DE4027308A1

DE4027308A1 - Verfahren zur beschleunigung und synchronisierung von saatkeimung

Info

Publication number: DE4027308A1
Application number: DE19904027308
Authority: DE
Inventors: Donald B White; Phil S Allen
Original assignee: University of Minnesota
Current assignee: University of Minnesota
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1991-04-04
Also published as: FR2651086B1; FR2651086A1; SE9002745L; SE9002745D0; NL9001892A; CA2024110A1

Description

Während der mindestens letzten 50 Jahre hat es ein In teresse an den Möglichkeiten gegeben, die Saatleistung zu vergrößern, und zwar insbesondere bezüglich einer verbesserten Keimung und Anordnung der Pflanzensetz linge. Die Saatbehandlungen, welche den Keimungsprozeß unter gesteuerten Bedingungen vor dem Aussäen einleiten oder vollenden, würden eine Anzahl praktischer Vorteile besitzen, insbesondere wenn eine Keimung sowohl synchro nisiert als auch beschleunigt würde. Eine schnelle Er zielung eines gleichförmigen Bestandes von Pflanzensetz lingen verbessert die Fähigkeit der Ernte, dem Unkraut zu widerstehen, und weitere Einsparungen ergeben sich aus der Erzielung eines gleichförmigen Wachstums von Pflanzen einschließlich einer vergrößerten Gleichförmig keit in der Ausbeute der Ernte. Eine dem Aussäen folgen de schnelle Keimung kann eine Erosion reduzieren, indem blosgelegte Böschungen schnell stabilisiert werden, und Spielfelder wie z. B. Golf-Grünanlagen in kürzerer Zeit auf spielbares Niveau bringen, wobei weniger Saat ver wendet wird. Eine schnelle Keimung kann die Anfälligkeit der gepflanzten Saat gegen Infektion reduzieren, wodurch der Bedarf an extensiver chemischer Kontrolle von Bedin gungen wie z. B. Entfeuchtungen (damping off) reduziert wird. Tatsächlich könnte die Wachstumssaison für eine gegebene Ernte effektiv durch mindestens eine Anzahl von Tagen verlängert werden, die normalerweise für eine Keimung im Boden benötigt werden.

Versuche zur Beschleunigung der Keimung enthielten auch die Verwendung von physikalischen oder chemischen Be handlungen, die dazu dienten, die der Saatbildung fol gende Spritzperiode zu verkürzen. Solche Behandlungen bewirken jedoch eine Anfälligkeit der Saat gegen Licht, Kälte, Feuchtigkeitszustände (Schichtbildung, stratifi cation), mechanischer Beschädigung und Behandlung mit chemischen Mitteln wie z. B. Gibberellinsäure, Kaliumni trat, Thioharnstoff, Wasserstoffperoxid oder Äthylen.

Eine Saathärtung, nämlich ein Verfahren, die Saat einer Wassertränke auszusetzen, gefolgt von Lufttrocknung, ist über Jahre mit nicht überzeugenden Ergebnissen erforscht worden. Verschiedene Verfahren zur Pflanzung von vorge keimter Saat sind ebenfalls entwickelt worden, jedoch bleiben sie problematisch aufgrund der Tendenz, neu gekeimte Saat zu dehydratisieren, und ihrer Anfällig keit gegen mechanische Beschädigung. Die Saat ist eben falls einer osmotischen Konditionierung unterworfen worden, wobei die Saat in Salz oder Polyäthylenglykol- Lösungen hydratisiert wurde. Diese Behandlungen können die Spritzperiode reduzieren, während sie ein Auftreten der Kleinwurzel oder primären Wurzel verhindert.

Deshalb besteht ein Bedarf, die der Pflanzung (an Ort und Stelle) folgende Keimzeit der Saat zu verringern und das Ausmaß von synchroner Keimung der Samen zu vergrö ßern.

Mit Hilfe der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen, um die Keimungsprozesse eines Bestandes von Samen vor dem Pflanzen anzuhäufen bzw. zu konzentrieren, so daß die Samen stärker und mit einem höheren Maß an Synchro nisation nach der Pflanzung als ein unbehandelter Be stand derselben Samen keimen. Entsprechend diesem Ver fahren werden die Samen "zyklisch" auf einen kritischen Punkt kurz vor der Keimung durch Anwendung von gesteuer ten Befeuchtungs- und Trocknungs-Verfahren gebracht, und zwar während eines Zeitraums, der mit "kritischer Fluk tuationszeit" bezeichnet wird. Die Samen erzielen eine physiologische Synchronisation am Ende der kritischen Fluktuationszeit und keimen schnell, wenn sie anschlie ßend dem Wasser ausgesetzt werden. Daher schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beschleunigung und Synchronisierung der Saatkeimung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) einen anfänglichen Bestand von Samen mit Wasser in Kontakt zu bringen, so daß der Feuchtigkeitsgehalt des sich ergebenden Bestandes von hydratisierten Samen höher als der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt des anfänglichen Bestandes der Samen ist;
b) den Bestand von hydratisierten Samen aus dem Kon takt mit Wasser zu entfernen und sie zu dehydrati sieren, so daß der Feuchtigkeitsgehalt auf einen Wert reduziert wird, der oberhalb des anfänglichen Feuchtigkeitsgehaltes des anfänglichen Bestandes der Samen liegt; und
c) die Schritte (a)-(b) mindestens einmal zu wieder holen, um einen Bestand von Samen zu erhalten, deren Feuchtigkeitsgehalt oberhalb des Feuchtig keitsgehaltes des anfänglichen Bestandes und vor zugsweise auch oberhalb dessen des Bestandes der Samen liegt, die während des vorherigen Dehydrata tions- bzw. Trocknungs-Schrittes produziert worden sind.

Vorzugsweise liegt der Feuchtigkeitsgehalt jedes Bestan des von hydratisierten Samen oberhalb dessen des frühe ren hydratisierten Bestandes. Somit wird der Feuchtig keitsgehalt der hydratisierten und der dehydratisierten Bestände vorzugsweise schrittweise über den Feuchtig keitsgehalt des anfänglichen Bestandes erhöht, bis der Feuchtigkeitsgehalt des hydratisierten Bestandes einen kritischen Punkt erreicht, an dem die Keimung einsetzt. Bei der anschließenden Berührung mit Wasser wird der endgültige Bestand von dehydratisierten Samen hydrati sieren und im wesentlichen synchron während einer Zeit dauer keimen, die der Rehydratisierung folgt und im wesentlichen kürzer als die Zeit ist, die zum Keimen des anfänglichen Bestandes bei Kontakt mit Wasser erforder lich ist. Beispielsweise kann bei Wiederberührung mit Wasser unter Umweltbedingungen die Keimzeit des erfin dungsgemäß zyklisch behandelten Bestandes auf etwa 16 Stunden oder kürzer reduziert werden und zwar bei einer Keimung von mindestens etwa 90%, z. B. etwa 97,5-100%, der keimfähigen Samen. Bei einigen Arten von Grassa men werden zwei Hydratisierungs-/Dehydratisierungs-Zy klen (z. B. a-b, a′-b′) ausreichend sein, um eine wirksa me Synchronisation und Keimungsbeschleunigung zu erzie len, während andere Grasarten nicht weniger als 16-20 (a)-(b)-Zyklen benötigen, um die kritische Fluktuation zu beenden.

Überraschenderweise kann das erfindungsgemäße Verfahren dazu verwendet werden, um die Keimfähigkeit von älterer Saat zu verbessern, und kann Saat mit geringerer Lebens fähigkeit stärken. Die erfindungsgemäß produzierten Samen widerstehen ebenfalls dem Umstand, daß sie bis auf den Feuchtigkeitsgehalt von trockner Luft getrocknet werden können, während eine verstärkte Synchronisation erhalten bleibt. Die schnelle Keimung der Samen redu ziert ebenfalls ihre Anfälligkeit gegen Entfeuchtungsor ganismen wie z. B. Pythium spp., wodurch die Anwendung von Fungiziden oder anderen chemischen Behandlungsver fahren reduziert oder beseitigt werden kann.

Die Erfindung ist ebenfalls hilfreich, wenn die eine Bodendeckart gegen eine zweite Bodendeckart ausgetauscht wird, und zwar insbesondere in Fällen, in denen die Aufrechterhaltung einer intakten Deckschicht z. B. für den Schutz oder Gebrauch der Oberfläche wichtig ist. Beispielsweise bei Golfplätzen ist es häufig notwendig, von einer Grasart auf eine andere zu wechseln, um die Graseigenschaften den saisonalen Veränderungen des Wet ters anzupassen. Herkömmlicherweise wird dies dadurch erreicht, daß über dem alten Rasen in starker Weise neu übergesät wird, so daß die neue Grasart die vorige Art in gleichmäßiger Weise und mit ausreichender Dichte ersetzt. Aufgrund der großen Variation der Keimzeiten innerhalb des aufgetragenen Saatbestandes wird viel Saat vergeudet. Die vorliegende Erfindung ergibt einen Be stand an Samen, welcher bezüglich der Keimung vorsyn chronisiert worden ist und in einer reduzierten Zeit dauer keimen wird, wodurch in vorteilhafter Weise die Zeit verkürzt wird, in der die Golfbahn nicht benutzt werden kann. Die erfindungsgemäßen Samen sind ebenfalls nützlich, wenn eine schnelle Bedeckung einer kahlen Bodenfläche erwünscht ist, um sie z. B. gegen Erosion oder gegen das Auswaschen von gefährlichen Reststoffen zu schützen. Auf die zu schützende Fläche kann zuerst Saat aufgetragen werden, bevor die Fläche während einer vorbestimmten Zeitdauer mit Wasser in Berührung kommt, um ein Keimen der Samen zu erreichen und das Wachstum der Pflanzensetzlinge einzuleiten.

Obwohl die Erfindung in erster Linie in Bezug auf Gras samen beschrieben wird, ist es selbstverständlich, daß sie generell für Samen von einkeimblättrigen Pflanzen wie Getreide, z. B. Mais, Weizen, Gerste, Hafer, Reis, Sorghum und Roggen anwendbar ist. Ebenfalls können die Samen von Pflanzen wie Obstgartengras (orchardgrass), Freesien, Nierenbaumnüssen (cashew nuts) und Sorghum und fortgeschrittene Pflanzen wie Sojabohnen, Beete, Karot ten, Sellerie, Tomaten, Zwiebeln, Lupinen, Sonnenblumen und Baumwolle mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert werden. Die Erfindung soll insbesondere bei Arten wirksam sein, bei denen die Zeitdauer zwischen Reifung und Keimung der Samen unter natürlichen Bedin gungen erheblich ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Die Saatsynchronisation ist bei vier Arten von perennie rendem Lolium (perennierendes Roggengras bzw. Lolch) und mit Poa Annua (jährliches Riedgras, verschiedene Arten) erzielt worden. Im allgemeinen werden die Samen, die unter verschiedenen Bedingungen gelagert worden sind, zyklisch zwischen Flüssigkeits- und wäßrigen Dampfpha senumgebungen behandelt. Die Hydratisierungsphase (ψ = 0 MPa) wird durch Anordnung von Samen in kontinuierli chen Kontakt mit freiem Wasser erreicht.

Es wird bevorzugt, die Samen bei hoher Feuchtigkeit unter Bedingungen zu dehydratisieren, bei denen die Samen nicht befeuchtet werden. Dies kann dadurch er reicht werden, daß die Samen in einer Umgebung angeord net werden, in der die Feuchtigkeit in einem engen Be reich gesteuert wird. Da die relative Feuchtigkeit in der Luft einer gleichfalls Salzlösungen enthaltenden Kammer einem bestimmten Wasserpotential entspricht, kann ein bestimmter Dampfdruckradient oberhalb der Flüssig keit erzielt werden, und zwar vorzugsweise bei einem Wasserpotential von etwa ψ = -5 MPa bis -10 MPa bei Umgebungsbedingungen (25 bis 27,5°C). Beispielsweise kann die relative Feuchtigkeit bei etwa 26,5°C etwa 90-97% betragen. Dieser Gradient ermöglicht eine gesteuerte Trocknungsrate und einen vorhersagbaren Samenfeuchtig keitsgehalt zu jeder Zeit nach Einführung der Saat in die Dampf-(Trocknungs)-Phasen-Umgebung. Es sei ange merkt, daß die Temperatursteuerung verwendet wird, um eine Kondensation aufgrund eines Temperaturabfalls zu vermeiden, anstatt einen Temperaturanstieg zu verhin dern. Der Umgebungsluftdruck wurde verwendet.

Die Samen werden abwechselnd in zwei Umgebungen während bestimmter ausgewählter Zeitintervalle, typischerweise etwa während 8-24 Stunden behandelt. Eine wiederholte zyklische Hydratisierungs-Dehydratisierungs-Behandlung unter geeigneten Bedingungen synchronisiert die Saatkei mung.

Beispiel 1

Fünfzig Samen von perennierendem Roggengras bzw. Lolch "DelRay" (Northrup King) wurden Hydratisierungs-/Dehy dratisierungs-Zyklen bei 26,5°C unterworfen. Nach 16 Stunden Hydratisierung auf wassergesättigtem Löschpa pier werden die Samen in ein abgedichtetes Gefäß gege ben, wo sie auf einem Floß in einer gesättigten wäßri gen Kaliumnitrat-Lösung (relative Feuchtigkeit = 93%, ψ = -10 MPa) während 8 Stunden bei 26,5°C flotiert werden. Eine zweifache Wiederholung dieses Verfahrens erfüllt die kritische Fluktuationszeit (2,0 Zyklen) und 100% der keimfähigen Samen keimen, wenn sie bei 26,5°C über Nacht dem Wasser wieder ausgesetzt werden.

Beispiel 2

Fig. 1 faßt die Ergebnisse der wiederholten Hydratisie rungs-/Dehydratisierungs-Zyklen bei Samen von perennie rendem Lolium (Roggengras bzw. Lolch) zusammen. Die Hydratisierungs-(bzw. Flüssigkeits-)Zyklen wurden wäh rend 16 Stunden bei 26,5°C durchgeführt. Die Dehydrati sierungs-(bzw. Dampf-)Zyklen wurden während 8 Stunden bei ψ = -10 MPa (26,5°C) und bei 97% und 93% relativer Feuchtigkeit durchgeführt. Die Steuersamen wurden konti nuierlich mit Wasser bei 26,5°C hydratisiert und keimten zwischen 40 und 72 Stunden. Die Pfeile in Fig. 1 zeigen die Punkte, bei denen die erste Saat keimte. Sämtliche zyklisch behandelten und mit 93% relativer Feuchtigkeit befeuchteten Samen (Kurve 16.8.93) keimten während des Hydratisierungsschrittes zwischen 48 und 62 Stunden.

Beispiel 3

Wiederholte Hydratisierungs-/Dehydratisierungs-Zyklen wurden bei Samen von Poa Annua (Riedgras) ebenfalls durchgeführt. Die Hydratisierungszyklen (Flüssigkeit) wurden bei 26,5°C durchgeführt. Die Dehydratisie rungs(bzw. Dampf-)Zyklen wurden bei 26,5°C (-10 MPa) und bei 93% relativer Feuchtigkeit durchgeführt. Die Steu ersamen wurden kontinuierlich mit Wasser bei 26,5°C hydratisiert.

Die nachstehende Tabelle I faßt die prozentuale Keimung zusammen, die man für Poa-Annua-Samen erhielt, die er findungsgemäß während zweier Hydratisierungs-/Dehydrati sierungs-(bzw. Flüssigkeits-/Dampf-)Perioden zyklisch behandelt wurden.

Tabelle I

Behandlungszyklen zur Verringerung der Keimung von Poa-Annua-Samen

(Zyklus = Flüssigkeit : -10 MPa)

Die Daten in Tabelle 1 demonstrieren, daß das erfin dungsgemäße Verfahren in effektiver Weise die Keimung vor dem Pflanzen verzögert und bei einer der zyklischen Behandlung folgenden kontinuierlichen Hydratisierung synchronisiert.

Claims

1. Verfahren zur Beschleunigung und Synchronisierung von Saatkeimung, gekennzeichnet durch folgende vor dem Aussäen durchzu führende Schritte:

a) einen anfänglichen Bestand von Samen mit Wasser in Kontakt zu bringen, bis der Feuchtigkeitsgehalt des sich ergebenden Bestandes von hydratisierten Samen höher als der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt des Bestandes ist;
b) die hydratisierten Samen aus dem Kontakt mit dem Wasser zu entfernen und zu dehydratisieren, so daß der Feuchtigkeitsgehalt auf einen Wert reduziert wird, der oberhalb des Feuchtigkeitsgehaltes des anfänglichen Bestandes der Samen liegt; und
c) die Schritte (a)-(b) mindestens einmal zu wieder holen, um einen Bestand von dehydratisierten, nicht gekeimten Samen zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der dehydratisierten Samen, die man nach dem Schritt (c) erhält, ebenfalls höher als der beim vorangegangenen Dehydratisierungsschritt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt jedes Bestandes von im Schritt (c) produzierten hydrati sierten Samen oberhalb des Feuchtigkeitsgehaltes des zuvor hydratisierten Bestandes liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte unter Umgebungstemperaturen durchgeführt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehydratisierung bei einem Wasserpotential von etwa -5 MPa bis -10 MPa durch geführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dehydratisierte Saatbe stand des Schrittes (c) dem Wasser ausgesetzt wird, bis im wesentlichen alle keimfähigen Samen keimen.