòng)的端封43包括初級(jí)端封44以及二級(jí)端封21。初級(jí)端封44由如上所述的PLA材料形成并且包括位于中心的開口50。開口50的大小對(duì)應(yīng)于cylcap 22的腔34的直徑從而可以使萌發(fā)胚42從其中穿過。初級(jí)端封44與端封部分30經(jīng)過多種方法粘合，包括膠或者熱粘合。
作為非限制性實(shí)例，初級(jí)端封44與預(yù)熱cylcap 22配合使得開口50位于腔34以上。將初級(jí)端封44與cylcap 22熱焊接或者粘合。很顯然初級(jí)端封44可以在cyleap 22與種皮24粘合前后與cylcap 22粘合。同樣，如果種皮24由PLA制成，希望但不必需使初級(jí)端封44以及種皮24的熔融溫度相仿。
將初級(jí)端封44與cylcap 22粘和的另一非限制性實(shí)例包括粘合墊片。在本實(shí)例中，初級(jí)端封44與cylcap 22熱密封或者粘合使得開口50與腔34共軸向平行。在本工序中，一種形式是用于將初級(jí)端封44的邊緣圍繞著cylcap 22端封部分30的周長(zhǎng)彎曲。如果初級(jí)端封44以及種皮24的熔融溫度不同，那么輕敷層氰基丙烯酸酯就被用作粘合墊片將初級(jí)端封44以及種皮22粘合。
用膠合劑后施加熱，這樣做的目的在于經(jīng)過熔化不均一使粘合密封件變薄，所述不均一通常發(fā)生在制造種皮24以及形成粘合接頭時(shí)。其后，將包括初級(jí)端封44的cylcap與種皮24粘合。如上所述，這種方法同樣適于已經(jīng)粘合了種皮24的cylcap 22。最后，上述粘合初級(jí)端封44到種皮24的方法可用來加熱焊接相容或者不相容的材料。
現(xiàn)在將更詳細(xì)描述二級(jí)端封21。關(guān)于這方面，二級(jí)端封21由眾所周知的密封材料諸如Parafilm形成。通過眾所周知的方法形成二級(jí)端封21并與初級(jí)端封44粘合，包括膠或者熱粘合。二級(jí)端封21還包括預(yù)定爆破強(qiáng)度可以使萌發(fā)胚42穿透活動(dòng)端封44。
仍然參照?qǐng)D1，現(xiàn)在將詳細(xì)描述三級(jí)端封60。本發(fā)明實(shí)施方案所用的三級(jí)端封60以及活動(dòng)端封43分別固定了外封閉層以及內(nèi)封閉層。雖然活動(dòng)端封43已經(jīng)描述為包括初級(jí)端封44以及二級(jí)端封21，很顯然本發(fā)明并不受此限制。作為非限制性實(shí)例，活動(dòng)端封43可以僅僅包括二級(jí)端封21，因此這種實(shí)施方案也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
三級(jí)端封60以及活動(dòng)端封43的組合形成了密封面，其中由三級(jí)端封60限定的封閉層由預(yù)定材料制成，所述預(yù)定材料在預(yù)定暴露于環(huán)境條件后結(jié)構(gòu)完整性降低。三級(jí)端封60還作為抗微生物密封劑，當(dāng)胚萌發(fā)并且從種皮24顯露出來時(shí)密封以及保護(hù)胚以及保護(hù)子葉限制器腔。
三級(jí)端封60還可以由羥丙基甲基纖維素制成。其他類型的親水材料以及基于纖維素的敷層包含苯二甲酸醋酸纖維素，羥丙基乙基纖維素，乙基纖維素，甲纖維素，微晶纖維素以及角叉菜膠。這種材料具有當(dāng)干燥時(shí)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，并且當(dāng)暴露于環(huán)境條件諸如水時(shí)結(jié)構(gòu)完整性下降的所需特性。
在某些實(shí)施方案中，需要添加抗微生物劑，諸如Thiram 50WP。在所需濃度基本上無植物毒性的任一抗微生物劑也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。如以下更具體的描述，用抗微生物劑處理的三級(jí)端封60適于作為殺蟲劑的載體保護(hù)發(fā)芽之前以及期間的胚42。
三級(jí)端封60的穿破強(qiáng)度是所使用聚合物的功能并且其數(shù)值用于制造三級(jí)端封60。作為非限制的實(shí)例，利用由用Thiram 50WP作為抗微生物劑處理的羥丙基甲基纖維素(HPMC)制成的三級(jí)端封60檢驗(yàn)穿破強(qiáng)度。進(jìn)行確定不同混合物的穿破強(qiáng)度的試驗(yàn)。如下所述，總共6組處理被用于試驗(yàn)穿破強(qiáng)度。制備2.64g的HPMC 120以及0.36g HPMC4000的混合物用于處理1和2。
處理1利用0.91g HPMC混合0.4823g Thiram以及8.61ml的水，產(chǎn)生按重量計(jì)算9.1％的HPMC混合物。
處理2利用1.25g HPMC混合0.4823g Thiram以及8.27ml的水，產(chǎn)生按重量計(jì)算12.5％的HPMC混合物。
處理3包含0.91g HPMC 4000加0.4823g Thiram以及8.61ml的水，產(chǎn)生按重量計(jì)算9.1％的HPMC 4000。
處理4利用0.86g HPMC 4000加0.4823g Thiram以及8.66ml的水。
處理5利用粘合種子的機(jī)械干擾蓋。
處理6利用附著于種子的機(jī)械干擾蓋然后涂有tribiotic油膏并且在試驗(yàn)以前放置24小時(shí)。在這種情況下，二級(jí)端封用磨損墊片洗滌器些微攪動(dòng)一下使得三級(jí)端封與初級(jí)端封粘合。
處理1-4在處理6制造的種子上面進(jìn)行。
包裹并且干燥后每處理試驗(yàn)12顆種子，用水重新濕潤(rùn)后用另外12顆種子試驗(yàn)1到1.5小時(shí)。下表1列出了結(jié)果。
表1

參考圖2可以看出，當(dāng)胚42萌發(fā)時(shí)，其穿破活動(dòng)端以及三級(jí)端封60。因?yàn)槿?jí)端封60包含抗微生物劑，當(dāng)胚42穿透三級(jí)端封60時(shí)，抗微生物劑的殘余物在發(fā)芽期間至少涂覆胚42的側(cè)面。
當(dāng)處理以及播種人造種子20時(shí)，三級(jí)端封60保護(hù)活動(dòng)端密封件43免于與這種活動(dòng)相關(guān)的損害。播種后三級(jí)端封60在灌溉期間軟化使得活動(dòng)密封件43于發(fā)芽期間在所需的水平破裂。當(dāng)由于用于制造三級(jí)端封60的材料的親水特性，受潮時(shí)三級(jí)端封60軟化。結(jié)果，當(dāng)暴露于不同的環(huán)境條件時(shí)，三級(jí)端封60的結(jié)構(gòu)完整性降低，同時(shí)在處理以及播種期間最初保持了其結(jié)構(gòu)完整性。
參考圖3，下面將更詳細(xì)描述圖1以及2的人造種子的其它實(shí)施方案。圖3的人造種子120在材料與操作方面與如上所述第一個(gè)實(shí)施方案相同，除了將與用于形成三級(jí)端封160的相同材料用于人造種子的整個(gè)周長(zhǎng)。在這方面，人造種子裝配后，第一實(shí)施方案的如上所述的親水材料層可用于人造種子120的整個(gè)外表面。此外，親水材料可以包含諸如如上所述的那些抗微生物劑。
雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)和范圍的情況下可以進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.人造種子，包括(a)種皮；(b)置于種皮內(nèi)的限制器，所述限制器具有容納胚的腔；(c)置于腔內(nèi)的胚；以及(d)置于種皮表面上的密封件，所述密封件包括至少一個(gè)內(nèi)部密封層以及一個(gè)外部密封層，其中外部密封層是親水的。
2.權(quán)利要求1的人造種子，其中的外部密封層包含抗微生物劑。
3.權(quán)利要求2的人造種子，其中當(dāng)胚萌發(fā)時(shí)將抗微生物劑施用于胚。
4.權(quán)利要求1的人造種子，其中當(dāng)胚萌發(fā)并且從種皮顯露出來時(shí)外部密封層保持為抗微生物密封件。
5.權(quán)利要求1的人造種子，其中的外部密封層為基于纖維素的材料。
6.權(quán)利要求1的人造種子，其中的外部密封層由選自如下的材料制成苯二甲酸醋酸纖維素，羥丙基乙基纖維素，乙基纖維素，甲纖維素，微晶纖維素以及角叉菜膠。
7.權(quán)利要求1的人造種子，其中的密封件為位于種皮一端上的端封并且基本上將胚密封在腔內(nèi)。
8.權(quán)利要求7的人造種子，其中的外部密封層位于種皮的側(cè)壁上。
9.人造種子，包括(a)具有胚置于其中的種皮；以及(b)附著于種皮的密封面，所述密封面具有至少一種預(yù)定材料的密封層，所述預(yù)定材料在預(yù)定暴露于環(huán)境條件后結(jié)構(gòu)完整性降低。
10.權(quán)利要求9的人造種子，其中的密封面包括附著于種皮的端封并且位于密封層以下。
11.權(quán)利要求10的人造種子，其中至少密封層包含抗微生物劑。
12.權(quán)利要求11的人造種子，其中當(dāng)胚穿透密封層時(shí)將抗微生物劑施用于胚。
13.權(quán)利要求9的人造種子，其中當(dāng)胚萌發(fā)并且從種皮顯露出來時(shí)密封層保持為抗微生物密封件。
14.權(quán)利要求9的人造種子，進(jìn)一步包括附著于種皮側(cè)壁的第二密封層。
15.權(quán)利要求14的人造種子，其中密封層以及第二密封層是親水的。
全文摘要
本發(fā)明提供了人造種子(20)。人造種子包括種皮(24)，大小以及構(gòu)造適于其中容納胚(42)。人造種子還包含置于種皮表面上的密封件，并且密封件也至少包括內(nèi)部密封層(44)以及外部密封層(60)。外部密封層是親水的。
文檔編號(hào)C12N5/04GK1768564SQ20051010708
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2005年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月27日
發(fā)明者威廉·C·卡爾松, 杰西·L·韋茨巴格爾, 杰弗里·E·哈特爾 申請(qǐng)人:韋爾豪澤公司