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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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(1) Gebiet der Erfindung
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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.
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(2) Beschreibung des Standes
der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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Levengood (US-Patent Nr. 5,288,626
(1994)) beschreibt die genetische Übertragung von DNA zwischen
Pflanzen unter Nutzung einer konstanten Gleichspannung (DC).
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Dies wird auch in Bioelectrochemistry
and Bioenergetics' (1991)
beschrieben. Dies sind Verfahren zur Herstellung genetisch veränderter
Pflanzen.
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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.
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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.
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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.
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ZIELE
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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11 ist
ein Schaltplan 200 in einem Gehäuse 20 einer Vorrichtung 10 zum
Erzeugen der spontan organisierten Elektronen-Ionen-Lawinenimpulse.
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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.
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13 ist
ein Steckverbinder für
das Stromversorgungsteil 201 aus 11 und 12.
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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.
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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.
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18 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ergebnisse der Behandlung
der Samen in der Rispe.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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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)).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Es wurde festgestellt, dass die Samen
bei 40°F
bis 80°F
gelagert werden müssen.
Bei zu niedriger Temperatur werden keine Ergebnisse erzielt.
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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.
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BEISPIEL 1
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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BEISPIEL 2
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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.
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BEISPIELE 3 UND 4
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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.
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Varietät „Kandy
Krisp"
TABELLE
2
Pflanzenhöhe
(cm)
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Varietät „Bi-Color"
TABELLE 3
Pflan
zenhöhe
(cm)
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BEISPIEL 5
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Erzieltes verstärktes seitliches Wurzelwachstum.
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Weiße Bohnensamen wurden am 30.
September 1992 behandelt und 65 Tage später wie in Tabelle 4 gezeigt
gekeimt (20 Samen pro Los).
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BEISPIEL 6
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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.
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BEISPIELE 7, 8, 9, 10,
11, 12
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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.
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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.
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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.
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TABELLE
7
Inzuchtlinie, Varietät
305-10Gr (F6)
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Hybrid, Varietät HYPOP.2830MF. Die Ergebnisse
werden in Tabelle 8 gezeigt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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TABELLE
12
Stromkreis 220
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15, 16 und 17 zeigen die Ergebnisse der Alterung
der Samen über
einen Zeitraum. Wie zu ersehen ist, ist das Altern sehr wichtig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der durch eine Lawine erzeugte Strom
i beträgt i = (εn0/t')exp(αv't) (3).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
