DE69726444T2

DE69726444T2 - Verfahren und vorrichtung um die wachstumseigenschaften zu verbessern durch die benutzung von elektronenlawinen

Info

Publication number: DE69726444T2
Application number: DE69726444T
Authority: DE
Inventors: William C Levengood; John A Burke
Original assignee: Levengood William C Grass Lake
Current assignee: Levengood William C Grass Lake
Priority date: 1996-09-18
Filing date: 1997-08-29
Publication date: 2004-09-09
Anticipated expiration: 2017-08-30
Also published as: CN1237086A; EP0932332A1; CA2265817C; JP2000502911A; JP3213329B2; EP0932332A4; AU4331097A; WO1998011770A1; ATE254831T1; BR9711503A; AU711830B2; DE69726444D1; US5740627A; ES2210572T3; CA2265817A1; US6023880A; EP0932332B1; CN1093734C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Samen, um die Geschwindigkeit und die Gleichförmigkeit der Keimung, des Frühwachstums, des Wurzelwachstums, der Reife und des Ertrages von Nahrungspflanzen und anderen Pflanzen reproduzierbar zu verbessern. Diese Ergebnisse werden erzielt, indem Samen oder Pflanzen in der Wachstumsphase gleichmäßigen, spontan organisierten Impulsen von Ionen-Elektronen-Lawinen ausgesetzt werden. Ein wichtiger Aspekt besteht darin, dass eine Lagerung über mehrere Wochen hinweg vor dem Pflanzen vorgesehen wird, um innere, biochemische Veränderungen auf Zellebene in dem Samen eintreten zu lassen.
(2) Beschreibung des Standes der Technik
Fast seit der Entdeckung der wirtschaftlichen Nutzung der Elektrizität haben Forscher versucht, Pflanzenwachstum elektrisch zu beeinflussen. Verschiedene Forscher des Standes der Technik haben positive: Ergebnisse daraus abgeleitet, dass wachsende Pflanzen vor Ort einer elektrischen Stimulation ausgesetzt wurden. Ein Verdrahtungsnetz über einem Feld wachsender Pflanzen ist im Großmaßstab nicht kostenwirksam oder durchführbar, und solche Verfahren sind von den Landwirten nicht angenommen worden.
Einige Forscher des Standes der Technik haben versucht, die überhöhten Kosten der Verdrahtung eines Feldes durch Anwendung elektromagnetischer Behandlung an Samen vor dem Pflanzen zu vermeiden. Trotz berichteten verstärkten Wachstums und – in einigen Fällen – erhöhter Erträge war es schwierig, diese Ergebnisse zu wiederholen, und es konnte keine wirtschaftliche Verwertung erzielt werden. Party (US-Patent Nr. 2,308,204 (1943)) beschreibt die Anwendung einer schwingenden Gleichspannung (DC) zur Behandlung von Samen zum Verbessern der Keimung der Samen. Es gibt kein Anzeichen verbesserter Pflanzen. Jonas (US-Patent Nr. 2,712,713 (1955)) und andere setzten Samen hochfrequenten schwingenden Feldern zwischen 30 MHz und dem Mikrowellenbereich aus, wobei sie nach ihren Angaben schnellere und gleichmäßigere Keimung erzielten. Das Patent beschreibt nur verstärkte Keimung der Samen. Amburn (US-Patente Nr. 3,675,367 (1972) und 3,765,125 (1975)) setzte Samen Magnetfeldern aus, wobei nach eigenen Angaben eine erhöhte Keimungsrate erzielt wurde. Wegen Unzuverlässigkeit und Nichtreproduzierbarkeit fand keines dieser Verfahren eine weit verbreitete wirtschaftliche Akzeptanz.
Levengood (US-Patent Nr. 3,822,505 (1974)) beschreibt eine Apparatur für genetische Veränderung von Pflanzenzellen unter Verwendung kombinierter elektrischer und magnetischer Felder. Das elektrische Feld ist statisch. Es gab eine Veränderung im Wachstum der Samen, jedoch war das Verfahren nicht von Samencharge zu Samencharge wiederholt wirksam. Ein weiteres auf Levengood erteiltes Patent (US-Patent Nr. 3,852,914 (1974)) beschreibt ein Verfahren zur Untersuchung von Samen auf Lebensfähigkeit durch Messen der Vorkeimungs-Gewebeleitfähigkeit.
Schiller et al. (US-Patent Nr. 4,633,611 (1987)) beschreibt die Behandlung von Samen zu deren Desinfektion mit energiearmen Elektronen unter Verwendung einer Elektronenkanone. Die Strahlungsdosen sind recht hoch und die Beschleunigungsspannungen liegen zwischen 25 kV und 75 kV. Der Einsatz energiereicher ionisierender Strahlung kann Schäden an den Chromosomen verursachen und zu genetischen Veränderungen führen, was den Einsatz im offenen Feld erschwert. Es gibt kein Anzeichen, dass das Wachstum der Pflanzen reproduzierbar verbessert wird. Yoshida (US-Patent Nr. 4,758,318 (1988)) beschreibt die Verwendung eines pulsierenden Gleichstroms zur Verhinderung von Schimmel. Die Spannungen lagen zwischen 300 VDC und 20,000 VDC und waren gepulst. Dieses Verfahren ist großmaßstäblich nicht praktizierbar und die Ergebnisse waren veränderlich. Liboff et al. (US-Patent Nr. 5,077,934 (1992)) beschreiben die Anwendung magnetischer Felder auf Pflanzen im Boden. Dieses Verfahren ist nicht praktizierbar.
Levengood (US-Patent Nr. 5,288,626 (1994)) beschreibt die genetische Übertragung von DNA zwischen Pflanzen unter Nutzung einer konstanten Gleichspannung (DC).
Dies wird auch in Bioelectrochemistry and Bioenergetics' (1991) beschrieben. Dies sind Verfahren zur Herstellung genetisch veränderter Pflanzen.
Andere Patente von allgemeinem Interesse sind Saruwatari (US-Patent Nr. 4,188,751 (1980)) in Bezug auf magnetische Behandlung; Weinberper (US-Patent Nr. 3,703,051 (1972)) in Bezug auf Ultraschall; US-Patent Nr. 3,940,885 (1976) in Bezug auf Mikrowellen.
Ein System, das mit einem Wechselspannungsanteil (AC) in einem Gleichspannungsstrom (DC) arbeitete, um Impulse zu erzeugen, ist Tellefson (US-Patent Nr. 5,117,579 (1992)). Ionenimpulse wurden von Drahtbürstenelektroden erzeugt, um in einem Feld wachsende Pflanzen zu fluten. Das Verfahren wird nicht bei Samen angewandt.
Es besteht ein deutlicher Bedarf an einem reproduzierbaren und zuverlässigen Verfahren zur Behandlung von Samen zur Verbesserung ihrer Wachstumsmerkmale. Verfahren nach dem Stand der Technik haben diesen Bedarf nicht gedeckt, da keines dieser Verfahren wirtschaftlich verwertet wird.
ZIELE
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes, reproduzierbares Verfahren und eine verbesserte, reproduzierbare Vorrichtung zur Verbesserung der Wachstumsmerkmale von Samen bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfach, zuverlässig und wirtschaftlich durchführbares Verfahren bereitzustellen. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, während der Behandlung die Wirksamkeit der Vorrichtung zur Durchführung der Behandlung zu überwachen. Diese und andere Ziele werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und auf die Zeichnungen offensichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Schemazeichnung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung kontrollierter, spontaner elektrostatischer Impulse, die die organisierten Elekt ronenlawinen zwischen einer Samen 13 tragenden Anodenelektrode 11 und einer Kathodenelektrode 12 ausbilden.
1B ist ein Diagramm und zeigt organisierte Elektronenlawinen, die in der Vorrichtung aus 1A mit verschiedenen Gleichspannungen (DC) erzeugt werden (relative Luftfeuchtigkeit 26%; p = 1009,3 mb).
2A, 2B und 2C sind Diagramme zur Veranschaulichung der Unterschiede im Wachstum von Tomaten, Pfeffer und Möhren bei Verwendung einer Gleichspannung (DC) über fünf Minuten hinweg in der Vorrichtung aus 1A, wobei die Samen 35 bzw. 36 Tage lang gelagert wurden. Die Keimungsdaten wurden in dem Wachstumsstadium 12 Tage erfasst und weisen eine Hypokotylennreiterung aus (dabei wurden die Sämlinge bei einer Entwicklung von vier Tagen unter Wachstumslicht platziert). Die Daten wurden bei jeder Versuchsreihe mit zwei Kontrollsätzen verglichen. 2A zeigt 35 Tage nach der Exposition untersuchte Tomatensamen. 2B zeigt 35 Tage nach der Exposition untersuchte Pfeffersamen. 2C zeigt 36 Tage nach der Exposition untersuchte Möhrensamen. Wie ersichtlich ist, erscheinen bei den 5-Minuten-Expositionsdaten ähnliche Kurvenformen. In jedem Fall liegt der Spitzenwert auf der 5-kV-Ebene und ein zweiter Peak erscheint bei 20 kV.
3A und 3B sind Diagramme zur Veranschaulichung der Veränderung des Redoxverhältnisses (des Verhältnisses aktiver Anionen zu Kationen) in sich entwickelnden Weizen- und Maissämlingen über einen Versuchszeitraum von 60 Minuten in unbehandelten Kontrollsamen und in Samen, der spontan organisierten Ionen-Elektronen-Lawinen ausgesetzt wurde, wobei die Expositionszeit 30 Sekunden (3A) bei 10 kV und bei 20 kV (3B) beträgt. Die Samen wurden acht Tage lang gelagert. Das Blattgewebe zwischen den Elektroden 11 und 12 wurde nach 12 Tagen unter Wachstumslicht untersucht.
4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Änderungen des Redoxverhältnisses in reifem, auf dem Feld gewachsenen Möhrenblattwerk von unbehandelten Kontrollsamen und Samen, die fünf Minuten lang bei 5 kV Ionen-Elektronen-Lawinen ausgesetzt und vor der Aussaat 81 Tage lang gelagert wurden. Redoxverhältnis: 4 zeigt, dass die Redoxverhältnisse von mit dem MIR-Verfahren behandelten Möhren niedriger sind als die von unbehandelten Kontrollen bei Messung, nachdem die Pflanzen in die reife autotrophe Entwicklungsphase eintreten. Das Redoxpotential wird aus dem Exsudat von dem Samen bestimmt.
5 ist eine Schemazeichnung einer Vorrichtung 100 mit einer Sondenspule 101 zum Untersuchen der induzierten Energiewellenform von den Ionen-Elektronen-Lawinen, die von der Vorrichtung aus 1A erzeugt werden. Die Spule 101 hatte 80.000 Wicklungen aus Kupferdraht #40 und war etwa 8 cm im Durchmesser und 10 cm lang.
Der obere Teil von 6 ist ein Diagramm und zeigt das induzierte Magnetfeld in der Spule 101 aus 5, das von den in dem unteren Teil von 6 gezeigten Lawinen erzeugt wird. Dies ergibt eine direkte Ablesung des Stromes zwischen den Elektroden 11 und 12 aus 1A bei einem angelegten Potential von 5 kV.
7 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung einer exponentiellen Korrelation zwischen dem elektronengepulsten Strom zwischen den Elektroden 11 und 12 und dem in der Spule 101 induzierten Magnetfeldpotential.
8A ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Feldaustrittsraten in 1995 in Lawinen ausgesetzten Sojabohnen im Vergleich mit zwei Kontrollreihen. Die Samen waren Varietät PS-202 (insgesamt 48 Samen pro Versuchsreihe). Versuchsreihe A: 5 kV, fünf Minuten. Versuchsreihe B: 10 kV, fünf Minuten. Die Samen wurden nach der Behandlung und vor der Aussaat 86 Tage lang gelagert.
8B und 8C sind Diagramme zur Veranschaulichung von Feldaustrittsraten in 1995 in zwei Varietäten von Lawinen ausgesetztem Süßmais im Vergleich zu den zugehörigen Kontrollen. Die Samen wurden nach der Behandlung und vor der Aussaat 56 Tage lang gelagert.
9A und 9B sind Diagramme zur Veranschaulichung der Entwicklung von Obst bzw. Kolben in zwei Varietäten von auf dem Feld gewachsenen Süßmais aus dem Jahr 1995 im Vergleich zu den zugehörigen Kontrollen. Die Samen wurden nach der Behandlung 56 Tage lang gelagert.
10 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Erträgen von Möhrenblättern in 1995 in Abhängigkeit von den die Lawinen induzierenden Spannungen. Die im Feld registrierten Daten basieren auf der prozentualen Veränderung bei Obst im Vergleich zu den Kontrollen. Jeder Punkt ist ein Mittelwert aus einer Versuchsreihe von Samen, die bei zehn Sekunden, 30 Sekunden, fünf Minuten und 30 Minuten dem angegebenen kV-Pegel ausgesetzt wurden. Die Samen wurden vor der Aussaat 81 Tage lang gelagert.
11 ist ein Schaltplan 200 in einem Gehäuse 20 einer Vorrichtung 10 zum Erzeugen der spontan organisierten Elektronen-Ionen-Lawinenimpulse.
12 ist ein Schaltplan für ein Stromversorgungsteil 201 wie in 11 in dem Stromkreis 200 gezeigt mit den in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten organisierten Elektronenlawinen.
13 ist ein Steckverbinder für das Stromversorgungsteil 201 aus 11 und 12.
14 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung von Änderungen in der Lawinenimpulsamplitude im Ergebnis von durch Photonen freigesetzten Elektronen, erzeugt durch Exposition gegenüber ultraviolettem Licht an der Kathode. Aus der Exposition der Anode ergibt sich keine Wirkung, wie wir aus theoretischen Überlegungen heraus vermuten.
15, 16 und 17 sind Diagramme zur Veranschaulichung der Ergebnisse der Alterung der Samen für Süßmais (G18-86), Möhren, Pfeffer und Hafer bei einer Expositionszeit von 25 Sekunden.
18 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ergebnisse der Behandlung der Samen in der Rispe.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines Samens zur Verbesserung der Wachstumseigenschaften des Samens, das umfasst: Bereitstellung des Samens zwischen einem Paar in einem Abstand zueinander befindlicher Elektroden als Anode und Kathode mit einem Abstand zwischen denselben und mit Samen auf oder neben der Anode; Anlegen einer Gleichstromspannung (DC) an die Anode und die Kathode unter Nutzung einer Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung mit einem eingeprägten Wechselspannungsanteil (AC) auf der Ausgangsspannung zur Erzeugung von selbstorganisierten oder gepulsten Lawinen von Elektronen, die sich von der Kathode zu dem Samen und in den Samen hinein bewegen, zwischen der Anode und der Kathode bzw. an der Anode für einen Zeitraum, der die Wachstumsmerkmale des Samens verbessert; und Lagern des Samens über einen ausreichenden Zeitraum vor der Aussaat, um dem Samen die verbesserten Wachstumseigenschaften zu verleihen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung eines Samens zur Verbesserung der Wachstumseigenschaften des Samens, die umfasst: ein Paar in einem Abstand zueinander befindlicher Elektroden als Anode und Kathode mit einem Abstand zwischen denselben, wobei sich der Samen an oder neben der Anode befindet; eine Spannungserzeugungsvorrichtung für gleichzeitiges Anlegen einer Gleichstromspannung (DC) an die Anode und die Kathode unter Nutzung einer Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung mit einem eingeprägten Wechselspannungsanteil (AC) als Ausgangsspannung zum Erzeugen von organisierten, gepulsten Lawinen von Elektronen, die sich von der Kathode zu dem und in den Samen an der Anode hinein bewegen, für einen Zeitraum, der die Wachstumseigenschaften des Samens verbessert; und eine Spulenvorrichtung mit mehreren Wicklungen, befindlich neben den in einem Abstand zueinander befindlichen Elektroden, zum Detektieren von gepulsten Elektronenlawinen; und eine Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen der gepulsten Elektronenlawinen, die von der Spulenvorrichtung detektiert werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für signifikante Verbesserung der Keimungsrate und der Gleichförmigkeit der Keimung und des frühen Wachstums sowie für erhöhten Ertrag bei Pflanzen, insbesondere Nutzpflanzen, durch eine kostenwirksame Behandlung der Samen unter Verwendung von Elektronenlawinen in einer Art und Weise, die zuverlässig kopiert und wirtschaftlich genutzt werden kann. Das Verfahren stellt eine Vorrichtung bereit, um Samen organisierten Elektronenlawinen von einer Flachelektrode auszusetzen.
Die Samen 13 werden direkt auf ein waagerechtes, flaches Aluminiumblech (oder ein Blech aus einem anderen Metall) oder die Elektrode 11, die eine Anode ist und sich in einem Abstand von der Elektrode 12 befindet, die eine Kathode ist, gegeben, so dass die Elektrode 11 die untere der beiden parallelen Elektroden 11 und 12 ist. Alternativ dazu können die Samen auf einem nichtleitenden Sieb 22 (5) platziert werden, so dass sie über die Anodenelektrode 11 angehoben werden. Für alle hier angeführten Ergebnisse waren die verwendeten Elektroden 11 und 12 rund und 30 cm im Durchmesser. Andere Formen und Größen von Elektroden können verwendet werden, wenngleich dies die effektiven Spannungspegel ändern kann. Die Elektroden 11 und 12 sind auf Trägern 14 und 14A gelagert, die aus dielektrischem Material bestehen. Die untere Elektrode 13 kann verschiedene Formen annehmen, wie zum Beispiel ein Metalltransportband (nicht dargestellt).
Eine Gleichhochspannungs-Stromversorgung (DC) 20, die einen positiven Strom bereitstellt, ist an die Bodenelektrode (Anode) 11 angeschlossen, wohingegen die obere Elektrode (Kathode) 12 geerdet ist. Verbesserte Ergebnisse werden erreicht, wenn die Gleichstromversorgung (DC) einen organisierten Anteil von 60 oder 220 Hertz in dem Gleichstrom (DC) enthält. Mit Ausnahme dieser Wechselspur (AC) und des daraus resultierenden Anteils gibt es keine andere Schwingung des Gleichspannungsstromes (DC). Dies unterscheidet die Vorrichtung von Systemen nach dem Stand der Technik, die mit einem Spannungsoszillator arbeiten, üblicherweise im Megahertzbereich oder höher.
Aufgrund der Leitfähigkeit der Luft zwischen den Elektroden 11 und 12 breiten sich organisierte Elektronenlawinen von der negativen Elektrode 12 (Kathode) zu der positiven Elektrode 11 (Anode) hin aus. Diese Elektronenlawinen werden von der nachstehend beschriebenen Überwachungstechnik als Impulse erfasst. Wenn eine Gleichstromversorgung (DC) mit einem „sauberen" Signal verwendet wird, sind sowohl die Frequenz als auch die Amplituden der Ionen-Elektroden-Lawinen niedriger und unregelmäßiger. Wenn eine Stromversorgung mit einem Wechselspannungsanteil (AC) verwendet wird, bilden sich Lawinen als regelmäßige, selbstorganisierte, vereinzelte Impulse. Diese Lawinenimpulse treten häufig in dem Bereich von 0,1 bis 30 Hz zwischen den Elektroden 11 und 12 auf und sind ein Produkt des Spannungsgradienten und der Leitfähigkeit der Luft zwischen den Elektroden 11 und 12, nicht jedoch eines künstlichen Oszillators. Der Ausdruck „selbstorganisiert" bedeutet, dass eine Entladung zwischen den Elektroden 11 und 12 in Abhängigkeit von der Spannung und den Umgebungsbedingungen zwischen den Elektroden 11 und 12 auftritt.
Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn die Elektroden 11 und 12 auf dielektrischen Trägern 14 auf einem Tisch 16 mit einer Kunststoffplatte gegeben werden und die untere Elektrode 11 über eine Rückkopplungsschleife 15 aus einem leitfähigen Metall an der Tischplatte geerdet ist. Wenn die Rückkopplungsschleife 15 hinzugefügt wird, erzeugt das gleiche Elektrodensystem Impulse, die sehr ähnlich denen sind, die ohne die Schleife erzielt werden, jedoch mit signifikant größerer Amplitude. Der Grund hierfür ist, dass die Tischplatte 16 als eine Art Rückkopplungsschleifenkondensator zu wirken scheint.
Es wurde festgestellt, dass eine Spannung induzierende Lawine, die die Samen einiger Pflanzenvarietäten verbesserte, bei anderen Varietäten wirkungslos oder sogar schädlich war. Ähnlich ist auch die Dauer der Exposition gegenüber den Elektronenlawinen wichtig und veränderlich. Das Diagnoseverfahren zur Auswahl der besten Zeiten und Spannungen ist ebenfalls wichtig. Schließlich sind auch die Wartezeit vor der Aussaat und die Berücksichtigung der Luftfeuchtigkeit und der Samentemperatur wichtig. Das vorliegende Verfahren wirkt gut bei allen Samen, die auf ein normales Maß für wirtschaftliche Lagerung und bei Temperaturen von über 40°C getrocknet werden. Die Überwachungsvorrichtung, die später beschrieben wird, kann verwendet werden, um Anpassungen wegen veränderter Luftleitfähigkeit aufgrund von Änderungen der relativen Luftfeuchtigkeit durchzuführen.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird als Molecular Impulse Response oder auch MIR bezeichnet. Eine bestimmte Art von Impuls von einem Elektron erzeugt eine Molekülreaktion in dem Samen, die schließlich zu einer signifikant verbesserten Samenleistung führt, wenn sie in der folgenden Art und Weise angewandt wird, einschließlich:
A.) ELEKTRODEN UND STROMVERSORGUNG: Die Verwendung eines Abstandes zwischen den Elektroden 11 und 12 (vorzugsweise 8 cm, wobei jedoch auch andere Abstände verwendet werden können, vorzugsweise zwischen etwa 1 cm und 20 cm, wobei diese jedoch die Effektivspannung ändern) und Induzieren eines Spannungsgradienten zwischen den Elektroden von etwa 2 kV oder mehr (andere Spannungen bis höchstens zur elektrischen Durchschlagsspannung bei Luftkoronaentladung können verwendet werden) führt zur Entstehung von organisierten Elektronenlawinen, die die Form von spitzen, regelmäßigen elektrischen Leitfähigkeitsimpulsen mit relativ einheitlicher Amplitude in Luft zwischen den Elektroden 11 und 12 (gemäß Aufzeichnung durch ein Registrierbandschreibersystem 21 wie in 1A gezeigt) haben. Solche spontan organisierten Elektronenlawinen sind in der wissenschaftlichen Literatur, insbesondere von Nasser, als Beispiele eines energiearmen Plasmas geringer Dichte in Luft bei Umgebungsdruck beschrieben worden. (Quelle: E. Nasser: „Fundamentals of Gaseous Ionization and Plasma Electronics", Wiley-Interschience, New York, Seiten 209 bis 217 (1971)).
Die Frequenz der Lawinenimpulse steigt mit zunehmender Spannung spontan an (siehe 1B). Dies unterscheidet sich vom schwingenden elektrischen Feld, das beim Stand der Technik angewandt wird, wobei die Frequenz künstlich festgelegt wird und gleich bleibt, solange sie nicht durch menschlichen Eingriff verändert wird. Dieser Unterschied ist das Kernstück der vorliegenden Erfindung, denn die gewünschten Ergebnisse werden nicht durch die Schwingung des elektrischen Feldes bewirkt, sondern diese spontanen, organisierten Ionen-Elektronen-Lawinen, die zwischen den Elektroden 11 und 12 in Luft erzeugt werden, verursachen die Molecular Impulse Response.
Die Verwendung einer reinen Gleichstromversorgung (DC) ohne Wechselstromanteil (AC) führt zu Elektronenlawinen mit signifikant geringerer Impulsgabe und Regelmäßigkeit. Die Exposition von Samen gegenüber diesen Impulsen führt zu einer geringeren Samenleistung als bei Samen, die einer Gleichstromversorgung (DC) mit einem Wechselspannungsanteil (AC) ausgesetzt werden. Weiterhin sind die Ergebnisse nur schwer konsequent zu reproduzieren, wenn kein Wechselspannungsanteil (AC) vorhanden ist. Somit werden die hier beanspruchten nützlichen Ergebnisse nicht nur durch die Exposition gegenüber einem elektrischen Feld bewirkt oder durch Exposition gegenüber einer beliebigen Art von Elektronenlawinen. Die Samen müssen den spitzen, regelmäßigen, gleichförmigen oder organisierten Elektronenlawinen wie in 1B gezeigt ausgesetzt werden, um beste Ergebnisse zu erzielen.
B.) DIAGNOSEVERFAHREN: Verschiedne Spannungen (normalerweise zwischen 2 kV und 20 kV) und verschiedene Expositionszeiten (von Sekunden bis Minuten) ergeben die besten Ergebnisse bei verschiedenen Varietäten von Samen. Die optimalen Parameter werden für jeden Samen ausgewählt, indem dieser einem Bereich von Spannun gen über einen Bereich von Zeiten exponiert wird und indem die Ergebnisse nach Keimungs- und/oder Wachstums- und/oder Ertragsversuchen sowie nach Redoxmessungen verglichen werden.
Ein Redoxdiagnoseverfahren ermöglicht das Erzielen signifikanter Verbesserungen bei einer Vielzahl von Samen-/Pflanzenarten. Dieses Diagnoseverfahren ist notwendig, da eine Samenvarietät, die durch eine hohe Spannung (20 kV) oder eine niedrige Spannung (5 kV) positiv beeinflusst wird, durch eine mittlere Spannung (15 kV) negativ beeinflusst werden kann. Umgekehrt können Samen, die bei niedriger Spannung gute Ergebnisse zeigen, bei hoher Spannung schlechte Ergebnisse zeigen und umgekehrt.
Es wurde festgestellt, dass die Samen bei 40°F bis 80°F gelagert werden müssen. Bei zu niedriger Temperatur werden keine Ergebnisse erzielt.
Es wird offensichtlich werden, dass die Samen auf einem nichtleitenden Sieb 20, wie zum Beispiel aus Faserglas, zwischen den Elektroden 11 und 12 wie in 5 gezeigt positioniert werden können. Vorzugsweise sind die Elektroden 11 und 12 rund und haben abgerundete Kanten. Die Elektrode hat vorzugsweise einen Elektrodenabstand von 8 cm bis 9 cm und eine Durchmesser von etwa 30,5 cm. Die Samen werden so auf der Elektrode platziert, dass sie sich nicht signifikant berühren.
BEISPIEL 1
Dieses Beispiel zeigt Laborkeimungsversuche, die Behandlungsebenen genau diagnostizieren, die Ertragssteigerungen ergeben, sowie Beispiele, wie Spannung, die für eine Kultur gute Ergebnisse erbringen, bei anderen Kulturen nur geringfügige Steigerungen erbringen oder zu niedrigeren Erträgen im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen laut Tabelle 1 führen.
TABELLE 1
Häufig wurden Laborkeimungsspannungen in Sprüngen von 5 Kilovolt, d. h. 5, 10, 15 Kilovolt, probiert, während bei Feldversuchen Sprünge von vier Kilovolt angewandt wurden, was nicht genaue Übereinstimmungen ergibt. Die Ergebnisse aus einem Bereich von Behandlungszeiten wurden hier der Einfachheit halber für jede Spannung gemittelt.
Ein Schlüsselelement der vorliegenden Erfindung ist eine Wartezeit, während derer die behandelten Samen mindestens mehrere Wochen lang nach der Exposition nicht gekeimt wurden. Eine Keimung von exponierten Samen vor dem Ende dieser Wartezeit kann dazu führen, dass sich keine Verbesserung in den Samen ergibt, bzw. sogar zu negativen Wirkungen führen. Konsequente, reproduzierbare Verbesserungen werden bei diesen Samen, die kurz nach der Exposition ausgesät werden, nicht beobachtet. Verbesserungen bei behandelten Samen wurden bis 18 Monate nach der Behandlung beobachtet. Für die Wartezeit wurde bislang keine Obergrenze festgestellt. Während die Mindestwartezeit von einer Samenvarietät zur anderen schwankt, wurde eine Mindestwartezeit von 30 Tagen als wirksam festgestellt. Die Samen aus 2A bis 2C wurden 35, 35 bzw. 36 Tage lang gelagert.
Das Redoxverhältnis ist ein Maß zeitweiliger Veränderungen der Atmung, gemessen durch Veränderungen der Redoxaktivität in Sämlingen, die aus behandelten Samen gezogen wurden. Erhöhte Phasenamplituden von Redoxzyklen als Anzeichen erhöhter Atmungsraten und freier Radikalenaktivität wurden durchgehend an Aussaaten von zehn bis 12 Tagen gemessen, die aus mit dem MIR-Verfahren behandelten Samen ge zogen wurden (3A und 3B). Zahlreiche Studien haben vermuten lassen, dass Änderungen im Redoxverhältnis in Verbindung mit den Wachstumsreaktionen in biologischen Organismen stehen. (Levengood: „Bioelectrochemistry And Bioenergetics", 19 461–476 (1988); ebenso Allen and Balin: "Free Radical Biology and Medicine" Bd. 6, S. 631–661 (1989); A. Sakamoto et al., FEBS Letters, Bd. 358, S. 62 ff. (1995)). Unabhängig davon, ob es sich hierbei um den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Mechanismus handelt, es wurde festgestellt, dass Änderungen im Redoxverhältnis in Verbindung mit verbesserter Wachstumsleistung in mit dem MIR-Verfahren behandelten Samen stehen, einschließlich möglicher Steigerungen des Endertrages. Im grünen autotrophen Sämlingsstadium sind die Redoxniveaus von aus mit dem MIR-Verfahren behandelten Samen gezogenen Sämlingen niedriger als in unbehandelten Sämlingen, wie in 4 gezeigt, was mit der Hypothese übereinstimmt, das höhere Niveaus von Antioxydationsmitteln vorhanden sind, die freie Radikale deaktivieren und dabei die Redoxniveaus senken.
Messungen wurden nach dem in Levengood „Bioelectrochemistry And Bioenergetics" 19, 461–476 (1988) beschriebenen Verfahren durchgeführt. Detektion der oben genannten Änderungen in den freien Radikalen kann als ein Mittel der Qualitätskontrolle für das MIR-Verfahren genutzt werden. Diese Überwachung oder Qualitätskontrolle kann als Schnellprüfung dienen, ob der gewünschte Effekt in den behandelten Samen erzielt worden ist, ohne dass die Samen zeitaufwendig gezogen werden müssen. Diese Redoxverhältnisanalyse macht Verfahren wirtschaftlich zuverlässig.
Von mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen nach der Behandlung weisen die MIR-Sämlinge ein erhöhtes Redoxverhältnis auf, was auf einen Ausbruch freier Radikalen in den Zellen hindeutet, die durch das Auftreffen der Ionen-Elektronen-Lawinen gebildet werden. Die Samen erfahren eine Aktivierung der zellulären Antioxydationsmittelverteidigungen und verringern demzufolge ihre Redoxverhältnisse. In getrockneten Samen läuft dieser Prozess langsam ab, wie alle Stoffwechselprozesse in ruhenden Samen. Samen, die bei einer effektiven Spannung über einen effektiven Zeitraum behandelt worden sind, erfahren während der Lagerung eine Verschiebung der Redoxniveaus, da zelluläre Antioxydationsmittelverteidigungen, wie zum Beispiel Superoxid-Dismutase (SOD) und andere, die freien Radikalen deaktivieren. In Mais wurde zum Beispiel festgestellt, dass Zellen mehr SOD erzeugen als benötigt wird, um die vorliegenden freien Radikalen zu blockieren. Gail L. Matters und John G. Scandalios "Effect of the free radical-generating herbicide paraquat on the expression of the superoxide dismutase (Sod) genes in maize", Biochemica et Biophysica Acta 882, S. 33 (1986) beobachteten einen 54%-igen Anstieg der SOD-Niveaus, jedoch nur einen 40%-igen Anstieg der SOD-Aktivität als Reaktion auf einen Ausbruch von Superoxidradikalen. Somit senkt der sich ergebende Überschuss an Antioxydationsmitteln die normalen Niveaus freier Radikalen in Samen, und in reifen, sich entwickelndem Pflanzengewebe haben die mit dem MIR-Verfahren behandelten Pflanzen ein niedrigeres Redoxverhältnis als in den unbehandelten Kontrollen, wie in 4 gezeigt wird.
Wie in 5 gezeigt wird, kann die Raumverschiebung der MIR-Impulse außerhalb der Elektroden 11 und 12 untersucht werden, indem eine Versuchssondenspule 101 in der Nähe der Elektroden 11 und 12 platziert wird. Ein Linearregistrierbandschreiber 21 wird verwendet, um den in der Spule 101 induzierten Strom zu detektieren. Die Elektronenlawinen wandern seitlich von zwischen den Elektroden 11 und 12 ab und induzieren durch eine elektrostatisch-magnetische Kopplung ein Magnetfeld in der Spule 101, die wiederum ein Potential im Millivoltbereich erzeugt. Wenn die Spule 101 direkt über einen Kanal eines Doppelkanalregistrierbandschreibers wie das Aufzeichnungsgerät 21 in 1A platziert wird und das MIR-System über den zweiten Kanal platziert wird, kann man die Wirksamkeit und die Form der Impulse in Aktion untersuchen. Zum Beispiel zeigen die Kurven in 6 die magnetisch induzierten und MIR-Impulse von dem gekoppelten System. Die Spule 101 hat üblicherweise 10.000 bis 100.000 Wicklungen, vorzugsweise 80.000 Wicklungen.
Wie von H. Raether („Electron Avalanches and Breakdown in Gasses", Butterworth & Co. Ltd., Großbritannien, 1964) hervorgehoben wird, ist ein zuverlässiges Kriterium, zu bestimmen, ob ein beobachteter Stromimpuls mit einem Lawinenverfahren identifiziert werden kann, die Form des Lawinenimpulses mit der induzierten magnetischen Komponente zu vergleichen. Aus der grundlegenden Theorie der Bildung von Elektronenlawinen geht hervor, dass die induzierte magnetische Komponente H (hier ausgedrückt als das Potential der Spule 101) in direkter Beziehung zu ln(i) steht, wobei i die Amplitude des Lawinenstromimpulses in dem MIR-System ist. Die Versuchsdaten in 7 bestätigen (r = 0,89; P < 0,05), dass dies Elektronenlawinen sind.
BEISPIEL 2
Bei Anwendung der oben genannten Schritte zusammen als Teil eines kohärenten Prozesses zur Behandlung der Samen in der vorstehenden Art und Weise wurden die folgenden Ergebnisse bei einer Vielzahl von Kulturen sowohl in Laborversuchen als auch in Feldversuchen erzielt:

1) Erhöhte Rate von Feldaustritt. Ein Beispiel wird in 8A für Glyzin max. Var. PS-202 sowie in 8B und 8C für zwei Varietäten von Süßmais Zea mays dargestellt.
2) Erhöhtes Pflanzenwachstum und erhöhte Gleichmäßigkeit der Pflanzengröße.

BEISPIELE 3 UND 4
Beispiele von MIR-Wirkung in Süßmais werden in den Tabellen 2 und 3 unten gezeigt. Die Daten wurden nach 52 Tagen Entwicklung im Versuchsfeld aufgenommen. Die Samen wurden 56 Tage lang gelagert.
Varietät „Kandy Krisp" TABELLE 2 Pflanzenhöhe (cm)
Varietät „Bi-Color" TABELLE 3 Pflan zenhöhe (cm)
BEISPIEL 5
Erzieltes verstärktes seitliches Wurzelwachstum.
Weiße Bohnensamen wurden am 30. September 1992 behandelt und 65 Tage später wie in Tabelle 4 gezeigt gekeimt (20 Samen pro Los).
TABELLE 4
BEISPIEL 6
Beschleunigte Reifung wurde erzielt. Einige im offenen Feld aus behandeltem Samen gezogene Pflanzen erreichen das Erntestadium in signifikant weniger Tagen als im Vergleich zu den Kontrollen. Bei Süßmais zweier Varietäten wurden Ähren mit vorstehender Seide 52 Tage nach der Aussaat gezählt, wie in 9A und 9B gezeigt.
BEISPIELE 7, 8, 9, 10, 11, 12
Ein gesteigerter Ertrag wurde in einer Varietät von Nutzpflanzen unter normalen Feldbedingungen erzielt, ohne dass außergewöhnliche Sprühmittel, Beregnung oder Düngemittel eingesetzt wurden. Diese Wirkungen wurden bei verschiedenen Pflanzen festgestellt. Sojabohnen: mit einer Ertragssteigerung von +28,6% Trockengewicht Sojabohnensamen (Glycine max) der Varietät 05-202 wurden am 2. März 1994 fünf Minuten lang Spannungen von 5, 10, 20 und 30 kV ausgesetzt. Eine Reihe von 48 Samen einer jeden Versuchsreihe wurde am 27. Mai 1994 (25 Tage später) in einzelnen Versuchsfeldern ausgesät. Der Austritt wurde wie in 8A gezeigt festgestellt, wobei eine signifikante Verbesserung gegenüber den Kontrollen vorlag. Der beste Austritt wurde bei den Expositionen 5 kV und 10 kV beobachtet. Diese beiden Expositionen wiesen auch eine Ertragssteigerung bei der Ernte auf. Die Ergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt.
TABELLE 5
Sojabohnen: In einem Feldversuch von 1995 wurden Samen von Sojabohnen der Varietät „Young" am 15. März 1995 behandelt und am 12. Mai 1995 ausgesät. Jeder Eintrag für ein Versuchsfeld ist der Durchschnitt aus vier Replikaten aus einem Los von zwei Pfund behandelter Samen. Die Ergebnisse wurden in Scheffel pro Morgen umgerechnet. Die Gewichte pro 1.000 Samen aus der Ernte wiesen bemerkenswerte Unterschiede auf. Ertragssteigerungen waren das Ergebnis von mehr erzeugten Sojabohnen. Die Ergebnisse werden in Tabelle 6 gezeigt.
TABELLE 6
Feldmais: 24 Samen pro Versuchsparzelle wurden am 31. Mai 1995 in Blissfield, Michigan, ausgesät. Die Zahlenwerte sind (englische) Pfund geschälter Samen pro Versuchsparzelle. Die Ergebnisse werden in Tabelle 7 gezeigt.
TABELLE 7 Inzuchtlinie, Varietät 305-10Gr (F6)
Hybrid, Varietät HYPOP.2830MF. Die Ergebnisse werden in Tabelle 8 gezeigt.
TABELLE 8
Möhren: Möhrensamen der Varietät Daucus carotta Danvers 126 wurden am 31. Mai 1995 in Blissfield, Michigan, ausgesät und am 7. September 1995 geerntet. Die Zahlenwerte für das Gewicht pro Möhre sind in 10 nach Spannungen zusammengefasst. Unten werden die Ergebnisse nach Behandlungsdauer für 4 kV und für 8 kV (Spannungen, die die besten Erträge ergeben) sowie für die Kontrollen angegeben. Bei diesen Ergebnissen wird die Wechselwirkung und die doppelte Bedeutung der Behandlungszeit und des Spannungspegels sichtbar. Hier folgen die Ertragssteigerungen im Vergleich zu den Kontrollen der linearen Progression, wodurch die Bedeutung der bereits diskutierten Diagnoseverfahren zur Auswahl der effektivsten Spannung und Behandlungsdauer für eine konkrete Samenvarietät hervorgehoben wird. Die Ergebnisse werden in Tabelle 9 vorgestellt.
TABELLE 9
Tomaten: Samen der Varietät Lycopersicon esculentum malinta wurden am 10. März 1995 exponiert und am 31. Mai 1995 in Blissfield, Michigan, ausgesät und am 5. September 1995 geerntet. Der Ertrag in Pfund der Frucht pro Pflanze wurde für jede Spannung und jeweils vier Expositionen (10 Sekunden, 30 Sekunden, 5 Minuten und 30 Minuten) gemittelt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 10 gezeigt.
TABELLE 10
Reis: Samen von Cypress-Reis (Oxyza sativa) der Varietät Lemont wurden von der Mississippi State University beschafft, am 12. März 1995 behandelt und am 11. Mai 1995 (59 Tage) in Mississippi ausgesät. Die Versuchsfelder wurden am 15. Mai wegen extremer Trockenheit mit Wasser geflutet. Der Austritt trat am 25. Mai (verzögert wegen der Trockenheit) auf, und die Felder wurden am 9. Juni geflutet. Jeder Zahlenwert ist das Ergebnis von 250 Gramm Samen, gezogen auf vier replizierten Versuchsfeldern, auf Scheffel pro Morgen gemittelt und extrapoliert. Spitzenertragssteigerungen wurden wie in Tabelle 11 gezeigt beobachtet.
TABELLE 11
11, 12 und 13 zeigen den Stromkreis 200 der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung ist erhältlich von Hipotronics, Inc., Brewster, New York. Es gibt einen Wechselstromkreis (AC) 220 und einen Gleichstromkreis (DC) 240. Die Minusklemme 260 ist an die Kathodenelektrode 12 angeschlossen und die Plusklemme 280 ist an die Anodenelektrode 11 angeschlossen. Die verschiedenen Elemente in der Vorrichtung aus 11 werden in Tabelle 12 gezeigt.
TABELLE 12 Stromkreis 220
Stromkreis 200
Stromkreis 201
15, 16 und 17 zeigen die Ergebnisse der Alterung der Samen über einen Zeitraum. Wie zu ersehen ist, ist das Altern sehr wichtig.
18 zeigt die Ergebnisse, wenn Hafersamen in der Rispe behandelt werden, die den Samen gegen die Elektronen abschirmt. Wie zu sehen ist, ist die Behandlung wirksam, jedoch in geringerem Maße als im Vergleich zu 17.
Man ist der Auffassung, dass der Einfluss des MIR-Verfahrens auf Samen auf der Bildung von Elektronen-Ionen-Lawinen in Luft bei normalem Luftdruck und normaler Lufttemperatur beruht. Bei einem angelegten Potential können diese Lawinen als Elektronen-Ionen-Impulse in der Form von regulären Zyklen oder Plasmawellen gerichtet werden. Die Frequenz, die Amplitude und die Eingrenzung dieser Impulse werden durch das angelegte Potential und die Konfiguration der MIR-Vorrichtung bestimmt.
Bei dem MIR-Verfahren besteht eine Beziehung zwischen der Bildung der Elektronenlonen-Lawinenimpulse und der Art und Weise, in der sie ein organisiertes Plasma bilden. Die Lawinenbildung erfolgt zwischen den parallelen Plattenelektroden 11 und 12 bei einem Potential, das ausreichend ist, um die Elektronen (e^–) zu veranlassen, die Kathode zu verlassen und ausreichend Energie aufzunehmen, um Luftmoleküle durch elastische Stöße und – in geringerem Maße – durch unelastische Stöße zu ionisieren. Bei der vorliegenden MIR-Konfiguration beträgt das Mindestpotential für Lawinenbildung etwa 0,5 kV/cm. Bei Elektron-Molekül-Stößen werden neue e^– gebildet, und diese sowie die Haupt-e^– wiederholen diesen Prozess und bilden dabei eine kaskadierende Lawine.
Der Mittelwert (n) der driftenden Elektronen e^– wächst gemäß n(x) = exp(αx) (1)wobei x die Entfernung der e^–-Drift ist und α der Mittelwert der ionisierenden Stöße pro e^– pro cm ist. Nasser (E. Nasser: „Fundamentals of Gaseous Ionization and Plasma Electronics", Wiley-Interscience, New York (1971)) stellt heraus, dass nach einer Zeit t' das elektrische Feld in der Lawine verschwindet, so dass der Elektronenschwarm (e^–) stoppt und sich an Moleküle anhängt, das heißt der Plasmaimpuls wird teilweise neutralisiert bzw. entladen. Dies erfolgt in dem Elektrodenabstand, wenn der Driftweg L der Lawine gleich L = vt' (2)ist, wobei v, die Driftgeschwindigkeit der Elektronen e^–, kleiner ist als der Elektrodenabstand (in Luft beträgt v etwa 10⁷ cm/s). Bei d = 8 cm muss t' < 8 × 10^–7 Sekunden betra gen. Die positiven Ionen (in 1A nicht gezeigt) haben eine niedrige v⁺ von etwa 10⁵ cm/s und driften daher nur sehr wenig von ihrer Entstehungsstelle.
Der durch eine Lawine erzeugte Strom i beträgt i = (εn0/t')exp(αv't) (3).
Wenn wir (εn₀/t') als die Geschwindigkeitskonstante k' für die Lawinenbildung annehmen, ergibt sich i = k'exp(αv'T) (4),wobei T die Übergangszeit für einen Lawinenimpuls ist; daher gilt: ln(i) = k(αv'T) (5),wobei k eine neue Geschwindigkeitskonstante ist. Somit ist ln(i) proportional zu dem Mittelwert ionisierender Stöße (α) während eines Lawinenimpulses von Übergangszeit T.
Ein zuverlässiges Kriterium (H. Raether: „Electron Avalanches and Breakdown in Gasses", Butterworth & Co. Ltd., Großbritannien (1964)), um festzustellen, ob ein beobachteter Stromimpuls mit einem Lawinenverfahren identifiziert werden kann, besteht darin, das Wachstum von e zu messen und mit der theoretischen Beziehung n = exp(αvt) (8)zu vergleichen.
In dem MIR-System gibt es keine e^–-Begrenzung; daher driften die Lawinenimpulse seitlich außerhalb der Grenzen der parallelen Plattenelektroden. Diese externe Drift von Plasma stellt ein Verfahren zur experimentellen Untersuchung des Wachstums von Elektronen gemäß der Vorhersage in der theoretischen Beziehung aus Gleichung 6 bereit. Zu diesem Zweck wurde die Versuchssondenspule 101, die aus 80.000 Wicklungen Kupferdraht #40 besteht, in der Nähe des MIR-Systems positioniert (5). Wenn es direkt über einen Kanal eines linearen Registrierbandschreibers angelegt wird, wird ein beliebiges induziertes Magnetfeld problemlos als ein Spannungsimpuls in der Sondenspule 101 detektiert. Lawinenimpulse unterschiedlicher Stromamplituden wurden in dem MIR-System gebildet und in einem separaten Schreiberkanal aufgezeichnet, wie in 6 gezeigt. Ein beliebiges in der Sondenspule induziertes Feld gilt als proportional zu der Plasmadichte, die durch die ionisierenden Stöße gebildet wird. Aus Gleichung 5 ergibt sich die vorhergesagte Beziehung zwischen einem transienten Lawinenstrom i und dem Magnetfeld H, induziert durch eine Ionen-Elektronen-Konzentration (α), die über die Prüfspule 101 driftet, unter diesen hypothetischen Bedingungen als H = c1ln(i) + c2 (7),wobei c₁ und c₂ Proportionalitätskonstanten sind.
Von den für einen Bereich von Elektrodenpotentialen durchgeführten Versuchen erfassten Registrierbandschreiber-Aufzeichnungen wurden die Amplituden (in mV) der von Plasma induzierten Magnetfelder mit den Amplituden der Lawinenströme verglichen. Diese Daten (7), aufgezeichnet gegen Gleichung 7, weisen eine gute Korrelation (r = 0,89; p < 0,05) zwischen dem theoretischen Modell von Plasmalawinen und den von dem MIR-System erhaltenen Versuchsdaten auf.
Bei einem gegebenen Potential bleiben die Amplituden und die Frequenz der Lawinenimpulse über die Übergangsbereiche relativ konstant. Die Stabilität der Ionenstromimpulse wurde durch „Einspritzen" von Überschusselektronen in das MIR-System während einer Folge stabiler Lawinenimpulse untersucht. Wenn UV-Strahlung auf das Kathodenblech gerichtet wird, werden Elektronen durch den lichtelektrischen Effekt freigesetzt. Dies erzeugt, was „Avalanches with Successors" („Lawinen mit Nachfolgern") bezeichnet worden ist (H. Raether: „Electron Avalanches and Breakdown in Gasses", Butterworth & Co. Ltd., Großbritannien (1964)). Durch das Einspritzen zusätzlicher Sekundärelektronen werden die Amplituden der Lawinenimpulsströme vergrößert.
Diese lichtelektrische Lawinenverbesserung wurde in einem MIR-System erzeugt, das aus „optisch übertragenden Elektroden" oder OTEs (glasbeschichtet, mit halbleitender Zinnoxidschicht) als Elektrode 12 angeordnet, mit einem Elektrodenabstand von 6 cm, bestand, und bei einem angelegten Potential von 20 kV. Wie in 14 gezeigt, findet die Wirkung der Elektroneneinspritzung 30 Sekunden nach dem Beginn (angezeigt durch einen Pfeil) der Kathodenexposition statt. Aufgrund einer Abschirmungswirkung (E. Nasser: „Fundamentals of Gaseous Ionization and Plasma Electronics", Wiley-Interscience, New York (1971)) neigt ein Plasma dazu, stabil zu bleiben, auch wenn externe Ladungen in das Lawinensystem eingebracht werden. Diese anfängliche Verzögerung, der ein Anstieg bis zu einer größten Stromamplitude bei etwa 70 Sekunden folgt, gefolgt von einem langsamen Abfall, ist sehr widerspruchsfrei mit den Ergebnissen, die in anderen Plasmasystemen erzielt wurden, wobei erneut bestätigt wird, dass in dem Raum zwischen den Elektroden ein Plasmaelektronen-Lawinenverfahren abläuft. Exposition der Anode (umgekehrte Polarität) gegenüber UV hatte keine Wirkung (untere Kurve) auf die Amplituden der Stromimpulse, wie zu erwarten war. Bei Verwendung einer Anode, die breiter ist als die Kathode, ändert sich die Form des elektrischen Feldes auf eine Weise, die mehr Ionen/Elektronen zwischen den Elektroden enthält, wodurch weniger nach außen driften können. Das Ergebnis sind noch gleichmäßigere und regelmäßigere Impulse aus Ionen-Elektronen-Lawinen.
Die wirtschaftlichen Vorteile der vorliegenden Erfindung sind:

(1) Keimung und frühes Wachstum: Mit dem MIR-Verfahren durchläuft die Pflanze das verletzbare Sämlingsstadium schneller. Größere Gleichförmigkeit in diesem Stadium begrenzt die Nachteile, dass größere Pflanzen Schatten auf kleinere Pflanzen werfen, so dass alle Pflanzen bessere Chancen haben, zu gedeihen. Gleichförmigkeit des Wachstums erleichtert auch die Ernte der Pflanzen.
(2) Wurzelwachstum: Das MIR-Verfahren ist von besonderem Wert für Pflanzen, wie zum Beispiel weiße Bohnen, bei denen das Wurzelwachstum häufig ein Problem darstellt.
(3) Beschleunigte Reife: Beschleunigte Reife aufgrund des MIR-Verfahrens ist ein wirtschaftlicher Vorteil für Landwirte im Ackerbau, die zum Beispiel Tomaten und Süßmais anbauen, wo die ersten in einer Saison zu vermarktenden Erzeugnisse weitaus höhere Preise fordern. In Ländern mit Doppelkulturen steigt die Wahrscheinlichkeit, dass beide Kulturen voll ausreifen und eine volle Ernte ergeben. In nördlichen Regionen mit begrenztem Tageslicht und weniger warmen Tagen in der Wachstumsperiode erhöht das MIR-Verfahren die Aussicht auf eine erfolgreiche Erntezeit.
(4) Ertragssteigerung: Das MIR-Verfahren bringt wirtschaftliche und humanitäre Vorteile mit sich. Für den Landwirt besteht ein wirtschaftlicher Anreiz dahingehend, dass er mehr Pflanzen anbauen kann, um mehr Einkommen aus dem gleichen landwirtschaftlichen Betrieb erzeugen zu können. Da der Zuwachs der Weltbevölkerung die Fähigkeit zur Versorgung mit Nahrungsmitteln übersteigt, ist jede signifikante Ertragssteigerung von Vorteil.

Die wichtigsten Merkmale des MIR-Verfahrens sind:

(1) Spitze, gut organisierte, gleichförmige Elektronenlawinen keine Koronaentladung und keine statischen elektrischen Felder). Dies wird durch eine Gleichspannungsquelle (DC) mit einem Wechselspannungsanteil (AC) ermöglicht.
(2) Spannungspotentiale betragen 0,2 vK/cm bis (jedoch nicht einschließlich) zur Funkenüberschlagsspannungsgrenze.
(3) Anodenelektrode mit den Samen
(4) Eine spezielle Elektronenrückkopplungsschleife 15 verbessert die Ergebnisse.
(5) Diagnoseverfahren.
(6) Eine Wartezeit von mehreren Wochen zwischen Behandlung und Aussaat.
(7) Die Messung des Redoxverhältnisses bietet eine Qualitätskontrolle nach der Behandlung mit dem MIR-Verfahren zur Bestätigung, dass die Wirkung erzielt worden ist, so dass eine unmittelbare Überprüfung der Ergebnisse erfolgen kann.
(8) Ein Spulenaufzeichnungssystem 101 bietet eine zusätzliche Qualitätskontrolle, um festzustellen, dass die Lawinen in der Tat erzeugt werden und die richtige Form haben. Ohne diese Prüfung können Feuchtigkeit und Staub/Abriebmaterial an den Elektroden 11 und/oder 12 bewirken, dass keine Lawinen erzeugt werden (insbesondere bei Betrieb nahe des Schwellenwertes von 0,5 kV/cm, der bei einigen Samen häufig angewandt wird.
(9) Das MIR-Verfahren ist großtechnisch praktizierbar und wirtschaftlich vertretbar. Die Behandlung ist kurzfristig (mehrere Sekunden bis mehrere Minuten) und es entsteht ein geringer Stromverbrauch. Das MIR-Verfahren ist für Samentransportsysteme mit Förderbändern geeignet. Das MIR-Verfahren liefert beständige Ergebnisse.

Die vorstehende Beschreibung soll lediglich als die vorliegende Erfindung veranschaulichend aufgefasst werden und die vorliegende Erfindung soll in ihrem Geltungsbereich ausschließlich durch die nachfolgenden Ansprüche begrenzt werden.

Claims

Ein Verfahren zur Behandlung von Samen zum Verbessern der Wachstumsmerkmale der Samen, das umfasst: (a) Bereitstellen der Samen zwischen einem Paar Elektroden, als eine Anode und eine Kathode, die mit Abstand angeordnet sind, und dazwischen einen Zwischenraum bilden, mit den Samen, die auf oder benachbart zu der Anode sind; (b) Anlegen einer Gleichspannung (DC) an die Anode und die Kathode unter Verwendung einer Stromversorgungseinheit mit einer Ausgangsspannung mit einem auf die Ausgangsspannung eingeprägten Wechselspannungsanteil (AC) mit einer Frequenz bis zu 220 Hz, um organisierte, gepulste Elektronenlawinen zu erzeugen, die sich von der Kathode in Richtung auf und in die Samen hinein bewegen, die zwischen der Anode und der Kathode oder auf der Anode sind, für eine Zeitdauer, die die Wachstumsmerkmale der Samen verbessert; und (c) Lagern der Samen für eine Zeitdauer vor dem Pflanzen, die ausreicht die Samen mit den verbesserten Wachstumsmerkmalen zu versehen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Samen Mais-, Möhren-, Tomaten-, Sojabohnen-, Reis-, Pfeffer-, weiße Bohnen-, Weizen- oder Hafersamen sind.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Redoxaktivität der Samen vor und nach der Behandlung gemessen wird, um die Wirksamkeit der Behandlung zu bestimmen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Behandlung nach Schritt (b) für zwischen ungefähr 1 Sekunde und 30 Minuten angewendet wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektronenlawinen während des Schrittes (b) gemessen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei während Schritt (b) die Elektronenlawinen unter Verwendung einer Zylinderspule, die die Elektronen durchlaufen, gemessen werden.
Das Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, wobei die Gleichspannung (DC) zwischen ungefähr 0,5 kV/cm bis zu einer Funkenüberschlagsspannungsgrenze in Luft und die Elektronenlawinenhäufigkeit zwischen ungefähr 0,1 und 30 Hz liegt.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Strom während Schritt (b) gemessen wird und wobei die Gleichspannung (DC) zwischen ungefähr 4 kV bis zu einer Funkenüberschlagsspannungsgrenze in Luft liegt.
Eine Vorrichtung zum Behandeln von Samen zum Verbessern der Wachstumsmerkmale der Samen, die umfasst: (a) ein Paar mit Abstand angeordnet Elektroden, als eine Anode und eine Kathode, die dazwischen einen Zwischenraum bilden, in dem Samen auf oder benachbart zu der Anode gehalten werden; (b) Spannungserzeugungsvorrichtung zum gleichzeitigen Zuführen einer Gleichspannung (DC) an die Anode und die Kathode unter Verwendung einer Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung mit einer auf die Ausgangsspannung eingeprägten Wechselspannungsanteil (AC), um organisierte, gepulste Elektronenlawinen zu erzeugen, die sich von der Kathode in Richtung auf und in die Samen auf der Anode hinein bewegen, für eine Zeitdauer, die die Wachstumsmerkmale der Samen verbessert; und (c) Spulenvorrichtung mit mehreren Windungen, die benachbart zu den mit Zwischenraum angeordneten Elektroden aufgestellt ist und gepulste Elektronenlawinen nachweist; und (d) Aufzeichnungsvorrichtung zum Aufzeichnen der von der Spulenvorrichtung nachgewiesenen, gepulsten Elektronenlawinen.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Gleichspannung (DC) zum Zuführen zwischen ungefähr 4 kV und einer Funkenüberschlagsspannungsgrenze liegt, die Frequenz der Wechselspannung (AC) zum Zuführen zwischen ungefähr 60 und 220 Hz liegt und der Zwischenraum zwischen ungefähr 1 und 20 cm beträgt.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Nachweisvorrichtung eine Spule ist, die ungefähr zwischen 10.000 und 100.000 Windungen aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Aufzeichnungsvorrichtung eine Schreibvorrichtung ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei in dem Zwischenraum Luft vorgesehen ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Anode und die Kathode Beine aus dielektrischem Material aufweist, die auf einem nichtleitenden Tisch aufsitzen und wobei ein Rückführungsleiter vom Tisch zurück zur Anode führt.
Ein Verfahren zum Behandeln von Samen zum Verbessern von Wachstumsmerkmalen der Samen, das umfasst: (a) Bereitstellen der Samen zwischen einem Paar Elektroden, die mit Zwischenraum angeordnet sind, worin Samen auf oder benachbart zu der Anode gehalten werden; (b) Anlegen einer Gleichspannung (DC), für zwischen ungefähr 1 Sekunde und 30 Minuten, an die Anode und die Kathode unter Verwendung einer Stromversorgung mit einer Ausgangsspannung mit einer auf die Ausgangsspannung eingeprägten Wechselspannungsanteil (AC), um organisierte, gepulste Elektronenlawinen zu erzeugen, die sich von der Kathode in Richtung und in die Samen hinein bewegen, die zwischen der Anode und der Kathode oder auf der Anode sind, für eine Zeitdauer, die die Wachstumsmerkmale der Samen verbessert, wobei die Elektronenlawinen unter Verwendung einer Zylinderspule gemessen werden, die die Elektronen durchlaufen; und (c) Lagern der Samen für eine Zeitdauer vor dem Pflanzen, die ausreicht die Samen mit den verbesserten Wachstumsmerkmalen zu versehen.