DE102013101452A1 - Method for in-vitro production of VA mycorrhizae in e.g. bio agriculture, involves mechanically reducing spores containing nutrient medium, and harvesting roots based on incubation of roots multiple weeks in darkness and room temperature - Google Patents
Method for in-vitro production of VA mycorrhizae in e.g. bio agriculture, involves mechanically reducing spores containing nutrient medium, and harvesting roots based on incubation of roots multiple weeks in darkness and room temperature Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur in-vitro-Produktion von VA-Mykorrhizasporen als Massenproduktion und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage. The invention relates to a process for the in-vitro production of VA mycorrhizal spores in mass production and to a plant suitable for carrying out the process.
Die Nutzung der Symbiose zwischen Mykorrhizapilzen und höheren Pflanzen ist bereits seit langem bekannt und gewinnt immer mehr an Bedeutung, insbesondere in den Bereichen Wiederaufforstung, Rekultivierung, Biolandwirtschaft, Obst- und Gartenbau. The use of the symbiosis between mycorrhizal fungi and higher plants has long been known and is becoming increasingly important, especially in the areas of reforestation, recultivation, organic farming, horticulture and horticulture.
Die konventionelle bzw. klassische VA-Mykorrhizaproduktion basiert auf in-vivo-Verfahren an Pflanzen durch Fixieren der VA-Mykorrhizasporen auf Trägermaterialien. Die so erzeugten Inokula enthalten bis zu 200 Infektionseinheiten/ml Trägersubstanz, davon sind ca. ein Drittel Sporen bzw. Sporengruppen. Als Träger kommen Blähton, Vermiculit oder andere poröse granulatartige Materialien in Frage. Bei diesem Verfahrensprinzip werden vollständige Pflanzen, z.B. Mais, in Beeten angezogen. Die Pflanzen durchwurzeln den Blähton o.ä. und die inokulierten VA-Mykorrhizapilze vermehren sich dabei am Wurzel-Blähton-Gemisch. Der Blähton wird geerntet, getrocknet, gegebenenfalls zermahlen und dann als Inokulum eingesetzt. Conventional VA mycorrhizal production is based on in vivo methods on plants by fixing the VA mycorrhizal spores on support materials. The inocula thus produced contain up to 200 infection units / ml vehicle, of which about one third are spores or spore groups. Expanded clay, vermiculite or other porous granular materials may be considered as carriers. In this methodology, whole plants, e.g. Corn, dressed in beds. The plants root through the expanded clay or similar. and the inoculated VA mycorrhizal fungi multiply in the root-expanded clay mixture. The expanded clay is harvested, dried, optionally ground and then used as an inoculum.
Der Nachteil dieser in-vivo-Verfahrensweise sind die erforderlichen Mengen an Pflanzen- und Trägermaterialien. Hinzu kommt eine hohe Kontaminationsgefahr der gewonnenen Mykorrhizasporen. The disadvantage of this in vivo procedure is the required amounts of plant and carrier materials. In addition, there is a high risk of contamination of the acquired mycorrhiza spores.
Es wurden bereits Verfahren zur in-vitro-Produktion von VA-Mykorrhizasporen vorgeschlagen, die jedoch für eine Massenproduktion nicht geeignet sind. Methods have already been proposed for in vitro production of VA mycorrhizal spores, but these are not suitable for mass production.
Bekannt ist ein Verfahren zur monoxenischen in-vitro-Kultivierung von VA-Mykorrhizapilzen (
In der
Aus der
Bereitstellen von Petrischalen mit zwei Abteilungen mit einem Boden und einem Deckel, wobei eine Wurzelabteilung (RC) von einer hyphalen Abteilung (HC) physisch getrennt ist; Einbringen eines Lochs im Boden und im Deckel der Petrischalen auf der RC-Seite; Füllen von RC und HC mit einem geeigneten Medium; Übertragen von mindestens einer sterilisierten Pflanze auf die RC-Abteilung, wobei sich die Wurzeln auf der Oberfläche des Mediums und der Trieb außerhalb der Petrischale befinden; Impfen der Sporen eines arbuskulären Mykorrhiza (AM)-Pilzes in der Nähe der Pflanzenwurzeln und Versiegeln der Schalen; Verdunkelung der Petrischalen und deren Umsetzen in eine Wachstumskammer; nach Kolonisierung werden zusätzliche Löcher im Boden und im Deckel der HC eingebracht und in diese sterilisierte Pflanzen eingesetzt, um zusätzliche Pflanzen im Myceliumnetz zu züchten, als premykorrhizierte Pflanzen. From the
Providing petri dishes having two compartments with a bottom and a lid, wherein a root compartment (RC) is physically separated from a hyphal compartment (HC); Inserting a hole in the bottom and in the lid of the Petri dishes on the RC side; Filling RC and HC with a suitable medium; Transferring at least one sterilized plant to the RC department, with the roots on the surface of the medium and the shoot outside the petri dish; Inoculating the spores of an arbuscular mycorrhizal (AM) fungus near the plant roots and sealing the shells; Darkening of the petri dishes and their conversion into a growth chamber; after colonization, additional holes are placed in the bottom and top of the HC and used in these sterilized plants to grow additional plants in the mycelium mesh, as premycorrhizal plants.
Diese Verfahrensweise basiert auf der Nutzung von vollständigen Pflanzen, wobei die Wurzeln unter aseptischen Bedingungen gehalten werden, und ist für eine großtechnische Anwendung sehr aufwendig und kostenintensiv. This procedure is based on the use of whole plants, wherein the roots are kept under aseptic conditions, and is very expensive and expensive for large-scale application.
Der generelle Nachteil der bekannten Verfahren zur in-vitro-Produktion von VA-Mykorrhizasporen besteht darin, dass die geernteten Sporen keine gesicherten symbiotischen Eigenschaften besitzen. The general disadvantage of the known methods for in vitro production of VA mycorrhizal spores is that the harvested spores have no assured symbiotic properties.
Dadurch wird beim Einsatz dieser Sporen, z. B. in der in Landwirtschaft, das Wachstum der behandelten Pflanzen nicht oder nur unwesentlich verbessert. As a result, when using these spores, z. B. in agriculture, the growth of the treated plants not or only slightly improved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur in-vitro-Produktion von VA-Mykorrhizasporen zu entwickeln, das für eine Massenproduktion geeignet ist und mit dem dauerhaft ein Sporenprodukt mit gleichbleibend guten Symbioseeigenschaften hergestellt werden kann. The invention has for its object to develop a method for the in-vitro production of VA mycorrhizaspores, which is suitable for mass production and with the durable spore product with consistently good symbiosis properties can be produced.
Ferner soll eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die eine wirtschaftliche Massenproduktion ermöglicht. Furthermore, a plant for carrying out the method is to be created, which allows an economic mass production.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Verfahrensweise sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10. Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage ist im Anspruch 11 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 12 bis 14. According to the invention the object is achieved by the features specified in
Unter Massenproduktion im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine kontaminationsfreie Jahresproduktion von mindestens 1 Billion in-vitro-VA-Mykorrhizasporen zu verstehen. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise umfasst folgende Verfahrensschritte:
- a) Vermehrung von durch natürliche Transformation erzeugten Wurzeln zweikeimblättriger Pflanzen in Wurzellinien und deren Selektion nach der höchsten Wachstumsleistung (Hochleistungswurzellinie);
- b) Vorkultivierung der selektierten Wurzellinien in aufeinanderfolgenden Vermehrungsschritten in Petrischalen, Entnahme von Wurzelstücken aus der letzten Vermehrung der Wurzellinie zur Massenanzucht in ersten Kulturgefäßen in einem flüssigen, sterilen Nährmedium im Ruhezustand, wobei die einzelnen Kulturgefäße mit Wurzeln unterschiedlicher Wurzellinien beschickt werden;
- c) Überführung von in-vivo-VA-Mykorrhizasporen in die in-vitro-Kultur in Petrischalen an transformierten Wurzeln zweikeimblättriger Pflanzen auf festem Nährmedium (Sporen-Wurzel-Medium), wobei die Vorkultivierung in mehreren Passagen durchgeführt wird und in jeder Passage ein Wirtswechsel erfolgt;
- d) Produktion des Inokulums mykorrhizierte Wurzeln aus nach Verfahrensschritt b) erhaltenen Wurzeln und nach Verfahrensschritt c) erhaltenen VA-Mykorrhizasporen in zweiten Kulturgefäßen in einem festen sterilen Nährmedium, wobei jedes Kulturgefäß einem Inokulationsrahmen mit Wurzelfixierungsgewebe zur Aufnahme der Wurzeln und VA-Mykorrhizasporen besitzt und nach mehrwöchiger Inkubation bei Raumtemperatur (26 °C) und Dunkelheit mykorrhizierte Wurzeln geerntet und auf ca. 0,5 bis 2 cm lange Stücke zerkleinert werden;
- e) Inokulation der nach Verfahrensschritt d) erhaltenen mykorrhizierten Wurzelstücke in dritten Kulturgefäßen mit festem Nährmedium und mit einer auf diesem aufliegenden siebartigen Unterlage (Inokulationsrahmen) zur Aufnahme der Wurzelstücke und nachfolgender Inkubation während einer Zeitdauer von mindestens 90 Tagen, bei Dunkelheit und Raumtemperatur, und abschließender Trennung der Wurzeln vom Nährmedium durch Abheben des Inokulationsrahmens;
- f) mechanische Zerkleinerung des festen Nährmediums zur schonenden Teilung der Hyphen, Auflösung des Restnährmediums einschließlich Gelbestandteilen, Waschen der VA-Mykorrhizasporen und Hyphen und Resuspendieren der Sporen.
- a) Propagation of naturally-transformed roots of dicotyledonous plants in root lines and their selection for the highest growth performance (high-performance root-line);
- b) precultivation of the selected root lines in successive propagation steps in Petri dishes, removal of root pieces from the last propagation of the root line for mass cultivation in first culture vessels in a liquid, sterile nutrient medium at rest, wherein the individual culture vessels are fed with roots of different root lines;
- c) transfer of in vivo VA mycorrhizaspores in the in vitro culture in petri dishes on transformed roots of dicotyledonous plants on solid nutrient medium (spore root medium), wherein the pre-cultivation is carried out in several passages and a host change in each passage he follows;
- d) production of the inoculum mycorrhiz roots from roots obtained in step b) and VA mycorrhizas pores obtained in step c) in second culture vessels in a solid sterile nutrient medium, each culture vessel having an inoculation frame with root fixation tissue for uptake of the roots and VA mycorrhizal spores several weeks of incubation at room temperature (26 ° C) and dark mycorrhizal roots are harvested and minced to about 0.5 to 2 cm long pieces;
- e) inoculation of the mycorrhizal root pieces obtained according to method step d) in third culture vessels with solid nutrient medium and with a sieve-like support (inoculation frame) for receiving the root pieces and subsequent incubation for a period of at least 90 days, in the dark and room temperature, and finally Separation of the roots from the nutrient medium by lifting the inoculation frame;
- f) mechanical comminution of the solid nutrient medium for gentle division of the hyphae, dissolution of the residual nutrient medium including gel constituents, washing of the VA mycorrhizaspores and hyphae and resuspension of the spores.
Mit dieser Verfahrensweise wird eine Massenproduktion von in-vitro-VA-Mykorrhizasporen ermöglicht und somit ein großflächiger Einsatz von Mykorrhizasporen für Hauptkulturen, wie Mais, Weizen, Soja oder Reis, zu vergleichsweise günstigen Kosten. With this procedure, a mass production of in vitro VA mycorrhizal spores is possible and thus a large-scale use of mycorrhizaspores for main crops, such as corn, wheat, soybean or rice, at relatively low cost.
Nach der vorgeschlagenen Verfahrensweise werden Sporen erhalten, die gleichbleibend gute Symbioseeigenschaften besitzen. Das gesamte Verfahren ist gentechnikfrei und die dabei anfallenden Abprodukte können einer weiteren Verwendung zugeführt werden. Alle benötigten Wurzeln für die Vorkultur wurden nach bekannten Methoden in die in-vitro-Kultur überführt. Für Wurzelkulturen können Karotten (Daucus carota), Tabak (Nicotiana tabacum), Tomate (Lycopersicon lycopersicon), Lotus corniculatum und Erdbeeren (Fragaria ssp.) verwendet werden. Alle Wurzeln können mit Hilfe des Bakterienstammes Agrobakterium rhizogenes A4 (Herkunft INRA Versailles Cedex, Frankreich) transformiert werden. Von Daucus carota können verschiedene Akzessionen zum Einsatz kommen, wie DAU 268 Herkunft Deutschland, DAU 160 Herkunft Niederlande, DAU 169 Herkunft Ungarn, DAU 9842 Herkunft Usbekistan. According to the proposed procedure, spores are obtained which have consistently good symbiosis properties. The entire process is free of genetic engineering and the resulting waste products can be used for further use. All required roots for the preculture were transferred to the in vitro culture by known methods. For root crops carrots (Daucus carota), tobacco (Nicotiana tabacum), tomato (Lycopersicon lycopersicon), lotus corniculatum and strawberries (Fragaria ssp.) Can be used. All roots can be transformed using the bacterial strain Agrobacterium rhizogenes A4 (origin INRA Versailles Cedex, France). From Daucus carota various accessions can be used, such as DAU 268 origin Germany, DAU 160 origin Netherlands, DAU 169 origin Hungary, DAU 9842 origin Uzbekistan.
Von Tomaten sind insbesondere folgende Sorten gut eingesetzbar: „Tamina“ (LYC 2411) „Lukullus“ (LYC 127), „Bonners Beste“. Wurzeln von Tabak gehen aus dem Wildtyp Nicotiana tabaccum Samsun NN hervor. Lotus corniculatum ist von Samen der Stammsammlungen verschiedener Universitäten verfügbar. The following types of tomatoes are particularly useful: "Tamina" (LYC 2411) "Lukullus" (LYC 127), "Bonner's Best". Roots of tobacco originate from the wild type Nicotiana tabaccum Samsun NN. Lotus corniculatum is available from seeds of the strain collections of various universities.
Durchamtliche Prüfung wurde festgestellt, dass alle Wurzeln frei von gentechnischen Veränderungen sind. Throughout the study, it was found that all roots are free from genetic modification.
Als Sporen der VA-Mykorrhizapilze kommen vor allem Pilze der Ordnung Glomerales und den Gattungen Glomus und Gigaspora in Frage, insbesondere Pilze der Spezies Glomus intraradices, Glomus irregulare, Glomus proliferum, Glomus etunicatum, Glomus clarum, Glomus manihotis, Glomus aggregatum, Glomus caledonium, Glomus claroideum, Glomus fasciculatum und Glomus hoi. The spores of the VA mycorrhizal fungi are especially fungi of the order Glomerales and the genera Glomus and Gigaspora in question, especially fungi of the species Glomus intraradices, Glomus Irregulare, Glomus proliferum, Glomus etunicatum, Glomus clarum, Glomus manihotis, Glomus aggregatum, Glomus caledonium, Glomus claroideum, Glomus fasciculatum and Glomus hoi.
Zur Absicherung der Symbiosefähigkeit der in-vitro-VA-Mykorrhizasporen über viele Vermehrungspassagen hinweg, wurde im Rahmen langjähriger Untersuchungen und aufwendiger Forschungsarbeiten gefunden, dass ein Wirtswechselsystem und ein in-vivo/in-vitro Wechsel der Kultivierung von VA-Mykorrhizasporen zu sehr guten Ergebnissen führt. Bereits mit zwei Passagen können ausreichende Ergebnisse zur Absicherung der Symbiosefähigkeit der in-vitro-VA-Mykorrhizasporen erreicht werden. To secure the symbiosis ability of in vitro VA mycorrhizaspores across many propagation passages, it has been found in the course of many years of research and extensive research that a host-switching system and an in vivo / in vitro change in the cultivation of VA mycorrhizal spores to very good results leads. Already with two passages sufficient results can be achieved to ensure the symbiosis of in vitro VA mycorrhizal spores.
Als Passage wird ein Vermehrungsschritt aus einer Ursprungskultur bezeichnet. Dieser Begriff wird sowohl für Wurzelkulturen und Sporenwurzelkulturen verwendet. The term passage is an amplification step from an origin culture. This term is used for both root cultures and spore root cultures.
Unter Wirtswechsel ist ein Wechsel der Pflanzenart bei Wirtswurzeln für die Sporenwurzelkultur zu verstehen, d.h. die Pflanzenwurzel ist der Wirt für den Pilz und der Wirtswechsel wird durch den Wechsel von Wurzeln verschiedener Pflanzenarten realisiert. Sehr gute Ergebnisse hinsichtlich der Symbioseeigenschaften der Sporen wurden z.B. mit fünf Passagen zur Anzucht des Sporeninokulums erzielt:
- Passage 1: in die in-vitro-Kultur überführte VA-Mykorrhizasporen aus Substratisolaten mykorrhizierter Pflanzen mit der höchsten Biomasse aus Pflanzentests auf transformierte Wurzeln von Daucus carota;
- Passage 2: in-vitro-VA-Mykorrhizasporen aus Passage 1 auf transformierte Wurzeln von Lotus corniculatus oder Nicotiana tabacum;
- Passage 3: in-vitro-VA-
Mykorrhizasporen aus Passage 2 auf transformierte Wurzeln von Daucus carota; - Passage 4: in-vitro-VA-
Mykorrhizasporen aus Passage 2 auf transformierte Wurzeln anderer zweikeimblättriger Pflanzen wie Nicotiana tabacum oder Lotus corniculatus; - Passage 5: in-vitro-VA-
Mykorrhizasporen aus Passage 4 auf transformierte Wurzeln von Daucus carota;
- Passage 1: in vitro culture transferred VA mycorrhizal spores from substrate solates mycorrhizated plants with the highest biomass from plant tests on transformed roots of Daucus carota;
- Passage 2: in vitro VA mycorrhizal spas of
passage 1 on transformed roots of Lotus corniculatus or Nicotiana tabacum; - Passage 3: in vitro VA mycorrhizal spas from
passage 2 on transformed roots of Daucus carota; - Passage 4: in vitro VA mycorrhizal spas from
passage 2 to transformed roots of other dicotyledonous plants such as Nicotiana tabacum or Lotus corniculatus; - Passage 5: in vitro VA mycorrhizal spas from
passage 4 on transformed roots of Daucus carota;
Mit Passage 5 ist die Vorkultivierung beendet und die geernteten Sporen dienen als Impfmaterial für die Anzucht mykorrhizierter Wurzeln im zweiten Kulturgefäß. In jeder Passage erfolgte ein Wirtswechsel. With
Durchamtliche Prüfung wurde festgestellt, dass alle Sporen frei von gentechnischen Veränderungen sind. Throughout the trial, it was found that all spores are free of genetic modification.
Als Nähr- bzw. Kulturmedien kommen gelartige oder wässrige Lösungen auf Basis Saccharose zum Einsatz, die Makroelemente, Mikroelemente und Vitamine enthalten. The nutrient or culture media used are gelatinous or aqueous solutions based on sucrose, which contain macroelements, microelements and vitamins.
Zur Anzucht der transformierten Wurzeln im ersten Kulturgefäß wird ein flüssiges Nährmedium Root-Medium (R-Medium) eingesetzt. Die spezielle Zusammensetzung dieses Mediums, wie nachfolgend im Beispiel angegeben, ermöglicht, ein rückstandsfreies, weiterverarbeitbares Wurzelgeflecht zu erhalten. Außerdem wird die Wurzelernte erleichtert und das Anwachsen der Wurzeln im nächsten Verfahrensschritt, im zweiten Kulturgefäß (INO-BOX), begünstigt. To grow the transformed roots in the first culture vessel, a liquid nutrient medium root medium (R medium) is used. The specific composition of this medium, as indicated in the example below, makes it possible to obtain a residue-free, further-processable root network. In addition, the root harvest is facilitated and the growth of the roots in the next process step, in the second culture vessel (INO-BOX), favors.
Zur Produktion des Inokulums mykorrhizierte Wurzeln im zweiten Kulturgefäß und zur Inokulation mit mykorrhizierten Wurzeln zur Produktion der VA-Mykorrhizasporen im dritten Kulturgefäß werden gelartige Nährmedien mit Phytohormonen als funktionalisierende Zusätze, wie z.B. Indolbuttersäure (IBA) und/oder Indolessigsäure (IAA) Abscisinsäure (ABA), Naphtylessigsäure (NAA) eingesetzt. For the production of the inoculum mycorrhizal roots in the second culture vessel and for inoculation with mycorrhizal roots to produce the VA mycorrhizal spores in the third culture vessel, gelatinous nutrient media with phytohormones as functionalizing additives, e.g. Indole butyric acid (IBA) and / or indole acetic acid (IAA) abscisic acid (ABA), naphthylacetic acid (NAA) used.
Die jeweiligen Nähr- bzw. Kulturmedien unterscheiden sich in ihren Zusammensetzungen geringfügig. The respective nutrient or culture media differ slightly in their compositions.
Für die gelartigen Nährmedien, das Inokulat (I)- und Sporenproduktions(SP)-Medium, ist der Einsatz von Phytohormonen (IBA, ABA, IAA und NAA) entscheidend, da durch sie die Faktoren Sporenkeimung, Wurzellängenwachstum, Wurzelverzweigung, Hyphenwachstum, Anzahl der Sekundärsporen (Sporenausbeute) und Zeitoptimierung des Gesamtprozesses positiv beeinflusst werden. Für eine Massenproduktion ist der Einsatz dieser Phytohormone in der Sporenwurzelkultur und deren positive Wirkung auf das Wachstum der VA-Mykorrhizapilze von Bedeutung. For the gelatinous culture media, the inoculum (I) and spore production (SP) medium, the use of phytohormones (IBA, ABA, IAA and NAA) is crucial, because through them the factors spore germination, root length growth, root branching, hyphal growth, number of Secondary spores (spore yield) and time optimization of the overall process are positively influenced. For mass production, the use of these phytohormones in spore root culture and their beneficial effect on the growth of VA mycorrhizal fungi is important.
Ein weiterer Vorteil der Zusammensetzung der gelartigen Kulturmedien ist deren einfache und kostengünstige Überführung in einen flüssigen Zustand. Dieser wird durch Zerkleinerung und Citratzusatz erreicht werden, wobei das optimale Verhältnis von zu lösendem Medium und Citratpuffer bei 1:1,5 liegt. Another advantage of the composition of the gelatinous culture media is their simple and inexpensive conversion to a liquid state. This is achieved by comminution and Citratzusatz, with the optimal ratio of medium to be dissolved and citrate buffer is 1: 1.5.
Die in dem Flüssiggemisch aus Nährmedium und Citratpuffer (mit pH 6) in suspendierter Form vorliegenden Sporen können unter Vakuum kostengünstig filtriert und in Alginat oder Tylose gelagert werden. The spores present in the liquid mixture of nutrient medium and citrate buffer (pH 6) in suspended form can be inexpensively filtered under vacuum and stored in alginate or Tylose.
Zu einer Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gehört mindestens eine Beschickungseinheit mit folgenden Baugruppen:
Einem umlaufenden Fließband zur Aufnahme von Kulturgefäßen. A plant for carrying out the process according to the invention includes at least one feed unit with the following assemblies:
A circulating conveyor belt for holding culture vessels.
Ein Kulturgefäß besteht aus einem transparenten, leichten, biokompatiblen, sterilisierbaren Kunststoffbehälter, vorzugsweise aus Polycarbonat, mit rechteckförmiger oder quadratischer Querschnittsfläche, einer Höhe von 50 bis 150 mm und einer Füllmenge von mindestens 1,5 l Kulturmedium mit einer Füllhöhe in Zentimeter von 10 % bis 20 % der Menge an Kulturmedium. Ferner gehören zu dem Kulturgefäß ein in den Behälter einsetzbarer Rahmen mit Siebgewebe und ein leicht aufsetz- und abnehmbarer Deckel mit einem umlaufenden überkragenden Rand. A culture vessel consists of a transparent, lightweight, biocompatible, sterilizable plastic container, preferably made of polycarbonate, with a rectangular or square cross-sectional area, a height of 50 to 150 mm and a capacity of at least 1.5 l culture medium with a filling height in centimeters of 10% 20% of the amount of culture medium. Further, the culture vessel include an insertable into the container frame with mesh and a easily aufsetz- and removable lid with a circumferential overhanging edge.
Der Rahmen besteht aus zwei identischen Rahmenbauteilen zwischen denen das Siebgewebe eingespannt ist. Die beiden Rahmenbauteile werden mittels aufsteckbarer Klammern zusammengehalten. Die Rahmenbauteile bestehen aus nichtrostendem Stahl und das Siebgewebe aus Polyester mit einer Maschenweite von 0,5 bis 2 mm. The frame consists of two identical frame members between which the mesh is clamped. The two frame components are held together by means of clip-on brackets. The frame components are made of stainless steel and the polyester mesh with a mesh size of 0.5 to 2 mm.
Beim Einsatz von ca. 25000 MYKO-BOXEN für eine Jahresproduktion werden an diese besondere verfahrenstechnische Anforderungen gestellt. Wesentlich ist dabei die Inokulation der MYKO-BOXEN mittels einer Beschickungseinheit. Zur Beschickungseinheit gehört eine in vertikaler Richtung verfahrbare Andrückwalze, die im Betriebszustand auf dem Siebgewebe des ankommenden Kulturgefäßes aufliegende Wurzelstücke andrückt. Über dem umlaufenden Fließband, oberhalb der auf diesem befindlichen Kulturgefäße, ist in einer Art Etagenbauweise ein umlaufendes Wurzeltransportband angeordnet, das zur Beschickung der Kulturgefäße mit Wurzelstücken dient. When using approx. 25,000 MYKO-BOXES for an annual production, these are subject to special process-technical requirements. The essential factor is the inoculation of the MYKO-BOXES by means of a feeding unit. The feed unit includes a movable in the vertical direction pressure roller which presses in the operating state on the mesh of the incoming culture vessel resting root pieces. Above the circulating conveyor belt, above the culture vessel located thereon, a circulating root conveyor belt is arranged in a kind of multi-level construction, which serves to feed the culture vessels with root pieces.
Hierzu ist oberhalb des Wurzeltransportbandes eine Wurzelaufgabe- und Dosiervorrichtung angeordnet. Vor dieser ist eine Sterilisationseinheit zur Sterilisierung des Fließbandes installiert. Am vorderen Ende des Wurzeltransportbandes befindet sich eine Wurzelverteilvorrichtung. For this purpose, a Wurzelaufgabe- and metering device is arranged above the root conveyor belt. In front of this, a sterilization unit for sterilizing the assembly line is installed. At the front end of the root conveyor belt is a Wurzelverteilvorrichtung.
Zur gesamten Anlage gehören weitere Aggregate, wie z.B. für die Medienzubereitung, Sterilisation, Sporenernte, Aufarbeitung der Medienrückstände, Lagerregale für die Inkubation sowie Transport- und Fördermittel, die jedoch im Rahmen der eingereichten Erfindung von untergeordneter Bedeutung sind. The entire system includes other aggregates, such as for the media preparation, sterilization, spore harvest, work-up of the media residues, storage shelves for incubation and transport and conveying means, which, however, in the context of the invention submitted are of minor importance.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen: In the accompanying drawing show:
In der
Die wesentlichen Verfahrensschritte (A bis G) zur Massenproduktion von in-vitro-VA-Mykorrhizasporen von Glomus intraradices auf Wurzeln von Daucus carota werden nachfolgend erläutert. The main process steps (A to G) for the mass production of in vitro VA mycorrhizal spores of Glomus intraradices on roots of Daucus carota are explained below.
Das erfindungsgemäße in-vitro-VA-Mykorrhiza-Produktionsverfahren umfasst folgende Stufen bzw. Prozessabschnitte:
- A) Anzucht von Wurzeln (Vorkultivierung) in einem ersten Kulturgefäß, einer sogenannten ROOT-BOX;
- B) Anzucht der Sporen (Vorkultivierung);
- C) Produktion des Inokulums (mykorrhizierte Wurzeln) in einem zweiten Kulturgefäß, einer sogenannten INO-BOX;
- D) Inokulation in einem dritten Kulturgefäß, einer sogenannten MYKO-BOX, mit mykorrhizierten Wurzeln;
- E) Sporenernte;
- F) Endproduktprüfung und
- G) Konfektionierung und Produktlagerung.
- A) growing of roots (precultivation) in a first culture vessel, a so-called ROOT-BOX;
- B) cultivation of the spores (precultivation);
- C) production of the inoculum (mycorrhizal roots) in a second culture vessel, a so-called INO-BOX;
- D) inoculation in a third culture vessel, a so-called MYKO-BOX, with mycorrhizal roots;
- E) spore harvest;
- F) final product testing and
- G) packaging and product storage.
Zum Gesamtverfahren gehören weitere Schritte bzw. Abschnitte, wie Zubereitung der Kultur- bzw. Nährmedien, Sterilisation der Arbeitsgeräte und Materialien und Prozess-Kontrolle, auf die nachfolgend nicht näher eingegangen wird. The overall process includes further steps or sections, such as preparation of the culture or nutrient media, sterilization of the equipment and materials and process control, which are not discussed in detail below.
A) Anzucht transformierter Wurzeln A) Cultivation of transformed roots
Als Vorkultur werden Wurzeln von Karotten (Daucus carota) eingesetzt. Diese wurden für die nachfolgende Anzucht im ersten Kulturgefäß, einer sogenannten ROOT-BOX, in bekannter Weise nach Becard und Fortin mit Hilfe des Bakterienstammes Agrobakterium rhizogenes A4 (Herkunft INRA Versailles Cedex, Frankreich) natürlich transformiert. As a preculture roots of carrots (Daucus carota) are used. These were naturally transformed for the subsequent culture in the first culture vessel, a so-called ROOT-BOX, in a known manner according to Becard and Fortin with the aid of the bacterial strain Agrobacterium rhizogenes A4 (origin INRA Versailles Cedex, France).
Aus den erhaltenen transformierten Wurzelstücken werden in 20 Petrischalen mit je einem Wurzelstück auf gelhaltigem MSR-Medium(“modified Strullu-Romand Medium; siehe z.B.
Eine Wurzellinie ist eine Wurzelkultur, die aus einem einzigen Wurzelstück im Transformationsprozess hervorgegangen ist. Die Wurzellinien unterscheiden sich in ihren Eigenschaften, auch wenn sie aus der gleichen Quelle, z.B. einer Möhrenscheibe, entstammen. Sowohl die Symbiosefähigkeit als auch das Wachstumspotential sind different. Die am besten wachsenden Linien mit guten Symbioseeigenschaften werden als Hochleistungswurzellinien bezeichnet. A root line is a root culture that has emerged from a single root piece in the transformation process. The root lines differ in their properties, even if they are from the same source, e.g. a carrot slice, come from. Both symbiosis and growth potential are different. The best growing lines with good symbiosis properties are referred to as high performance root lines.
Es wird ein Pool von Hochleistungswurzellinien gebildet und vermehrt, aus dem die Wurzeln für die Massenproduktion entnommen werden. A pool of high performance root lines is formed and propagated, from which the roots for mass production are taken.
Eine Passage bezieht sich auf eine Wachstumsphase in einem Kulturgefäß. Nach Beendigung einer Passage erfolgt eine Selektion der Wurzelbestandteile und deren Umsetzung in ein anderes Kulturgefäß. A passage refers to a growth phase in a culture vessel. After completion of a passage, a selection of the root components and their implementation is carried out in another culture vessel.
Alle erhaltenen Hochleistungswurzellinien werden in je fünf Petrischalen über einen Zeitraum von 3 Wochen vermehrt und bilden einen Pool von Wurzelkulturen. Dieser dient als Quelle für einen Wechsel der Wurzellinien. Der Wechsel erfolgt in der nachfolgenden Vorkultivierung der Wurzeln von Anzucht zu Anzucht im ersten Kulturgefäß (ROOT-BOX), um die Symbiosefähigkeit der herzustellenden in-vitro-Sporen von Glomus intraradices zu sichern. All obtained high-performance root lines are propagated in five Petri dishes each over a period of 3 weeks and form a pool of root cultures. This serves as a source for a change of the root lines. The change takes place in the subsequent precultivation of the roots from cultivation to cultivation in the first culture vessel (ROOT-BOX) in order to ensure the symbiosis ability of the in vitro spores of Glomus intraradices to be produced.
Aus der jeweils für den Prozess ausgewählten Hochleistungswurzellinie werden 15 bis 20 Wurzelstücke mit jeweils 3 cm Länge entnommen und in das erste Kulturgefäß (ROOT-BOX) überführt. Die ROOT-BOX ist ein Glasgefäß mit einem Aufnahmevolumen von 1 Liter des flüssigen Nährmediums (R-Medium). Die Zusammensetzung des Nährmediums ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. 15 to 20 root pieces, each 3 cm in length, are removed from the high-performance root line selected for the process and transferred to the first culture vessel (ROOT-BOX). The ROOT-BOX is a glass container with a capacity of 1 liter of the liquid nutrient medium (R-medium). The composition of the nutrient medium is given in Table 1 below.
Für die Produktion eines Liters R-Medium werden die Bestandteile nach in dieser Tabelle angegebenen Mengen gemischt. Zur einfacheren Dosierung sind 4 Stammlösungen von Bestandteilgruppen nötig: Makroelemente (Nr. 1–4), Mikroelemente (Nr. 5–10), Vitamine (Nr. 11–16) und EDTA (Nr. 17). Diese Bestandteile und Saccharose werden in demineralisiertem/deionisiertem Wasser gelöst, mit KOH auf den pH 4,5 eingestellt, bei 121°C 20 min im Wärmetauscher sterilisiert und in das sterile erste Kulturgefäß (ROOT-BOX) gefüllt. Tabelle 1 Zusammensetzung des R-Mediums For the production of one liter of R medium, the ingredients are mixed according to the amounts given in this table. For simpler dosing, 4 stock solutions of constituent groups are needed: macroelements (# 1-4), microelements (# 5-10), vitamins (# 11-16), and EDTA (# 17). These components and sucrose are dissolved in demineralized / deionized water, adjusted to pH 4.5 with KOH, sterilized at 121 ° C. for 20 minutes in the heat exchanger and filled into the sterile first culture vessel (ROOT-BOX). Table 1 Composition of the R medium
Die Vermehrung der Wurzelstücke erfolgt im Dunkeln bei Raumtemperatur in völliger Ruhe. Nach 5-wöchiger Inkubation sind die Wurzeln erntefähig. The propagation of the root pieces takes place in the dark at room temperature in complete silence. After 5 weeks of incubation, the roots are harvestable.
Die im flüssigen Nährmedium vermehrten Wurzeln stellen ein intaktes Netz aus weißen Wurzeln dar, das bei der Ernte, anders als beim MSR-Medium, nicht unkontrolliert beschädigt und gezielt für die weitere Anzucht von mykorrhizierten Wurzeln zerkleinert wird. Die erhaltenen Wurzeln wurden einer amtlichen Prüfung unterzogen, wobei bestätigt wurde, dass diese frei von gentechnischen Veränderungen sind. The roots propagated in the liquid nutrient medium represent an intact network of white roots which, unlike the MSR medium, are not uncontrollably damaged during harvesting and are shredded specifically for the further cultivation of mycorrhizated roots. The obtained roots were subjected to an official test confirming that they are free of genetic modification.
B) Vorkultivierung der Sporen B) Precultivation of the spores
Für die Vorkultivierung der Sporen erfolgt die Isolierung der Sporen von Glomus intraradices aus Substratisolaten der mykorrhizierten Pflanzen mit der höchsten Biomasse aus dem Pflanzentest der Sporenprüfung. Diese Sporen werden als Einzelsporenlinien an Porree (Allium porrum) in-vivo kultiviert. Die erhaltenen Sporen dienen als Sporenpool für die Vorkultivierung. For the precultivation of the spores, the spores of Glomus intraradices are isolated from substrate solates of the mycorrhizal plants with the highest biomass from the spore testing plant test. These spores are cultured as single spore lines on leek (Allium porrum) in vivo. The spores obtained serve as a spore pool for pre-cultivation.
Aus diesem in-vivo-Sporenpool von Glomus intraradices werden Sporen entnommen, desinfiziert und in der Petrischale an transformierten Wurzeln von Daucus carota in-vitro auf festem Nährmedium (Sporen-Wurzel-Medium) vorkultiviert. From this in vivo spore pool of Glomus intraradices spores are removed, disinfected and precultivated in the Petri dish on transformed roots of Daucus carota in vitro on solid nutrient medium (spore root medium).
Für jede Vorkultur der in-vitro-Massenproduktion von Glomus intraradices erfolgt ein in-vivo/in-vitro Übergang der Sporenbereitstellung. Dadurch wird die Symbiosefähigkeit der in-vitro-Glomus intraradices-Sporen über viele Vermehrungspassagen hinweg erhalten. Zur weiteren Absicherung dieser Symbiosefähigkeit wird außerdem ein Wirtswechselsystem von Passage zu Passage im Rahmen der Vorkultivierung wie folgt durchgeführt. For each preculture of in vitro mass production of Glomus intraradices, an in vivo / in vitro transition of spore delivery occurs. This preserves the symbiosis of the in vitro Glomus intraradices spores across many propagating passages. To further safeguard this symbiosis ability In addition, a host change system from passage to passage in the context of pre-cultivation is carried out as follows.
In der ersten Passage werden Sporen von Glomus intraradices an Daucus carota als Wirt vorkultiviert. In der zweiten Passage erfolgt ein Wirtswechsel auf Nicotiana tabacum. In der dritten Passage wird wieder Daucus carota als Wirt eingesetzt. Der Wirt wechselt von Passage zu Passage. In the first passage, spores of Glomus intraradices on Daucus carota are pre-cultured as hosts. In the second passage, a host change takes place on Nicotiana tabacum. In the third passage again Daucus carota is used as a host. The landlord changes from passage to passage.
Die erhaltenen Sporen wurden einer amtlichen Prüfung unterzogen, wobei bestätigt wurde, dass diese frei von gentechnischen Veränderungen sind. The resulting spores were subjected to an official test and confirmed to be free of genetic modification.
C) Produktion des Inokulums C) Production of the inoculum
Die Produktion des Inokulums (mykorrhizierte Wurzeln) erfolgt in einem zweiten Kulturgefäß, einer sogenannten INO-BOX. Für die Inokulumproduktion in der INO-BOX wird ein festes Nährmedium (I-Medium) mit der in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzung verwendet. The production of the inoculum (mycorrhizal roots) takes place in a second culture vessel, a so-called INO-BOX. For the inoculum production in the INO-BOX a solid nutrient medium (I-medium) with the composition given in Table 2 is used.
Für die Produktion eines Liters I-Medium werden die Bestandteile nach in der Tabelle 3.2 angegebenen Mengen gemischt. Zur einfacheren Dosierung sind 6 Stammlösungen von Bestandteilgruppen notwendig: Makroelemente (Nr. 1–4), Mikroelemente (Nr. 5–10), Vitamine (Nr. 11–16), EDTA (Nr. 17), IBA (Nr. 19) und IAA (Nr. 20) als funktionalisierende Zusätze, die für vermehrte Sporenbildung und gesteigertes Längenwachstum der Wurzeln sorgen. Diese Bestandteile und Saccharose werden in demineralisiertem/deionosiertem Wasser gelöst, mit KOH auf den pH 5,6 eingestellt, auf 70°C erwärmt, Phytagel hinzugefügt und gelöst. Diese Lösung wird bei 121 °C 20 min im Wärmetauscher sterilisiert und in die sterilen INO-BOX‘en gefüllt. Nach Abkühlung bildet sich ein Gel von 1 Liter Volumen. Tabelle 2 Zusammensetzung des I-Mediums For the production of one liter of I-medium, the ingredients are mixed according to the amounts given in Table 3.2. For simpler dosing, 6 stock solutions of constituent groups are necessary: macroelements (# 1-4), microelements (# 5-10), vitamins (# 11-16), EDTA (# 17), IBA (# 19) and IAA (# 20) as functionalizing additives that provide for increased spore formation and increased root elongation. These components and sucrose are dissolved in demineralized / deionized water, adjusted to pH 5.6 with KOH, heated to 70 ° C, phytagel added and dissolved. This solution is sterilized at 121 ° C for 20 min in the heat exchanger and filled into the sterile INO BOX's. After cooling, a gel of 1 liter volume is formed. Table 2 Composition of the I-medium
Die Inokulation erfolgt in acht INO-BOX’en, wobei auf den Inokulationsrahmen jeder Box ca. 30 Wurzelstücke (Länge 3 cm) erhalten nach Verfahrensschritt A) und 300 in-vitro-Sporen von Glomus intraradices gegeben werden. Nach 3-wöchiger Inkubation bei Raumtemperatur (26 °C) und Dunkelheit sind die Wurzeln mykorrhiziert und erntefähig. Nach Zerkleinerung werden sie zur Inokulation eingesetzt. The inoculation takes place in eight INO-BOX's, wherein on the inoculation frame of each box about 30 root pieces (
D) Sporenproduktion D) Spore production
Die in-vitro-Sporenproduktion von Glomus intraradices erfolgt in einem dritten Kulturgefäß, einer sogenannten MYKO-BOX. Der Aufbau der MYKO-BOX ist analog wie der der INO-BOX. Die Unterschiede bestehen im Nutzvolumen und in der Zusammensetzung des eingesetzten Nähr- bzw. Kulturmediums. The in vitro spore production of Glomus intraradices takes place in a third culture vessel, a so-called MYKO-BOX. The structure of the MYKO-BOX is analogous to that of the INO-BOX. The differences exist in the useful volume and in the composition of the nutrient or culture medium used.
Die MYKO-BOX ist ein Kulturgefäß mit den standardisierten Abmessungen Höhe: 130 mm, Breite: 530 mm, Tiefe: 330 mm. Die MYKO-BOX besteht aus einem transparenten, leichten, biokompatiblen, sterilisierbaren Kunststoff als äußeres Gefäß und einem einsetzbaren Rahmen mit Siebgewebe (Inokulationsrahmen) zur Fixierung von mykorrhizierten Wurzeln im Gefäß. Die Transparenz des Materials ermöglicht eine visuelle Kontrolle des Wachstumsprozesses. Die inerten Oberflächeneigenschaften des Materials sichern eine biokompatible Produktion ohne nachteiliges Beeinflussen der Organismen. Das geringe Eigengewicht bei hoher Stabilität der MYKO-BOX erleichtert die Handhabung, Lagerung und den Transport der Gefäße im Produktionsprozess. Den Anforderungen an die MYKO-BOX und die INO-BOX entspricht am besten das Material Polycarbonat Calibre. Die MYKO-BOX ist ein quaderförmiges Kulturgefäß mit passgenauem Deckel. MYKO-BOX und Deckel bestehen aus demselben Material. Der Deckel ist an den Seiten 2 cm überkragend ausgearbeitet, um das Kontaminationsrisiko auszuschließen und das Austrocknen der Kultur zu verhindern. Bei Bedarf sind Peripherieanschlüsse durch zusätzliche Aussparrungen im Deckel nachrüstbar. Die Innenseite der MYKO-BOX ist ohne Ecken ausgearbeitet. Die Übergänge der Seitenwände ineinander und der Übergang der Seitenwände zum Gefäßboden sind fließend. The MYKO-BOX is a culture vessel with the standardized dimensions height: 130 mm, width: 530 mm, depth: 330 mm. The MYKO-BOX consists of a transparent, lightweight, biocompatible, sterilizable plastic as an outer vessel and an insertable frame with mesh (inoculation frame) for fixing mycorrhizal roots in the vessel. The transparency of the material allows a visual control of the growth process. The inert surface properties of the material ensure biocompatible production without adversely affecting the organisms. The low weight and high stability of the MYKO-BOX facilitate the handling, storage and transport of the vessels in the production process. The requirements for the MYKO-BOX and the INO-BOX are best met by the material Polycarbonate caliber. The MYKO-BOX is a cuboid culture vessel with a fitting lid. MYKO-BOX and lid are made of the same material. The lid is 2 cm overhanging on the sides to eliminate the risk of contamination and to prevent the culture from drying out. If required, peripheral connections can be retrofitted with additional notches in the cover. The inside of the MYKO-BOX is finished without corners. The transitions of the side walls into each other and the transition of the side walls to the bottom of the vessel are fluid.
Die MYKO-BOX wird mit einem Nährmedium (SP-Medium) beschickt in einer Schichthöhe von ca.5 cm, das nach dem Befüllen in den festen Zustand übergeht. The MYKO-BOX is fed with a nutrient medium (SP medium) at a layer height of approx. 5 cm, which changes to the solid state after filling.
Die chemische Zusammensetzung des SP-Mediums ist in der nachfolgenden Tabelle 3 angegeben. The chemical composition of the SP medium is given in Table 3 below.
Für die Produktion von 5 Litern SP-Medium werden die Bestandteile nach den in der Tabelle angegebenen Mengen gemischt. Zur einfacheren Dosierung sind 5 Stammlösungen von Bestandteilgruppen notwendig: Makroelemente (Nr. 1–4), Mikroelemente (Nr. 5–10), Vitamine (Nr. 11–16), EDTA (Nr. 17) und IBA (Nr. 19). Diese Bestandteile und Saccharose werden in demineralisiertem/deionisiertem Wasser gelöst, mit KOH auf den pH 5,6 eingestellt, auf 70°C erwärmt, Phytagel hinzugefügt und gelöst. Diese Lösung wird bei 121°C 20 min im Wärmetauscher sterilisiert und in die sterile MYKO-BOX gefüllt. Tabelle 3 Zusammensetzung des SP-Mediums *FZ: Funktionalisierender Zusatz zur Erhöhung der Sporenausbeute For the production of 5 liters of SP medium, the ingredients are mixed according to the amounts indicated in the table. For simpler dosing, 5 stock solutions of constituent groups are necessary: macroelements (# 1-4), microelements (# 5-10), vitamins (# 11-16), EDTA (# 17), and IBA (# 19) , These components and sucrose are dissolved in demineralised / deionized water, adjusted to pH 5.6 with KOH, heated to 70 ° C, phytagel added and dissolved. This solution is sterilized at 121 ° C for 20 min in the heat exchanger and filled into the sterile MYKO-BOX. Table 3 Composition of the SP medium * FZ: Functionalizing additive to increase the spore yield
Die Inokulation einer MYKO-BOX erfolgt mit ca. 30 Wurzelstücken a 3 cm, die nach Verfahrensschritt C) erhalten wurden. Gemäß diesem Beispiel werden acht MYKO-BOX’en eingesetzt. The inoculation of a MYKO-BOX is carried out with about 30 root pieces a 3 cm, which were obtained after process step C). According to this example, eight MYKO BOX's are used.
E) Sporenernte E) spore harvest
Nach Beendigung der Inkubationsdauer in den MYKO-BOX’en umfasst die Sporenernte folgende Arbeitsschritte:
- • Trennen der Wurzeln vom Nährmedium durch Abheben des Inokulationsrahmens;
- • Zerkleinerung des festen Nährmediums und Vereinzeln der Sporen;
- • Auflösen der Gelbestandteile des Restnährmediums;
- • Waschprozess der Sporen und Hyphen mittels Filtration und
- • Resuspendieren der Sporen in Suspensionen zur Weiterverarbeitung.
- • separating the roots from the nutrient medium by lifting the inoculation frame;
- • comminution of the solid nutrient medium and separation of the spores;
- Dissolving the gel components of the residual nutrient medium;
- • Washing process of spores and hyphae by means of filtration and
- • Resuspending the spores in suspensions for further processing.
Bei der langsamen Entfernung des Inokulationsrahmens von der MYKO-BOX wird das Wurzelgeflecht von der Medienoberfläche abgehoben. Zur Vereinzelung der Sporen und Hyphen wird das gelartige Restnährmedium in einen Behälter gefüllt und mittels rotierender Messer zerkleinert, wobei die Hyphen schonend zerschnitten werden. Durch diese Vorgehensweise bleibt die Vitalität der Sporen zu 99% erhalten. Durch die mechanische Zerkleinerung wird die Gelstruktur des Kulturmediums aufgebrochen und eine Teilverflüssigung erreicht. Durch Zugabe von 7,5 l Citratpuffer mit pH 6,0 pro 5000 cm3 Gelmenge erfolgt eine restlose Auflösung des Gels. Das entstandene Flüssiggemisch aus Restmedium und Citratpuffer, in dem die produzierten Sporen suspendiert und optimal vereinzelt sind, wird zur Separation der Sporen und Hyphen durch ein biokompatibles Polyestersiebgewebe (Maschenweite 20 µm) mit Vakuum filtriert und mit demineralisiertem/deionisiertem Wasser mehrfach gewaschen. Der Filterkuchen aus Sporen und Hyphen ist dabei ausreichend feucht zu halten, um die Sporen keinem Trockenstress auszusetzen. Der Sporen-Filterkuchen wird mit einem geeigneten Werkzeug vorsichtig vom Siebgewebe abgestreift. Der gewonnene Filterkuchen wird für die nachfolgenden Arbeitsschritte in einer geeigneten Flüssigkeit resuspendiert und zwischengelagert. Als besonders günstig hat sich die Lagerung der in-vitro-Sporen von Glomus intraradices in 1%iger Alginat- oder 0,5%iger Tyloselösung erwiesen. Diese Sporensuspensionen sind homogen und verhindern das Absetzen der Sporen über einen längeren Zeitraum. During the slow removal of the inoculation frame from the MYKO-BOX, the root braid is lifted off the media surface. To separate the spores and hyphae, the gel-like residual nutrient medium is filled into a container and comminuted by means of rotating knives, the hyphae being cut gently. Through this procedure, the vitality of the spores is retained to 99%. The mechanical comminution breaks up the gel structure of the culture medium and achieves partial liquefaction. The addition of 7.5 l of citrate buffer with a pH of 6.0 per 5000 cm 3 amount of gel results in a complete dissolution of the gel. The resulting liquid mixture of residual medium and citrate buffer, in which the spores produced are suspended and optimally isolated, is filtered through a biocompatible polyester mesh (mesh size 20 μm) with vacuum to separate the spores and hyphae and washed several times with demineralized / deionized water. The filter cake of spores and hyphae is to keep sufficiently moist, in order not to expose the spores to any drought stress. The spore cake is carefully removed from the mesh with a suitable tool. The filter cake obtained is resuspended for the subsequent steps in a suitable liquid and stored. The storage of the in vitro spores of Glomus intraradices in 1% alginate or 0.5% Tyloselösung has proven to be particularly favorable. These spore suspensions are homogeneous and prevent the spores from settling over an extended period of time.
F) Endproduktprüfung F) End product test
Die Bestimmung der Sporenanzahl in der resuspendierten Erntelösung erfolgt durch mikroskopisches Auszählen einer Teilmenge (Aliquots) von 10 × 10µl und dient der Bestimmung der Gesamtausbeute. The determination of the number of spores in the resuspended harvest solution is carried out by microscopic counting of a subset (aliquots) of 10 × 10μl and serves to determine the overall yield.
Die Bestimmung der Vitalität der geernteten in-vitro Glomus intraradices-Sporen erfolgt in bekannter Weise aufgrund der enzymatischen Reduktion von farblosem Iodo-nitrotetrazoliumchlorid (INT) zu rotem Formazan. Die Sporen werden in einer 0,5 mg/ml INT-Lösung über 72 h bei 26°C inkubiert. Danach erscheinen vitale Glomus intraradices-Sporen rot und beschädigte bleiben ungefärbt. Zur Bestimmung der Vitalitätsrate wird der prozentuale Anteil an rot gefärbten Sporen mikroskopisch ermittelt. Die durchschnittliche Vitalitätsrate der beschriebenen Gesamttechnologie liegt bei 99%. The determination of the vitality of the harvested in-vitro Glomus intraradices spores in a known manner due to the enzymatic reduction of colorless iodo-nitrotetrazoliumchlorid (INT) to red formazan. The spores are incubated in a 0.5 mg / ml INT solution for 72 h at 26 ° C. Thereafter, vital Glomus intraradices spores appear red and damaged remain unstained. To determine the vitality rate, the percentage of red-colored spores is determined microscopically. The average vitality rate of the total technology described is 99%.
Die Symbiosefähigkeit der in-vitro Glomus intraradices-Sporen wird im in-vivo-Pflanzentest ermittelt. Dabei ist der Biomassezuwachs das entscheidende Kriterium. Am Anwendungsbeispiel Mais ist signifikant eine Biomassesteigerung im Gewächshaus > 20% und unter Freilandbedingungen > 10% nachzuweisen. The symbiosis of the in vitro Glomus intraradices spores is determined in the in vivo plant test. The biomass increase is the decisive criterion here. In the application example maize, a biomass increase in the greenhouse> 20% and under field conditions> 10% can be detected.
G) Konfektionierung und Produktlagerung G) packaging and product storage
Die Abfüllung der in-vitro-Sporensuspensionen von Glomus intraradices in die Volumina der Handelsformen wird über Pumpensysteme mit Druckluftportionierung realisiert. Die Einzeldosierung ist von Endkundenanforderung und Einsatzgebiet abhängig. The filling of the in vitro spore suspensions of Glomus intraradices into the volumes of the commercial forms is realized by means of pump systems with compressed air portioning. The single dosage depends on the end customer requirement and field of application.
Das beschriebene Gesamtverfahren ermöglicht eine weitestgehende Nutzung aller entstehenden Endprodukte. Die bei der Sporenernte angefallenen Wurzeln enthalten infektiöse Bestandteile (Propagules) von Glomus intraradices und werden mit geeigneten Verfahren aufgearbeitet. Ebenso werden die Medienrückstände aus den Schritten Vorkultivierung von Wurzeln und in-vitro-Sporen von Glomus intraradices, Inokulumproduktion und Sporenproduktion aufgearbeitet. The overall method described allows the widest possible use of all resulting end products. The spore harvest roots contain infectious components (propagules) of Glomus intraradices and are processed by suitable methods. Likewise, the media residues from the steps of precultivation of roots and in vitro spores of Glomus intraradices, inoculum production and spore production are worked up.
Unter vorgenannten Bedingungen werden pro MYKO-BOX 30 Mio. in-vitro-Sporen von Glomus intraradices, ca. 200 g mykorrhizierte Wurzeln (Feuchtmasse) mit > 4000 Sporen/g, 12,5 Liter flüssige Medienrückstände mit verwertbaren Stoffwechselprodukten(Glomalin, Wurzelexsudate) und Düngerkomponenten erhalten. Under the conditions mentioned above, 30 million in vitro spores of Glomus intraradices, approx. 200 g of mycorrhized roots (wet mass) with> 4000 spores / g, 12.5 liters of liquid media residues with usable metabolites (glomalin, root exudates) per MYKO-BOX and fertilizer components.
Für eine Massenproduktion können in einer Halle auf einer Produktionslinie mit den aufgezeigten Verfahrensstufen täglich 100 MYKO-BOXen (eine Partie) bearbeitet werden. Jede Partie durchläuft pro Jahr drei Produktionszyklen. Somit lassen sich pro Partie und Jahr 9 Mrd. in-vitro-Sporen von Glomus intraradices produzieren. Bei 250 Partien pro Jahr ist eine ist eine Jahresproduktion von 2,25 Billionen Sporen möglich. For a mass production, 100 MYKO BOXES (one lot) can be processed daily in a hall on a production line with the indicated process steps. Each batch goes through three production cycles per year. Thus, 9 billion in vitro spores of Glomus intraradices can be produced per lot and year. With 250 batches per year, an annual production of 2.25 trillion spores is possible.
Für die landwirtschaftlichen Hauptkulturen Mais, Weizen, Soja, Reis und andere sind die Aufwandmengen/ha und Applikationsformen von in-vitro-Sporen unterschiedlich. Für das Seedcoating von Mais werden bei 70 000 Korn/ha 700000 in-vitro-VA-Mykorrhizasporen/ha benötigt. Mit der Jahresproduktion von 2,25 Billionen Sporen ist Mais-Saatgut für ca. 3 Millionen Hektar Anbaufläche inokulierbar. For the major agricultural crops corn, wheat, soy, rice and others, the application rates / ha and forms of application of in vitro spores are different. For corn seed killing, 70,000 grains / ha require 700,000 in vitro VA mycorrhizal spores / ha. With an annual production of 2.25 trillion spores, corn seed can be inoculated for approximately 3 million hectares of cultivated land.
Die anfallenden Kulturmedien können nach Aufarbeitung und Überführung in die Flüssigphase als wertvoller Dünger genutzt werden. The resulting culture media can be used after processing and transfer into the liquid phase as a valuable fertilizer.
Wesentlicher Bestandteil einer Anlage zur Massenproduktion von VA-Mykorrhizasporen ist die in den
Die Anzahl der Beschickungseinheiten ist abhängig von der Größe der Gesamtanlage, also der Anzahl und Größe der erforderlichen Kulturgefäße für die zu erzielende Produktionsmenge an VA-Mykorrhizasporen. Die Größe der Kulturgefäße ist einerseits von deren Manipulationsfähigkeit im Gesamtprozess abhängig und andererseits von den Wachstumsbedingungen. Kulturgefäße für eine Aufnahme von 5 l Kulturmedium haben sich für eine Massenproduktion als am effektivsten erwiesen, da sich in diesen die Hyphen bis zum Boden ausbilden konnten und die sekundären Sporen im gesamten Medium gleichmäßig verteilt waren. Außerdem wurden in diesen nach Abschluss der Inkubation die größte Anzahl an VA-Mykorrhizasporen pro Liter Medium ermittelt. The number of feed units depends on the size of the entire system, ie the number and size of the required culture vessels for the production volume of VA mycorrhizaspores to be achieved. The size of the culture vessels depends on the one hand on their ability to manipulate in the overall process and on the other hand on the growth conditions. Culture vessels for uptake of 5 l of culture medium have proven to be the most effective for mass production, since in these the hyphae could form to the bottom and the secondary spores were evenly distributed throughout the medium. In addition, after completion of the incubation, the largest number of VA mycorrhizal spores per liter of medium were determined.
In Abhängigkeit von der Größe der Kulturgefäße ist auch das untere Fließband
Oberhalb der auf dem Fließband
Nach einer Inkubationszeit von mindestens 90 Tagen bei einer Temperatur von 26 °C und Dunkelheit erfolgt eine Zählung der Sporen im Aliquot, nach deren Ergebnis das Ernteverfahren eingeleitet wird. After an incubation period of at least 90 days at a temperature of 26 ° C and darkness, a count of the spores in the aliquot, after the result of the harvesting process is initiated.
Während des Inkubationsprozesses werden die Kulturgefäße (MYKO-BOXEN) nach 14 und 28 Tagen visuell auf Kontaminationsfreiheit kontrolliert. Nach 65 Tagen erfolgt eine erste Bonitur zu Wurzelwachstum und Sporenbildung. During the incubation process, the culture vessels (MYKO-BOXES) are visually inspected for contamination after 14 and 28 days. After 65 days, a first assessment of root growth and spore formation takes place.
Durch den Einsatz von Rahmen mit Siebgewebe während der Kultivierung in MYKO-BOXEN ist eine weitgehende Trennung der Wurzeln vom Medium möglich, ohne dass das Wachstum einer der biologischen Komponenten beeinträchtigt wird. Dies ist ein entscheidender Vorteil bei der späteren Aufarbeitung des Endproduktes. By using frames with mesh during cultivation in MYKO-BOXEN, it is possible to largely separate the roots from the medium without affecting the growth of any of the biological components. This is a decisive advantage in the later processing of the final product.
Für eine erfolgreiche Massenproduktion der VA-Mykorrhizasporen hat sich die Entwicklung entsprechender Kulturgefäße (siehe
Der Rahmen
Das Gewebe
Das in den
Der Deckel
Je nach Größe sind Kulturgefäße zur Aufnahme von 1,5 l und 5 l Kulturmedium bestimmt, bei einer Medienschichtdicke von 1,5 cm und 5 cm. Depending on the size of culture vessels for receiving 1.5 l and 5 l culture medium are determined, at a media layer thickness of 1.5 cm and 5 cm.
Die vorstehend beschriebenen Kulturgefäße sind für die Anzucht von Inokulationsmaterial im sogenannten zweiten Kulturgefäß (INO-BOX) als auch für den Prozess zur Bildung von VA-Mykorrhizasporen im sogenannten dritten Kulturgefäß (MYKO-BOX) geeignet. The culture vessels described above are suitable for the cultivation of inoculation material in the so-called second culture vessel (INO-BOX) as well as for the process for the formation of VA mycorrhizaspores in the so-called third culture vessel (MYKO-BOX).
Der technische Unterschied besteht darin, dass am zugehörigen Rahmenbauteil
Mit dem neuen Kulturgefäß für 5-Liter Kulturmedium konnte in Versuchen eine Produktion von 3000 bis 6000 Sporen/ml Medium statistisch sicher realisiert werden. With the new culture vessel for 5 liter culture medium, a production of 3,000 to 6,000 spores / ml medium could be statistically reliably achieved in experiments.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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