发明背景
(1)发明领域
本发明涉及一种凝胶包衣种子。
(2)相关技术的描述
凝胶包衣种子技术(即用凝胶将种子包衣的技术)改善了常规的劳动 密集型农业，常规的劳动密集型农业包括考虑到种子的低发芽率而在田 间过量播种，和出芽后间苗，但凝胶包衣的种子存在发芽后芽几乎不能 或很难从包被的凝胶层中长出来的问题。
该技术是划时代的技术，通过此技术借助于包衣的凝胶层中所含的水 或其他成分可以从一粒种子安全地得到一株幼苗，并进一步获得作物。 该技术能使用性能极好且非常昂贵的F1种子，从而实现产量和质量的显 著提高。该技术对日本农业来说实在是好消息，使其能在从邻近的亚洲 国家进口高质低价的蔬菜和花卉的状况下幸存。
起初凝胶包衣种子的包衣凝胶层仅仅是由藻酸基含水凝胶组成。然而 由于藻酸基含水凝胶比较硬，所以这样的凝胶包衣种子存在“出苗 (standing-up of seedling)”(下面解释)的问题。换言之，由于藻酸 基含水凝胶比较硬，包衣植物的芽可能难以生长或可能不能从包衣凝胶 层中长出来以致死亡。因此现已采用了一项措施即将由亲水聚合物和水 组成的颗粒分布于包衣凝胶层中。
在本说明书中，“出苗”解释为这样一种情况，即播种于田间的凝胶 包衣种子发芽，芽从包衣凝胶层中长出并进一步从田间的土壤中长出来， 成为初生叶完全长出(即完全伸展)的无缺陷植物体。在本说明书中， 具有良好的上述“出苗”性能的种子相对于全部播种种子的比例(％) 被称为“出苗率”。
将含水亲水聚合物组成的颗粒分布于由藻酸基含水凝胶构成的包衣 凝胶层中的凝胶包衣种子可通过例如下列方法制造。
称重使藻酸钠的浓度为0.9重量％，粉状淀粉聚丙烯酸酯基亲水聚合 物(即淀粉-丙烯酸接枝共聚物)的终浓度为0.2重量％，然后向其中加 水以充分溶解藻酸钠。此时亲水聚合物吸收水形成颗粒状，通过搅拌使 其分散。使用此液体分散体(即其中分散了由含水亲水聚合物组成的颗 粒的成胶液体)，在中空管的下端形成小滴，将种子从中空管内部引入小 滴内，然后将得到的小滴滴在浓度为12-14重量％的氯化钙水溶液(硬化 液)中，从而得到包含不溶于水的包衣凝胶层的凝胶包衣种子。
由于如此制造的包衣凝胶层的强度很高，为了获得较好的出苗性能， 现已制造出含低浓度藻酸盐的凝胶包衣种子，这样就削弱了由于包衣凝 胶层内的藻酸而形成的阻碍种子生长的三维网络结构。
然而在这种情况下，由于包衣凝胶层的强度降低，当使用种子箱操作 凝胶包衣种子如机械播种时，凝胶包衣种子被压碎和变形，导致种子箱 被堵塞和另外凝胶包衣种子的表层脱落导致不能实施机械播种，就是说 其操作性能恶化，不能实现最初预期的凝胶包衣种子效果。
因此，为了在藻酸盐用量降低的条件下获得具有足够强度的包衣凝胶 涂层，需显著增加亲水性聚合物的用量。
通过这项措施可获得在常规使用中具有足够强度的包衣凝胶层。然而 当为了储存凝胶包衣种子的目的干燥包衣凝胶层，和其后为播种凝胶包 衣种子给包衣凝胶层提供水时，包衣凝胶层不能充分地复原，就是说包 衣凝胶层变成海绵状(spongy)，使其强度显著降低，如此获得的凝胶包 衣种子难以操作。
发明概述
因此本发明的目的是解决上述问题并提供一种凝胶包衣种子，所述凝 胶包衣种子在生产之后和干燥条件下储藏后再复原之后具有操作所需足 够的强度，并且具有良好的出苗性能。
为实现上述目的，本发明人对通常使用的淀粉聚丙烯酸酯基亲水聚合 物进行了研究。结果本发明人发现当一旦含水亲水性聚合物被干燥并通 过吸水复原后，与多价金属离子(即，胶凝剂)接触的亲水性聚合物难 以吸水并且难以复原，就是说在凝胶包衣种子的包衣凝胶层吸水和复原 后，只有因藻酸形成的三维网络结构部分被复原，导致包衣凝胶层成为 海绵状，因此不能得到必需强度的包衣凝胶层。
为了实现上述目的，本发明提供一种凝胶包衣种子，包括：
植物的种子；由在多价金属离子存在下胶凝的藻酸基含水凝胶组成的 包衣凝胶层，该层包被种子；和
分散于包衣凝胶层中的由耐受所述多价金属离子的含水亲水性聚合 物组成的颗粒，
与在例如日本专利申请公开H5-56707中提出的常规凝胶包衣种子相 比，具有上述结构的本发明凝胶包衣种子能在干燥条件下储藏后通过吸 收水分很好地复原，甚至是在增加亲水性聚合物用量的情况下亦如此。 此外，在生产后和干燥条件下储藏后再复原之后，本发明的凝胶包衣种 子具有足够的强度用于操作并且具有良好的出苗性能。
优选实施方案的描述
在本发明中，形成藻酸基含水凝胶的所述多价金属离子是化合价等于 或高于2的金属离子并且不是重金属离子。所述多价金属离子例如是钙 离子、铝离子和铁离子。
在本发明中，耐受多价金属离子的亲水性聚合物是指这样的亲水性聚 合物，即，如果多价金属离子是例如钙离子，那么亲水性聚合物颗粒(其 在浓度为0.9重量％的藻酸钠水溶液中吸收水而成为颗粒状)浸没在20 重量％的氯化钙水溶液中并在1分钟后从中滤出，所述亲水性聚合物的 重量变化不大于10％。在这里，重量变化是指亲水性聚合物与氯化钙水 溶液接触前后以绝对数值表示的亲水性聚合物重量的改变。
如果亲水性聚合物的重量变化超过10％，那么干燥贮藏之后的凝胶包 衣种子的复原特性将变坏，从而不能达到本发明的效果。
耐受多价金属离子的亲水性聚合物例如是磺酸基亲水性聚合物、非离 子基亲水性聚合物和羧甲基纤维素基亲水性聚合物。尤其优选羧甲基纤 维素基亲水性聚合物，因为其是无毒并且是可生物降解的，不会对环境 造成污染。
不同于上述那些亲水性聚合物，例如，对于淀粉聚丙烯酯基亲水性聚 合物，聚合物中亲水性基团通过钙离子彼此交联，因此聚合物收缩并且 不能再吸收水。
通常向其中添加耐受钙离子的亲水性聚合物以使得其浓度等于或高 于0.2重量％。然而为了获得较好的出苗性能，其浓度优选0.5-0.8重量 ％。至于本发明的凝胶包衣种子，即使当亲水性聚合物的用量增加到后一 情况时，凝胶包衣种子也在形成包衣凝胶层后就具有高强度和极好的操 作性能，并且所述高强度和极好的操作性能可以在干燥条件下储藏后通 过吸收水分完全地复原。
此外，当耐受钙离子的亲水性聚合物的用量设为0.5-0.8重量％时， 作为硬化液的氯化钙水溶液浓度的容限扩大了。
迄今为止，严格控制用于制造常规的凝胶包衣种子(包括由含水亲水 性聚合物组成的颗粒被分散于由藻酸基含水凝胶构成的包衣凝胶层中形 成的凝胶包衣种子)的氯化钙水溶液的浓度是必须的。
就是说，如果氯化钙水溶液的浓度低于12重量％，则凝胶包衣层的强 度变得太弱以致不能操作，导致不能实施机械播种的问题。另一方面， 如果氯化钙水溶液的浓度高于14重量％，则凝胶包衣种子不能充分地复 原，在凝胶包衣种子发芽后，芽难以从包衣凝胶层中长出。这是为什么 必须将氯化钙水溶液的浓度控制在12-14重量％的窄范围内的原因。此浓 度随着凝胶包衣种子的制造量增加而逐渐降低。此外，此浓度随着水的 蒸发而改变。因此，由于此浓度的可用范围非常窄，必须严格控制此浓 度，甚至通过溶液密度控制此浓度。
然而，如果在形成含水成胶溶液时将耐受钙离子的亲水性聚合物的用 量设为0.5-0.8重量％，当作为硬化液的氯化钙水溶液的浓度是10-20重 量％，则可获得具有适宜强度的包衣凝胶层。因此可用的氯化钙水溶液的 浓度范围变宽，特别是在高浓度一边，结果对浓度的控制变得容易，由 此使质量控制变得更容易。
成胶溶液中藻酸钠的浓度设为0.9-1.3重量％，该溶液中分散有由含 水亲水性聚合物组成的颗粒。
当耐受钙离子的亲水性聚合物的用量设为0.5-0.8重量％时，藻酸钠 的浓度可降低至成胶溶液的0.5-0.6重量％，这样获得的凝胶包衣种子在 形成包衣凝胶层之后和在干燥条件下储藏后通过吸水复原之后具有极好 的出苗性能，和极好的强度以及操作性能。
本发明的凝胶包衣种子可以与常规凝胶包衣种子相似的方法制造，只 是有一点即亲水性聚合物的种类与常规的凝胶包衣种子的不同。
如此制得的凝胶包衣种子可通过干燥长期储藏以便其在必要的时间、 必要的地点播种。
干燥在较低温度，优选常温下进行，以便种子不被破坏。然而，如果 干燥要花费很长时间，凝胶包衣种子内的种子可能会发生不希望的萌芽。 因此优选通过使用通风缩短干燥时间。如此干燥后的凝胶包衣种子在常 温或低温储藏。
在播种前通过将凝胶包衣种子浸入水中或通过其他方法使包衣凝胶 层复原。根据温度和包衣凝胶层的厚度，复原通常需要3-16小时。
在复原过程中，凝胶包衣种子的直径基本上变得一致并且其形状恢复 成其球形。如果相对于干燥前直径为100的凝胶包衣种子，复原后的凝 胶包衣种子是直径70-170的球形，且凝胶包衣种子的直径的均匀性良好， 则可通过替换播种机的栅格(grafting)机械播种该凝胶包衣种子。通 常，如果复原后的凝胶包衣种子的直径太小，因为凝胶包衣层硬，芽不 能从包衣凝胶层中长出，另一方面，如果凝胶包衣种子的直径太大，凝 胶包衣种子是软的，不具有必需的强度，因此不能用种子箱操作。
实施例
下文中用实施例和比较实施例详细解释了本发明的凝胶包衣种子。
(比较实施例1)
称重藻酸钠和粉末状淀粉聚丙烯酸酯基亲水性聚合物(下文称为聚合 物A)，使溶液中各成分的浓度分别为0.9重量％和0.2重量％，加水充分 搅拌。用显微镜观察分散于成胶溶液中的含水亲水性聚合物颗粒，发现 颗粒的直径是0.1-0.2mm，平均直径是0.15mm。
使用此分散溶液，在中空管下端形成其小滴，然后从中空管内部将长 葱(long oinon)的种子引入小滴内，然后将小滴滴在氯化钙浓度为10、 12、14和16重量％的氯化钙水溶液(硬化液)中，由此制得凝胶包衣种 子(每种溶液189粒种子)，其中含水亲水性聚合物组成的颗粒被分布在 由藻酸基水溶液构成的包衣凝胶层中。制得的凝胶包衣种子大致是球形 的，直径约1cm(下文相同)。
对于使用10重量％氯化钙浓度的硬化液制得的凝胶包衣种子显然具有 软包衣凝胶层，不能用种子箱操作。另一方面，对于用16重量％氯化钙 浓度的硬化液制得的凝胶包衣种子，其包衣凝胶层太硬，因此认为芽不 能从包衣凝胶层中长出来。
因此，对于使用10和16重量％氯化钙浓度的硬化液制得的凝胶包衣
种子未进行进一步的研究。
使用12和14重量％氯化钙浓度的硬化液制得的凝胶包衣种子曾经用
通风干燥，之后在室温下浸入水中7小时以便复原包衣凝胶层。
此时，相对于干燥前重100的凝胶包衣种子，每个复原后的凝胶包衣 种子是球形的，重120-148，并且凝胶包衣种子的均匀度很好。复原后的 凝胶包衣种子未出现表面剥落和破裂，其直径至多只增加了约10％(在下 文中如上所述的复原水平定义为“满意的”)。
此外，测量开裂应力(破裂应力)，结果显示复原后的凝胶包衣种子 适于用种子箱操作，显然芽能从包衣凝胶层中长出来。因此，调查了出 苗率。
(比较实施例2)
为提高出苗率，聚合物A的用量比比较实施例1增加。就是说，称重 藻酸钠和聚合物A使溶液中各成分的浓度分别是0.9重量％和0.8重量％， 并加水充分搅拌。用显微镜观察分散于成胶溶液中的含水亲水性聚合物 颗粒发现颗粒的直径是0.1-0.2mm，平均直径是0.15mm。
与比较实施例1相似，使用此分散体溶液在中空管下端形成其小滴， 然后从中空管内部将长葱(long oinon)的种子引入小滴内，然后将小 滴滴在氯化钙浓度为10、12、14和16重量％的氯化钙水溶液(硬化液) 中，由此制得凝胶包衣种子(每种溶液189粒种子)，其中含水亲水性聚 合物组成的颗粒被分布在藻酸基含水凝胶构成的包衣凝胶层中。
与比较实施例1相似，使用10和16重量％氯化钙浓度的硬化液制得 的凝胶包衣种子显然不适合使用，因此未对这些凝胶包衣种子进行进一 步的研究。
使用12和14重量％氯化钙浓度的硬化液制得的凝胶包衣种子曾经用 通风干燥，之后在室温下浸入水中7小时以便复原包衣凝胶层。
然而，复原后的包衣凝胶层是海绵状的，因此该凝胶包衣种子不具有 用种子箱操作或使用自动播种机播种所需足够的强度。因此，未对这些 凝胶包衣种子进行进一步调查。
(实施例1)
使用如比较实施例1相同的方法进行研究，只是一点除外，即使用粉 状羧甲基纤维素基亲水性聚合物(下文称为聚合物B)代替聚合物A。即 称重藻酸钠和聚合物B，使溶液中各成分的浓度分别为0.9重量％和0.2 重量％，加水充分搅拌。用显微镜观察分散于成胶溶液中的含水亲水性聚 合物颗粒，发现颗粒的直径是0.1-0.2mm，平均直径是0.15mm。
将亲水性聚合物B颗粒(其在0.9wt％浓度的藻酸钠水溶液中吸收水而 成颗粒状)浸入20wt％浓度的氯化钙水溶液中并在1分钟后从中滤出，测 定亲水性聚合物的重量变化。重量减少5％。
使用此分散溶液，在中空管下端形成其小滴，然后从中空管内部将长 葱(long oinon)的种子引入小滴内，然后将小滴滴在氯化钙浓度为10、 12、14和16重量％的氯化钙水溶液(硬化液)中，由此制得凝胶包衣种 子(每种溶液189粒种子)，其中含水亲水性聚合物组成的颗粒被分布在 由藻酸基含水凝胶构成的包衣凝胶层中。
对于如此制得的各凝胶包衣种子，其包衣凝胶层具有操作所需足够大 的强度，看来芽能从包衣凝胶层中长出来。因此，同样地制备另外的凝 胶包衣种子(每种溶液112粒种子)，其中氯化钙浓度是8和20重量％。 结果，8重量％氯化钙浓度的凝胶包衣种子不适合操作，因此未进行进一 步的研究。另一方面，20重量％氯化钙浓度的凝胶包衣种子看来具有操作 所需足够的强度，尽管其硬度有点高，并且其在干燥后通过吸水复原状 况看来很充分，因此调查了其出苗率。
(实施例2)
除了使用聚合物B代替聚合物A和使用8、10、12、14、16和20重 量％浓度的氯化钙以外，使用与比较实施例2中相同的方法进行研究。制 备凝胶包衣种子(每种溶液112粒种子)。(用显微镜观察分散于成胶溶 液中的含水亲水性聚合物颗粒，发现颗粒的直径是0.1-0.2mm，平均直径 是0.15mm)。
8重量％氯化钙浓度的凝胶包衣种子显然不适合操作。因此，通过干燥 后吸水对除此之外的其他凝胶包衣种子进行复原。结果，各种种子的复 原状况看来很充分，因此调查了各出苗率。
(实施例3)
除了称重藻酸钠使其在溶液中的浓度为0.5重量％代替0.9重量％以 外，使用与实施例2中相同的方法进行研究。制备凝胶包衣种子(氯化 钙浓度为8、10、12、14、16和20重量％的每种溶液112粒种子)。(用 显微镜观察分散于成胶溶液中的含水亲水性聚合物颗粒，发现颗粒的直 径是0.1-0.2mm，平均直径是0.15mm)。
8重量％氯化钙浓度的凝胶包衣种子不是明显适合于操作。因此，通过 干燥后吸水对除此之外的其他凝胶包衣种子进行复原。结果，各种种子 的复原状况看来很充分，因此调查了各出苗率。
(比较实施例3)
此外，制备凝胶包衣种子，制备方式是称重藻酸钠使其在溶液中的浓 度为0.5重量％，分散于溶液中的聚合物A的浓度与比较实施例2中的相 同(0.8重量％)。
结果，对于8-20wt％氯化钙浓度的每一种溶液来说，未得到具有操作 所需足够硬度的凝胶包衣种子。因此，未对这些凝胶包衣种子进行进一 步的调查。
(对出苗率的调查)
对凝胶包衣种子(长葱(long oinon)的凝胶包衣种子)的出苗率进 行了调查，所述凝胶包衣种子中由含水亲水性聚合物组成的颗粒被分散 于由藻酸基含水凝胶构成的包衣凝胶层中。结果示于表1。
上述实施例和比较实施例揭示了对于本发明的凝胶包衣种子，即使当 亲水性聚合物的用量增加，其包衣凝胶层也可在干燥条件下储藏后完全 复原，并且通过降低藻酸浓度可显著增加出苗率。此外，本发明的凝胶 包衣种子在控制凝胶包衣种子的生产方面特别有利，因为硬化液浓度的 容许范围可以扩大，而按照惯例需要严格控制该浓度。此外，本发明的 凝胶包衣种子可通过机械播种精确地播种。
描述上述优选实施方案是为了帮助理解本发明，在不背离本发明精神 和范围的情况下本领域技术人员可以作改变。