DE3818441A1 - Substratmaterial fuer die kultivierung von pflanzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Substratmaterial für die Kultivierung von Pflanzen.

Substratmaterial findet Anwendung bei fast allen Verfahren zur Kultivierung von Pflanzen. Im allgemeinen befindet sich eine Substratschicht in einem geeigneten Kulturgefäß, das im einfachsten Fall ein handelsübliches Weckglas ist. Das Substrat selbst besteht in der Regel aus dem eigentlichen Substratmaterial, das mit flüssigem Nährmedium versetzt oder getränkt ist.

Auf die Substratschicht werden die Pflanzen aufgebracht bzw. in diese hineingesteckt und kultiviert. Unter Pflanzen werden dabei im Rahmen dieser Anmeldung einzelne Zellen, vielzellige Kalli, Sprossen, Blätter bis hin zu bewurzelten Setzlingen oder beliebigen Zwischenformen hiervon ver­ standen.

Als Substratmaterial wird meist Agar Agar verwendet. Er läßt sich sehr gut verarbeiten, da er auf einfache Weise dem Nährmedium als Verfestiger in einer solchen Menge zugesetzt wird, daß sich eine gelartige Masse bildet, in der das Nährmedium gleichmäßig verteilt ist. Diese besitzt eine sehr gute mechanische Stabilität bei ausreichender Nachgiebig­ keit, die die Pflanzen zuverlässig trägt und gleichzeitig Wurzelbildung erlaubt.

Agar Agar besitzt jedoch auch eine Reihe von Nachteilen. So bilden oft die auf ihm kultivierten Pflanzen eine Wurzelstruktur aus, die sich morphologisch von der in natürlicher Umgebung sich einstellenden Wurzelstruktur erheblich unterscheidet. Als Ursache wird vermutet, daß Agar Agar wegen seines Quellvermögens große Mengen von Flüssigkeit aufnimmt und so hydrokulturähnliche Bedingungen schafft. Das unter solchen Bedingungen sich bildende Wurzelwerk kann äußerst empfindlich sein und führt häufig zu Adaptionsproblemen bei der späteren Explantation der Pflanzen in Erde, die im ungünstigsten Fall den Totalverlust der Pflanze bewirken können.

Es erwies sich als günstig, vor der Umsetzung der Pflanze in Erde das Substrat vollständig vom Wurzelwerk zu entfernen. Dieser Abtrennungsvorgang ist äußerst zeit- und damit kostenintensiv, weil er sehr sorgfältig durchgeführt werden muß, um eine Beschädigung des empfindlichen Wurzelwerks möglichst gering zu halten. In der Regel geschieht dies durch zum Teil wiederholtes Waschen in Wasser, wobei Probleme bei fein verzweigten Wurzelstrukturen auftreten. Wegen des gelartigen Charakters der Substratmasse ist es nämlich sehr schwierig, diese vollständig vom Wurzelwerk zu trennen.

Schließlich sind die Kosten für Agar Agar aufgrund des aufwendigen Gewinnungsverfahrens relativ hoch und verteuern damit den Verkaufspreis der auf ihm gezüchteten Pflanzen. Dies ist vor allem für die Massenzüchtung im industriellen Maßstab von Nachteil.

Es wurden deshalb Versuche unternommen, Agar Agar durch ein anderes Substratmaterial zu substituieren. So wird in der DDR-Patentschrift 2 25 439 ein Träger für Nährmedium in der pflanzlichen In-vitro-Kultur vorgeschlagen.

In einer bevorzugten Ausführungsform besteht dieser Träger für Nährmedium aus einem Viskoseschwamm, der mit einem Nährmedium getränkt und mit einem Cellulosefilter abgedeckt ist, auf den der Kallus bzw. eine Zellaggregate enthaltende Suspension aufgebracht ist.

Für Pflanzen, die bereits Wurzeln aufweisen, kann der Viskoseschwamm eine Ausnehmung zur Aufnahme der Pflanze aufweisen und ihr dadurch Halt verleihen. Ein zusätzlicher, seitlich angebrachter Schlitz ermöglicht die Entnahme der Pflanze ohne Beschädigung der Wurzelstruktur.

Auch mit Hilfe dieses Viskoseschwammes als Substratmaterial stellt sich der gewünschte Erfolg nicht in vollem Umfang ein. So ist für die Fälle, die eine Bewurzelung der Pflanze zum Ziel haben, die erstgenannte Konfiguration nicht geeignet, da ein Eindringen von sich ausbildenden Wurzeln in die Substratschicht durch den Cellulosefilter verhindert wird, wohingegen die Ausführungsform mit der Ausnehmung lediglich für Pflanzen mit bereits ausgeprägten Wurzelansätzen geeignet ist. Deshalb muß für derartige Fälle mindestens ein zusätzlicher Arbeitsschritt vorgesehen werden, der die Umsetzung der Pflanze auf die jeweils geeignete Trägerkonfiguration beinhaltet.

Auch hier unterscheidet sich das sich ausbildende Wurzelwerk morphologisch von der in natürlicher Umgebung sich einstellenden Wurzelstruktur, da durch die Ausnehmung im Viskoseschwamm dem Wurzelwachstum kein mechanischer Widerstand entgegengesetzt wird.

Weiterhin bereitet es Schwierigkeiten, die Ausnehmungen so zu gestalten, daß die Pflanzen mit dem vorhandenen Wurzelwerk sicher und zuverlässig gehalten werden, ohne das Wurzelwerk zu schädigen. Anders als bei der gelartigen Masse des agarenthaltenden Substrats, das die Oberfläche der Wurzeln vollständig umschließt und somit die Haltekräfte gleichmäßig verteilt, kann durch die Ausnehmung des Viskoseschwammes lediglich eine punktuelle Abstützung erreicht werden. Schließlich ist es bei der Verwendung des Viskoseschwammes nicht möglich, einen gleichmäßigen Feuchtigkeitsgehalt über die Höhe der Substratschicht aufrechtzuerhalten. So trocknet der obere Bereich rasch aus, während der untere Bereich übernäßt wird. Dies kann schließlich zu einer Verlangsamung des Wachstums und in der Folge zum Absterben der Pflanze führen. Ebenso kann im unteren Wurzelbereich Fäulnis auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war nun, ein Substratmaterial für die Kultivierung von Pflanzen zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik nicht mehr aufweist. Insbesondere sollte ein Substratmaterial zur Verfügung gestellt werden, das kostengünstig herstellbar ist und eine einfache Handhabung unabhängig vom Kultivierungsstadium und Kultivierungsschritt der verwendeten Pflanzen ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schüttschicht aus Faser-Kurzschnitt als Substratmaterial für die Kultivierung von Pflanzen verwendet wird.

Vorteilhafterweise sind die Fasern cellulosischer Natur, d.h. auf der Basis von Cellulose, regenerierter Cellulose oder Cellulosederivaten. Diese Materialien sind biologisch abbaubar und können somit bei der Explantation der angezüchteten Pflanzen problemlos in Erde eingebracht werden. Ein arbeits- und kostenintensiver Abtrennungsvorgang vor der Explantation kann entfallen. Gegebenenfalls kann eine grobe Abtrennung durch leichtes Ausschütteln der Pflanzen oder durch kurzes Spülen in Wasser vorgenommen werden. Die danach gegebenenfalls noch verbliebenen Faser­ reste brauchen nicht mehr aus dem Wurzelwerk entfernt werden, wodurch die Gefahr einer Schädigung des Wurzelwerks nicht mehr gegeben ist.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Fasern je mindestens einen durchgehenden Hohlraum aufweisen, weil dadurch das Flüssigkeitsaufnahmevermögen der Schüttschicht erheblich erhöht wird. Somit kann eine größere Menge an Nährmedium dem Substratmaterial zugesetzt werden. Damit verlängert sich das Intervall zwischen zwei Nachfüllvorgängen von Nährmedium, u.U. kann für die Dauer der Anzucht jeglicher Nachfüllvorgang entfallen, weil die Anfangsmenge an Nährmedium für die gesamte Dauer ausreichend ist.

Der Vorteil liegt hierbei nicht nur in der Einsparung von Arbeitsschritten sondern auch in der verringerten Kontaminationsgefahr, die mit jedem Nachfüllvorgang von Nährmedium verbunden ist.

Die Menge des Nährmediums wird zweckmäßigerweise so gewählt, daß das Substratmaterial vollständig gesättigt ist, d.h. keine überschießende Nässe vorhanden ist.

Es ist auch von Vorteil, wenn die Fasern aus einem porösen Material bestehen. Dies ermöglicht eine unmittelbare und nahezu verzögerungsfreie Versorgung mit Nährmedium. So können z.B. die fein verästelten Haarwurzeln der Pflanzen an allen Stellen der Substratschicht mit Nährmedium gleicher­ maßen gut versorgt werden. Auch bleibt der Feuchtegehalt des mit der Pflanze in Berührung befindlichen Substrats weitgehend konstant und ermöglicht gleichmäßige Kulturbedingungen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Schnittlänge der Fasern zwischen 0,5 und 10 Millimetern zu wählen. Dies führt zu einer Schüttung, die nach dem Versetzen mit Nährmedium eine Substratschicht bildet, die hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften für die meisten Anwendungsfälle einen guten Kompromiß zwischen Festigkeit und Nachgiebigkeit darstellt. Sie weist einerseits eine ausreichende Festigkeit auf, um den aufgebrachten Pflanzen sicheren Halt zu geben und besitzt andererseits eine Nachgiebigkeit, die das Einbringen von bereits vorhandenem Wurzelwerk ohne Gefahr einer mechanischen Schädigung ermöglicht.

Es hat sich auch gezeigt, daß sich die Wurzelstruktur, die sich bei Verwendung einer Schüttschicht mit Faserlängen zwischen 0,5 und 10 Millimetern ausbildet derjenigen ähnelt, die sich in natürlicher Umgebung ergibt. Eine ausgeprägte hydrokulturähnliche und damit empfindliche Wurzelstruktur kann in vielen Fällen vermieden werden, da eine derartige Schüttschicht offensichtlich die mechanischen Verhältnisse des natürlichen Bodens gut simuliert.

Schließlich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Durchmesser der durchgehenden Hohlräume der Fasern zwischen 10 und 1000 µm zu wählen. Speziell in Verbindung mit der o.g. Schnittlänge der Fasern ergeben sich Flüssigkeitstransportmechanismen, die eine optimale Versorgung der Pflanzen mit Nährmedium ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Substratmaterial kann in gleicher Weise wie herkömmliche Substratmaterialien angewendet werden. Im einfachsten Fall wird eine Schüttschicht des Faserkurzschnitts in ein handelsübliches Weckglas gegeben und mit Nährmedium zu einem Substrat versetzt, auf das die Pflanze aufgebracht bzw. eingesetzt wird.

Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Substratmaterial beispielsweise in einem Verfahren und in einer Vorrichtung zur In-vitro-Kultivierung und In-vitro-Vermehrung von Pflanzen gemäß der deutschen Patentanmeldung (Az.38 18 440.0) (internes Aktenzeichen AGW2 226) zu verwenden. Dort wird eine kontinuierliche Nährstoffversorgung von Pflanzen über eine Schicht aus Kapillarmembranen, die von einer Substratschicht bedeckt ist, bewirkt. Zur Explantation in Erde werden die Kapillarmembran- und die Substratschicht um die Pflanzen herum zertrennt und zusammen mit den Pflanzen an den Standort verpflanzt.

Das erfindungsgemäße Substratmaterial eignet sich ganz hervorragend für einen derartigen Einsatz, weil es aus demselben Material wie das der Kapillarmembranen selbst bestehen kann. Damit läßt sich ein gleichzeitiger biologischer Abbau sowohl der Kapillarmembran- als auch der Substratschicht nach der Explantation erreichen.

Schließlich kann das erfindungsgemäße Substratmaterial kostengünstig dadurch gewonnen werden, daß als Ausgangsmaterial der ohnehin anfallende Ausschuß bei der Produktion von Kapillarmembranen nicht verworfen, sondern einer Schneidvorrichtung zugeführt wird, die den Kurzschnitt in der gewünschten Länge erzeugt.

Das erfindungsgemäße Substratmaterial ist sterilisierbar. Es kann z.B. in sterilem Zustand in ein steriles Kulturgefäß eingebracht und mit sterilem Nährmedium versetzt werden oder in unsterilem Zustand in ein unsteriles Kulturgefäß eingebracht, mit unsterilem Nährmedium versetzt und in der Gesamtkonfiguration abschließend sterilisiert werden.

Das erfindungsgemäße Substratmaterial wird weiter anhand der nachstehenden Beispiele erläutert, in denen Tests zur Bewurzelung verschiedener Rosensorten in Weckgläsern beschrieben werden.

Es wurden die vier Rosensorten

• - "Rose Muttertag"
• - "Rose Fairy"
• - "Rose Apart"
• - "Rose multibracteatae"

hinsichtlich des Bewurzelungserfolgs in Weckgläsern untersucht.

Als Ausgangsmaterial für den Faserkurzschnitt wurden Kapillarmembranen aus aus Cuoxamlösungen regenerierter Cellulose als Hohlfäden mit angenähert kreisförmigem Querschnitt verwendet mit einem Außendurchmesser von ca. 220 µm und einer Wanddicke von ca. 10 µm (in trockenem Zustand).

Pro Weckglas wurden 10 g (Trockengewicht) des Kurzschnitts eingefüllt und mit 75 ml flüssigem Nährmedium versetzt. Die Gesamtkonfiguration wurde bei 121°C 20 min lang durch Autoklavieren sterilisiert.

Als Nährmedium wurden Basalmedien nach Murashige/Skoog (Murashige, T., Skoog, F., Physiol. Plant. 15, 473-497, 1962) eingesetzt, denen Wuchsstoffe im Bereich von 0 bis 1 mg/l Auxin (z.B. Indol-3-acetic acid) zugesetzt worden waren.

Nach der Sterilisierung wurden die sterilen Pflanzen in die Substratschicht eingesetzt und 14 bzw. 21 Tage lang kultiviert.

Es wurden insgesamt fünf Versuche durchgeführt, deren Parameter nachstehender Tabelle zu entnehmen sind.

Zusätzlich wurden in einem sechsten Versuch die Pflanzen aus dem fünften Versuch im Anschluß an die Bewurzelung in Erde explantiert und nach weiteren 30 Tagen bewertet.

In den zeitgleich durchgeführten Kontrollversuchen wurde als Substratmaterial Agar Agar verwendet, alle übrigen Parameter wurden konstant beibehalten.

Als Beurteilungskriterium für die Auswertung wurde die Bewurzelungsrate herangezogen, die gebildet wird aus dem Verhältnis der Anzahl der erfolgreich bewurzelten Pflanzen zur Gesamtzahl der eingesetzten Pflanzen, ausgedrückt in Prozent.

In der nachstehenden Tabelle sind nun diese Werte aufgelistet und dem Ergebnis des jeweiligen Kontrollversuchs gegenübergestellt.

Es zeigt sich somit, daß in den Versuchen V2 und V4 der Einsatz von Faserkurzschnitt als Substratmaterial zu gleichen Anzuchterfolgen führte wie herkömmlicher Agar Agar und daß in den Versuchen V1, V3 und V5 sogar eine z.T. wesentliche Verbesserung des Anzuchterfolgs erzielt wurde, wodurch die beschriebenen Vorteile bei Verwendung des Faserkurzschnitts als Substratmaterial bei der Anzucht von Pflanzen bestätigt wurden.

Claims (7)

1. Verwendung einer Schüttschicht aus Faserkurzschnitt als Substratmaterial für die Kultivierung von Pflanzen.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern cellulosischer Natur sind.

3. Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern je mindestens einen durchgehenden Hohlraum aufweisen.

4. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus einem porösen Material bestehen.

5. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittlänge der Fasern 0,5 bis 10 mm beträgt.

6. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der durchgehenden Hohlräume 10 bis 1000 µm beträgt.

7. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus einem membranartigen Material bestehen.