DE69131016T2

DE69131016T2 - Keimungsregelung von wärmeempfindlichen samen

Info

Publication number: DE69131016T2
Application number: DE69131016T
Authority: DE
Inventors: Ray Stewart
Original assignee: Landec Corp
Current assignee: Lifecore Biomedical Inc
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1991-12-03
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: DE69131016D1; EP0560943A1; WO1992010081A1; EP0560943A4; ATE177586T1; CA2097907A1; EP0560943B1; US5129180A

Description

Diese Erfindung betrifft Samen und andere Organismen, die mit Polymerzusammensetzungen beschichtet worden sind.
Ein Samen kann nicht keimen, wenn er nicht eine bestimmte Menge Wasser aufgenommen (absorbiert) hat (ein Verfahren, das als Imbibition (Aufnahme) bezeichnet wird). Wenn der Samen jedoch nicht innerhalb einer relativ kurzen Zeit nach der Aufnahme keimt, wird er wahrscheinlich mit Keimen besiedelt oder geht zugrunde. Die meisten Samen beginnen mit der Aufnahme, wenn Wasser vorhanden ist, ohne Berücksichtigung der Bodentemperatur, es gibt jedoch für jeden Samentyp minimale, optimale und maximale Temperaturen für die Keimung.
Es sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, Samen mit Polymerzusammensetzungen zu beschichten, die als Bindemittel für gewünschte Hilfsstoffe (z. B. Fungizide und Düngemittel) dienen und/oder den Aufnahmeprozess verlangsamen, um die Aufnahme zu verschieben, bis die Bedingungen für Keimung und Wachstum befriedigend sind. Siehe beispielsweise US-A-3 545 129, US-A- 3 698 133, US-A-3 808 740, US-A-3 920 436, US-A-4 251 952 und US-A-4 769 945, und Crop. Science 26, 1252 (Priestley und Leopold, 1986). Die bekannten Hilfsmittel ergaben jedoch keine völlig befriedigenden Ergebnisse. Beispielsweise beschreibt US-A- 3 698 133 die Aufbringung von zwei Beschichtungen auf einen Samen, nämlich einer inneren wasserdurchlässigen Beschichtung und einer äußeren Beschichtung aus einem Material, welches die Wasseraufnahme steuert, bis die Umweltbedingungen befriedigend sind, und dann reißt.
Diese Erfindung verwendet Beschichtungspolymere, die eine temperaturabhängige Phasenänderung eingehen, die die Wasserdurchlässigkeit des Polymers drastisch ändert. Wir haben gefunden, daß, wenn solche Polymere zur Erzeugung von Samenbeschichtungen verwendet werden, die strukturell zwischen dem Samen und einer äußeren Umwelt angeordnet sind, diese die Aufnahme bei niedrigeren Temperaturen verhindern, die ungünstig für die Keimung sind, jedoch die Aufnahme bei höheren Temperaturen erlau ben, die für die Keimung günstig sind. Vorzugsweise verhindern die Beschichtungen die Aufnahme bei Temperaturen unter der optimalen Keimungstemperatur, erlauben jedoch die Aufnahme bei Temperaturen bei und oberhalb der optimalen Keimungstemperaturen. Die Polymere können auch verwendet werden, um temperaturempfindliche Beschichtungen auf anderen Organismen zur Verfügung zu stellen, nämlich auf Nematoden, Bakterien und Rhizobien, sowie auf Organismen, die sich am Beginn oder nahe am Beginn ihres Lebenszyklus befinden und in einem lyophilisierten Zustand vorliegen.
Gemäß ihrem ersten Aspekt stellt die Erfindung einen beschichteten Organismus zur Verfügung, der von einer Umwelt umgeben ist und umfaßt
(1) einen Organismus, der ein Samen, ein Nematode, ein Bakterium, ein Rhizobium oder ein Organismus ist, der am Beginn oder nahe am Beginn seines Lebenszyklus steht und in einem lyophilisierten Zustand vorliegt, und
(2) eine Beschichtung, die
(a) den Organismus umgibt und ihn von der Umwelt trennt,
(b) ein kristallisierbares Polymer umfaßt, das (i) einen Übergangspunkt erster Ordnung, Tm, der über 0ºC liegt und bis zu 41ºC ist, und (ii) eine Schmelzwärme von mindestens 10 J/g aufweist, und
(3) eine Wasserdurchlässigkeit bei Tm aufweist, die mindestens zweimal die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei einer Temperatur unterhalb Tm ist.
Das kristallisierbare Polymer wird hier als das "Beschichtungspolymer" bezeichnet.
Gemäß ihrem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Züchten einer Pflanze aus Samen zur Verfügung, bei dem ein beschichteter Samen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in den Boden gepflanzt wird, wobei das Einpflanzen bei einer Temperatur unterhalb des Tm durchgeführt wird, und der Samen im Boden belassen wird, bis er zur Pflanze gewachsen ist.
Für jeden Samentyp gibt es eine minimale, eine optimale und eine maximale Keimungstemperatur. Im allgemeinen keimen Samen bei Temperaturen von gerade über 0ºC bis etwa 41ºC, wobei die Keimung vorzugsweise bei 20 bis 35ºC erfolgt. Die nachfolgende Tabelle 1 gibt detaillierte Informationen für eine Reihe unterschiedlicher Pflanzensamen an. Die Keimungsgeschwindigkeit variiert wenig bei optimalen Temperaturen, variiert jedoch erheblich bei nicht optimalen Temperaturen. Beispielsweise nimmt die 90% Keimung von Hafersamen bei 7ºC 6 bis 15 Tage und bei 15ºC 4 bis 6 Tage in Anspruch. Die neuen Samenbeschichtungen können so entworfen werden, daß die maximale Keimung in der minimalen Zeit erfolgt, was zu Nutzpflanzen führt, die gleichförmiger sind und leichter geerntet werden können. Andere Vorteile, die aus der Verwendung der neuen Samenbeschichtungen resultieren, können verringerte Schäden, die durch Pilze verursacht werden (und verminderter Bedarf an Einsatz von Fungiziden), größere zeitliche Flexibilität beim Einsähen, frühere Nutzpflanzen und gleichförmigere Nutzpflanzen einschließen. Die neuen Samenbeschichtungen können auch so entworfen werden, daß die Keimung bei unterschiedlichen Temperaturen und daher zu unterschiedlichen Zeiten erfolgt. Dies führt dazu, daß Nutzpflanzen sich zu unterschiedlichen Zeiten entwickeln, was dem Farmer den effizienteren Einsatz von Maschinen und Arbeitskraft ermöglicht. Die Beschichtungen können auch so entworfen werden, daß männliche und weibliche Samen zu Zeiten keinem, die Befruchtung der resultierenden Pflanzen nach Wunsch erleichtert oder verhindert. Tabelle 1

Beschichtungspolymere

Die erfindungsgemäß verwendeten Beschichtungen umfassen kristallisierbares Polymer mit einem Übergangspunkt erster Ordnung, Tm, alternativ als Schmelzpunkt bekannt, der größer als 0ºC ist und bis zu 41ºC beträgt, vorzugsweise 5 bis 40ºC, insbesondere 18 bis 30ºC, z. B. 21 bis 35ºC, wobei der Schmelzvorgang vorzugsweise über einen Temperaturbereich von weniger als 10ºC, insbesondere weniger als 5ºC erfolgt. Die hier angegebenen TmS sind die endothermen Spitzentemperaturen, die mit einem Differentialscanningkalorimeter (DSC) mit einer Rate von 10ºC/Minute gemessen wurden. Die Durchlässigkeit der Beschichtung ist unterhalb des Einsetzens des Schmelzens im wesentlichen Null und erreicht ihre höchste Höhe, wenn das Schmelzen vollendet ist. Das Polymer wird so gewählt, daß sein Schmelzbereich und seine Tm mit der Temperatur korrelieren, bei der ein Anstieg der Wasserdurchlässigkeit erwünscht ist, z. B. eine Tm von etwa 25ºC, wenn Durchlässigkeit bei 25ºC und darüber erwünscht ist. Im allgemeinen ist die Veränderung der Durchlässigkeit bei Tm um so größer, je höher die Kristallinität des Polymers ist. Das Polymer hat (unter Tm) typischerweise eine Kristallinität von 10 bis 55%, üblicherweise 15 bis 50%. Wie nachfolgend diskutiert, kann das Beschichtungspolymer vernetzt sein, so daß es über Tm nicht fließt. Im allgemeinen vermindert die Vernetzung die Durchlässigkeit bei Tm, und darüber, bei den erfindungsgemäß erforderlichen Vernetzungsdichten bleibt die Durchlässigkeit des Polymers jedoch temperaturempfindlich.
Vorzugsweise ist das Polymer bei Temperaturen unter Tm im wesentlichen wasserundurchlässig und hat oberhalb von Tm eine Wasserdurchlässigkeit, die das 4- bis 10-fache oder mehr seiner Wasserdurchlässigkeit bei einer Temperatur unter Tm beträgt.
Das Polymer ist vorzugsweise relativ hydrophob und nimmt weniger als 5 Gew.-% Wasser auf. Das Molekulargewicht (Mw) des Polymers ist vorzugsweise größer als 5 000 Dalton. Die Schmelzwärme des Polymers, ΔHf, ist mindestens 10 J/g:
Das Polymer ist vorzugsweise ein seitenkettenkristallisierbares Polymer wie nachfolgend beschrieben. Andere Polymere, die verwendet werden können, schließen Polycaprolacton, Polyethylensebacat, Polyethylenadipat, Polytetrahydrofuranhomo- und -copolymere, Polydiethylsiloxan, cis-Polyisopren, cis-Poly-1,4-cyclohexylendimethylendodecandioat, Polydecamethylendisulfid, Polydodecamethylenadipamid, Polytetramethylensuccinat, Polytrimethylenadipat und dergleichen ein.
Die bevorzugten seitenkettenkristallisierbaren Polymere haben die Formel
in der W und X jeweils eine erste beziehungsweise zweite Monomereinheit sind, wobei die Monomereinheit jeder Molekülanteil sein kann, der sich mit einem angrenzenden Molekülanteil verbinden kann (d. h. polymerisierbar ist), Y und Z jeweils unabhängig eine Grundgerüstmonomereinheit sind, die jeder Molekülanteil oder jedes Atom sein kann, jedes S unabhängig eine Verbindungsgruppe oder Distanzeinheit ist und wahlweise vorhanden ist, Cyt und Cy jeweils unabhängig ein kristallisierbarer Anteil sind, der direkt oder über die Distanzeinheit mit dem jeweiligen Grundgerüst verbunden ist, und a, b, c, d und e jeweils unabhängig Zahlen im Bereich von 0 bis 1 000 sind, mit der Maßgabe, daß ausreichend Cyt und Cy vorhanden sind, um ein MW zu liefern, das gleich oder größer als das Doppelte der Summe der Mws von W, X, Y und Z ist, und wobei die Polymere ferner eine AHf von mindestens 10 J/g haben. Wenn a, b, c oder d größer als 1 sind, können W, X, Y und Z sich wiederholende Einheiten oder Mischungen von unterschiedlichen Monomereinheiten sein. Wenn beispielsweise a 100 ist, könnte W eine Mischung aus Styrol, Vinylacetat, Acrylsäure, Methylstyrol und Hexadecylacrylat in Verhältnissen von 5 : 5 : 2 : 5 : 83 sein. So kann jedes von W, X, Y und Z Mischungen von polymerisierbaren Monomeren sein.
Das Grundgerüst des Polymers (definiert durch W, X, Y und Z) kann jede organische Struktur (aliphatischer oder aromatischer Kohlenwasserstoff, Ester, Ether, Amid, etc.) oder anorganische Struktur (Sulfid, Phosphazin, Silikon, etc.) sein. Die Distanzstückbindungen können jede geeignete organische oder anorganische Einheit sein, beispielsweise Ester, Amid, Kohlenwasserstoff, Phenyl, Ether oder ionisches Salz (beispielsweise Carboxyl-Alkylammonium- oder Sulfonium- oder Phosphonium-Ionenpaar oder anderes bekanntes ionisches Salzpaar). Die Seitenketten (definiert durch S, Cyt und Cy) können aliphatisch oder aromatisch oder eine Kombination aus aliphatischen Seitenketten mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen, fluorierten aliphatischen Seitenketten mit mindestens 6 Kohlenstoffatomen und Alkylstyrolseitenketten sein, wobei das Alkyl 8 bis 24 Kohlenstoffatome hat.
Die Länge des Seitenkettenanteils ist üblicherweise größer als der fünffache Abstand zwischen Seitenketten im Fall von Acrylaten, Methacrylaten, Vinylestern, Acrylamiden, Methacrylamiden, Vinylethern und α-Olefinen. Im Extremfall von mit Butadien alternierendem Fluoracrylatcopolymer kann die Länge der Seitenkette so gering wie der doppelte Abstand zwischen den Verzweigungen sein. In jedem Fall sollten die Seitenketteneinheiten mehr als 50% des Volumens des Polymers, vorzugsweise mehr als 65% des Volumens ausmachen. Einem Seitenkettenpolymer zugesetzte Comonomere haben üblicherweise einen nachteiligen Effekt auf die Kristallinität. Geringe Mengen verschiedener Comonomere können toleriert werden, üblicherweise bis zu 10 bis 25 Vol.%. In einigen Fällen ist es erwünscht, eine geringe Menge Comonomere zuzusetzen, beispielsweise Härtungsstellenmonomere wie Acrylsäure, Glycidalmethacrylat, Maleinsäureanhydrid, aminofunktionales Monomer und dergleichen.
Beispiele für SCC-Polymere sind solche, die in J. Poly. Sci. Polymer Chemistry Ed., 19, 1871 bis 1873 (1981) beschrieben sind, die Acrylat-, Fluoracrylat-, Methacrylat- und Vinylesterpolymere, die in J. Poly. Sci., 10, 3347 (1972), J. Poly. Sci., 10, 1657 (1972), J. Poly. Sci., 9, 3367 (1971), J. Poly. Sci., 9, 3349 (1971), J. 201v. Sci., 9, 1835 (1971), J. A. C. S., 76, 6280 (1954), J. Poly. Sci., 7, 3053 (1969), Polymer J., 17, 991 (1985) beschrieben sind, entsprechende Acrylamid-, substituierte Acrylamid- und Maleimidpolymere (J. Poly. Sci., Poly. Physics. Ed., 18, 2197 (1980)), Poly(a-olefin)polymere wie solche, die in J. Pol. Sci., Macromol. Rev., 8, 117 bis 252 (1974) und Macromolecules, 13, 12 (1980) beschrieben sind, Polyalkylvinylether, Polyalkylethylenoxide wie solche, die in Macromolecules, 13, 15 (1980) beschrieben sind, Alkylphosphazenpolymere, Polyaminosäuren wie solche, die in Poly. Sci. USSR, 21, 241 (1979), Macromolecules 18, 2141 (1985) beschrieben sind, Polyisocyanate wie solche, die in Macromolecules, 12, 94 (1979) beschrieben sind, Polyurethane, die durch Umsetzung von amin- oder alkoholhaltigen Monomeren mit langkettigen Alkylisocyanaten hergestellt sind, Polyester und Polyether, Polysiloxane und Polysilane wie solche, die in Macromolecules, 19, 611 (1986) beschrieben sind, und p- Alkylstyrolpolymere wie solche, die in J. A. C. S., 75, 3326 (1953) und J. Poly. Sci., 60, 19 (1962) beschrieben sind.
Die Wasserdurchlässigkeit des SCC-Polymers oberhalb von Tm ist vorzugsweise mindestens das 2-fache, vorzugsweise mindestens das 5-fache der Wasserdurchlässigkeit bei einer Temperatur unter Tm.

Samen, die beschichtet werden können

Die Erfindung kann verwendet werden, um verschiedene Typen von Samen zu beschichten, einschließlich Mitgliedern der Familie Brassica und Mitglieder der Familie Solanaceae. Spezielle Samen, die beschichtet werden können, schließen Mais, Baumwolle, Sojabohne, Broccoli, Kohl, Rosenkohl, Bohne, Erbse, Tomate, Kartoffel, Tabak, Reis, Weizen und Sonnenblume ein.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Beschichtung bei etwa 14ºC wasserdurchlässig und der Samen ist Sellerie, Pastinake, Spinat, Baumwolle, Sojabohne, Broccoli, Kohl, Rosenkohl, Bohne, Erbse, Tomate, Tabak, Reis, Weizen oder Sonnenblumensamen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Beschichtung bei etwa 16ºC wasserdurchlässig und der Samen ist Spargel, Chicorée, Kopfsalat oder Erbsensamen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Samen bei etwa 20ºC wasserdurchlässig und der Samen ist Limabohne, Möhre, Blumenkohl, Zwiebel oder Petersiliensamen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Beschichtung bei etwa 22ºC wasserdurchlässig und der Samen ist Brechbohne, rote Beete, Broccoli, Kohl, Aubergine, Pfeffer, Radieschen, Zuckermais, Mangold, Tomate oder Rübensamen. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird die Beschichtung bei etwa 25ºC wasserdurchlässig und der Samen ist Gurke, Moschusmelone, Okra, Gartenkürbis, Kürbis oder Wassermelonensamen.

Andere Organismen, die beschichtet werden können

Die Erfindung ist besonders brauchbar zum Beschichten von Samen, kann jedoch auch verwendet werden zum Beschichten von Nematoden, Bakterien, und Rhizobien und Organismen, die am Beginn oder nahe am Beginn ihres Lebenszyklus steht und in einem lyophilisierten Zustand vorliegen.

Beschichtungen

In den erfindungsgemäß verwendeten Beschichtungen liegt das Beschichtungspolymer in einer Form vor, in der es den Samen (oder anderen Organismus) von der umgebenden Umgebung trennt und bei Temperaturen wesentlich unter Tm wasserundurchlässig ist.
Trockene ruhende Samen enthalten typischerweise 7 bis 14 Gew.-% Wasser. Wenn der trockene Samen wesentliche Mengen Wasser bei kühleren Temperaturen aufnimmt, erfährt er wahrscheinlich eine "Aufnahmeunterkühlungsverletzung". Vorzugsweise hindert die Beschichtung daher den Samen daran, mehr als 24 Gew.-%, insbesondere mehr als 17 Gew.-% Wasser aufzunehmen, wenn er 14 Tage lang Wasser bei Temperaturen unter der minimalen Keimungstemperatur des Samens ausgesetzt wird. Typischerweise benötigt ein Samen eine Wasserkonzentration von etwa 60 Gew.-% zur optimalen Keimung. Vorzugsweise erlaubt die Beschichtung dem Samen daher eine Wasseraufnahme von 60 oder mehr Gew.-%, wenn der beschichtete Samen 15 h lang Wasser bei optimaler Keimungstemperatur des Samens ausgesetzt wird. Wenn die Temperatur absinkt, nachdem mit der Aufnahme begonnen wurde, kann die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung absinken, so daß die Aufnahme gestoppt wird.
Vorzugsweise ist die Beschichtung in einer solchen Form, daß sie ihre Gestalt beibehält und bei Tm nicht frei fließt. Dies ermöglicht das Verbleiben der Beschichtung an Ort und Stelle, selbst wenn der beschichtete Samen Temperaturen oberhalb von Tm ausgesetzt wird. In einer solchen Form ist das Polymer vernetzt, so daß es bei Tm viskoelestisch ist. Eine Vernetzungsdichte von mindestens 0,1, insbesondere mindestens 0,5, speziell mindestens 1 ist für diesen Zweck bevorzugt, es sollte jedoch übermäßiges Vernetzen vermieden werden, weil es zu verminderter Kristallinität und beeinträchtigter Leistung führt ("Vernetzungsdichte" ist die Anzahl der Vernetzungen je durchschnittliches Molekulargewicht (Gewichtsmittel)). Ausgedrückt in Mol.% liegt die Vernetzung normalerweise im Bereich von 0,01 bis 10 Mol.%. Die ΔHf des vernetzten Polymers ist normalerweise mindestens 10 J/g, vorzugsweise mindestens 20 J/g.
Ein vernetztes Beschichtungspolymer kann auf vielerlei Weise hergestellt werden. Ein Netzwerkcopolymer kann durch Polymerisieren eines kristallisierbaren Monomers und eines multifunktionellen Monomers in einem oder zwei Schritten hergestellt werden. Ein Einschrittverfahren kann verwendet werden, um eine Beschichtung an Ort und Stelle zu bilden, während ein Zweischrittverfahren sinnvoll ist, wenn eine intermediäre Verarbeitungsstufe notwendig ist. Eine Vielfalt von multifunktionellen Monomeren (di-, tri- oder multifunktionelle Acryl- oder Methacrylester, Vinylether, Ester oder Amide, Isocyanate, Aldehyde, Epoxyverbindungen und dergleichen) sind im Stand der Technik bekannt. Diese multifunktionellen Monomere können in Abhängigkeit von dem gewünschten Ergebnis in einem Ein- oder Zweischrittverfahren verwendet werden. Ionisierende Strahlung, beispielsweise β- oder γ'-Strahlung, sichtbares oder ultraviolettes Licht, Peroxide, Silane oder ähnliche Härtungsmittel können verwendet werden, um ein vorgebildetes kristallisierbares Polymer mit oder ohne zugesetzte Comonomere zu vernetzen. Ionische Vernetzungen können gebildet werden, indem beispielsweise eine saure Polymer stelle mit einem zwei- oder dreiwertigen Metallsalz oder -oxid umgesetzt wird, um einen Komplex zu erzeugen, der als Vernetzungsstelle dient. In ähnlicher Weise können organische Salze oder Komplexe nach im Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden.
Der Effekt der Vernetzung kann auch durch Verwendung eines Blockcopolymers mit geeignet kristallisierbarem Polymer und einem zweiten Polymer erhalten werden, das einen Glasübergangspunkt oder Übergangspunkt erster Ordnung hat, der höher als der des kristallisierbaren Polymers ist. Ein solches Blockcopolymer zeigt mechanische Stabilität über der Tm des kristallisierbaren Polymers, aber unterhalb des Übergangs des zweiten Polymers.
Es ist auch möglich, das kristallisierbare Polymer bei hohen Volumenbeladungen (z. B. mehr als 20%, üblicherweise 50% bis 90%) in einem kontinuierlichen oder co-kontinuierlichen Phasenmatrixmaterial zu dispergieren (homogen zu mischen), das wasserundurchlässig ist. Bei solchen hohen Volumina gibt es ausreichende Mengen des dispergierten kristallisierbaren Polymers, um kontinuierliche Wege aus kristallisierbarem Polymer durch die Matrix hindurch zu bilden.
Das kristallisierbare Polymer kann auch immobilisiert werden, indem durch Polymerisation und Phasentrennung ein zweites Polymer innerhalb oder durch das kristallisierbare Polymer hindurch erzeugt wird. Beispielsweise kann ein nicht vernetztes, kristallisierbares Polymer mit einem zweiten Monomer oder einer zweiten Monomermischung über seine Tm erhitzt werden und das Monomer/die Monomere zur Polymerisation gebracht werden. In diesem Fall kann ein stützendes Netzwerk in situ erzeugt werden. In diesem Fall ist es erwünscht, daß das erzeugte zweite Polymer mindestens teilweise in dem kristallisierbaren Polymer unlöslich ist, dennoch eine ausreichende Struktur hat, um das kristallisierbare Polymer über Tm zu einer stabilen Form zu binden.
Die temperaturabhängigen Beschichtungen können in Kombination mit anderen Materialien verwendet werden, die das Wachstum steigern und/oder vor Krankheiten und/oder schädlichen Elementen schützen, z. B. Düngemittel, Pflanzenwachstumsregulatoren, Insektizide, Fungizide und Herbizide.

Beschichtungsverfahren

Die Beschichtungen können durch ein oder mehrere Mittel, die Fachleuten bekannt sind, z. B. durch Pfannenbeschichten, direkte Polymerisation, Lösungsmittelverdampfen, Sprühtrocknungsverfahren oder UV-Härtung, auf Samen aufgebracht werden. Es können eine oder mehrere Schichten aufgebracht werden.

Testen der Durchlässigkeit

Die Wasserdurchlässigkeit eines speziellen Beschichtungspolymers kann nach Standardverfahren (z. B. ASTM E-96-80 und ASTM D-1643) bei unterschiedlichen Temperaturen getestet werden und die Resultate können verwendet werden, um zu bestimmen, ob das Polymer zum Beschichten eines speziellen Samens brauchbar ist. Beispielsweise wurde die Wasserdurchlässigkeit eines Films aus dem Beschichtungspolymer CP1, das in den nachfolgenden Beispielen beschrieben ist, bei 10, 20, 30 und 37ºC bei 11% relativer Feuchtigkeit gemäß ASTM D-4493 und ASTM E-104-85 bestimmt. Die Resultate sind in Fig. 1 der angefügten Zeichnungen gezeigt und zeigen, daß das Polymer verwendet werden könnte, um Samen vor Aufnahmeunterkühlungsverletzung bei niedrigeren Temperaturen zu schützen und das Eindringen von Wasser und ungehinderte Keimung bei höheren Temperaturen zu erlauben.

Beispiele

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele illustriert, von denen einige (die mit einem Stern* markiert sind) Vergleichsbeispiele sind. In den Beispielen wird auf die verschiedenen nachfolgend angegebenen Materialien durch die Abkürzungen Bezug genommen, die hinter jedem Material in Klammmern angegeben sind. Lilly Miller Buschbohnensamen (BB), Novella II Buscherbsensamen (BP), Stonevill 504 Baumwollsamen (C), Popcornsamen (PC), Acrylsäure (AA), Pentadecylacrylat (C15A), Hexadecylacrylat (C16A), Octadecylmethacrylat (C18 MA), Octadecylmeth acrylat (erhältlich unter dem Handelsnamen Rocryl 330 von Rohm & Haas (ROC)), sauerstofffreies Ethylacetat (EAc), Heptan (HPT), Ethanol (EOH), Toluol (TOL) und Azobisisobutyronitril (AIBN). Die durch die Abkürzungen CP1 bis CP4, PVA und PMMA bezeichneten Beschichtungslösungen sind nachfolgend detailliert beschrieben.
Die Beschichtungslösungen CP1 bis CP4 wurden wie folgt hergestellt. Die Bestandteile und Mengen derselben, die in Tabelle 1 gezeigt sind, wurden in einer versiegelten Flasche gerührt, die für die in Tabelle 1 angegebene Zeitdauer auf 60ºC gehalten wurde. Das resultierende Polymer wurde durch Ausfällen in kaltem Ethanol isoliert und im Vakuum getrocknet. CP1 hatte eine Tm von 29ºC, eine AHf von 59 J/g und ein Molekulargewicht von etwa 175 000. Das isolierte Polymer (2 g) wurde in einer 1 : 1-Mischung aus HPT und EAc aufgelöst, um die Beschichtungslösung herzustellen. Tabelle 1
PVA ist eine 17% Gew./Vol. Lösung von Polyvinylacetat mit mittlerem MW in EAc, erhältlich von Aldrich Chemicals.
PMMA ist eine 17% Gew.Nol. Lösung von Polymethylmethacrylat, MW 90 000, in EAc, erhältlich von Polysciences. PVA und PMMA sind Vergleichsbeschichtungslösungen.
Das zum Beschichten der Samen in den Beispielen verwendete Verfahren war wie folgt. Die Samen wurden mit ausreichend Beschichtungslösung gemischt, um sie gründlich zu benetzen, und wurden dann gründlich trocknen gelassen. Die Samen wurden somit mit einem dünnen, kontinuierlichen und haftenden Film des Beschichtungspolymers bedeckt. In den Beispielen 18 bis 20 war die Beschichtung 2 Gew.-%.
Die beschichteten Samen wurden nach einem der folgenden Testverfahren getestet.
A. in den Beispielen 1, 2, 7 bis 12 und 13 bis 20 wurde ein bekanntes Gewicht (wo) trockener Samen, beschichtet oder unbeschichtet, auf ein feuchtes Filterpapier in einer Petrischale gegeben und bei 20ºC oder 30ºC in einem Inkubator mit einer 12 h Lichtperiode bebrütet. Das Filterpapier wurde feucht gehalten und in Intervallen wurde das Gewicht der Samen (we) gemessen und der Prozentsatz des durch die Samen aufgenommenen Wassers (we-w&sub0;)/w&sub0;, wurde berechnet.
B. In den Beispielen 3 bis 6 wurde ein bekanntes Gewicht an Samen, beschichtet oder unbeschichtet, in eine Ampulle mit Wasser gegeben, das auf 10ºC gehalten wurde. In Intervallen wurden Samen entfernt, trockengetupft und gewogen, und der Prozentsatz des von den Samen aufgenommenen Wassers wurde berechnet.

Beispiele 1* und 2

Testverfahren A wurde verwendet, um den Effekt der Verwendung von Beschichtungslösung CP1 auf Buschbohnensamen zu bestimmen. Die Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle 2 gezeigt und sind auch graphisch in Fig. 2 der angefügten Zeichnungen gezeigt. In Beispiel 2 wurde der Prozentsatz Wasser bei 30ºC mit bei 20ºC gehaltenen Samen für die ersten 66 h gemessen, danach wurden sie auf 30ºC gehalten. Tabelle 2

Beispiele 3 und 4 bis 6

Testverfahren B wurde verwendet, um den Effekt der Verwendung von Beschichtungslösungen CP2-4 auf Buschbohnensamen zu bestimmen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

Beispiele 7*, 8, 9, 10, 11* und 12

Um den Effekt der Verwendung von Beschichtungslösung CP1 auf die Keimung verschiedener Samen zu bestimmen, wurde Testverfahren A nachgearbeitet, außer daß die Resultate in der Form x/y angegeben sind, wobei x die Anzahl der Proben, die gekeimt sind, und y die Gesamtanzahl der Proben ist. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

Beispiele 13* bis 16*

Zur Bestimmung des Effekts der Vergleichsbeschichtungslösungen PVA und PMMA auf Buschbohnensamen wurde Testverfahren A nachgearbeitet, außer daß die Resultate in der Form x/y und p/y angegeben sind, wobei x die Anzahl der Proben ist, die mehr als 50% Wasser aufgenommen hatten, p die Anzahl der Proben ist, die gekeimt haben, und y die Gesamtanzahl der Proben ist. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

Beispiele 17* bis 19* und 20

Testverfahren A wurde verwendet, um den Effekt der Verwendung von Vergleichsbeschichtungslösungen PVA und PMMA und Beschichtungslösung CP1 auf Buschbohnensamen zu vergleichen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 6 gezeigt, die auch das Verhältnis R zeigt, das das Verhältnis von (a) durchschnittlicher Rate der Wasseraufnahme durch die Samen über den gezeigten Zeitraum bei 30ºC zu (b) durchschnittlicher Rate der Wasseraufnahme durch die Samen über den gezeigten Zeitraum bei 20ºC ist. Tabelle 5

Beispiel 21

Tetrahydrofuran und 2-Methyltetrahydrofuran wurden copolymerisiert, um ein Polymer mit einem Mw von 54 000 und einer Tm von 28ºC zu ergeben. Eine Folie des Copolymers von 0,025 mm (0,001 Zoll) Dicke wurde auf einen mikroporösen Polypropylenträger laminiert. Der Sauerstoffdurchlaß wurde bei 5, 20 und 30ºC gemessen. Die Resultate sind in der folgenden Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7
Die Tm (und die resultierende Durchlässigkeitsänderung) kann durch Variieren der Copolymerzusammensetzung gewählt werden. Eine Vielfalt von kettenverlängerten Polyurethanen kann aus kristallisierbaren Polyethern wie Polytetrahydrofuran, Polyethylenoxid, deren Copolymeren und dergleichen hergestellt werden. Fließbeständigkeit über der Tm des weichen Segments kann durch Reaktion mit beispielsweise di- oder multifunktionellen Isocyanaten erreicht werden.

Claims

1. Beschichteter Organismus, der von einer Umwelt umgeben ist und umfaßt

(1) einen Organismus, der ein Samen, eine Nematode, ein Bakterium, ein Rhizobium oder ein Organismus ist, der am Beginn oder nahe am Beginn seines Lebenszyklus steht und in einem lyophilisierten Zustand vorliegt, und

(2) eine Beschichtung, die

(a) den Organismus umgibt und ihn von der Umwelt trennt,

(b) ein kristallisierbares Polymer umfaßt, das (i) einen Übergangspunkt erster Ordnung, Tm, der über 0ºC liegt und bis zu 41ºC ist, und (ii) eine Schmelzwärme von mindestens 10 J/g aufweist, und

(c) eine Wasserdurchlässigkeit bei Tm aufweist, die mindestens zweimal die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei einer Temperatur unterhalb Tm ist.

2. Beschichteter Organismus nach Anspruch 1, bei dem das kristallisierbare Polymer einen Tm von 21ºC bis 35ºC aufweist.

3. Beschichteter Organismus nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Beschichtung bei dem Tm ihre Gestalt behält und nicht frei fließt.

4. Beschichteter Organismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem

(a) der Organismus ein Samen ist, der eine minimale Keimungstemperatur und eine optimale Keimungstemperatur aufweist, und das kristallisierbare Polymer einen Tm aufweist, der über der minimalen Keimungstemperatur liegt,

(b) die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei der minimalen Keimungstemperatur nicht ausreicht, um eine Keimung des Samens zu erlauben, und

(c) die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei der optimalen Keimungstemperatur ausreicht, um eine Keimung des Samens zu erlauben.

5. Beschichteter Organismus nach Anspruch 4, bei dem

(a) der Organismus ein Samen einer Pflanze ist, die hierin in Tabelle 1 angegeben ist,

(b) die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei der minimalen Keimungstemperatur, die in Tabelle 1 für die Pflanze angegeben ist, nicht ausreicht, um eine Keimung des Samens zu erlauben, und

(c) die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei der optimalen Temperatur, die in Tabelle 1 für die Pflanze angegeben ist, ausreicht, um eine Keimung des Samens zu erlauben.

6. Beschichteter Organismus nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Beschichtung den Samen daran hindert, mehr als 17 Gew.- % Wasser aufzunehmen, wenn er 14 Tage lang Wasser bei Temperaturen unterhalb der minimalen Keimungstemperatur des Samens ausgesetzt ist, und es dem Samen erlaubt, 60 Gew.-% oder mehr Wasser aufzunehmen, wenn er 15 Stunden lang Wasser bei der optimalen Keimungstemperatur des Samens ausgesetzt ist.

7. Beschichteter Organismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Organismus ein Samen ist und das kri stallisierbare Polymer Seitenketten enthält, die kristallisierbare Anteile umfassen.

8. Beschichteter Organismus nach Anspruch 7, bei dem die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung oberhalb des Tm mindestens 5mal so groß wie die Wasserdurchlässigkeit der Beschichtung bei einer Temperatur unterhalb des Tm ist.

9. Beschichteter Organismus nach Anspruch 7 oder 8, bei dem der Organismus ein Mais-, Sojabohnen-, Weizen-, Reis-, Baum-woll-, Rüben-, Erbsen-, Bohnen-, Tomaten- oder Gurkensamen ist.

10. Verfahren zum Züchten einer Pflanze aus Samen, bei dem (a) ein beschichteter Samen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in den Boden gepflanzt wird, wobei das Einpflanzen bei einer Temperatur unterhalb des Tm durchgeführt wird, und (b) der Samen im Boden belassen wird, bis er zur Pflanze gewachsen ist.