提高植物過冷特性以防止霜凍的方法

專利名稱：提高植物過冷特性以防止霜凍的方法
技術領域：
本發明涉及提高植物過冷特性以防止凍害的方法。
背景技術：
早在二十世紀50年代中期人們就提出開發一種價格低廉，用前便于貯藏，易于使用并可防霜凍的材料。曾對許多材料進行了試驗。可將它們分成幾類，但通常假定這些材料或改變植物組織的冰點；或減少作物上的冰核細菌，從而抑制冰和霜的形成；或影響生長，即延緩解除鍛煉或以某些‘未知作用方式’起作用。據我們所知，沒有一種商品化材料能夠成功地經得起科學試驗的詳細推敲。”(K.B.Perry，1998，Basicsof Frost and Freeze protection for horticultural crops)。HortTechnology 8(1)10-15。還可參見Warmund等，Advances inStrawberry Research 1994，第20-25頁，他也發現防霜化學物質沒有獲得顯著效果。如Perry(1998)所述，在有關防霜凍化學物質研制方面分為四個類型1)可改變植物組織或水的冰點的材料；2)減少作物表面冰核細菌群體，從而抑制作物表面上冰的生成；3)延緩解除鍛煉；4)通過遺傳工程增強抗寒力。
涉及第一類技術的專利包括Barr等的美國專利5,133,891，該專利涉及通過施用有機化學品處理植物防霜凍；Shin等的美國專利5,276,006，該專利涉及可增強組織抗凍傷能力的冷凍保護劑組合物；Savignano等的美國專利5,653,054，它涉及包括降低水的冰點的防止植物上霜的形成的方法；Lengyel的美國專利4,597,883中涉及一種使植物的霜害減至最小程度的組合物和方法，包括使用鹽基溶液降低水的冰點并抗凍結溫度的細胞損傷；Artozon的美國專利5,618,330涉及植物處理組合物和方法，其中包括使用高濃度鹽保護植物抗霜害；以及Suslow等的美國專利5,633,450涉及抗凍害的產幾丁質酶植物。
有關第二類技術的專利包括Lindow的美國專利4,432,160，其中涉及使用微生物抑制植物霜害，這種方法包括選擇和使用冰核能力缺失細菌以防止凍害；以及Orser等的美國專利4,766,077，涉及由遺傳操作獲得的冰核能力缺失微生物，其中包括獲得冰核能力缺失生物體用于植物作為防霜劑的方法。
第三類技術并不直接防霜害，而是替代地在早期生長季節里延緩對霜敏感的繁殖組織的發育以使對霜敏感組織長出時已不會發生霜害。還有非化學防霜方法，包括Muscatell的美國專利4,434,345，涉及果樹防霜的微波系統，通過該系統產熱防止凍害，以及Donohue等的美國專利4,901,472，涉及在樹干上使用絕緣墊用于保護柑橘樹防霜害的方法和裝置。M.Wisniewski和M.Fuller(Ice nucleation and deepsupercoolingnew insights using infrared thermography inColdAdaptedOrganismsFundamentals andApplications.Eds.R.Margesin and F.Schinner，Landes BioScience，Austin，TX)指出在植物表面上使用硅潤滑脂形成防水性膜以防止冰擴散至植物并使植物過冷，因此可防霜害。然而，對植物使用硅潤滑脂是有植物毒性的，因為它阻止了葉片與外界的氣體交換。因此，目前仍然需要一種可防凍害，成本低，無毒并且不影響氣體交換的試劑，或植物、特別是園藝作物生理上可接受的其它方法。
第四類技術涉及通過植物遺傳工程增強其耐寒力。Caceci等的美國專利5,932,697和5,925,540涉及合成一種可增強抗寒力的肽的方法。Guy等的美國專利5,837,545涉及合成可增強抗寒力的多肽的方法。
發明概述在一個實施方案中，本發明涉及提高植物對低于約-2℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在植物的能夠支撐水滴的各部分上形成基本上連續的粒狀材料疏水膜而防止植物附近形成冰晶，所述粒狀材料具有這樣一個顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約100μm或更小，以及基本上連續的疏水膜的厚度為約1μm至約1,000μm。
在另一實施方案中，本發明涉及提高園藝作物對低于約-3℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在園藝作物的能夠支撐水滴的各部分上施用含有粒狀材料和液體的漿液而防止園藝作物附近形成冰晶；并使液體蒸發從而在園藝作物上形成基本連續的粒狀材料疏水膜，所述粒狀材料具有這樣一個顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約10μm或更小，以及基本連續的疏水膜的厚度為約3μm至約750μm。
還有一個實施方案中，本發明涉及提高園藝作物對低于約-4℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在園藝作物的能夠支撐水滴的各部分上施用含有粒狀材料、液體和助劑的漿液而防止園藝作物附近形成冰晶；并使液體蒸發從而在園藝作物上形成基本連續的粒狀材料疏水膜，所述粒狀材料具有這樣一個顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約10μm或更小，以及基本連續的疏水膜含有約25至約5000微克的粒狀材料/平方厘米園藝作物表面。
另外還有一個實施方案中，本發明涉及提高植物對低于約-2℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在植物的至少一個能夠支撐水滴的部分上形成基本連續的夾雜空氣的粒狀材料疏水膜而防止植物附近形成冰晶，所述粒狀材料具有這樣一個顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約100μm或更小，以及基本連續的疏水膜的厚度為約100μm至約10,000μm。


圖1A-1C是根據實施例3處理后的葉片照片。
圖2A-2C是根據實施例4處理后的葉片照片。
圖3例舉了用各種材料和制劑對葉面的覆蓋情況。
圖4例舉了用各種材料和制劑對葉面的覆蓋情況。
圖5例舉了用各種材料和制劑對葉面的覆蓋情況。
圖6例舉了用各種材料和制劑對葉面的覆蓋情況。
圖7例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖8例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖9例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖10例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖11例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖12例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖13例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖14例舉了霜凍后處理葉片和未處理葉片的情況。
圖15例舉了處理葉片和未處理葉片的凍害情況。
圖16例舉了處理葉片和未處理葉片的凍害情況。
發明詳述此處使用的術語“過冷”是一種物理現象，該物理現象中液態水冷卻至低于0℃的溫度但并不結冰。抑制了冰的形成是因為缺少誘導結冰所需的冰核或將水從這些冰核中分離出來。植物的過冷現象是一種有利的現象，因為并不是凍結溫度本身引起凍害，而是植物上/內部冰晶的形成通過細胞的干燥和/或物理破裂而損害和殺死植物組織。
根據本發明可處理的植物包括園藝作物以及特別是生長盛期的農作物，生長盛期的觀賞作物，結果型農作物以及結果型觀賞作物及其產品。農作物是指可獲得有用產品(例如食品，飼料，纖維產品等)的植物。觀賞作物是指用于裝飾或風景用途的那些植物。
通常，上述植物的實例包括水果，蔬菜，樹，花，灌木，灌木叢，草，根，種子以及其它景觀植物和觀賞植物。根據本發明可處理的植物的任何部分包括無論它們是否處于休眠或生長階段的葉片，枝條，莖，樹干，芽，花，和果實。根據本發明可處理的具體實例包括梨樹，蘋果樹，柑桔樹，葡萄樹，柑橘樹，油桃樹，桃樹，櫻桃樹，李子樹，檸檬樹，杏樹，覆盆子植物，草莓植物，烏飯樹，黑莓植物，番茄植物，谷物，豆類(包括大豆)，南瓜，煙草，玫瑰，紫羅蘭，郁金香等。
通常，本發明涉及向植物施用粒狀材料，這提供或增強植物的過冷特性從而防止在大氣壓下低于0℃的溫度下在植物上形成冰晶。一個實施方案中，本發明方法可防止在大氣壓下低于約-2℃的溫度下在處理后的植物上形成冰晶。另一個實施方案中，本發明方法可防止在大氣壓下低于約-3℃的溫度下在處理后的植物上形成冰晶。還有另一個實施方案中，本發明方法可防止在大氣壓下低于約-4℃的溫度下在處理后的植物上形成冰晶。在一個優選實施方案中，本發明方法可防止在大氣壓下低于約-5℃的溫度下在處理后的植物上形成冰晶。另一個實施方案中，本發明方法可防止在大氣壓下在約-6℃的溫度下或低于約-6℃的溫度下在處理后的植物上形成冰晶。
適用于本發明的粒狀材料是疏水的。在一個實施方案中，粒狀材料內部及其本身都是疏水的，(例如礦物滑石)。在另一實施方案中，粒狀材料是親水材料，通過使用適合的疏水濕潤劑或偶聯劑的外涂層以賦予其疏水性(例如，一個實施方案中粒狀材料具有親水內核和疏水外表面)。
疏水材料的實例包括礦物滑石。通過使用適合的疏水濕潤劑或偶聯劑的外涂層以賦予其疏水性的粒狀親水材料的實例包括各種礦物，例如碳酸鈣，滑石，高嶺土(含水高嶺土和煅燒高嶺土，并優選煅燒高嶺土)，膨潤土，粘土，葉蠟石，白云石，二氧化硅，長石，砂子，石英，白堊，石灰石，沉淀碳酸鈣，硅藻土和重晶石；功能性填料例如三水合鋁，鍛制二氧化硅，和二氧化鈦。
通過與至少一種疏水濕潤劑或偶聯劑接觸可將粒狀親水材料的表面變為疏水性。工業礦物應用，特別是在有機體系例如塑料復合材料，膜，有機涂層或橡膠領域中，采用疏水表面處理以賦予礦物表面疏水性；參見，例如Jesse Edenbaum，Plastics Additives and ModifiersHandbook，Van Nostrand Reinhold，New York，1992，第497-500頁，上述有關疏水表面處理材料及其應用方面的教導在此引入作為參考。
偶聯劑如脂肪酸化合物和硅烷化合物可用于表面處理固體顆粒以提供其表面疏水性。這類疏水劑在本領域是已知的。實例包括TioxideChemicals生產的商品名為Tilcom的有機鈦酸鹽；KenrichPetrochemical，Inc.生產的有機鋯酸鹽或鋁酸鹽偶聯劑；有機官能硅烷如乙烯基三乙氧基硅烷，乙烯基三-(2-甲氧基乙氧基)硅烷，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，β-(3，4-環氧環己基)乙基三甲氧基硅烷，γ-環氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，γ-巰基丙基三甲氧基硅烷，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷，N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷，和β-巰基乙基三乙氧基硅烷，以及其它如Witco生產的商品名為Silquest或PCR生產的Prosil產品；改性硅樹脂液如Shin Etsu生產的DM-Fluids；以及脂肪酸如二壓硬脂酸和三壓硬脂酸以及其它如WitcoCorporation生產的商品名為Hystrene或Industrene的產品或Henkel Corporation生產的Emersol產品。在一個優選實施方案中，硬脂酸和硬脂酸鹽可特別有效地提供顆粒表面疏水性。
適用于本發明的優選粒狀材料的實例可以是市售產品，包括Engelhard Corporation，Iselin，NJ生產的商品名為Translink的硅氧烷處理的煅燒高嶺土；以及商品名為Supercoat的碳酸鈣。
適用于本發明的粒狀材料是細碎的。此處使用的術語細碎是表示粒狀材料的中值顆粒大小(平均直徑)小于約100微米。在一個實施方案中，粒狀材料的中值顆粒大小為約10微米或更小。在另一實施方案中，粒狀材料的中值顆粒大小為約3微米或更小。還有另一實施方案中，粒狀材料的中值顆粒大小為約1微米或更小。
此處使用的顆粒大小以及顆粒大小分布是采用MicromeriticsSedigraph 5100顆粒大小分析儀測量的。記錄在去離子水中親水顆粒的測定結果。制備分散液即稱4克干樣品加入塑料燒杯中，加入適合的分散劑并用去離子水稀釋至80ml刻度。然后攪拌漿液并置于超聲波浴中290秒。通常，使用0.5％焦磷酸四鈉作為高嶺土的分散劑；以及碳酸鈣使用1.0％Calgon T。將各種粉末的典型密度編入沉降圖(sedigraph)，例如高嶺土為2.58g/ml。將樣品池裝滿樣品漿液，記錄X射線并通過Stokes公式轉換為顆粒大小分布曲線。以50％水平確定中值顆粒大小。
在一個優選實施方案中，粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，其中至少約90％重量的顆粒具有小于約100微米的顆粒大小。在另一實施方案，粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，其中至少約90％重量的顆粒具有約10微米或更小的顆粒大小。還有另一實施方案中，粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，其中至少約90％重量的顆粒具有約3微米或更小的顆粒大小。還在另一實施方案中，粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，其中至少約90％重量的顆粒具有約1微米或更小的顆粒大小。
用適量的一種或多種粒狀材料處理植物表面可有效地提高植物的過冷特性。粒狀材料的用量根據各種因素而變化，如粒狀材料的同一性，植物種類，期望不形成冰晶的溫度(例如，-2℃或-4℃)等。向植物上施用的用以提高過冷特性的粒狀材料的用量可由本領域技術人員確定。將粒狀材料施用于植物以覆蓋植物所有或部分表面。僅覆蓋植物的一部分可以是有效的，例如，根據本發明無需處理植物下表面(即該部分不直接暴露于可結冰的水源，如露水)。盡管全部覆蓋植物能夠降低可能發生冰核作用的位點數，但在某些情況下植物的完全覆蓋是不必要的(優選覆蓋植物上表面的至少一個重要部分)。
施用本發明粒狀材料導致在植物表面形成一層或多層粒狀材料的殘留物、泡沫、薄膜或膜。某些情況下，使用殘留物、泡沫、薄膜或膜中任一術語都包括其它三種術語的含義。粒狀材料的用量應足以全部或部分涂布植物表面并使植物表面具有防水性。各種環境條件，如風和雨，可削減植物上的粒狀材料量，因此優選某些情況下在植物易于受到霜害的生長季節內一次或多次施用粒狀材料以保持本發明所期望的防霜效果。
將粒狀材料施用至植物后，在以漿液方式施用粒狀材料的各實施方案中使漿液干燥(揮發性液體蒸發)，其中形成連續或基本連續的粒狀材料疏水膜。連續(或基本連續)的描述，表示在施用位點，干膜是連續的(或基本連續的)。例如，在使用本發明粒狀材料覆蓋水果上部三分之一的實施方案中，覆蓋了水果上部三分之一的膜是連續或基本連續的而水果的下部三分之二并沒有覆蓋粒狀材料。類似的，在用本發明粒狀材料覆蓋葉片上表面或朝上部分的實施方案中，覆蓋葉片上表面或朝上部分的膜是連續的或基本連續的而葉片下表面或朝下部分并沒有覆蓋粒狀材料。通常，根據本發明覆蓋或處理的植物表面各部分包括能夠支撐水滴從而最小化和/或防止水與植物表面之間接觸的那些部分。通過防止植物表面上出現或聚積水滴，以使冰晶的形成和/或冰核作用位點最小化和/或消除。
在植物表面的覆蓋部分，粒狀材料膜基本上是連續的，因為該膜覆蓋了約75％至約100％的表面積，這樣粒狀材料膜的開口或不連續區占表面積的約0％至約25％。在另一實施方案中，粒狀材料膜是基本上連續的，因為該膜覆蓋了約90％至約99.9％的涂布表面積，這樣粒狀材料膜的開口或不連續區占涂布表面積的約0.1％至約10％。還有另一實施方案，粒狀材料膜是基本上連續的，因為該膜覆蓋了約95％至約99％的涂布表面積，這樣粒狀材料膜的開口或不連續區占涂布表面積的約5％至約1％。
在基本連續的粒狀材料膜中，膜中開口、空隙或不連續區的最大平均大小(平均直徑)通常小于約100μm。另一實施方案中，粒狀材料膜中開口或不連續區的最大平均大小通常小于約10μm。還有另一實施方案中，粒狀材料膜中開口或不連續區的最大平均大小通常小于約5μm。
使用的粒狀材料膜的厚度為約1μm或100μm至約10,000μm。另一實施方案中，粒狀材料膜的厚度為約3μm至約1,000μm。還有另一實施方案中，粒狀材料膜的厚度為約5μm至約500μm。
在一個優選實施方案中，粒狀材料的施用量應使覆蓋的植物表面部分外表上看起來呈白色或透明。一個實施方案中，使用約25至約5000微克的粒狀材料/平方厘米植物表面，以全部或部分涂布植物表面，其中顆粒的比重約2-3g/cm3。另一實施方案中，使用約50至約3000微克的粒狀材料/平方厘米植物表面，以全部或部分涂布植物表面，其中顆粒的比重約2-3g/cm3。還有另一實施方案中，使用約100至約500微克的粒狀材料/平方厘米植物表面，以全部或部分涂布植物表面，其中顆粒的比重約2-3g/cm3。
在一個優選實施方案中，粒狀材料與植物的接觸是通過將粒狀材料以細碎顆粒在揮發性液體中的漿液方式施用至植物，其中揮發性液體例如水，低沸點有機溶劑或低沸點有機溶劑/水混合物。漿液的制備是通過將粒狀材料、液體、以及其它可選擇的組分(如分散劑)組合，并將各組分混合形成漿液。在一個優選實施方案中，采用高剪切混合方式混合各組分以形成漿液。另一實施方案中，粒狀材料與植物的接觸是通過將粒狀材料以粉劑方式(基本上為干燥狀態)施用至植物。
用于本發明目的的粒狀材料可以細碎顆粒在揮發性液體中的漿液(摻入空氣以產生泡沫)方式施用，其中使用的揮發性液體例如水，低沸點有機溶劑或低沸點有機溶劑/水混合物。在制備本發明粒狀材料的摻氣含水漿液時可加入助劑如表面活性劑，分散劑，或展著劑/粘著劑。通過噴霧或其它方式將一層或多層該泡沫狀漿液施用至植物表面。優選使揮發性液體在泡沫涂層間蒸發。
通過噴霧或其它方式向植物表面施用一層或多層該漿液。另一實施方案中，向植物表面施用兩層或多層該漿液。當施用兩層或多層漿液時，優選揮發性液體在涂層間蒸發。本發明處理所得殘留物是疏水的。施用粉末狀顆粒(雖然由于飄浮和吸入危害，大規模商業應用是不可行的)是采用漿液方式向植物施用粒狀材料的一種替代方式。
可向粒狀材料漿液中加入添加劑或助劑如表面活性劑，分散劑或展著劑/粘著劑(粘合劑)。例如，可與疏水粒狀材料(通常漿液情況下在水中含有3％或更多的固體)混合以幫助在植物上均勻噴霧處理的粘著劑包括植物油基材料如棉籽油，以及其它市售不潤濕的粘著劑。一個實施方案中，添加劑的用量為粒狀材料的約0.01％至約50％重量。另一實施方案中，添加劑的用量為粒狀材料的約0.1％至約25％重量。
低沸點有機液體優選水混溶性的并含有1至約6個碳原子。此處使用的術語低沸點表示沸點通常不高于約100℃的有機液體。這些液體促進粒狀材料保持細碎狀態而不發生明顯附聚的能力。低沸點有機液體的實例包括醇如甲醇，乙醇，丙醇，異丙醇，丁醇，異丁醇等，酮如丙酮，甲乙酮等，以及環醚如環氧乙烷，環氧丙烷和四氫呋喃。還可以使用上述液體，與水或不含水的混合物。甲醇是優選的低沸點有機液體。
可使用低沸點有機液體以便于將粒狀材料通過噴霧施用至植物上。通常，低沸點有機液體的用量應足以形成粒狀材料分散液。一個實施方案中，低沸點有機液體的用量為分散液(漿液)的約0％至約30％(體積百分數)。另一實施方案中，低沸點有機液體的用量為分散液的約3％至約5％(體積百分數)。還有另一實施方案中，低沸點有機液體的用量為分散液的約3.5％至約4.5％(體積百分數)。
在使用低沸點有機液體的各實施方案中，優選將粒狀材料加入低沸點有機液體中以形成漿液，然后將漿液用水稀釋以形成水分散液。所得漿液保持顆粒的細碎狀態，其中大多數(至少約90％重量)顆粒分散至顆粒大小為小于約100微米或更小。
特別適用于本發明的粒狀材料是惰性的并且是無毒的。正如此處使用的，惰性粒狀材料是沒有植物毒性的顆粒。優選無毒粒狀材料是表示在可有效提高過冷特性以防止凍害的用量下，認為該粒狀材料對動物，環境，施藥設備以及最終用戶是無害的。
本發明涉及處理后的植物以及特別是處理后的園藝作物，其中植物表面被一層或多層粒狀材料處理。本發明處理并不明顯影響處理過的植物的表面上的氣體交換。通過顆粒處理(或顆粒處理殘留物)的氣體是通常通過活體植物表面進行交換的那些氣體。這類氣體的實例包括水蒸氣，二氧化碳，氧氣，氮氣和揮發性有機物。
下列實施例用于闡釋本發明方法。除非另有說明，在下列實施例，說明書和權利要求書中，所有份數和百分數都以重量計，溫度以攝氏度表示以及壓力為大氣壓或接近大氣壓。
實施例1‘Red Delicious’蘋果樹接受了下述處理
1)采用 Virginia，West Virginia and Maryland CooperativeExtension 1997 Spray Bulletin for Commercial Tree Fruit Growerspublication 456-419中公開的方法，根據存在的害蟲實際水平以常規農藥施用方法施用藥劑；2)未處理；以及3)從3月11日開始，此時植物正處于休眠階段，每周施用Translink77。處理(3)施用25磅材料，該材料懸浮于4加侖甲醇并加至100加侖水中。該處理是使用果園噴霧器以125加侖/英畝比例施用。處理是采用隨機化完全區組設計，設置4個重復以及3棵樹/區。各處理沒有進行灌溉并在5月至8月30日(同一年)的降水量為21.58cm。成熟后收獲果實，收獲時統計果實數量。采用隨機化完全區組設計使用方差分析方法分析數據。
表1處理 果實數/樹1)常規 3222)對照 2463)Translink77 382萌芽期和(同年)4月9日發生嚴重霜凍(最低溫度為20°F)之前施用Translink77減少了霜害，這通過與常規對照處理(322)以及未處理對照(246)相比達到成熟的果實數更多(382)而得到證實。未處理對照果實數比常規對照果實數減少是由于病害和蟲害引起的額外的落果。
實施例2‘Seckel’梨樹接受了下列處理1)采用Virginia，West Virginiaand Maryland Cooperative Extension 1997 Spray Bulletin forCommercial Tree Fruit Growers publication 456-419中公開的方法，根據存在的害蟲實際水平以常規農藥施用方法施用藥劑；2)未處理；以及3)從4月29日開始，每周施用Translink77。4)從4月29日開始，每周施用煅燒高嶺土(Satintone5HP)；5)從4月29日開始，每周施用處理過的碳酸鈣(English China Clay生產的Supercoat)；以及6)從4月29日開始，每周施用Translink37(所有的4月29日都在同一年)。處理3，5和6涉及施用25磅材料，該材料已懸浮于4加侖甲醇并加入到100加侖水中。處理(4)施用25磅材料，該材料已懸浮于100加侖水并加入了27盎司的NinexMT-603和2品脫的Toximul。這些處理是使用果園噴霧器以125加侖/英畝比例施用。處理是采用隨機化完全區組設計，設置2個重復以及4棵樹/區。(同年)10月23日發生25°F霜凍并且(同年)10月28日評估葉片的凍害情況。收集40片葉子/區(每棵樹10片)評估凍害情況。具有從葉緣至中脈的壞死斑并延伸至葉片遠軸端的葉片表現為凍害。未受凍害的葉片沒有上述壞死斑。將每張葉片分為凍害或未受凍害葉片以及采用圖像分析方法計算每一區的未受凍害百分數。根據隨機化完全區組設計采用方差分析方法分析數據。
處理 葉片傷害情況(％總面積)1)常規 632)未處理對照 833)Translink77 214)Satintone5HB 615)Supercoat186)Translink37 19施用疏水顆粒(Translink77，Translink37，和Supercoat)與未處理對照或常規處理相比減小凍害。施用親水材料(Satintone5HB)，與常規處理相比并不能降低凍害。
實施例3在兩片番茄葉片(Lycopersicon esculentum)的每一片上滴加含冰核細菌(丁香假單胞菌)的5μl水滴。在滴加水滴之前一片不處理而另一片用Translink77懸浮液涂布。將9克Translink77與12毫升甲醇混合并將該混合物加入88毫升水中制備懸浮液。用該懸浮液噴霧番茄葉片至滴流并干燥。將葉片置于可控環境條件室中并以8℃/小時的速率降溫直至葉片和空氣溫度平衡于0℃。隨著溫度的降低使用Inframetrics 760紅外攝像機和記錄儀記錄空氣，葉片和水滴的溫度。結冰時，由于水的熔化熱而釋放熱量，于是凍結組織或水的溫度上升。在下列各實施例中，凍結定義為發生與結冰相關的溫升并且凍結組織比未凍結組織具有更高的溫度。在低于0℃的溫度下組織不結冰，則表明發生了過冷現象。在實施例3中，將氣溫降至-5.5℃。
圖1一般性地表明Translink77用于阻止番茄葉片結冰的能力。圖1A表示暴露于-6.0℃之后的未處理葉片(左)和Translink77處理的葉片(右)。未處理葉片由于凍害成為完全浸水狀態，而Translink77處理的葉片未受到傷害。圖1A中，左面的未處理葉片由于凍害證實呈浸水狀態，而處理葉片，洗掉顆粒材料后證實沒有受到凍害。約-1.5℃下水滴結冰。
圖1B顯示了未處理(左)和Translink77處理(右)葉片的紅外圖象，證實了未處理葉片的結冰和放熱現象從而提高了葉片(左)溫度。由于提高的過冷特性，處理后的葉片(右)在-3.2℃下并不結冰。每張葉片上的黑點代表加至葉面上的水滴。圖1B中，在未處理葉片(左)上的結冰水滴的存在誘導了整個葉片的凍結，而處理葉片的葉片上沒有結冰。由于結冰放熱，左側葉片溫度高于過冷但沒有結冰的右側葉片。
圖1C顯示了未處理(左)和Translink77處理(右)葉片的紅外圖象，證實了未處理葉片的結冰和放熱現象從而提高了葉片(左)溫度。由于提高的過冷特性，處理后的葉片(右)在-5.5℃下并不結冰。每張葉片上的黑點代表加至葉面上的水滴。圖1C進一步證實了處理后的葉片(右)冷至-5.5℃下沒有結冰而未處理葉片(左)結冰且具有較熱的溫度(約-3.5℃)。
實施例4如實施例3所述方法將整株番茄植物用Translink77處理。將含有冰核細菌的水噴霧處理過的和未處理過的植物并置于可控環境條件的室中，以8℃/小時降低溫度直至植物和氣溫平衡于0℃。隨著溫度的降低，使用Inframetrics 760紅外攝像機和記錄儀記錄空氣，葉片和水滴溫度。
圖2表明Translink77阻止整株番茄植物結冰的能力。圖2A表示暴露于-6.1℃后的未處理植物(左)和Translink77處理的植物(右)。未處理植物由于凍害成為完全浸水和萎蔫狀態，而Translink77處理的植物未受到傷害。圖2A闡釋了未處理植物(左)被凍死，而處理植物(右)在暴露于-6.1℃后沒有受到凍害。
圖2B顯示了未處理(右)和Translink77處理(左)植株的紅外圖象，證實了未處理植株的結冰和放熱現象從而提高了植株(右)的溫度。由于提高的過冷特性，處理后的葉片(左)在約-2℃下沒有結冰。圖2B中闡釋了未處理植物(右)在約-2℃下結冰并由于結冰放熱而比處理植物(左)更熱一些。
圖2C顯示了未處理(右)和Translink77處理(左)植物的紅外圖象，證實了未處理植物的結冰和放熱現象從而提高了葉片(右)溫度。由于提高的過冷特性，處理后的葉片(左)在-6.1℃下并不結冰。圖2C闡釋了與未處理植物(右)相比，處理后的植物(左)保持在-6.1℃下不結冰。
實施例5比較兩種疏水材料(Translink77和Supercoat)，兩種親水材料(Satintone5HB，和Supermite)，以及作為結冰對照的市售產品(Frost Shield)。采用4種不同方法制備疏水顆粒1)將材料噴粉于植物上；2)將3克材料與100毫升水強力攪拌并邊攪拌邊噴霧至植物上；3)將3克材料與含有0.5毫升棉籽油的100毫升水強力攪拌，邊攪拌邊將懸浮液噴霧至植物上；以及4)將3克材料與4毫升甲醇混合，并將該混合物加入96毫升水中。親水材料的制備和使用類似于上述1)，2)和3)。留下一張葉片不處理而另一張葉片涂布一種材料。用懸浮液噴霧番茄葉片至滴流并干燥。在兩張番茄(Lycopersicon esculentum)葉片中的每一片上都滴加含冰核細菌(丁香假單胞菌)的5μl水滴。將葉片置于可控環境條件室中，以8℃/小時降溫直至葉片和空氣溫度平衡于0℃。隨著溫度的降低使用Inframetrics 760紅外攝像機和記錄儀記錄空氣，葉片和水滴的溫度。將氣溫降至-5.0℃。所有情況下，疏水顆粒處理的葉片不結冰而未處理葉片和親水材料處理的葉片結冰。
圖3-6例舉了各種材料和制劑在葉面上的覆蓋情況。值得注意的是疏水處理中會發生不完全覆蓋但在0至-5.0℃范圍內并不降低過冷特性。圖7-14例舉了疏水顆粒處理的葉片不結冰而未處理葉片結冰。圖15和16例舉了類似于未處理葉片，親水顆粒處理的葉片和FrostShield處理(用4盎司FrostShield/2夸脫水噴霧至滴水)葉片結冰。
圖3一般性地表示對Supercoat制劑的評估。圖3A表示以粉劑方式施用Supercoat獲得的處理植物，圖3B表示以水懸浮劑方式施用Supercoat獲得的處理植物，圖3C表示用含0.5％棉籽油的水懸浮劑施用Supercoat獲得的處理植物，以及圖3D表示采用首先將Supercoat懸浮于甲醇并將懸浮液加入水中制成的3％Supercoat處理的植物。
圖4一般性地表示對Translink77制劑的評估。圖4A表示用粉劑處理的植物，圖4B表示使用Translink77的水懸浮劑處理的植物，圖3C表示使用含0.5％棉籽油的Translink77水懸浮劑處理的植物，以及圖3D表示將Translink77懸浮于甲醇并將懸浮液加入水中制成的Translink77處理的植物。
圖5一般性地表示對Supermite制劑的評估。上圖中植物用粉劑處理，中間的圖中植物用Supermite的水懸浮液處理，以及下圖中植物用含有0.5％棉籽油的Translink77水懸浮劑處理。
圖6一般性地表示對Satintone 5HB制劑的評估。上圖中植物用粉劑處理，中間的圖中植物用Satintone 5HB的水懸浮液處理，以及下圖中植物用含有0.5％棉籽油的Satintone 5HB水懸浮劑處理。
圖7一般性地表示用Supercoat的粉劑處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理的葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-5.0℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖8一般性地表示用已懸浮于甲醇和水中的固體形式(3％w/w)的Supercoat處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-2.5℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖9一般性地表示用含0.5％棉籽油的Supercoat水成液處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-4.5℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖10一般性地表示用Supercoat水成液處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-2.8℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖11一般性地表示用懸浮于甲醇并加入水的Translink77處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-4.5℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖12一般性地表示用含0.5％棉籽油的Translink77水成液處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-4.5℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖13一般性地表示用Translink77水成液處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-4℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖14一般性地表示用Translink77的粉劑處理的植物的紅外圖象。上圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰記錄過程。植物未結冰。下圖表示未處理葉片(左)和處理葉片(右)的結冰過程。未處理葉片結冰并證實了結冰放熱，而處理葉片在-5℃下保持不結冰。每張葉片上的圓點是含有冰核細菌的水滴。
圖15一般性地表示結冰記錄過程中番茄葉片的紅外圖象。上圖中，顯示了結冰的早期階段，此時還沒有出現真正結冰。(a)表示未處理葉片，(b)FrostShield處理的葉片，(c)使用Supermite粉劑處理的葉片，(d)使用Supermite水成液處理的葉片，(e)使用含0.5％棉籽油的Supermite水成液處理的葉片，(f)懸浮于甲醇和水中的Translink77處理的葉片。下圖中，除Translink77處理的葉片在-4.2℃下未結冰外，所有葉片都結冰。
圖16一般性地表示結冰記錄過程中番茄葉片的紅外圖象。上圖中，顯示了結冰的早期階段，此時還沒有出現真正結冰。(a)表示未處理葉片，(b)FrostShield處理的葉片，(c)使用Satintone 5HB的粉劑處理的葉片，(d)使用Satintone 5HB水成液處理的葉片，(e)使用含0.5％棉籽油的Satintone 5HB水成液處理的葉片，(f)懸浮于甲醇和水中的Translink77處理的葉片。下圖中，除Translink77處理的葉片在-4.2℃下未結冰外，所有葉片都結冰。
在根據優選實施方案解釋本發明的同時，可以理解在閱讀本發明說明書的基礎上作出的各種改進方案對本領域技術人員來說將是顯而易見的。因此，可以認為此處公開的本發明意味著覆蓋了落入本發明權利要求書保護范圍內的上述所有改進方案。
權利要求
1.提高植物對低于約-2℃的溫度的過冷性能的方法，包括通過在植物的能夠支撐水滴的各部分上形成基本上連續的粒狀材料疏水膜而防止植物附近形成冰晶，所述粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約100μm或更小，以及基本上連續的疏水膜的厚度為約1μm至約1,000μm。
2.權利要求1的方法，其中粒狀材料是疏水的。
3.權利要求1的方法，其中粒狀材料防止水在植物表面上的聚積。
4.權利要求1的方法，其中粒狀材料防止冰通過植物外皮，氣孔或植物外皮中的病斑的擴展。
5.權利要求1的方法，其中粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約10μm或更小。
6.權利要求1的方法，其中粒狀材料包括親水核心和疏水外表面。
7.權利要求6的方法，其中親水核心包括碳酸鈣，云母，高嶺土，膨潤土，葉蠟石，二氧化硅，長石，砂子，石英，白堊，石灰石，硅藻土，重晶石，三水合鋁和二氧化鈦中的至少一種。
8.權利要求6的方法，其中親水核心包括碳酸鈣，云母，滑石，含水高嶺土，煅燒高嶺土，膨潤土，葉蠟石，白云石，二氧化硅，長石，砂子，石英，白堊，石灰石，沉淀碳酸鈣，硅藻土，重晶石，三水合鋁，鍛制二氧化硅和二氧化鈦中的至少一種。
9.權利要求6的方法，其中疏水外表面包括有機鈦酸鹽，有機鋯酸鹽或鋁酸鹽偶聯劑，有機官能硅烷，改性硅樹脂液和脂肪酸及其鹽中的至少一種。
10.權利要求1的方法，其中植物是生長盛期的農作物，結果型農作物，生長盛期的觀賞作物，以及結果型觀賞作物中的至少一種。
11.權利要求1的方法，其中植物是水果，蔬菜，樹，花，草，根，種子以及景觀和觀賞植物中的至少一種。
12.權利要求1的方法，其中粒狀材料的中值顆粒大小為約3μm或更小。
13.權利要求6的方法，其中親水核心包括碳酸鈣和煅燒高嶺土中的至少一種。
14.權利要求1的方法，其中粒狀材料包括疏水處理的碳酸鈣和疏水處理的煅燒高嶺土中的至少一種。
15.提高園藝作物對低于約-3℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在園藝作物的能夠支撐水滴的各部分上施用一種含有粒狀材料和一種液體的漿液而防止園藝作物附近形成冰晶；以及使液體蒸發從而在園藝作物上形成基本連續的粒狀材料疏水膜，所述粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約10μm或更小，以及基本連續的疏水膜的厚度為約3μm至約1,000μm。
16.權利要求15的方法，其中將粒狀材料在所述園藝作物的生長季節內一次或多次施用。
17.權利要求15的方法，其中粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約3μm或更小。
18.權利要求15的方法，其中粒狀材料包括親水核心和疏水外表面。
19.權利要求18的方法，其中親水核心包括碳酸鈣，云母，高嶺土，膨潤土，葉蠟石，二氧化硅，長石，砂子，石英，白堊，石灰石，硅藻土，重晶石，三水合鋁和二氧化鈦中的至少一種。
20.權利要求15的方法，其中基本連續的疏水膜包括平均大小小于約100μm的不連續區。
21.提高園藝作物對低于約-4℃的溫度的過冷特性的方法，包括通過在園藝作物的能夠支撐水滴的各部分上施用含有粒狀材料、液體和助劑的漿液而防止園藝作物附近形成冰晶；以及使液體蒸發從而在園藝作物上形成基本連續的粒狀材料疏水膜，所述粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約10μm或更小，以及基本連續的疏水膜含有約25至約5000微克的粒狀材料/平方厘米園藝作物表面。
22.權利要求21的方法，其中粒狀材料防止水在植物表面上的積聚。
23.權利要求21的方法，其中粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布，該分布中多達約90％重量的顆粒的顆粒大小為約1μm或更小。
24.權利要求21的方法，其中粒狀材料包括親水核心和疏水外表面。
25.權利要求24的方法，其中親水核心包括碳酸鈣，云母，高嶺土，膨潤土，葉蠟石，二氧化硅，長石，砂子，石英，白堊，石灰石，硅藻土，重晶石，三水合鋁和二氧化鈦中的至少一種。
26.權利要求21的方法，其中基本連續的疏水膜包括平均大小小于約100μm的不連續區。
全文摘要
在一個實施方案中,本發明涉及提高植物對低于約－2℃的溫度的過冷特性的方法,包括通過在植物的能夠支撐水滴的各部分上形成基本上連續的粒狀材料疏水膜而防止植物附近形成冰晶,所述粒狀材料具有這樣一種顆粒大小分布,該分布中多達約90%重量的顆粒的顆粒大小為約100μm或更小,以及基本上連續的疏水膜的厚度為約1μm至約1,000μm。
文檔編號A01N25/04GK1377222SQ00813608
公開日2002年10月30日 申請日期2000年9月12日 優先權日1999年9月30日
發明者D·M·格林, M·威斯紐斯基, G·J·普特卡, D·塞古特奧斯基 申請人:恩格爾哈德公司, (由農業部部長代表的)美利堅合眾國