-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Apparatur
zum Messen der Wirkung eines externen Faktors auf eine Nutzpflanze,
gemäß der Präambel von
Anspruch 1 oder Anspruch 7. Die mindestens eine Art von Molekül kann z.B.
P700, Plastocyanin oder Cytochrom-f sein.
-
Es
wird hervorgehoben, dass der Begriff „Nutzpflanze" sich auf alle Arten
von Pflanzen bezieht, die eine signifikante Menge von Chlorophyll enthalten.
-
Ein
solches Verfahren ist aus WO 97/39350 bekannt.
-
GB-A-239
311 beschreibt ein Verfahren zum Nachweisen des Vorliegens einer
Substanz, welche die Elektronentransportkette beeinflusst.
-
DE-A-44
27 438 beschreibt ein Verfahren zum Charakterisieren des Photosynthesesystems von
Pflanzen unter Verwendung von Fluoreszenzmessungen.
-
Bisher
konnte die Wirkung eines externen Faktors auf eine Nutzpflanze,
z.B. der Anwendung eines Herbizids, erst dann bestimmt werden, wenn
die Folgen für
die Nutzpflanze sichtbar wurden, z.B. durch eine Verfärbung von
Blättern.
Häufig
findet diese Wirkung erst ein paar Tage nach dem Erscheinen des
externen Faktors statt.
-
Bei
der Verwendung von Herbiziden z.B. ist es wichtig, dass die Herbizide
nur auf den zu behandelnden Nutzpflanzen und/oder auf dem zu behandelnden
Boden landen sollten. Bei den bekannten Behandlungsverfahren, z.B.
beim Sprühen
aus der Luft oder vom Boden aus, ist es als Folge des Sprühens möglich, dass
die Herbizide außerhalb
der Fläche
landen, die behandelt werden soll, dies kann für eine andere Vegetation, die
sich in der Nähe
dieser Fläche
befindet, schädlich
sein.
-
Weiterhin
ist es vom Standpunkt der Umwelt aus wichtig, dass nicht zu viel
Herbizid eingesetzt wird, jedoch ist auch wichtig, dass nicht zu
wenig Herbizid eingesetzt wird, denn eine Folge hiervon wäre, dass
die Behandlung nicht ausreichend wirksam wäre.
-
Ein
weiterer Vorteil bei der Verwendung einer kleineren Menge eines
Herbizids ist eine höhere
Ernteausbeute. Dies ist deshalb der Fall, weil eine Dosis, die (zu)
hoch ist, eine schädliche
Wirkung auf die Nutzpflanze selbst hat.
-
Wenn
man die Menge eines Herbizids verringern will, ohne die Wirksamkeit
der Behandlung abzuschwächen,
muss man in der Lage sein, die Wirksamkeit des Herbizids zu einem
Zeitpunkt kurz nach der Behandlung messen zu können. Die sichtbaren Wirkungen
der Anwendung eines Herbizids (z.B. die Verfärbung von Blättern) treten
erst mehrere Tage nach der Behandlung auf. Wenn die Wirkung eines Herbizids
schneller gemessen werden kann, kann eine (niedrige) Standarddosis
eingesetzt werden, und danach sind nur dann weitere Anwendungen
erforderlich, wenn die Standarddosis nicht ausreichend wirksam war.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren
zum Messen der Wirkung eines externen Faktors, z.B. der Wirksamkeit
eines Herbizids, das an einer Nutzpflanze angewendet wird, innerhalb
von ein paar Tagen nach der Behandlung mit dem Herbizid bereitzustellen,
ohne dass die Nutzpflanze in irgend einer Weise geschädigt wird. Mit
der Erfindung ist es möglich,
die Wirkung des externen Faktors sowohl auf das Unkraut als auch
auf die Nutzpflanze zu bestimmen.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren der Art wie in der Präambel definiert
erfüllt,
welches die charakterisierenden Eigenschaften von Anspruch 1 und
Anspruch 7 aufweist.
-
Photosynthese
ist ein allgemeiner Begriff für ein
großes
Spektrum von Prozessen in einem Organismus, denen verschiedene essentielle
Eigenschaften gemeinsam sind. Eine einfallende Strahlung in einem
Wellenlängenbereich
von 400 bis 700 nm wird in einem weiteren endothermen Metabolismus
absorbiert, der zu einem Anstieg in der freien Energie des Organismus
führt.
Der Absorptionsmechanismus umfasst die Absorption der einfallenden
Strahlung durch ein Pigment, z.B. Chlorophyll, wobei die absorbierte
Energie auf einen Komplex von spezialisierten Pigmenten, die sogenannten
Reaktionszentren, überführt wird.
Die Reaktionszentren sind in der Lage, die zusätzliche freie Energie für verschiedene photochemische
Reaktionen einzusetzen. Abhängig vom
jeweiligen Organismus sind diese photochemischen Reaktionen mit
unterschiedlichen endothermen Prozessen verbunden, z.B. einer ATP-Synthese oder
dem Transport von metabolischen Substraten, Abfallprodukten oder
Elektrolyten durch Zellmembranen.
-
In
photosynthetischen Organismen (umfassend alle eukaryotischen photosynthetischen
Organismen und Cyanobakterien) sind zwei Arten von Reaktionszentren
bekannt, das Reaktionszentrum des Photosystems I (rcI) und das Reaktionszentrum
des Photosystems II (rcII). In den Reaktionszentren stellen Chlorophyll-Dimere
(P700 in PSI und P680 in PSII) die photochemischen Reaktionen bereit.
Diese zwei Arten von Reak tionszentren arbeiten in Serie. Die photochemischen
Prozesse in rcII führen
zur Oxidation von Wasser, liefern O2 und
H+ und bewirken den Transfer von Elektronen
auf die Elektronentransportkette. Die photochemischen Prozesse in
rcI führen
zur Bildung von P700+ und zur Reduktion
von Ferredoxin über
eine Elektronentransportkette, die mit dem P700 in rcI assoziiert
ist. Das durch die photochemischen Prozesse gelieferte P700+ wird durch die Elektronen reduziert, die über die
Elektronentransportkette bereitgestellt werden (allgemeiner Reduktanten),
die aus dem Reaktionszentrum rcII stammen. All dies führt somit
zum Transport von Elektronen aus Wasser auf Ferredoxin und wird
photosynthetischer Elektronentransport genannt.
-
Das
reduzierte Ferredoxin (Fd–) kann keine weiteren
Elektronen aus dem Reaktionszentrum I aufnehmen, und das oxidierte
P700+ kann durch photochemische Prozesse
nicht weiter oxidiert werden. Die Oxidation von Fd– zu
Fd hängt
vom Stoffwechsel des Organismus ab (hauptsächlich von der reduktiven Assimilation
von Kohlensäure,
jedoch auch von anderen reduktiven Prozessen). In der normalen Situation
werden der photosynthetische Elektronentransport und der Stoffwechsel
durch eine Kombination von Vorwärtskopplungs-Aktivierung
des Stoffwechsels und Rückkopplungs-Blockierung
des Elektronentransports koordiniert. In der Situation des Fließgleichgewichts
(„steadystate") sind der Bestand an
Ferredoxin und die Elektronentransportkette, die mit dem P700 im
Reaktionszentrum I assoziiert ist, relativ oxidiert, und das P700
kann mit einer zunehmenden Lichtintensität noch stärker oxidiert werden, da Elektronenakzeptoren
beständig
vorliegen.
-
Nach
einem plötzlichen
Anstieg der Lichtintensität
ist das Gleichgewicht zwischen dem Elektronentransport, der Regulation
davon und dem Stoffwechsel gestört.
Das Ergebnis ist ein vorübergehender
Zustand, in dem die Oxidation von P700 durch die übermäßige Reduktion
von Fd und der Elektronentransportkette des Photosystems I eingeschränkt ist.
Die fortschreitende Rückkehr
zum normalen Betriebs-Gleichgewicht zwischen dem Elektronentransport
und dem Stoffwechsel führt
im Verlauf der Zeit, beginnend mit dem Anstieg in der Lichtexposition,
zu einer zunehmenden Oxidation des Bestands an P700. Eine wichtige
Folge der komplexen Wechselwirkung zwischen dem Stoffwechsel und
dem photosynthetischen Elektronentransport besteht darin, dass der
letztere sehr empfindlich gegenüber
Störungen
in der Umgebung und im physiologischen Zustand des Organismus ist.
Eine solche Störung
wird die Kinetiken der Redoxprozesse in der Regulation der photosynthetischen
Elektronentransportkette im Bereich von P700 beeinträchtigen.
-
Eine
solche Störung
kann die Wirkung der Anwendung eines Herbizids oder die Wirkung
eines anderen externen Faktors sein, z.B. einer Luftverschmutzung
oder einer Verunreinigung des Bodens. Das Ergebnis dieser Störung besteht
darin, dass die Nutz pflanze langsam abstirbt – wobei jedoch die sichtbaren
Effekte, z.B. die Verfärbung
von Blättern, erst
nach einer gewissen Zeit auftreten.
-
Mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung kann die Wirkung des externen Faktors
auf die photosynthetische Elektronentransportkette in einem viel
früheren Stadium
nach deren Auftreten bestimmt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil,
dass es nicht schädlich,
nicht invasiv und schnell durchzuführen ist und dass die Wirkung
des externen Faktors bereits gemessen werden kann, wenn noch keine
sichtbaren Anzeichen vorliegen.
-
Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass ein Verfahren und eine Apparatur
zur Bestimmung eines Qualitäts-Parameters
einer Nutzpflanze bereits aus der niederländischen Patentanmeldung 1002870 im
Namen des Anmelders bekannt sind. Dies wird jedoch erreicht, indem
der Relaxations-Parameter der Redoxreaktion der P-700-Reaktionskerne des
Photosystems PSI einer Nutzpflanze direkt bestimmt wird. Dieser
Relaxations-Parameter wird z.B. durch Messen der Absorption der
P-700-Reaktionskerne
in der Nutzpflanze, z.B. bei einer bestimmten, spezifischen Wellenlänge (820
nm) nach einer sehr kurzen Lichexposition hergeleitet. Hierfür sind genaue
Messmethoden erforderlich, da die Änderungen in der Absorption
sehr klein sind. In diesem Fall dient der Relaxations-Parameter
als eine Anzeige für
die Qualität
der Nutzpflanze.
-
Der
Qualitäts-Parameter,
der mit dem bekannten Verfahren bestimmt werden kann, könnte als eine
Anzeige dafür
dienen, wie stark eine Nutzpflanze durch einen externen Faktor oder
durch ein angewendetes Herbizid beeinträchtigt wird. Die Beziehung
zwischen der gemessenen Qualität
der Nutzpflanze und der Wirkung des externen Faktors ist jedoch
nicht eindeutig. Weiterhin hat das bekannte Verfahren den Nachteil,
dass nur sehr kleine Änderungen
in der Absorption gemessen werden, folglich sind die Messungen gegenüber einem
Rauschen und einer Störung
sehr empfindlich.
-
Die
Ausführungsform
von Anspruch 1 kann mit Vorteil eingesetzt werden, wenn die Wirkung
auf die Nutzpflanze durch Luftverschmutzung oder Verunreinigung
des Bodens oder durch die Anwendung eines Herbizids verursacht wird,
wobei es sich um ein Herbizid, das den Stoffwechsel der Nutzpflanze
stört, z.B.
Glyphosat, oder um ein Herbizid handeln kann, das in die normale
Beziehung zwischen dem photosynthetischen Elektronentransport und
dem Stoffwechsel der Nutzpflanze eingreift, z.B. Paraquat. Dieses
Verfahren kann auch verwendet werden, um die Wirksamkeit von Herbiziden
zu bestimmen, die direkt in die Photosynthese eingreifen. Durch
Steigern der Lichtexposition wird das Gleichgewicht zwischen dem
Elektronentransport und dem Stoffwechsel gestört. Durch Messen der Absorption
mindestens während
der Lichtexposition mit dem zweiten Lichtexpositions-Niveau kann
aus den Änderungen in
der Absorption abgeleitet werden, wie schnell der Bestand an Molekülen oxidiert
wird, bis ein neuer Fließgleichgewichts-Zusand
erreicht wird. Die Änderung
in der Absorption wird vorzugsweise einen Zeitraum zwischen zwei
und zehn Minuten, z.B. vier Minuten, gemessen. Im Fall der meisten
Nutzpflanzen ist dies ausreichend, um einen neuen Fließgleichgewichts-Zustand
zu erreichen, in dem die Menge an oxidierten Molekülen nicht
weiter steigt oder fällt.
Die gemessen Änderungen
in der Absorption stellen sodann ausreichende Informationen über die
Oxidationsrate bereit. Außerdem
kann man ein Basisniveau der Absorption beim ersten Lichtexpositions-Niveau bestimmen,
indem man die Absorption auch zum Teil während der Lichtexposition mit
dem ersten Lichtabsorptions-Niveau misst.
-
Ein
anderer Weg als die absolute Oxidationsrate aus den gemessenen Änderungen
in der Absorption herzuleiten, kann auch darin bestehen, die relative
Oxidationsrate zu bestimmen. Hierfür ist es erforderlich, die
Gesamtmenge von Molekülen
zu bestimmen, die von der mindestens einen Art vorliegen. Dies kann
anhand einer Absorptionsmessung während der Oxidation alter vorliegenden
Moleküle
durch eine sättigende
Lichtexposition erfolgen. Der Redoxkinetik-Parameter ist dann die
Zunahme an oxidierten Molekülen
mit Bezug auf die Gesamtmenge der Moleküle der mindestens einen Art,
und kann als prozentualer Anteil pro Zeiteinheit angegeben werden. Dieser
Redoxkinetik-Parameter macht einen einfacheren Vergleich mit einem
Vergleichswert möglich.
-
Diese
Ausführungsform
kann noch weiter vereinfacht werden, indem die Absorption nicht
kontinuierlich während
der Lichtexposition mit dem zweiten Lichtexpositions-Niveau gemessen wird,
sondern nur zu einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Übergang
vom ersten Lichtexpositions-Niveau zum zweiten Lichtexpositions-Niveau.
Der Redoxkinetik-Parameter ist dann die Menge an oxidierten Molekülen zu diesem
Zeitpunkt, hergeleitet aus der Absorptionsmessung, mit Bezug auf
die Gesamtmenge der Moleküle
der mindestens einen Art, und kann als prozentualer Anteil angegeben
werden.
-
Im
Fall der Anwendung von Herbiziden, die direkt in den Photosynthese-Prozess
der Nutzpflanze eingreifen, z.B. DCMV oder Metribuzin, ist es von Vorteil,
nicht auf die Oxidationskinetiken, sondern vielmehr auf die Reduktionskinetiken
zu achten. Zu diesem Zweck erfolgt der Vorgang des Überführens in
einen oxidierten Zustand, indem die Lichtexposition der Nutzpflanze
während
eines ersten Lichtexpositions-Zeitraums von einem ersten Lichtexpositions-Niveau
zu einem zweiten Lichtexpositions-Niveau gesteigert wird, wie in
Anspruch 7 beschrieben ist. Im Vergleich zu dem vorstehenden Verfahren,
mit dem die Oxidationskinetiken bestimmt werden, kann dieser Lichtexpositions-Zeitraum viel kürzer sein,
wobei er in der Größenordnung
von 1 bis 5 Millisekunden liegen kann.
-
Einige
der Moleküle
der mindestens einen Art werden durch die kurze Lichtexposition
mit dem zweiten Lichtexpositions-Niveau oxidiert. Wenn die Lichtexposition
zum ersten Lichtexpositions-Niveau zurückkehrt, werden die oxidierten
Moleküle
durch die Photosynthese-Prozesse und andere Prozesse in der Nutzpflanze
reduziert. Der Photosynthese-Prozess ist durch eine höhere Reduktionsrate
als die anderen Prozesse gekennzeichnet. Charakteristische Reduktionskinetik-Parameter,
z.B. die Reduktionsrate, können
anschließend
aus den Änderungen
in der während
und nach dem ersten Lichtexpositions-Zeitraum gemessenen Absorption
hergeleitet werden, so dass bestimmt werden kann, ob das angewendete Herbizid
eine Wirkung auf die Blockierung der Elektronentransportkette des
Photosynthese-Prozesses der Nutzpflanze ausübt. In einem ersten Lichtexpositions-Zeitraum
von z.B. 1 bis 5 Millisekunden ist es ausreichend, die Absorption
während
30 bis 100 Millisekunden, z.B. 60 Millisekunden, zu messen, um ausreichende
Informationen zu erhalten.
-
Herbizide
haben die Wirkung, dass die Photosynthese in einem Teil des Blattes
blockiert wird, wo die Absorption gemessen wird. Ein Ergebnis hiervon
ist, dass nicht alle oxidierten Moleküle gleich schnell reduziert
werden. Dies wird aus den Änderungen
in der Absorption insofern ersichtlich, als die gemessene Absorption
nicht rasch zu dem Niveau vor der Lichtexposition mit dem zweiten
Lichtexpositions-Niveau zurückkehrt.
In einem vollständig
betroffenen Blatt werden die oxidierten Moleküle nur sehr langsam reduziert,
und nach dem Anstieg in der Absorption als Folge eines Lichtblitzes
während
des Messzeitraums ändert
sich die Absorption während des
Lichtblitzes kaum. In diesem Fall kann der Redoxkinetik-Parameter
der Grad der Reduktion von oxidierten Molekülen sein. Dieser Parameter
kann auch als der prozentuale Anteil von Molekülen, die am Ende des Messzeitraums
noch oxidiert sind, mit Bezug auf die anfangs oxidierten Moleküle angegeben
werden.
-
Die
Vergleiche des mindestens einen Redoxkinetik-Parameters zum Bestimmen
der Wirksamkeit des angewendeten Herbizids können auf verschiedene Arten
erfolgen. Der mindestens eine Vergleichswert kann ein theoretischer
oder ein empirisch bestimmter erwarteter Wert sein. Dies kann erst
dann erfolgen, wenn ein ausreichendes Wissen über das theoretische Verhalten
einer Nutzpflanze verfügbar ist
oder wenn ausreichende Messungen bei einer bestimmten Nutzpflanze
durchgeführt
wurden, um ein empirisches Erwartungsmodell zu erstellen. Der mit diesem
Verfahren erhaltene Redoxkinetik-Parameter ist stärker bevorzugt
als ein Wert, der in der gleichen Nutzpflanze gemessen wird, bevor
der externe Faktor, z.B. die Anwendung eines Herbizids, erscheint. Durch
diese Art von Vergleich können
alle Arten von Schwankungen in der Messung ausgeschlossen werden,
die ein Ergebnis von äußeren Einflüssen sind.
Stärker
bevorzugt wird eine Messung durch das vorliegende Verfahren mehrmals
durchgeführt,
wodurch es möglich
wird, die fortschreitende Wirkung des externen Faktors oder der
Anwendung eines Herbizids zu verfolgen. Die Messung kann z.B. alle 24
Stunden erfolgen, oder sie kann nach jedem Übergang von der Dunkelheit
zum Licht erfolgen, wenn die Nutzpflanze in anderen Licht-Dunkel-Zyklen
gezüchtet
wird.
-
Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Messapparatur
nach Anspruch 15. Die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sollen
mit dieser Apparatur durchgeführt
werden.
-
Das
vorliegende Verfahren und das vorliegende Messsystem können eingesetzt
werden, um die Schädigung,
die das Herbizid an den Blättern
eines Unkrauts verursacht hat, kurz nach Anwendung des Herbizids
anzuzeigen. Unter Verwendung des Messsystems kann mehr Sicherheit über die
Anwendung eines Herbizids erhalten werden, und es kann als ein Werkzeug
eingesetzt werden, um die Anwendung davon zu reduzieren. Die Vorteile
bei der Verwendung des vorstehend erwähnten Verfahrens und der vorstehend
erwähnten
Messvorrichtung bestehen darin, dass von den Herbiziden weniger
eingesetzt wird und dass außerdem
eine höhere
Ernteausbeute erhalten wird, da die Reduktion der Herbiziddosis
auch zu weniger negativen Effekten auf die Ernte führt.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nun mit Hilfe von bevorzugten Ausführungsformen
des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung und einer Apparatur erklärt, die zum Durchführen des
Verfahrens geeignet ist, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen
wird, in denen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Messapparatur zum
Messen der Wirksamkeit eines Herbizids auf eine Nutzpflanze zeigt;
-
2 eine
graphische Darstellung von Änderungen
in der Absorption über
der Zeit, gemessen gemäß der vorliegenden
Erfindung, für
eine mit Glyphosat behandelte Tomatenpflanze ist;
-
3 die
Ergebnisse der Bestimmung der relativen Oxidationsrate von P700-Molekülen nach Behandlung
einer Tomatenpflanze mit Glyphosat zeigt;
-
die 4a bis 4c jeweils Änderungen
in der Absorption zeigen, gemessen an Blättern von Chenopodium album,
wobei unterschiedliche Effekte der Anwendung des photosynthetischen
Herbizids Metribuzin zu sehen sind; und
-
die 5a bis 5c die
prozentuale Schädigung
von Blättern
von Chenopodium album nach der Behandlung mit verschiedenen Konzentrationen von
Metribuzin zeigen;
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform
einer Messapparatur 1 zum Messen der Wirkung eines externen Faktors
auf eine Nutzpflanze. Ein Blatt 2 der Nutzpflanze ist schematisch
dargestellt. Die Nutzpflanze kann einem Umgebungslicht ausgesetzt
werden, das vom Tageslicht oder von einem künstlichen Licht mit einem bestimmten
Wellenlängenbereich
(z.B. 400 bis 700 nm) stammt. In 1 ist die
Vorrichtung zur Lichtexposition der Nutzpflanze, die durch die Bearbeitungsvorrichtung 7 gesteuert
wird, mit der Referenzzahl 3 angegeben. Die Messapparatur 1 umfasst weiterhin
eine Vorrichtung für
die Absorptionsmessung 4, an die eine Lichtquelle 5 mit
einer bestimmten Wellenlänge
und ein Lichtdetektor 6 angeschlossen sind. Der Lichtdetektor 6 ist
vorzugsweise im Wesentlichen empfindlich gegenüber dem Licht, das durch die
Lichtquelle 5 mit einer bestimmten Wellenlänge ausgestrahlt
wird. Die Lichtquelle 5 und der Lichtdetektor 6 sind
auf ein Blatt oder auf mehrere Blätter 2 einer Nutzpflanze
in einer Weise gerichtet, dass die relativen Änderungen in der Absorption
des Lichts durch bestimmte Moleküle
im Blatt 2 mit der Vorrichtung zur Absorptionsmessung gemessen
werden können.
Die Wellenlänge
des Lichts für
die Messung wird durch die Absorptionseigenschaften der Art von
Molekülen
bestimmt, für
welche die Änderungen
im Redox-Zustand gemessen werden sollen. In dem Fall, dass die Absorption
durch oxidierte P700-Moleküle
(P700+) gemessen wird, beträgt die Wellenlänge vorzugsweise
820 nm. Das Verfahren und die Messapparatur 1 können jedoch
auch zum Messen der Absorption durch andere Moleküle eingesetzt
werden, die in den Redox-Reaktionen und im Elektronentransportsystem
von Photosynthese-Prozessen der Nutzpflanze eine Rolle spielen.
Die Vorrichtung zur Absorptionsmessung 4 ist mit der Bearbeitungsvorrichtung 7 verbunden.
-
Die
Bearbeitungsvorrichtung 7 ist so gestaltet, dass sie die
Vorrichtung für
die Lichtexposition 3 und die Vorrichtung für die Absorptionsmessung 4 steuert
und die Ergebnisse, die sie aus der Vorrichtung zur Absorptionsmessung 4 erhält, speichert, verarbeitet
und darstellt. Die Messapparatur 1 ist zum Durchführen des
Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung geeignet, wobei die Bearbeitungsvorrichtung 7 so
angeordnet ist, dass sie spezifische Schritte des vorliegenden Verfahrens
durchführen kann.
-
Nutzpflanzen,
z.B. Pflanzen, Blumen, jedoch auch Gemüse und Früchte, nutzen Photosynthese-Prozesse,
um aus ihrer Umgebung die Energie aufzunehmen, die sie für ihr weiteres
Bestehen brauchen. Es wird darauf hingewiesen, dass sich der Begriff „Nutzpflanze" im Folgenden sowohl
auf die Nutzpflanzen auf dem Feld als auch die davon geernteten Produkte
und außerdem
auf Unkräuter
bezieht. Im Allgemeinen bezieht sich der Begriff „Nutzpflanze" auf alle Arten von
Pflanzen, die eine signifikante Menge Chlorophyll enthalten. Während des
vorstehend erwähnten
Photosynthese-Prozesses wird Kohlendioxid mit Hilfe von Sonnenlicht
in Kohlenwasserstoff-Verbindungen umgewandelt, wobei außerdem Sauerstoff
freigesetzt wird. Jede Nutzpflanze ist für diesen Zweck mit einem eigenen
Photosynthese-System ausgestattet, das in den grünen Teilen der Nutzpflanze
liegt, z.B. in den Blättern,
im Stamm oder in den Früchten.
Ein solches Photosynthese-System besitzt u.a. ein System zum Einfangen
von Licht, das zwei wichtige Pigment-Protein-Komplexe umfasst, nämlich die
Photosysteme I und II (PSI bzw. PSII), die mit Photon-Transfer-Komponenten
ausgestattet sind. Mit Hilfe ihres Sy stems zum Einfangen von Licht absorbiert
eine Nutzpflanze das Sonnenlicht. Dieses Sonnenlicht ist u.a. für eine Kette
von aufeinander folgenden Oxidations/Reduktions-Reaktionen der Komponenten des Photosynthese-Systems
verantwortlich, in denen die eingefangene Sonnenenergie durch die
Photon-Transfer-Komponenten hauptsächlich zum PSI und zum PSII
transportiert wird. Die transportierte Sonnenenergie wird sodann
für eine photochemische
Reaktion in der Nutzpflanze genutzt, in der Elektronen transportiert
werden und außerdem
Sauerstoff freigesetzt wird.
-
Auf
der Donorseite des PSI liegt ein Triplett von Molekülen, die
in Serie verbunden sind, nämlich P-700,
Plastocyanin und Cytochrom-f. Wenn Licht durch das PSI-System absorbiert
wird, wird P-700 zu P-700+ oxidiert. Der
Zustand des P700-Moleküls kann
durch Messungen der Absorption bei einer spezifischen Wellenlänge (vorzugsweise
820 nm) bestimmt werden.
-
Die
direkte Wirkung der Anwendung eines Herbizids, das in den Stoffwechsel
der Nutzpflanze eingreift, z.B. Glyphosat, besteht in einer Blockierung der
Synthese bestimmter Aminosäuren.
Dadurch wird die Proteinsynthese blockiert und auf diese Weise eine
ganze Reihe von Prozessen in der Pflanze beeinträchtigt. Einer der wichtigsten
Prozesse in Pflanzen ist der Photosynthese-Prozess: aus Kohlendioxid
und Wasser werden unter Verwendung von Lichtenergie Assimilationsprodukte
produziert. Da dieser Prozess in den Stoffwechsel der Pflanze integriert
ist und dadurch reguliert wird, und da er außerdem eng mit der Menge von
Aminosäuren
und Proteinen zusammenhängt,
beeinträchtigt
die Anwendung von Glyphosat die Photosynthese.
-
Es
gibt auch noch andere Herbizide, welche an einer anderen Stelle
in den Photosynthese-Prozessen Effekte auf die Nutzpflanze ausüben. Ein
Herbizid, z.B. Paraquat, greift in die Beziehung zwischen dem Elektronentransport
und dem Stoffwechsel der Nutzpflanze ein, und Herbizide, z.B. DCMU
und Metribuzin, beeinflussen den Photosynthese-Prozess direkt.
-
Nach
einem plötzlichen
Anstieg der Lichtintensität
ist das Gleichgewicht in einer Nutzpflanze zwischen dem Elektronentransport,
der Regulation davon und dem Stoffwechsel gestört. Das Ergebnis ist ein vorübergehender
Zustand, in dem der Oxidationsgrad von P700 durch die übermäßige Reduktion von
Fd und der Elektronentransportkette des Photosystems I eingeschränkt wird.
Die fortschreitende Rückkehr
zum normalen Betriebs-Gleichgewicht zwischen dem Elektronentransport
und dem Stoffwechsel führt
im Verlauf der Zeit, beginnend mit dem Anstieg in der Lichtexposition,
zu einer zunehmenden Oxidation des Bestands an P700. Eine wichtige
Folge der komplexen Wechselwirkung zwischen dem Stoffwechsel und
dem photosynthetischen Elektronentransport besteht darin, dass der
letztere sehr empfindlich gegenüber
Störungen
in der Umgebung und im physiologischen Zustand des Organismus ist. Eine
solche Störung wird
die Kinetiken der Redoxprozesse in der Regulation der photosynthetischen Elek
tronentransportkette im Bereich von P700 beeinträchtigen.
-
Eine
solche Störung
kann die Wirkung der Anwendung eines Herbizids sein. Das Ergebnis
dieser Störung
besteht darin, dass die Nutzpflanze langsam abstirbt – wodurch
nach einiger Zeit sichtbare Effekte entstehen, z.B. die Verfärbung von
Blättern.
-
Ein
Beispiel eines Herbizids, das auf einer großen Fläche zum Zerstören von
Unkräutern
angewendet wird, ist das vorstehend erwähnte Glyphosat. Dieses Herbizid
ist nicht selektiv, d.h. alle Pflanzen, einschließlich Gräser, breitblättrige Pflanzen
und holzige Pflanzen, werden durch diese Substanz zerstört. Glyphosat
wirkt, indem es einen biochemischen Stoffwechselweg, den Shikimisäure-Stoffwechselweg,
blockiert. Das Enzym EPSPS (Enolpyroylshikimatphosphat-Synthase)
wird blockiert, wodurch wiederum die Bildung von aromatischen Aminosäuren blockiert
wird. Glyphosat wird insbesondere durch die Blätter aufgenommen und durch
die ganze Pflanze transportiert, folglich werden alle Teile zerstört. In niedrigen
Dosierungen wirkt es als Wachstumsregulator. Die Folge der Anwendung
von Glyphosat als Herbizid ist, dass die Teile über dem Boden schließlich braun
werden und die Wurzeln verderben.
-
Glyphosat-resistente
Nutzpflanzen werden entwickelt, damit sie widerstandsfähig gegen
eine Exposition gegenüber
Glyphosat sind. Hierdurch wird es möglich, das Herbizid anzuwenden,
nachdem die Nutzpflanze aufgelaufen ist, so dass die Unkräuter, nicht
jedoch die Glyphosat-resistenten Nutzpflanzen abgetötet werden.
Ein Beispiel einer Glyphosat-resistenten Nutzpflanze ist die „Roundup
Ready"-Sojabohne.
Roundup ist ein Beispiel eines Glyphosat-Präparats, das von Monsanto vermarktet
wird. Andere Handelsnamen, die für
Glyphosat-Herbizide verwendet werden, sind Rodeo, Accord und Vision. Die
Roundup Ready-Sojabohnen sind genetisch manipulierte Sojabohnen,
bei denen ein einzelnes Protein, ein Roundup-resistentes Enzym (CP4-EPSPS), zugefügt wurde.
Eine solche Nutzpflanze produziert zwei unterschiedliche EPSPSs,
das eigene EPSPS der Nutzpflanze, das durch Roundup blockiert wird, und
ein bakterielles CP4-EPSPS, das durch Roundup nicht blockiert wird.
Aufgrund des Vorliegens des Enzyms CP4-EPSPS kann die Nutzpflanze
in dem EPSPS-Stoffwechselweg weiterhin Aminosäuren herstellen, auch wenn
das Herbizid Roundup vorliegt. Da das Enzym CP4-EPSPS überall in
der Nutzpflanze vorliegt, wird diese durch das Herbizid in keiner
Weise beeinträchtigt.
-
Glyphosat-Herbizide
werden eingesetzt, um das Wachstum einer großen Vielfalt von einjährigen, zweijährigen und
Dauer-Gräsern,
breitblättrigen
Unkräutern
und holzigen Büschen
zu regulieren. Es wird eingesetzt: in Obstgärten, Weinbergen, Plantagen und
bei zahlreichen fruchttragenden Nutzpflanzen (Kaffee, Tee, Bananen);
für die
Entwicklung einer Nutzpflanze, wenn Unkräuter austreiben (Sojabohnen,
Getreide, Gemüsepflanzen
und Baumwolle); auf nicht bewirtschaftetem Land (an Rändern);
in der Forstwirtschaft; in der Gärtnerei
und im Gartenbau. Außerdem
wird Glyphosat für
die Wachstumsregulation bei Erdnüssen
und Zuckerrohr verwendet, um das Wachstum zu regulieren und das
Reifen der Frucht zu beschleunigen.
-
Obwohl
Glyphosat selbst für
Mensch und Tiere nicht sehr giftig ist, enthalten Produkte, die
Glyphosat enthalten, häufig
andere Substanzen, die möglicherweise
giftig sind, z.B. das grenzflächenaktive
Mittel Polyoxyethylenamin (POEA). Ungebundenes Glyphosat wird durch
Bakterien gespalten, weshalb Rückstände nicht
sehr schädlich
wären.
Kürzlich wurde
jedoch gezeigt, dass Glyphosat aus bestimmten Bodenarten einfach
ausgewaschen werden kann und dass es deshalb in Oberflächenwasser
gelangen kann. Außerdem
kann die Anwendung von Glyphosat, auch wenn dies nicht beabsichtigst
ist, die Wildflora und die Bäume
in der Nähe
der Fläche,
auf der es angewendet wurde, schädigen.
Wenn man eine Fläche
mit Glyphosat aus der Luft besprüht,
kann das Glyphosat noch zwischen 400 bis 800 m entfernt davon niedergehen.
Auch das Sprühen
vom Boden aus kann empfindliche Pflanzen innerhalb von 100 m Abstand
zu der behandelten Fläche
schädigen.
Man nimmt an, dass Glyphosat auch Baumreihen schädigen kann, die an den Feldrändern stehen,
dadurch kommt es zum Absterben der Bäume oder dazu, dass ihre Winterhärte reduziert
und ihre Resistenz gegenüber
Pilzen geschwächt
wird. Deshalb besteht hinsichtlich der Gesundheit und der Umwelt
ein Bedarf, die Verwendung des Herbizids einzuschränken.
-
Die
Wirksamkeit der Anwendung von Herbiziden ist stark abhängig von
nicht vorhersagbaren Faktoren, z.B. Wetterfaktoren, weshalb häufig so hohe
Dosen angewendet werden, um sicherzustellen, dass sie wirksam sind.
Durch kaltes oder wolkiges Wetter kann die Aktivität oder die
Aufnahme von Glyphosat herabgesetzt werden, ein starker Regen unmittelbar
nach der Anwendung kann die Chemikalie von den Blättern abwaschen
und eine erneute Anwendung erforderlich machen.
-
Es
ist möglich,
die Wirkung von Glyphosat oder eines Herbizids im Allgemeinen auf
eine Nutzpflanze mit Hilfe einer Absorptionsmessung nach einem Anstieg
der Umgebungslichtexposition mit der Messapparatur 1 zu
messen, die vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben
wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es nicht schädlich, nicht
invasiv und rasch durchzuführen
ist und dass die Wirksamkeit des angewendeten Herbizids bereits
gemessen werden kann, wenn noch keine sichtbaren Anzeichen vorliegen.
-
Die
Messapparatur 1 misst den Oxidationszustand des Moleküls P700
oder den Oxidationszustand von anderen Komponenten des photosynthetischen
Elektronentransportsystems, die damit im Gleichgewicht stehen (z.B.
Plastocyanin oder Cytochrom-f). Mit der Messapparatur wird der Oxidationszustand
anhand einer Vorrichtung für
spektrophotometrische Verfahren (Absorptionsmessung) bestimmt, wobei
jedoch der Oxidationszustand auch durch Elektronen-Spin-Resonanz
gemessen werden kann.
-
Der
am besten geeignete Wellenlängenbereich
für die
direkte Messung des Oxidationszustands von P700-Molekülen mit
der Vorrichtung zur Absorptionsmessung 4 liegt zwischen
800 und 900 nm und beträgt
vorzugsweise 820 nm. Jedoch können
für diesen
Zweck auch andere Wellenlängen
eingesetzt werden. P700-Moleküle
und Plastocyanin zeigen nach der Oxidation einen Anstieg in der
Absorption im Bereich dieser Wellenlänge.
-
Die
Vorrichtung für
die Lichtexposition 3 ergibt eine schrittweise Steigerung
der Umgebungslichtexposition der Nutzpflanze. Die erforderliche Änderung
in der Intensität
hängt vom
Typ der Nutzpflanze und ihrer Vorgeschichte ab und muss ausreichend sein,
um das Gleichgewicht zwischen dem Elektronentransport und dem Bedarf
des Stoffwechsels deutlich zu stören.
Das Verfahren wird vorzugsweise bei Nutzpflanzen angewendet, die
eine bestimmte Zeit in fast völliger
Dunkelheit gehalten wurden (z.B. fünf Minuten), oder die in einer
Umgebung mit einer geringen Lichtintensität gehalten wurden.
-
Die
Vorrichtungen zur Absorptionsmessung 4, 5, 6 werden
angeschaltet, bevor die Intensität
des Umgebungslichts erhöht
wird, so dass ein eindeutiges Null-Niveau der Messung bestimmt werden kann.
Für diesen
Zweck reicht normalerweise ein Zeitraum von zehn Sekunden aus.
-
Nachdem
die Intensität
des Umgebungslichts erhöht
wurde, wird die Absorption mit der Vorrichtung zur Absorptionsmessung 4 gemessen,
und die Ergebnisse werden zur Bearbeitungsvorrichtung 7 geschickt,
wo sie gespeichert, bearbeitet und dargestellt werden.
-
Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird ein bestimmter Redoxkinetik-Parameter mit
einem Vergleichswert verglichen. Die Bearbeitungsvorrichtung 7 der
Messapparatur 1 ist vorzugsweise so eingestellt, dass sie
diesen Vergleich durchführen
kann. Der Vergleich des mindestens einen Redoxkinetik-Parameters
zum Bestimmen der Wirksamkeit des angewendeten Herbizids kann auf
verschiedene Arten erfolgen. Der mindestens eine Vergleichswert
kann ein theoretischer oder ein empirisch bestimmter erwarteter
Wert sein. Dies kann erst erfolgen, wenn ein ausreichendes Wissen über das
theoretische Verhalten einer Nutzpflanze verfügbar ist oder wenn ausreichend
Messungen an einer bestimmten Nutzpflanze durchgeführt wurden,
um ein empirisches Erwartungsmodell zu erstellen. Der Redoxkinetik-Prameter,
der mit dem Verfahren und der Messapparatur 1 erhalten
wird, kann auch mit einem Wert verglichen werden, der in der gleichen
Nutzpflanze vor Anwendung des Herbizids gemessen wurde. Durch diese
Art von Vergleich werden alle Typen von Schwankungen in der Messung
ausgeschlossen, die das Ergebnis von äußeren Einflüssen sind. Außerdem kann
eine Messung durch Vorrichtungen des vorliegenden Verfahrens und
durch die Messapparatur 1 mehrmals durchgeführt werden,
ein Ergebnis hiervon ist, dass die fortschreiten de Wirkung der Anwendung
eines Herbizids verfolgt werden kann. Die Messung kann z.B. alle
24 Stunden erfolgen, oder sie kann nach jedem Übergang von der Dunkelheit
zum Licht erfolgen, wenn die Nutzpflanze in anderen Licht-Dunkel-Zyklen
gezüchtet
wird.
-
2 zeigt
eine graphische Darstellung von Änderungen
in der Absorption über
der Zeit, gemessen gemäß der vorliegenden
Erfindung, für
eine mit Glyphosat behandelte Tomatenpflanze. Die Zeit ist auf der
horizontalen Achse aufgetragen, und die Absorption des Lichts mit
einer Wellenlänge
von 820 nm, die in einer direkten Beziehung zur Menge der oxidierten
P700-Moleküle
steht, die im Messbereich vorliegen, ist auf der vertikalen Achse
dargestellt. Die Änderungen
in der Absorption wurden unmittelbar nach der Änderung im Umgebungslicht von
einem niedrigen Niveau zu einem hohen Niveau gemessen, wobei das
hohe Niveau eine Intensität
von 300 μMol m–2s–1 aufwies.
Kurve I stellt die Änderungen
in der Absorption am Tag vor der Behandlung mit Glyphosat dar. Kurve
II gibt die Änderungen
in der Absorption am ersten Tag nach der Behandlung der Tomatenpflanze
mit Glyphosat wider. Kurve III stellt die Änderungen in der Absorption
dar, die in der gleichen Tomatenpflanze zu Beginn des zweiten Tages
gemessen wurden, und Kurve IV gibt die Änderungen in der Absorption
zu Beginn des dritten Tages wider.
-
Die
Bearbeitungsvorrichtung 7 ist so ausgestattet, dass die
drei Kurven verglichen werden können.
Hieraus ist z.B. ersichtlich, dass die Steigung der Kurven am zweiten
und am dritten Tag nach der Behandlung mit Glyphosat weniger steil
ist. Der Anstieg in der Absorption von Umgebungslicht durch die P-700-Reaktionskerne
für die
Photosynthese-Prozesse in Tomatenpflanzen findet somit am zweiten und
am dritten Tag weniger schnell statt – dies zeigt eine niedrigere
Oxidationsrate an. Außerdem
ist bei dieser Intensität
von Umgebungslicht ersichtlich, dass der asymptotisch erhaltene
Wert der Absorption am zweiten und dritten Tag deutlich niedriger
ist als am ersten Tag.
-
Die
Bearbeitungsvorrichtung 7 ist weiterhin so angeordnet,
dass die Oxidationsrate von P700-Molekülen aus den Änderungen
in der Absorption bestimmt werden kann. In einer weiteren Ausführungsform
ist die Bearbeitungsvorrichtung 7 auch so angeordnet, dass
die relative Rate der Zunahme von oxidierten P700-Molekülen (P700+) bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck
wird der gesamte Bestand an P700-Molekülen im Messbereich
der Nutzpflanze bestimmt, danach kann die relative Oxidationsrate als
die Zunahme von P700+ mit Bezug auf den
gesamten Bestand von P700 ausgedrückt werden. Anschließend kann
das Verfahren noch weiter vereinfacht werden, indem die Menge von
P700+ zu einem bestimmten Zeitpunkt nach
dem Anstieg des Lichtexpositions-Niveaus gemessen wird, anstatt
dass die Änderungen über der
Zeit gemessen werden.
-
Die
gesamte Menge von P700 kann bestimmt werden, indem alle P700-Moleküle im Messbereich
mit einer sättigenden
Lichtexposition oxidiert werden. Dies kann z.B. erfolgen, indem
die Nutzpflanze mit Hilfe der Vorrichtung zur Lichtexposition 3 einem
roten Licht (720 nm) in Kombination mit einem Lichtblitz hoher Intensität ausgesetzt
wird. Anschließend kann die gesamte Menge von P700 bestimmt werden,
indem die Änderung
in der Absorption, die nach dem Übergang
von der Dunkelheit zum Licht auftritt, und die Änderung in der Absorption,
die auf den Lichtblitz folgt, addiert werden. Die Bearbeitungsvorrichtung 7 wurde
in einer Ausführungsform so
eingestellt, dass die Vorrichtung zur Lichtexposition 3 und
die Vorrichtung zur Absorptionsmessung 4 koordiniert werden
und die Messergebnisse verarbeitet werden.
-
3 zeigt
die Ergebnisse beim Bestimmen der relativen Oxidationsrate von P700-Molekülen nach
der Behandlung einer Tomatenpflanze mit Glyphosat. Die graphische
Darstellung zeigt eindeutig, dass die relative Oxidationsrate nach
Anwendung von Glyphosat stark herabgesetzt ist. In der unbehandelten
Nutzpflanze (Tag 0) betrug die relative Oxidationsrate 2,5%/s, und
nach zwei Tagen war diese auf 1%/s abgefallen.
-
Somit
kann mit Hilfe dieses Verfahrens die Oxidationsrate von P700-Molekülen aus
den Änderungen
in der Absorption abgeleitet werden, und die Wirksamkeit der Behandlung
der Tomatenpflanze mit Glyphosat kann aus dem Vergleich der Änderungen in
der Absorption, die zu verschiedenen Zeitpunkten nach der Anwendung
des Herbizids gemessen wird, bestimmt werden.
-
Dieses
Verfahren, in dem die Oxidationsrate von P700 als der charakteristische
Redoxkinetik-Parameter bestimmt wird, kann auch nach der Anwendung
von anderen Herbiziden, die wie Glyphosat in den Stoffwechsel der
Nutzpflanze eingreifen, und Herbiziden, welche die normale Beziehung
zwischen dem photosynthetischen Elektronentransport und dem Stoffwechsel
der Nutzpflanze stören,
z.B. Paraquat, eingesetzt werden. Das Verfahren kann auch verwendet
werden, um die Wirksamkeit von Photosynthese-Herbiziden zu bestimmen.
-
Ein
weiterer Redoxkinetik-Parameter, der mit der vorliegenden Erfindung
bestimmt werden kann, um die Wirksamkeit der Anwendung eines Herbizids zu
ermitteln, steht mit der Reduktion von Molekülen in Zusammenhang, die auf
der Donorseite des Elektronentransportsystems der Nutzpflanze liegen,
z.B. P700, Plastocyanin und Cytochrom-f. Dieses Verfahren wird vorzugsweise
bei photosynthetischen Herbiziden, z.B. DCMU oder Metribuzin, eingesetzt.
-
Zum
Bestimmen der Reduktionskinetiken dieser Moleküle wird das Umgebungslicht
mit Hilfe der Vorrichtung für
die Lichtexposition 3 erhöht, und zwar nicht in Schritten,
sondern in Pulsen während eines
ersten Lichtexpositions-Zeitraums. Photosynthetische Herbizide haben
eine direkte Wirkung auf den Photosynthese-Prozess einer Nutzpflanze. Wenn
die Lichtexposition zum ersten Lichtexpositions-Niveau zurückkehrt, werden
die oxidierten Moleküle
durch die Photosynthese-Prozesse und andere Prozesse in der Nutzpflanze
reduziert. Der Photosynthese-Prozess ist durch eine höhere Reduktionsrate als
die anderen Prozesse gekennzeichnet. Anschließend können charakteristische Reduktionskinetik-Parameter,
z.B. die Reduktionsrate, aus den Änderungen in der Absorption,
die mindestens während und
nach dem ersten Lichtexpositions-Zeitraum
gemessen wird, abgeleitet werden, so dass abgeleitet werden kann,
ob das angewendete Herbizid eine Wirkung auf die Blockierung der
Elektronentransportkette des Photosynthese-Prozesses der Nutzpflanze hat.
-
Die
Herbizide haben die Wirkung, dass die Photosynthese in einem Teil
des Blatts blockiert wird, wo die Absorption gemessen wird. Ein
Ergebnis hiervon ist, dass nicht alle oxidierten Moleküle gleich schnell
reduziert werden. Dies wird aus den Änderungen in der Absorption
insofern ersichtlich, als die gemessene Absorption nicht schnell
zu dem Niveau vor der Lichtexposition mit dem zweiten Lichtexpositions-Niveau
zurückkehrt.
In einem vollständig
betroffenen Blatt werden die oxidierten Moleküle nur langsam reduziert, und
die Absorption ändert
sich während
des Messzeitraums kaum. In diesem Fall kann der Redoxkinetik-Parameter
der Grad der Reduktion von oxidierten Molekülen sein. Dieser Parameter kann
auch als der prozentuale Anteil von Molekülen, die am Ende des Messzeitraums
noch oxidiert sind, mit Bezug auf die anfangs oxidierten Moleküle ausgedrückt werden.
-
Für die meisten
Nutzpflanzen ist eine Lichtexposition mit einem zweiten Lichtexpositions-Niveau
für 1 bis
5 Millisekunden ausreichend, um einige der Moleküle zu oxidieren. Die Vorrichtung
zur Absorptionsmessung 4 steuert die Lichtquelle 5,
so dass sie die Absorption während
der Lichtexposition und nach der Lichtexposition mit Hilfe des Lichtdetektors 6 während eines
Messzeitraums zwischen 30 und 100 Millisekunden, z.B. von 60 Sekunden,
messen kann. Die Messungen werden außerdem vor der Lichtexposition
mit dem zweiten Lichtexpositions-Niveau eine bestimmte Zeit durchgeführt, so
dass man ein eindeutiges Basisniveau der Absorptionsmessung bestimmen
kann. Genau wie im Fall des vorher beschriebenen Verfahrens wird
bevorzugt eine Wellenlänge
von 820 nm für
die Messung der Absorption durch oxidierte P700-Moleküle eingesetzt.
-
Während des
Lichtexpositions-Pulses wird z.B. die Änderung in der Absorption durch
oxidierte P700-Moleküle
gemessen, und nach dem Lichtexpositions-Puls kann die Reduktionsrate
oder der Grad der Reduktion bestimmt werden.
-
Die 4a bis 4c zeigen
jeweils eine Änderung
in der Absorption mit unterschiedlichen Effekten der Anwendung des
photosynthetischen Herbizids Metribuzin. 4a zeigt
die Situation, in der keine Herbizid-Wirkung sichtbar ist. Alle
oxidierten P700-Moleküle
werden nach dem kurzen Lichtexpositions-Puls rasch wieder reduziert.
Nach etwa 60 Millisekunden ist das Absorptionsniveau wieder das gleiche
wie vor dem Lichtexpositions-Puls. Somit zeigt das Blatt keine Schädigung. 4b zeigt
die graphische Darstellung einer Messung an einem Blatt, das durch
ein aufgetragenes Herbizid im Ganzen beeinträchtigt wurde. Das Absorptionsniveau nach
dem ersten Lichtexpositions-Puls bleibt im Wesentlichen das gleiche,
dies zeigt eine Schädigung von
100% an. Ein dazwischen liegender Fall ist in 4c dargestellt.
Ein Teil des Blatts wird offensichtlich durch das Herbizid beeinträchtigt,
und in diesem Teil erfolgt im Wesentlichen keine Reduktion der oxidierten
P700-Moleküle.
Im nicht betroffenen Teil findet eine Reduktion statt. In der neuen
Fließgleichgewicht-Situation
wurden 45% der oxidierten P700-Moleküle nicht reduziert.
-
Die 5a bis 5c zeigen
die prozentualen Schädigung
an Blättern
von Chenopodium album nach der Behandlung mit verschiedenen Konzentrationen
von Metribuzin. Für
jede Behandlung mit einer jeweils anderen Konzentration wurden zwei
Blätter von
vier einzelnen Pflanzen gemessen. Die verschiedenen Konzentrationen
sind auf der horizontalen Achse angegeben. Die folgenden Konzentrationen wurden
verwendet: 1 = 0 kg/ha; 2 = 0,008 kg/ha; 3 = 0,016 kg/ha; 4 = 0,03
kg/ha; 5 = 0,06 kg/ha; 6: 0,125 kg/ha; 7 = 0,25 kg/ha; 8 = 0,5 kg/ha;
9 = 1 kg/ha. 5a zeigt die prozentuale Schädigung einen
Tag nach Anwendung des Herbizids, 5b zwei
Tage danach und 5c drei Tage danach. Aus den
graphischen Darstellungen ist ersichtlich, dass es eine deutliche
Beziehung zwischen der Konzentration der Behandlung mit dem Herbizid
und der gemessenen prozentualen Schädigung gibt. Es ist ersichtlich,
dass bereits nach einem Tag abgeschätzt werden kann, ob die Behandlung
ausreichend wirksam ist. Ein Ergebnis hiervon ist, dass es möglich wird,
eine bestimmte Fläche
mit so niedrigen Konzentrationen wie möglich zu behandeln und bereits
nach einem Tag zu bestimmen, ob eine weitere Behandlung erforderlich
ist. Ein Ergebnis hiervon ist, dass es ausreichend sein kann, eine
bestimmte Fläche
mit so wenig Herbizid wie möglich
zu behandeln, dies ist vorteilhaft, da auf diese Weise die schädlichen
Wirkungen für
die Umwelt eingeschränkt
werden können.
-
Mit
dem vorstehend beschriebenen Verfahren und der vorstehend beschriebenen
Apparatur ist es somit möglich,
die Wirksamkeit der Behandlung bereits kurze Zeit nach der Behandlung
einer Nutzpflanze oder eines Feldes mit einem Herbizid zu bestimmen,
und zwar zu einem Zeitpunkt, wenn noch keinerlei Anzeichen der Wirksamkeit
des Herbizids, z.B. eine Verfärbung
von Blättern,
sichtbar sind.