DD238715A1 - Verfahren zum beizen von saatgut - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen von Saatgut, insbesondere Getreide, durch Elektronenstrahlen. Das Ziel ist es, Krankheiten in hoeherem Masse mit Erfolg zu bekaempfen. Die Aufgabe besteht darin, eine hoehere Tiefenwirkung zu erreichen und trotzdem das strahlenempfindliche Embryo zu schonen. Erfindungsgemaess wird das Saatgut mit niederenergetischen Elektronen bestrahlt und vorher mit einer Fluessigkeit angefeuchtet.

Description

Es ist vorteilhaft, für die Anfeuchtung des Saatgutes vor der Elektronenbestrahlung Wasser zu verwenden. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zur Erhöhung der Wirksamkeit besteht darin, daß vor oder während der Elektronenbestrahlung des Saatgutes die Oberfläche des Samens durch Strahlungsheizung erwärmt wird. Bei der Elektronenbestrahlung im Vakuum kann die starke Verdunstung des Wassers bei niedrigen Drücken dazu ausgenutzt werden, eine Verringerung der Feuchtigkeit in der oberflächennahen Schicht des Samens zu erreichen. Dadurch erhält man für die Konzentrationsverteilung zweiseitige Diffusionsgradienten. Die Überlagerung eines solchen Profils mit der monoton fallenden Dosis-Tiefenverteilung der Elektronen ergibt eine homogenere Wirkungsverteilung über den bestrahlten Tiefenbereich, sowie einen steileren Wirkungsabfall und damit eine selektive Wirkung. Für spezielle, auf der Oberfläche des Samens sitzende Schaderreger kann natürlich das Diffusionsprofil auch so bestimmt werden, daß nur eine oberflächennahe Wirkung eintritt und jede Belastung des Embryos vermieden wird.

Bei einigen Fruchtarten, z. B. bei Gerste und Hafer, bedecken Spelzen das Samenkorn. Dieser Zustand erschwert die Elektronenstrahlbeizung, da die erforderlichen Bestrahlungstiefen größer werden. Da die Spelzen den Samen nicht vollständig einhüllen, ist eine Beeinträchtigung des Embryos nicht ausgeschlossen. Durch das zusätzliche Anfeuchten des Saatgutes zur Elektronenbestrahlung ergeben sich durch die Kapillarwirkung in den Zwischenräumen zwischen Spelze und Samen erhöhte Flüssigkeitskonzentrationen, die durch die verteilte Flüssigkeitsmenge und die Eindringzeit gesteuert werden können. Diese höheren Flüssigkeitskonzentrationen führen zu einer selektiven Verstärkung derfungiziden Strahlenwirkung in diesem Bereich bei insgesamt gleichbleibender Bestrahlungsdosis für den gesamten Samen.

Es ist bekannt, daß einige Mikroorganismen bei höheren Temperaturen eine größere Strahlenempfindlichkeit aufweisen, während sie bei Gefriertemperaturen strahlenresistenter sind. Um die Bestrahlungswirkung zusätzlich zu erhöhen, ist es zweckmäßig, die Oberfläche des Samens kurzzeitig, so daß bis zur Elektronenbestrahlung kein Temperaturausgleich eintreten kann, durch eine Strahlungsheizung zu erwärmen. Dadurch entsteht in der Oberflächenschicht des Samens ein Temperaturprofil, das an sich und in Zusammenwirkung mit der Anfeuchtung eine erhöhte Selektivität der Elektronenbestrahlung zur Folge hat. Der durch die Verdunstung der Oberflächenfeuchtigkeit auf dem Samen entstehende Wärmeverlust und die damit verbundene Temperaturabsenkung wird durch diese Maßnahme kompensiert.

Weiterhin kann eine Erwärmung des Samens vor dem Einschleusen in das Arbeitsvakuum erfolgen. Dadurch wird erreicht, daß die erwünschte Konzentrationsabsenkung der in die Oberflächenschicht des Samens diffundierten Flüssigkeit nicht erst im Vakuum entsteht und somit eine Belastung des Evakuierungssystems vermieden wird. Gleichzeitig vermindert bzw. kompensiert diese Maßnahme die durch Verdunstung im Vakuum bedingte Temperaturabsenkung auf der Oberfläche des Samens. Fusarienarten und Septoria nodorum infizieren die Getreidepflanze während der Blüte durch Sporen und bilden ihr Mycel in der Kornbildungsphase in Pericarp und Testa des Korns aus. Im ausgereiften, trockenen Korn verbleiben diese Schaderreger in einer Ruhephase, bis die Quellung des Korns nach der Aussaat auch die Wachstumsphase, d.h., eine intensive Zellteilung des Pilzes auslöst. Die Strahlenempfindlichkeit von Zellen ist in der Teilungsphase größer als in der Ruhephase. Daher ist es vorteilhaft, daß dieser Umstand ausgenutzt wird, um die fungizide Wirkung der Elektronenbestrahlung durch eine Anfeuchtung des Samens und die daraus resultierende Sensibilisierung des Erregers zu erhöhen. Dazu wird die Zeitdauer zwischen Anfeuchtung des Samens und der Elektronenbestrahlung so gewählt, daß der pilzliche Erreger aus der Ruhephase in die Zellteilungsphase übergeht. Durch das Zusammenwirken von Anfeuchtung und Temperatureinwirkung vor der Elektronenbestrahlung kann dieser Vorgang beschleunigt werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, mittels des Temperaturprofils die Wachstumsphase der Zellen örtlich zu differenzieren und damit die selektive Wirkung der Elektronenbestrahlung zusätzlich zu erhöhen.

Ausführungsbeispiel

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: ein Getreidekorn in seinem prinzipiellen Aufbau mit vorhandenen Schaderregern, Fig. 2: ein Gerstenkorn in seinem prinzipiellen Aufbau mit vorhandenen Schaderregern, Fig.3: die Wirkungsprofile bei Elektronenbestrahlung und nach oberflächlicher Anfeuchtung des Samens, Fig.4: die Wirkungsprofile bei Elektronenbestrahlung ohne und mit oberflächlicher Anfeuchtung und nachfolgender Abdunstung der Oberflächenkonzentration der Flüssigkeit.

Die äußere Hülle eines Getreidekorns besteht, wie Fig. 1 zeigt, aus Pericarp 1 (Fruchtschale) und Testa 2 (Samenschale). Beim Weizenkorn beträgt die Wanddicke von Pericarp 1 und Testa 2 zusammen etwa 40 bis 60μ.ηι. Unterhalb von Pericarp 1 und Testa 2 befindet sich der Embryo 3 (Keim) und das Endosperm 4 (Nährgewebe). Bei den für dieses Verfahren interessanten Getreidekrankheiten ist der Samen durch äußerlich anhaftende Sporen 5 (z. B. bei Tilletia caries) oder durch Besiedelung von Pericarp 1 und Testa 2 durch ein Mycel 6 (z. B. Septoria nodorum) infiziert.

Fig. 2 zeigt ein Gerstenkorn in seinem prinzipiellen Aufbau mit vorhandenen Schaderregern. Durch die Spelzen 7 ergibt sich eine Bedeckung des Samens, die jedoch nicht so vollständig ist, daß bei entsprechend notwendiger Erhöhung der Eindringtiefe der Elektronenstrahlung sich keine Gefährdung des Embryos 3 einstellt

Das Verfahren zum Beizen verläuft wie folgt:

Die in einer Elektronenkanone erzeugten und beschleunigten Elektronen übertragen ihre Energie beim Eindringen in das biologische Bestrahlungsgut durch Ionisation und Anregung auf die Bio-Moleküle und rufen dadurch irreversible Schädigungen hervor, die zum Absterben der betroffenen Zellen führen. Die Strahlungsempfindlichkeit der biologischen SubStrukturen ist bekannterweise vom umgebenden Medium abhängig. Sie nimmt z. B. bei der Anwesenheit von Wasser aber auch bei höheren Temperaturen zu.

Die Absorption der eingestrahlten Energie verläuft gemäß der Kurve 8 in Fig.3. Der Verlauf dieser sogenannten Dosis-Tiefenverteilung ist von der Elektroenergie der Strahlung abhängig, läuft aber in jedem Fall monoton fallend aus. Diese Ausläufer können bei der Elektronenstrahlbeizung bis in den Bereich des Embryos 3 reichen, wo sie, wenn sie einen Grenzwert überschreiten, phytotoxisch wirken. Andererseits ist es von Interesse, die Pericarp 1 und Testa 2 des Samens, in dem sich Krankheitserreger angesiedelt haben, mit einer fungizid wirkenden Dosis möglichst vollständig zu bestrahlen.

Das Verfahren erlaubt es nun erfindungsgemäß, durch die Überlagerung der Wirkungen der Dosisabsorption gemäß Kurve 8 und der die Strahlenempfindlichkeit steigernden, in Pericarp 1 und Testa 2 hineindiffundierten Flüssigkeit gemäß Kurve 9, eine selektive Erhöhung der Bestrahlungswirkung auf die Krankheitserreger zu erzielen, ohne insgesamt die eingestrahlte Dosis zu erhöhen. Durch geeignete Steuerung dieses überlagerten Wirkungsprofils gemäß Kurve 10 wird eine Beeinträchtigung des Embryos 3 vermieden.

Dieses resultierende Wirkungsprofil der Kurve 10, das sich aus der Überlagerung der Wirkungen der Dosjs-Tiefenverteilung 8 und der Verteilung der Flüssigkeitskonzentration 9 ergibt, zeigt eine insgesamt erhöhte Strahlenwirkung im angefeuchteten und bestrahlten Bereich, fällt jedoch auch monoton mit der Eindringtiefe ab. Die Grenzen der Wirkungserhöhung sind durch die Diffusionsgrenzen bestimmt.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus Fig.4zu ersehen, wenn die Oberflächenkonzentration nicht zeitlich konstant gehalten wird. Durch Verdunstung, insbesondere bei Exposition des Saatgutes im Vakuum oder durch oberflächliches Erwärmen des Samens, sinkt das Maximum der Konzentrationsverteilung der Flüssigkeit ab und verschiebt sich mit der Zeit in das Innere von Pericarp 1 und Testa 2, wie die Kurve 11 zeigt. Die Überlagerung der Dosis-Tiefenverteilung nach Kurve 12 und der Konzentrationsverteilung der Flüssigkeit nach Kurve 11 kann somit zu einem Wirkungsprofil 13 größerer Ebnung genutzt werden. Solch ein Wirkungsprofil entspricht besser den Anforderungen einer vollständigen fungiziden Behandlung von Pericarp 1 und Testa 2. An der Grenze zum Embryo 3 zeigt das Wirkungsprofil 13 einen steilen Abfall. Das entspricht einer Erhöhung der Selektivität des Verfahrens und damit einer geringeren Gefährdung des Embryos 3 bei größerer fungizider Wirkung.

Diese Verfahrensvariante ist besonders dann vorteilhaft, wenn der Samen bei der Aufbereitung bespelzt ist, z. B. Gerste und Hafer. Durch die Kapillarwirkung der Zwischenräume zwischen den Spelzen 7 und dem Samen, wo u.a. auch die Schaderreger 14 angesiedelt sind, wird die benetzende Flüssigkeit in größerer Konzentration gehalten und dadurch die Strahlenwirkung in diesem Bereich auf die Schaderreger 14 erhöht.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Beizen von Saatgut durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Bestrahlung das Saatgut mit einer Flüssigkeit derart angefeuchtet wird, daß die Flüssigkeit bis zum Bestrahlungszeitpunkt in Pericarp und Testa des Samens eindiffundiert ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anfeuchtung des Saatgutes Wasser verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Saatgutes vor oder während der Bestrahlung durch Strahlungsheizung erwärmt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zeitpunkt der Anfeuchtung des Saatgutes und der Elektronenbestrahlung ein Zeitraum gewählt wird, der so groß ist, daß die pilzlichen Erreger von der Ruhephase in die Zellteilungsphase übergehen.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Das Verfahren zum Beizen von Saatgut durch Elektronenstrahlen dient vorzugsweise zum Behandeln von Getreide. Es dient zur Abtötung der auf der Oberfläche und in oberflächennahen Schichten angesiedelten samenbürtigen Krankheitserreger.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Es ist bekannt, die Beizung mit Präparaten auf der Basis von quecksilberhaltigen Verbindungen als Wirkstoff durchzuführen. Solche Beizmittel haben den Nachteil der Giftigkeit. Sie erfordern hohe Aufwendungen zum Schutz der mit der Beizung Beschäftigten und der Umwelt. Das gleiche trifft für das so gebeizte Saatgut zu, dessen unsachgemäßer Einsatz zu gesundheitlichen und ökologischen Schäden führen kann.

   Daher wurde vorgeschlagen, das Saatgut mit niederenergetischen Elektronen zu bestrahlen (WP AO1 C/2471842). Die Energie der Elektronen und damit die Reichweite, sowie die Bestrahlungsdosis werden so bemessen, daß eine ausreichende fungizide Wirkung eintritt, ohne daß der Keim geschädigt wird. Das Verfahren hat aber den Nachteil, daß einige Schaderreger, die im Samen bis in die dem Embryo angrenzenden Bereiche von Pericarp und Testa hineinreichen, durch die Elektronenbestrahlung nicht vollständig abgetötet werden, ohne den Embryo durch die Bestrahlung zu beeinträchtigen. Eine Schädigung des Embryos tritt bereits bei einer Bestrahlungsdosis von etwa 100Gy, die Abtötung der pilzlichen Erreger aber erst bei Werten oberhalb von 2kGy ein. Verstärkt wird diese ungünstige Relation durch den Verlauf der Dosis-Tiefen-Verteilung im Bestrahlungsgut, die mit der Eindringtiefe der Elektronen monoton abfällt und damit an der Grenze zwischen dem zu desinfizierenden und dem durch eine zu hohe Dosis gefährdeten Bereich keine ausreichende Differenz aufweist. Aus diesen Gründen wird bei einigen Krankheitserregern, wie z. B. von Septoria nodorum und Fusarium spp., nur eine teilweise Abtötung durch Elektronenbestrahlung erreicht.

   Die auch bekannt gewordenen quecksilberfreien chemischen Beizmittel haben gegenüber den quecksilberhaltigen neben den erwünschten Vorteilen auch zahlreiche Nachteile. Für die erforderliche universelle Wirkung sind Kombinationspräparate aus mehreren Wirkstoffen erforderlich, woraus ein 15-20fach höherer Preis resultiert. Ihre Breitenanwendung führt zu offensichtlichen Resistenzerscheinungen bei einigen Erregern. Einige Mittel verzögern den Auflauf des Getreides, weitere sind spezifisch leichter, wobei die daraus resultierenden höheren Beizmittelvolumina am Saatgut nicht ausreichend haften.

   Ziel der Erfindung

   Es soll ein Verfahren geschaffen werden, das mit erhöhter fungizider Wirkung auf spezielle Schaderreger auch zur Behandlung bisher unzureichend bekämpfter Krankheiten des Saatgutes eingesetzt werden kann.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beizen von Saatgut zu schaffen, welches durch Bestrahlung mit Elektronen geeignet ist, auch spezielle Krankheitserreger, die tiefere und damit dem strahlenempfindlichen Embryo enger benachbarte Bereiche von Pericarp und Testa besiedeln, wie z. B. Septoria nodorum und Fusarium spp., mit hoher Sicherheit zu vernichten.

   Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch allseitige Bestrahlung des Saatgutes mit niederenergetischen Elektronen dadurch gelöst, daß das Saatgut vor der Bestrahlung mit einer Flüssigkeit derart angefeuchtet wird, daß sie bis zum Zeitpunkt der Bestrahlung in Pericarp und Testa eindiffundiert ist. Das heißt, die Überlagerung des Diffusionsprofils mit der Dosis-Tiefenverteilung der eingestrahlten Elektronen wird dem den fungiziden Erfordernissen entsprechenden Wirkungsprofil verbessert angepaßt, damit die den strahlungsempfindlichen Embryo des Samens kritischen Dosiswerte nicht überschritten werden.