DE1188354B - Verfahren und Vorrichtung zur AEnderung der biochemischen Eigenschaften von Pflanzen unter Anwendung niedriger Temperaturen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

AOIg

Deutsche Kl.: 45 f-7/00

Nummer: 1188 354

Aktenzeichen: P 28091 ΠΙ/45 f

Anmeldetag: 25. Oktober 1961

Auslegetag: 4. März 1965

Es ist bekannt, Pflanzen mit Kälte zu behandeln. Dieses Verfahren wird bei Wintergetreide angewandt, damit dieses im Frühjahr ausgesät werden kann. Es besteht darin, daß das kaum gekeimte Saatgut 40 bis 42 Tage lang einer zwischen +2 und —4° C wechselnden Temperatur ausgesetzt wird.

Ferner ist es bekannt, zur Ausnutzung der hohen Ertragsfähigkeit von Wintergetreide in Gegenden, wo es einen harten oder zu schneereichen Winter als Jungpflanze nicht überstehen würde, den Winterfrost auf in Kisten mit feuchter Erde verpacktes Saatgut einwirken zu lassen. Abgesehen davon, daß es sich hierbei um Saatkörner und nicht um lebende Pflanzen handelt, beträgt die Temperatur im allgemeinen die wenigen unter dem Gefrierpunkt auftretenden Kältegrade des Winterfrostes über eine mindestens mehrere Stunden, meist Tage und Wochen dauernde Einwirkzeit.

Um lebende Organismen sehr tiefen Temperaturen von flüssigem Gas auszusetzen, hat man eine Austrocknung angewandt. Dieses Verfahren hat man fast nur bei Organismen durchgeführt, die bereits eine Austrocknung im natürlichen Zustand aufweisen, so z.B. bei Sporen und Körnern, die durch Zeil wände oder Samenhäute geschützt sind. Ferner hat man das Verfahren an Pflanzen, wie Flechten und Moosen, und weiterhin an mikroskopischen Kleintieren, wie Rädertierchen, Bärtierchen, angewendet, die ihre Lebenstätigkeit wieder aufnehmen und während bestimmter Abschnitte ihres Lebens eine gesteigerte Austrocknung aushalten können. Die den natürlichen Schutz gegen Austrocknung hervorbringenden Mittel der genannten Organismen stellen sich einer vollständigen Austrocknung hemmend entgegen, die das Absterben der betreffenden Organismen wahrscheinlich zur Folge hat.

Man hat auch mit getrockneten, sogenannten Keimpflanzen Versuche gemacht, wobei man diese einer Behandlung im Vakuum und bei sehr tiefen Temperaturen unterzogen hat. Die Versuche sind an Weizen, Roggen, Luzerne und Sonnenblumen unternommen worden. Hierbei handelte es sich aber in Wirklichkeit nicht um Keimpflanzen, sondern um die Objekte zu Beginn der Keimung, deren Wurzeln höchstens 10 mm Länge erreichten.

Man hat weiterhin Versuche mit einzelnen Zellen oder Zellgeweben durchgeführt, wobei man das Überleben danach feststellte, ob eine Plasmolyse der Zellen in einer 10%igen Natriumchloridlösung stattfand.

Diese verschiedenen Untersuchungen und Nachforschungen wurden ausschließlich an Organismen Verfahren und Vorrichtung zur Änderung
der biochemischen Eigenschaften von Pflanzen
unter Anwendung niedriger Temperaturen

Anmelder:

Jacques Georges Pottier, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Wangemann, Patentanwalt,

Düsseldorf, Stresemannstr. 28

Als Erfinder benannt:
Jacques Georges Pottier, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 4. September 1961 (872 266)

durchgeführt, die einer sehr starken Austrocknung unterworfen waren, und es hat sich niemals genau

as feststellen lassen, ob diese Organismen wirklich überlebt haben und ob ferner die in ihre übliche Umgebung zurückgebrachten Pflanzen jemals Blüten und Früchte ausgebildet haben.
Die Erfindung bezweckt die Verbesserung bekannter Kältebehandlungsverfahren von Pflanzen und sieht zur Veränderung der biochemischen Eigenschaften der Pflanzen unter Anwendung niedriger Temperaturen ein Verfahren vor, bei dem zum Zwecke der Veränderung der Größe der Pflanze diese mit Wasser durchtränkt und anschließend für die Dauer von mindestens 5 Sekunden einer Temperatur von oder unterhalb —20° C ausgesetzt wird.

Vorzugsweise wird die Keimpflanze der Wirkung eines flüssigen Gases unterworfen. Auch kann die Keimpflanze der Wirkung von Kohlensäureschnee (Trockeneis) ausgesetzt werden. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die Keimpflanze der Wirkung eines Kältegemisches, wie z. B. einer Kaliumchloridlösung oder Natriumchloridlösung mit Eis, ausgesetzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise mit Hilfe einer Vorrichtung, wie sie in der Zeichnung dargestellt ist, durchgeführt werden. Die dargestellten Keimpflanzen 2 von Zuckerrüben, die aus dem Wasser genommen wurden, wurden in verstärktem Kaliko, der gleichfalls aus dem Wasser genommen wurde, eingeschlagen, wobei das Gewebe

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vorher entlaugt wurde, um alle Appretur zu ent- sich gut entwickelt haben, kann man sie ins Freie

fernen, damit es eine größtmögliche Wassermenge pflanzen.

aufnehmen kann. Auf das mit Wasser getränkte Nach einer anderen Ausführungsform der Erfin-

Kalikogewebe 1 werden die Keimpflanzen 2 parallel dung für Getreidekeimpflanzen (die alle Gräser sind),

zur Längsrichtung des Rechtecks gelegt. Die Keim- 5 d.h. Pflanzen, die einen Vegetationspunkt an ihrem

pflanzen werden mit einem weiteren Stück Kaliko, Stengel besitzen, der durch die Basis der jungen

das gleichfalls aus dem Wasser genommen wurde, be- Blätter auf dem Boden eines kleinen Sackes, der so-

deckt. Man heftet das ganze mit Hilfe zweier dün- genannten Koleoptile, geschützt ist, taucht man die

ner, Vso mm dicker Folien aus Prinzmetall (Mann- nackten, aus dem Wasser genommenen Keimpflanzen

heimer Gold oder Similor) zusammen. io in flüssiges Gas. Man bewahrt den Samen, der die

Die so gebildete Packung hält das aufgenommene Keimpflanze ernährt und der ihr Wachstum gewähr-Wasser um die Keimpflanzen fest. Die Packung wird leistet. Man entfernt die primären Wurzeln, die bei der Wirkung flüssigen Rohstickstoffes (flüssiger Luft der Behandlung hinderlich sind und später durch nach Entzug des Sauerstoffes um —197° C auf die Adventiwurzeln ersetzt werden. Man ergreift die Dauer von 9 Sekunden ausgesetzt. Es kann ange- 15 Keimpflanzen an den Enden, der eine Länge von nommen werden, daß flüssige Luft dieselbe Wirkung 10 cm aufweisenden Blätter mit Hilfe einer Pinzette erzielen läßt. Um die Packung in das flüssige Gas od. dgl., um sie dann in flüssigen Rohstickstoff (Luft einzutauchen, ergreift man sie mittels einer Pinzette unter Abzug des Sauerstoffes) zu tauchen. Nach dem od. dgl. an der Seite, an der sich die Wurzeln der Eintauchen in das flüssige Gas taucht man die Keim-Keimpflanzen befinden, damit die Vegegativpunkte 20 pflanzen unmittelbar anschließend in Wasser.
der Stengel die an der Basis der Kotyledonen ge- Beim Weizen Aurore de Vilmorin, eine Sorte von legen sind, der Kälte des flüssigen Gases unterworfen Triticum vulgäre Viii, hat man eine Pflanze erhalten, werden. die 7 Sekunden der Einwirkung von flüssigem Stick-

Die so während 9 Sekunden behandelten Keim- stoff wiedersteht. Diese Pflanze stammte von einer

pflanzen ergaben Rüben von geringerer Größe gegen- 25 Pflanze ab, die 6 Sekunden im Vorjahr der Kälte-

über Rüben, die man gemeinhin von den Keimpflan- behandlung widerstanden hat, und diese Sorte selbst

zen dieser Rasse erhält. Die zwerghaften Rüben, die stammte wiederum von einer Pflanze ab, die im vor-

man durch dieses Verfahren erhält, ergeben in der hergehenden Jahr 5 Sekunden widerstanden hatte.

zweiten Generation wiederum zwerghafte Rüben, was Man erhielt sieben Weizenpflanzen, die einmal 7 Se-

darauf schließen läßt, daß die erhaltene Veränderung 30 künden der Behandlung widerstanden haben, bei

erblich ist. neunundneunzig behandelten Keimungen, die in zwei-

Die Keimpflanzen von Zuckerrüben, die 7 Sekun- ter Generation aus einer Pflanze hervorgingen, die den in der Packung aus einer zweifachen Lage Prinz- 6 Sekunden mit flüssigem Stickstoff behandelt worden metall und feuchtem Kaliko behandelt wurden, gaben war. Eine Weizenpflanze (Florence Aurore) widerin der darauffolgenden Generation hervorragende 35 stand 5 Sekunden lang der Behandlung. Alle Keim-Pflanzen und diejenigen, die 8 Sekunden lang behan- pflanzen, die 6 Sekunden der Behandlung ausgesetzt delt worden waren, solche, die kaum weniger gut waren, haben nicht überlebt. Es kann daher gesagt waren. werden, daß die Weizenpflanze nicht mehr als 5 Se-

Die Keimpflanzen, die 10 Sekunden unter diesen künden im ersten Jahr der Behandlung mit flüssigem Bedingungen behandelt worden waren, ergaben ein- 40 Stickstoff standhält; man konnte in der Nachkommenmal eine Pflanze, die nicht lange lebte. Die letzt- schaft jedoch Pflanzen finden, die im darauffolgengenannte Zeitspanne ist daher als lebensbegrenzend den Jahr einer 6-Sekunden-Behandlung standhielten. anzusehen. Es scheint daher, daß die Behandlung die Wider-

Es ist gleichgültig, ob ein langsames oder schnelles Standskraft gegen Kälteschocks bei derartig behan-Wiedererwärmen vorgenommen wird. Es wurde die 45 delten Getreidepflanzen steigert. Von besonderem Prinzmetallpackung mit feuchtem Kaliko gelegent- praktischen Interesse dürfte es sein, wenn diese lieh 10 Minuten lang langsam auf Steingutkacheln Widerstandskraft gegen kurze Kälteschocks eine Benach der Behandlung wieder erwärmt, bis das Prinz- ziehung zu den langen winterlichen Kälteeinwirkunmetall wieder geschmeidig geworden war. Hierauf gen hat. Dies kann nicht als sicher angesehen werwurde die Packung geöffnet und die Keimpflanzen 50 den, da das winterliche Klima eine Schoßung bei der in feuchtes Papier gewickelt, bevor sie eingepflanzt Rübe vom ersten Jahre an hervorruft, während die wurden. Sie ergaben Pflanzen, die Blüten und Früchte kurzen Kälteschocks eine solche Schoßung nicht hertrugen. Zur Zeitersparnis kann man vorteilhafter- vorrufen.

weise die Prinzmetallpackung mit feuchtem Kaliko Die Einwirkungszeitdauer ist natürlich auch von

in einem Behälter mit Wasser hin- und herbewegen. 55 der Höhe der angewendeten Temperatur abhängig.

Es dauert nur einige Sekunden, bis die Packung und So widerstehen Weizenkeimpflanzen nicht länger als

ihr Inhalt geschmeidig geworden sind. Die so be- 1 Stunde einer Temperatur von nur —14,5° C und

handelten Keimpflanzen ergaben gleichfalls Pflan- nicht länger als 10 Minuten einer Temperatur von

zen, die Blüten und Früchte tragen. — 20⁰C.

Die Keimpflanzen werden nach der Behandlung 6° Bei dem Rieti-Weizen, eine Sorte von Triticum längs der Wand eines Topfes aus poröser Erde von vulgäre Viii, haben Keimpflanzen, die 10, 15 und 7 cm Durchmesser gepflanzt, der mit einer Mischung, 20 Sekunden lang behandelt wurden, überlebt, wähbestehend aus zwei Dritteln Sand und einem Drittel rend zwei Keimpflanzen, die 30 Sekunden in Kohlen-Humuserde, gefüllt ist; behandelte oder nicht be- säureschnee bei ebenfalls — 60° C behandelt wurden, handelte Rübenkeimpflanzen sterben in reiner 65 eingegangen sind.
Humuserde. Beim Rieti-Weizen, der durch feuchtes Filterpapier

Man könnte versuchen, die Keimpflanzen auch in geschützt war, haben die Keimpflanzen 2, 3, 5 und

reinen Sand zu pflanzen. Nachdem die Keimpflanzen bis zu 25 Sekunden flüssiges Propan (—40° C) aus-

gehalten. (Ohne dem Schutz des feuchten Filterpapiers gingen die Keimpflanzen ein, da das Propan schädlich ist.)

Beim Roggen (Seeale cereale L.), Sorte Petkus, der 7 Sekunden lang mit dem Verfahren in flüssigem Stickstoff behandelt wurde, überlebten von drei Keimpflanzen eine; diese aber verschwand bei der Ernte, was darauf schließen läßt, daß auf Grund der Schmächtigkeit die äußerste Grenze der Behandlungsfähigkeit erreicht worden war. Es erscheint nicht überaus verwunderlich, daß diese Getreidesorte aus dem Norden eine derartige Widerstandskraft zeigt.

Bei der Gerste (Hordeum vulgäre L.), Sorte Albert, haben zwei Keimpflanzen von zehn einem Schock von

6 Sekunden in flüssigem Stickstoff standgehalten; bei

7 Sekunden hat keine von vier behandelten Keimpflanzen überlebt.

Beim Hafer (Avena sativa L.), Sorte Victoria, überstanden sechs Keimpflanzen von fünfzehn eine Behandlung von 5 Sekunden in flüssigem Stickstoff; keine von zwölf behandelten überlebte die Behandlung von 6 Sekunden Dauer.

Bei der Behandlung von Mais (Zea Mays L.), Sorte Janetzki's Astra, erhielt man eine Pflanze von zwei behandelten, die einer Einwirkung von 7 Sekunden durch flüssigen Stickstoff unterworfen worden waren, aber diese Pflanze war sehr kümmerlich und hat nicht lange überlebt.

Beim Mais (Zea Mays L.), Sorte Gloria, haben zwei Pflanzen von fünf der Behandlung von 6 Sekunden widerstanden. Keine von zweien überstand mehr als 7 Sekunden Behandlungszeit.

Die Kälteschockbehandlungen wurden auch öfter durchgeführt, wobei vor einem neuen Schock die Keimpflanzen in Wasser wieder aufgetaut wurden. Diese Maßnahmen wurden mit dem Zweck durchgeführt, eine erhebliche Veränderung des Chromosonengleichgewichtes herbeizuführen. Mit diesem Verfahren hat man mit Weizen (Vilmorin 1927 special) vier lebende Pflanzen nach fünfzig Schocks von je einer Sekunde, vier Schocks zu 3 Sekunden und zwei Schocks zu 4 Sekunden erhalten.

Die Erfindung umfaßt nachstehende Merkmale und ihre möglichen Kombinationen:

Die Pflanzen können in einer Kältevorrichtung, wie z. B. in einer Kompressionskälteanlage behandelt werden. Die Kälteschocks können von verschiedener Dauer und Intensität sein, was experimentell zu bestimmen ist.

Es genügt, daß die Keimpflanzen von Rüben, die nach dem Verfahren behandelt werden, ein turgeszentes Hypokotyl auf einer Länge von 15 mm von der Basis der Kotyledonen besitzen, damit sie selbst dann wieder ansetzen können, wenn die Kotyledonen teilweise durch die Behandlung geschwärzt sind.

Die Erfindung bietet verschiedene Vorteile, im wesentlichen folgende:

Im Falle der Behandlung von Zuckerrüben erhält man durch die Kälteschocks Zuckerrüben geringerer Größe gegenüber sonst üblichen Rüben. Es ist aber bekannt, daß eine viel kleinere Wurzel bei Zuckerrüben im Verhältnis zu größeren Wurzeln derselben Sorte, die unter denselben Bedingungen gezüchtet ίο wird, eine viel größere Zuckermenge ergibt.

Darüber hinaus gestattet die geringere Größe der Wurzeln ein leichtes Ernten mit Hilfe von Maschinen. Die Maschinen zerschneiden die zu langen Wurzeln, von denen ein Teil im Boden verbleibt; auch lassen χ 5 sich die kleineren, unverletzten Wurzeln besser im Silo erhalten, während das Verfaulen bei größeren Wurzeln, die von der Maschine gebrochen werden, leicht erfolgt.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Veränderung der biochemischen Eigenschaften von Pflanzen unter Anwendung niedriger Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Größe der Pflanze diese mit Wasser durchtränkt und anschließend für die Dauer von mindestens 5 Sekunden einer Temperatur von oder unterhalb —20° C ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimpflanze der Wirkung eines flüssigen Gases unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimpflanze der Wirkung von Kohlensäureschnee (Trockeneis) unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimpflanze der Wirkung eines Kältegemisches, wie Kaliumchlorid oder Natriumchlorid mit Eis, unterworfen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keimpflanze der Wirkung von Kälte unterworfen wird, die durch eine Kältevorrichtung, z. B. eine Kältemaschine, erzeugt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Packung, die aus einer äußeren Abdeckung aus Prinzmetall (Goldkupfer, Mannheimer Gold) mit einer inneren Auskleidung aus Kaliko besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Pareys Landwirtschafts-Lexikon,

7. Auflage, 1956, S. 373.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 517/117 2.65 Q Bundesdruckerei Berlin