DE60304338T2

DE60304338T2 - Verfahren und vorrichtung zur qualitätsbestimmung von pflanzenmaterial sowie verfahren und vorrichtung zum sortieren von pflanzenmaterial

Info

Publication number: DE60304338T2
Application number: DE60304338T
Authority: DE
Inventors: p/a Plant Research Int. B.V. Hendrik JALINK; p/a Plant Research Int. B.V. Rob VAN DER SCHOOR; Adrianus Henricus Cornelis Maria Schapendonk
Original assignee: Plant Research International BV
Current assignee: Stichting Dienst Landbouwkundig Onderzoek DLO
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2003-09-16
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: AU2003268794A1; EP1538891A1; NL1021476C2; WO2004026022A1; ES2261961T3; EP1538891B1; DE60304338D1; ATE321444T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial, wie beispielsweise Blattmaterial, Früchte, Beeren, Blüten bzw. Blumen, Blütenorgane, Wurzeln, Samen, Zwiebeln und Knollen von Pflanzen, durch Bestimmung eines charakteristischen Parameters des Photosynthesesystems des Pflanzenmaterials gemäß den Hauptansprüchen 1 bzw. 7. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Pflanzenmaterial gemäß den Hauptansprüchen 9 bzw. 12.
Stand der Technik
Zurzeit geschieht die Bestimmung der Qualität von Pflanzen durch Bewertung aufgrund äußerer Eigenschaften. Dies Verfahren hängt von der beobachtenden Person ab, ist zeitaufwendig, ist nicht automatisiert und Schäden an Pflanzen wurden erst in einem zu späten Stadium bemerkt. Es gibt einen großen Bedarf die Qualität von Pflanzen schnell, in einer nicht-schädlichen Art und in einem so früh wie möglichen Stadium zu messen.
Ein weiteres bekanntes Verfahren, das zur Bestimmung der Qualität von Pflanzen verwendet wird, ist die Messung der Photosyntheseaktivität mit Hilfe von U. Schreibers Pulsamplitudenmodulation (PAM) Fluorometer, beschrieben in „Detection of rapid induction kinetics with a new type of high frequency modulated chlorophyll fluorometer" Photosynthesis Research (1986) 9: 261-272. Bei diesem Verfahren wird die Effizienz der Photosyntheseaktivität bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Fluoreszenzausbeute, F0, zuerst bei Dunkelheit oder geringer Lichtintensität des Umgebungslichts gemessen. Dann wird die maximale Fluoreszenzausbeute, Fm, bei einem gesättigten Lichtpuls bestimmt. Aus den zwei Messsignalen kann die Effizienz des Photosynthesesystems gemäß Q = (Fm – F0)/Fm berechnet werden. Dies Verfahren weist eine Reihe wesentlicher Nachteile auf. Die Messung von F0 hängt von der Intensität des Umgebungslichts ab, das während der Messung oft nicht konstant ist. Das Messverfahren ist auch empfindlich gegenüber der Umgebungstemperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und Gaszusammensetzung. Diese ganzen Faktoren beeinflussen die Messung. Zur Verwendung dieses bekannten Messverfahrens zur Bestimmung der Qualität müssten die Korrekturfaktoren für alle individuell unterschiedlichen Arten von Pflanzenmaterial bestimmt werden. Das bekannte Verfahren basiert auf der Messung der Regulation der Photosynthese, es ist jedoch als eine eigenständige Technik zur Messung von Stress in Pflanzen nicht ausreichend selektiv. Des Weiteren gibt es eine Reihe von logistischen Probleme: eine vernünftige Analyse benötigt mindestens 10 Minuten und um eine verlässliche Messung zu erhalten, sollte die Messung an mindestens fünf Positionen der Pflanze stattfinden. Eine wesentliche Bedingung für eine vernünftige Messung ist weiterhin die vollständige Reduktion von Photosystem 2 mit einem gesättigten Lichtpuls. Unter realen Lebensbedingungen wird diese Bedingung oft nicht angetroffen, weil die Pflanzen zu groß sind oder weil es unbekannt ist, bei welcher Intensität Lichtsättigung eintritt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur schnellen, nicht-schädlichen Messung von Pflanzenqualität bereitzustellen, das keine der oben genannten Nachteile aufweist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Bestimmung eines charakteristischen Parameters des Photosynthesesystems des Pflanzenmaterials der Energieübertragung, ET_ba, von Chlorophyll-b auf Chlorophyll-a unter Verwendung einer Spektroskopie-Technik gelöst.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial durch Bestimmung eines charakteristischen Parameters des Photosynthesesystems des Pflanzenmaterials bereit, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter ein Parameter ist, der Informationen über die Energieübertragung von Chlorophyll-b auf Chlorophyll-a beinhaltet, und insofern umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

a) Bestrahlen des Pflanzenmaterial mit elektromagnetischer Strahlung, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des vorhandenen Chlorophylls-b angeregt wird und Messen der Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, wobei die Fluoreszenzstrahlung mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, um ein Fluoreszenzsignal CF-b zu erhalten.
b) Bestrahlen des Pflanzenmaterial mit elektromagnetischer Strahlung, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des vorhandenen Chlorophylls-a angeregt wird und Messen der Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, wobei die Fluoreszenzstrahlung mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, um ein Fluoreszenzsignal CF-a zu erhalten.
c) Berechnen des charakteristischen Parameters aus CF-b und CF-a.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens, umfassend erste Mittel zur Bestrahlung des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des in dem Pflanzenmaterial vorhandenen Chlorophylls-b angeregt wird, erste Mittel zur Messung der Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, um ein Fluoreszenzsignal (CF-b), das mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, als ein Ergebnis der Absorption von Strahlung von Chlorophyll-b zu erhalten, zweite Mittel zum Bestrahlen des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des in dem Pflanzenmaterial vorhandenen Chlorophylls-a angeregt wird, zweite Mittel zum Messen der Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, um ein Fluoreszenzsignal (CF-a), das mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, als ein Ergebnis der Absorption von Strahlung durch Chlorophyll-a zu erhalten und Mittel zum Verarbeiten der Fluoreszenzsignale.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung.
2 zeigt den Effekt eines Herbizids auf die Energieübertragung von Chlorophyll-b auf Chlorophyll-a, ausgedrückt als ET_ba = CF-b/CF-a, gemessen mit einer Vorrichtung gemäß 1 bei Schwarzem Nachtschatten.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Erfindung basiert auf einer spektroskopischen Messung, die auf das vorhandene Chlorophyll-a und Chlorophyll-b hochspezifisch ist. Reaktionszentrum-Chlorophyll beinhaltet eine große Menge an Chlorophyll-a und Antennen-Chlorophyll beinhaltet eine große Menge an Chlorophyll-b. Wenn wenig Licht vorhanden ist, profitiert die Pflanze von einer großen Menge Antennen-Chlorophyll. Wenn viel Licht vorhanden ist, profitiert Pflanze andererseits von einem schnellen Verarbeiten der angebotenen Energie (eine große Menge an Reaktionszentrum-Chlorophyll) und einer geringen Absorption (wenig Antennen-Chlorophyll). Der Übergang der Energie von Antennen-Chlorophyll auf Reaktionszentrum-Chlorophyll ist daher ausschlaggebend für die Überlebungsstrategie von Pflanzen, die sich im Zuge der Wachstumsbedingungen und dem Grad an Stress ändert. Unter Stress nimmt der Energiebedarf des Gewebes ab und dementsprechend ändern sich die Anforderungen, die an die zwei Chlorophyllfraktionen gestellt werden. Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial, direkt und mit sehr hoher Geschwindigkeit und Empfindlichkeit. In der Literatur erhält man keine Information über die Messung des ET_ba-Werts, wie sie in dieser Erfindung beschrieben wird, und seine Verwendung für die Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial.
In dem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Pflanzenmaterial mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des vorhandenen Chlorophyll-b angeregt wird, beispielsweise mit elektromagnetischer Strahlung, die eine Wellenlänge zwischen 400 und 670 nm aufweist, wie beispielsweise Laserlicht, das eine Wellenlänge von näherungsweise 635 nm aufweist. So wird Chlorophyll-b angeregt. Ein Teil der Energie des angeregten Chlorophylls-b wird auf Chlorophyll-a übertragen. Chlorophyll-a zeigt Fluoreszenz, Chlorophyll-b hingegen zeigt sie kaum. Die Fluoreszenz des Chlorophyll-a-Übergangs (CF-b) wird zwischen 600 und 800 nm gemessen, beispielsweise um 730 nm. Das Pflanzenmaterial wird zusätzlich mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt, die eine solche Wellenlänge aufweist, dass mindestens ein Teil des vorhandenen Chlorophyll-a angeregt wird, beispielsweise elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 350 und 700 nm, wie beispielsweise Laserlicht mit einer Wellenlänge von näherungsweise 670 nm. So wird Chlorophyll-a angeregt. Die Fluoreszenz des Chlorophyll-a-Übergangs (CF-a) wird auch hier zwischen 600 und 800 nm gemessen, beispielsweise bei 730 nm. Aus den Daten wird der ET_ba-Wert berechnet gemäß: ETba = CF-b/CF-a (1)
Zum Bestrahlen des Pflanzenmaterials kann von jeder geeigneten Lichtquelle, beispielsweise einem Laser, einer Glühbirne mit geeigneten Filtern oder einer LED Gebrauch gemacht werden. Die Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, kann mit jedem geeigneten Detektor gemessen werden, beispielsweise einer CCD-Kamera, einer oder mehr Photodioden oder einem Photomultiplier.
Die Bestimmung von ET_ba gemäß Formel (1) kann sehr schnell durch gleichzeitiges Bestrahlen an dem gleichen Ort des Pflanzenmaterial mit einem Laser-a, der Chlorophyll-a anregt, und einem Laser-b, der Chlorophyll-b anregt, durchgeführt werden. Die Intensität der Laserenergie von Laser-a wird mit einer Frequenz, f_a, moduliert und die Intensität der Laserenergie von Laser-b wird mit einer anderen Frequenz, f_b, moduliert. Das Fluoreszenzsignal wird von einer einzelnen Photodiode gemessen. Die Photodiode ist mit zwei Verstärkern verbunden, sogenannten Lock-in-Verstärkern bzw. Phasengleichrichtern. Der eine Verstärker-a misst das modulierte Signal, das aus der Anregung von Chlorophyll-a durch Laser-a resultiert, weil dieser Verstärker nur Signale mit der Modulationsfrequenz f_a misst. Signale mit anderen Frequenzen werden unterdrückt. Für Verstärker-b gilt, dass er nur das modulierte Signal misst, das aus der Anregung von Chlorophyll-b durch Laser-b resultiert. Auf diese Weise werden die Fluoreszenzsignale, die von einem Ort des Pflanzenmaterials stammen, der gleichzeitig mit unterschiedlichen Lasern bestrahlt wird und die von der gleichen Photodiode gemessen werden, voneinander getrennt.
Durch eine Auswahl der Intensität der Lichtquellen derart, dass das Photosynthesesystem gesättigt ist, kann sichergestellt werden, dass mögliche Änderungen der Stärke der Lichtquellen die Messung nicht beeinflussen. Die Gefahr der Übersättigung besteht nicht. Es zeigte sich, dass der CF-a-Wert nicht von der Tatsache abhängt, ob die Lichtquelle, die zur Anregung von Chlorophyll-b verwendet wird, aktiviert ist oder nicht, während der CF-b-Wert auch nicht von der gleichzeitigen Anregung von Chlorophyll-a beeinflusst wird. Es ist daher möglich, die Messung des Chlorophyll-a und Chlorophyll-b gleichzeitig auszuführen. Die Stärke der Lichtquellen zur Anregung von Chlorophyll-a und Chlorophyll-b müssen so ähnlich sein wie möglich und den gleichen Ort auf dem Pflanzenmaterial beleuchten. Weil das Verhältnis CF-b/CF-a fest ist, hängt die Messung nicht von der Größe des bestrahlten Orts ab.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist hochempfindlich, vollkommen unschädlich und sehr schnell. Dies sind Eigenschaften, die es erlauben, eine Trennvorrichtung herzustellen, die es ermöglicht, Pflanzenmaterial auf der Basis des ET_ba-Werts auszuwählen. Da der ET_ba-Wert eine direkte Beziehung zu der Qualität von Pflanzenmaterial aufweist, ist eine Trennung nach Qualität möglich.
Demgemäß betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Trennung von Pflanzenmaterial, das aus einzelnen Komponenten in verschiedenen Fraktionen besteht, die jede eine unterschiedliche Qualität aufweisen, wobei der charakteristische Parameter für jede Komponente unter Verwendung eines Verfahrens oder einer Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung bestimmt wird und die Fraktionen der Komponenten, die den charakteristischen Parameter aufweisen, in dem gleichen vorab bestimmtem Bereich gesammelt werden.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Trennung von Pflanzenmaterial unter Verwendung des oben genannten Verfahrens, umfassend einen Bereitstellungsteil für das Pflanzenmaterial, einen Teil für die Bestrahlung des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung, einen Teil für das Messen der Fluoreszenzstrahlung, die aus dem Pflanzenmaterial stammt, zum Erhalt eines Fluoreszenzsignals und einen Trennungsteil, der auf der Basis des gemessenen Signals arbeitet.
Das zu trennende Material besteht aus Blattmaterial, Früchte wie beispielsweise Beeren, Blüten, Blütenorgane, Wurzeln, Samen, Zwiebeln und Knollen von Pflanzen usw. Die Fraktionen, in die das Pflanzenmaterial getrennt wird, können jede aus einzelnen Früchte, Beeren, Blüten, Blütenorgane, Wurzeln, Samen, Zwiebeln und Knollen von Pflanzen usw. bestehen.
Das Verfahren zur Trennung Pflanzenmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann für Veredelungswecke verwendet werden, wie beispielsweise frühe Auswahl von Setzlingen bzw. Sämlingen auf Stresstoleranz, geplante Verabreichung von Herbiziden und Qualitätskontrolle in der Treib- bzw. Gewächshauszucht.
Das Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung kann bei der Auslese der Pflanzenqualität im Setzlingsstadium beim Züchter verwendet werden. Tabletts mit Setzlingen können getestet werden. Setzlingen von geringer Qualität können in automatisierter Weise durch Vollautomatisierung entfernt werden und durch gute Setzlinge ersetzt werden.
Dies Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung kann auch zur Auswahl von Setzlingen auf Stressempfindlichkeit verwendet werden, indem Tabletts mit Setzlingen einem infektiösen Druck oder abiotischen Stressfaktoren ausgesetzt werden, und zur Online-Registrierung des Signalaufbaus. In dieser Verbindung sind die spezifischen Anforderungen, die an die Qualität von Setzlingen durch biologische Landwirtschaft gestellt werden, interessant.
Bei einer Auktion können Pflanzen auf ihre Qualität getestet werden. Ein schnelles, nicht-schädliches und objektives Verfahren zur Bestimmung der Topfpflanzenqualität und der Vasenqualität der Blüten, die bei der Auktion geliefert werden oder sogar während der Kultivierung, ist von großer ökonomischer Wichtigkeit. Die Blütenqualität hängt von dem Alter, der Kultivierung und möglicherweise Behandlung nach der Ernte ab.
Das Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung kann auch bei Auslese bzw. Screening mit hoher Durchsatzgeschwindigkeit von Modell-Feldfrüchten (Arabidopsis und Reis) für funktionelle Genomforschung zum Zwecke der Funktionsanalyse und Merkmalsidentifikation verwendet werden.
Eine weitere wichtige Verwendung der vorliegenden Erfindung ist die Bestimmung der Frische von Gemüse und Reife von Früchten. Die Farbe von Äpfeln beispielsweise ist kein gutes Maß zur Bestimmung der Reife. Ein Apfel kann große Farbunterschiede zeigen. Die Blüte des Apfels kann beispielsweise rot sein, während die Farbe auf der anderen Seite des Apfels gelb sein kann. Bei einer ET_ba-Messung gemäß der Erfindung werden nicht die Farbpigmente, die überwiegend die rote und gelbe Farbe festlegen, gemessen, sondern die Energieübertragung von Chlorophyll-b auf Chlorophyll-a, der diesbezüglich wenig empfindlich ist und eine kleine Streuung gibt, wenn das ET_ba um den Apfel gemessen wird. Ein anderes Verwendungsbeispiel der Erfindung ist die Bestimmung des richtigen Pflückzeitpunkts von Früchten, wie beispielsweise Tomaten und Bananen. Ein zu früher Pflückzeitpunkt führt bei Tomaten nicht zu einer guten Reife. Die Messung des ET_ba kann ein gutes Maß zur Bestimmung des richtigen Pflückzeitpunkts sein. Während des Reifeprozesses sinkt die Effizienz des Photosyntheseprozesses mit der Zeit und als Ergebnis tut es auch der ET_ba-Wert. Eine Änderung des ET_ba bezüglich der Werte, die für Tomaten gelten, bei denen der Reifeprozess noch nicht begonnen hat, zeigt das der Reifeprozesses begonnen hat. Im Allgemeinen müssen Tests festsetzen bzw. begründen bei welchem ET_ba-Wert ein Trennen möglich ist. In einem Test wird der ET_ba-Wert der gepflückten Tomaten in verschiedenen Stadien der Reife bestimmt und sie werden in unterschiedliche Klassen eingeteilt. Dann wird während der Reife in Klimakammern beobachtet, welche Klassen Tomaten hoher Qualität ergeben. Der in diesem Test gefundene Schwellwert wird als Wert für ET_ba zur weiteren Auswahl verwendet.
Eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung wird in 1 gezeigt. Dies ist eine einfache Ausführungsform, die die Vorrichtung aufweisen kann. Ein Teil des Blatts (1) einer Pflanze wird mit der ersten Lichtquelle (2) bestrahlt, die eine bevorzugte Wellenlänge von 635 nm aufweist, um Chlorophyll-b-Moleküle anzuregen. Die Intensität wird mit einer Frequenz f_b moduliert. Mindestens ein Teil der Moleküle geht in den elektronisch angeregten Zustand über. Mindestens ein Teil der angeregten Moleküle überträgt die Energie auf Chlorophyll-a-Moleküle. Mindestens ein Teil der Chlorophyll-a-Moleküle fallen in den Grundzustand zurück, wobei Fluoreszenz emittiert wird. Ein Teil der Chlorophyll-Fluoreszenz wird von einem Detektor (3) gemessen, der mit einem optischen Filter (4) versehen ist, der geeignet ist, nur Licht zwischen 700 und 800 nm hindurch zu lassen. Dies Signal (CF-b) wird von einem Lock-in-Verstärker lock-in-b (6) gemessen, der nur Signale misst, die mit einer Frequenz f_b moduliert sind. Der gleiche Teil des Blatts (1) wird von einer zweiten Lichtquelle (5) bestrahlt, die eine bevorzugte Wellenlänge von 670 nm aufweist, um Chlorophyll-a-Moleküle anzuregen. Die Intensität wird mit einer Frequenz f_a moduliert, die anders als f_b ist. Mindestens ein Teil der Chlorophyll-a-Moleküle geht in einen elektronisch angeregten Zustand über. Mindestens ein Teil der angeregten Chlorophyll-a- Moleküle fallen in den Grundzustand zurück, wobei Fluoreszenz emittiert wird. Ein Teil der Chlorophyll-Fluoreszenz wird auch mit Detektor (3) gemessen. Das Fluoreszenzsignal wird als ein Ergebnis der Bestrahlung mit Laser-a (CF-a) von Verstärker lock-in-a (7) gemessen, der nur Signale misst, die mit einer Frequenz f_a moduliert sind. Der ET_ba-Wert wird mit dem Computer (8) aus dem Quotienten aus CF-b und CF-a mit Formel 1 berechnet.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung kann in bekannte Trennvorrichtungen eingebaut werden.
Eine Vorrichtung zur Trennung von Pflanzenmaterial gemäß der Erfindung kann ein Förderband umfassen, das das Pflanzenmaterial zu dem Messteil bzw. zu dem für das Messen zuständige Abschnitt liefert, in dem die ET_ba-Messung gemäß der Erfindung stattfindet, an welchem anschließend das Material weiter zum Trennteil bzw. zu dem für das Trennen zuständige Abschnitt transportiert wird, bei dem die Fraktionen, deren ET_ba-Werte sich nicht in den vorbestimmten Grenzen befinden, von dem Förderband in einer an sich bekannten Weise entfernt werden, beispielsweise mit einem Luftfluss. Der Luftfluss kann durch ein Ventil geregelt werden, das von einem elektronischen Schaltkreis wie beispielsweise einem Mikroprozessor betrieben wird, der das Signal des Messteils verarbeitet. Das Pflanzenmaterial kann auch in verschiedene Qualitätsklassen getrennt werden, wobei sich für jede Qualitätsklasse der ET_ba-Wert des Pflanzenmaterials in vorbestimmten Grenzen befindet. Die Grenzen können durch beispielsweise Bestimmung des ET_ba-Werts von Proben von Pflanzenmaterial bestimmt werden, die die gewünschte Qualität oder Eigenschaften aufweisen. Der Fachmann wird wissen, dass das zu trennende Pflanzenmaterial auch durch den Messteil und Trennteil auf einem anderen Weg als mit Hilfe eines Förderbands transportiert werden kann und dass es verschiedene Verfahren gibt, die erhältlich sind, um die verschiedenen Fraktionen von dem Hauptfluss zu trennen, wie beispielsweise ein Luftfluss, ein Flüssigkeitspuls oder ein mechanisches Ventil. Das Pflanzenmaterial kann auch in einer Flüssigkeit vorhanden sein. Ein Trennen in einer Flüssigkeit kann beispielsweise stattfinden, um das Risiko des Beschädigens sehr empfindlichen Pflanzenmaterials, wie beispielsweise Äpfel und anderer weicher Früchte, zu minimieren.
Beispiel 1
Dies Beispiel beschreibt die Wirkung eines Herbizids auf die Energieübertragung von Chlorophyll-b auf Chlorophyll-a, berechnet als ET_ba = CF-b/CF-a. CF-b und CF-a werden mit der oben genannten bevorzugten Ausführungsform gemessen, die gemäß 1 zwei modulierte Laser aufweist. 2 zeigt den Zeitverlauf von ET_ba = CF-b/CF-a. Zum Zeitpunkt t = 0 wird 1 μl einer Herbizidlösung auf näherungsweise 1 cm des Messorts auf einem Blatt des Schwarzen Nachtschattens appliziert. Der Start-Wert von ET_ba ist näherungsweise 0,80. Nach ungefähr einer Stunde sinkt der ET_ba-Wert und weist nach 5 Stunden bis näherungsweise 14 Stunden einen konstanten Wert von 0,68 auf. Ebenso sinkt der ET_ba-Wert nach 14 Stunden erneut weiter und nach 20 Stunden weist er einen Wert von näherungsweise 0,49 auf. Nach 20 Stunden gibt es keinen sichtbaren Schaden an dem Ort des Blattes, wo die Messung stattgefunden hat. Diese Messung zeigt, dass der ET_ba-Wert zum Zeitpunkt t = 0 und zum Zeitpunkt t = 20 um 38 % gesunken ist. Diese ET_ba-Messung zeigt, dass eine Änderung des ET_ba-Werts ein Maß für Stress aufgrund von Herbiziden ist. Es ist jetzt möglich, die Herbiziddosis dem gemessenen ET_ba-Wert anzupassen. Vor dem Besprühen wird der ET_ba-Wert gemessen. Dann wird das Unkraut mit einem Herbizidformulierung besprüht. Aus früheren Tests ist bekannt, nach wie vielen Stunden nach dem Sprühen der ET_ba-Wert gemessen werden muss. Aus dem Beispiel zeigt sich, dass nach 20 Stunden der ET_ba-Wert dramatisch gesunken ist. Von Tests ist bekannt, dass bei einem ET_ba-Wert unterhalb eines gewissen Schwellwerts die Pflanzen sterben. Auf diese Weise weiß der Anwender, dass er ausreichend Herbizid gesprüht hat. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass das Messen auf dem Feld bei hohen Lichtintensitäten stattfinden kann. Das üblicherweise verwendete Verfahren, das auf U. Schreibers Pulsamplitudenmodulation (PAM) basiert, kann nicht bei vollem Tageslicht angewendet werden.
Beispiel 2
Es ist bekannt, dass die Blätter einer Tabakpflanze von unten nach oben Alterungserscheinungen zeigen. Dies wird durch gelb werdende Blätter visualisiert. Mit der Vorrichtung, wie in 1 gezeigt, wurde der ET_ba für jedes Blatt gemessen. Die Blätter wurden von unten nach oben nummeriert. Aus Tabelle 1 kann ein klarer Trend bezüglich der Alterung des Blatts abgelesen werden. Es scheint, dass die jüngeren Blätter einen geringeren Wert für ET_ba haben als die voll ausgewachsenen Blätter (Blatt-Nr. 9). Der ET_ba-Wert ist ein Maß für das Entwicklungsstadium der Blätter während des Wachstums der Pflanze. Der ET_ba-Wert ist auch ein Maß für das Gelbwerden oder das Altern der Blätter. Diese letztere Anwendung ist insbesondere zur Bestimmung der Frische von Pflanzenmaterial (Gemüse) und Reife von Früchten interessant.
Tabelle 1 ET_ba-Messungen an Blättern einer Tabak-Pflanze. Die Blattnummer zeigt hier die Reihenfolge der Blätter vom Boden aufwärts an.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Qualität von Pflanzenmaterial durch Bestimmung eines charakteristischen Parameters des Photosynthesesystems des Pflanzenmaterials, dadurch gekennzeichnet, daß der charakteristische Parameter einen, Information über die Energieübertragung von Chlorophyll-b zu Chlorophyll-a enthaltenden, Parameter ist und daß das Verfahren die nachfolgenden Schritte umfaßt: a) das Bestrahlen des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung mit einer derartigen Wellenlänge daß zumindest ein Teil vom vorhandenen Chlorophyll-b angeregt wird und das Messen der aus dem Pflanzenmaterial stammenden Fluoreszenzstrahlung, welche Fluoreszenzstrahlung mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, zum Erhalten eines Fluoreszenzsignals CF-b. b) das Bestrahlen des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung mit einer derartigen Wellenlänge daß zumindest ein Teil vom vorhandenen Chlorophyll-a angeregt wird und das Messen der aus dem Pflanzenmaterial stammenden Fluoreszenzstrahlung, welche Fluoreszenzstrahlung mit dem Chlorophyll-a-Übergang verbunden ist, zum Erhalten eines Fluoreszenzsignals CF-a. c) das Berechnen des charakteristischen Parameters aus CF-b und CF-a.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der, Information über die Energieübertragung von Chlorophyll-b zu Chlorophyll-a, enthaltende Parameter, ET_ba, berechtnet wird mit der Formel ETba = CF-b/CF-a
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die für das Bestrahlen des Pflanzenmaterials benutzte elektromagnetische Strahlung eine Wellenlänge zwischen 400 und 670 nm für Chlorophyll-b und zwischen 350 und 700 nm für Chlorophyll-a hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das aus dem Pflanzenmaterial entstehende Fluroreszenzsignal zwischen 600 und 800 nm gemessen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektromagnetische Strahlung, womit das Pflanzenmaterial bestrahlt wird, durch eine Lampe, einen Laser oder eine LED-Lampe generiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aus dem Pflanzenmaterial stammende Fluoreszenzstrahlung mit einer Photodiode, einem Photomultiplikator oder einer elektronischen Kamera gemessen wird.
Vorrichtung zum Bestimmen der Qualität von Pflanzenmaterial mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, umfassend erste Mittel zum Bestrahlen des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung mit einer derartigen Wellenlänge daß zumindest ein Teil vom in dem Pflanzenmaterial vorhandenen Chlorophyll-b angeregt wird, erste Mittel zum Messen der aus dem Pflanzenmaterial stammenden Fluoreszenzstrahlung, zum Erhalten eines Fluoreszenzsignals (CF-b) das mit dem Chlorophyll-a-Übergang, als ein Ergebnis der Strahlungsabsorption durch Chlorophyll-b, verbunden ist, zweite Mittel zum Bestrahlen des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung mit einer derartigen Wellenlänge daß zumindest ein Teil des im Pflanzenmaterial vorhandenen Chlorophyll-a angeregt wird, zweite Mittel zum Messen der aus dem Pflanzenmaterial entstehenden Fluoreszenzstrahlung zum Erhalten eines Fluoreszenzsignals (CF-a), das mit dem Chlorophyll-a-Übergang, als ein Ergebnis der Strahlungsabsorption durch Chlorophyll-a verbunden ist, und Mittel zum Verarbeiten der Fluoreszenzsignale.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die ersten und zweiten Mittel zum Bestrahlen des Pflanzenmaterials aus beziehungsweise einem ersten Laser, wovon die Intensität mit der ersten Frequenz moduliert ist und einem zweiten Laser wovon die Intensität mit einer zweiten Frequenz, die abweichend ist von der ersten Frequenz, moduliert ist, bestehen, wobei die ersten und zweiten Mittel zum Messen der Fluoreszenzsignale aus einem Detektor bestehen, der mit einem ersten Lock-in-Verstärker, der nur mit der ersten Frequenz modulierte Fluoreszenzsignale mißt, und mit einem zweiten Lock-In-Verstärker, der nur mit der zweiten Frequenz modulierte Fluoreszenzsignale mißt, verbunden ist, und die Mittel zum Verarbeiten der Fluoreszenzsignale aus einem Computer, der mit Software zum Verarbeiten der Signale des ersten und zweiten Lock-in-Verstärkers versehen ist, bestehen.
Verfahren zum Trennen von Pflanzenmaterial bestehend aus separaten Komponenten in verschiedenen Fraktionen, die jede eine verschiedene Qualität haben, wobei der charakteristische Parameter für jeden Komponent unter Benutzung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-6 oder der Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 bestimmt wird, und die Fraktionen von Komponenten mit dem charakteristischen Parameter in demselben vorabbestimmten Bereich gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Pflanzenmaterial aus Blattmaterial, Früchten, Beeren, Blumen, Blumenorganen, Wurzeln, Samen, Zwiebeln und Knollen von Pflanzen besteht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei jeder separate Komponent aus separaten Früchten, Beeren, Blumen, Blumenorganen, Wurzeln, Samen, Zwieblen und Knollen von Pflanzen besteht.
Vorrichtung zum Trennen von Pflanzenmaterial nach einem der Ansprüche 9-11, umfassend ein Zufuhrteil für das Pflanzenmaterial, ein Teil für die Bestrahlung des Pflanzenmaterials mit elektromagnetischer Strahlung, ein Teil für das Messen der aus dem Pflanzenmaterial stammenden Fluoreszenzstrahlung zum Erhalten eines Fluoreszenzsignals, und ein Trennungsteil das auf dem Basis des gemessenen Signals wirkt.