DE69425315T2

DE69425315T2 - Verfahren zum Produzieren von Kartoffelmikroknollen

Info

Publication number: DE69425315T2
Application number: DE69425315T
Authority: DE
Inventors: Plant Breeding Oka; Sluis
Original assignee: Japan Tobacco Inc
Current assignee: Japan Tobacco Inc
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1994-05-19
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-20
Also published as: ES2148289T3; EP0655192B1; CN1109706A; ATE194751T1; JP3405838B2; JPH07170869A; PT655192E; EP0655192A2; DE69425315D1; CA2136940A1; GR3034467T3; US5498541A; DK0655192T3; EP0655192A3

Description

Hintergrund der Erfindung

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kartoffel- Mikroknollen, wodurch große Mikroknollen, die direkt im Feld angepflanzt werden können, effektiv hergestellt werden.

Beschreibung des Standes der Technik

Ein erstes Verfahren zur Herstellung von Kartoffel-Mikroknollen, das gerne in der Praxis angewendet wird, umfasst als Schritte das Anziehen von virusfreien Pflanzen und anschließend die Bildung und das Wachsen von Mikroknollen.
Ein zweites Verfahren ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 3- 35738 beschrieben. Diese offengelegte Patentanmeldung offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kartoffel-Mikroknollen, der die folgenden drei Schritte umfasst:
(A) Kartoffelpflanzen werden als Gewebe gezüchtet, um virusfreie Pflanzen mit Stengeln und Blättern zu erhalten (Beleuchtung: 1.000-100.000 Lux für 6-24 Stunden/Tag bei 20-30ºC);
(B) Die Pflanzen werden bei einer geringen Temperatur (10-30ºC) unter kurzer Tageslänge (1.000-100.000 Lux für 12 Stunden oder weniger) kultiviert, wobei ein Zustand induziert wird, in dem die apikalen oder axialen Knospen in Mikroknollen umgewandelt werden;
(C) Die in dem vorangehenden Schritt induzierten apikalen und axialen Knospen werden im Dunkeln bei einer geringen Temperatur (10-30ºC) in Mikroknollen umgewandelt.
In dem zweiten Verfahren ist ein Schritt, in welchem der Zustand induziert wird, in dem die apikalen oder axialen Knospen bei einer geringen Temperatur und unter kurzer Tageslänge in Mikroknollen umgewandelt werden, zwischen die beiden Schritte des ersten Verfahrens eingeführt. Dieser Schritt wurde vermutlich unter Berücksichtigung der allgemeinen Eigenschaft von Kartoffeln eingeführt, dass die Bildung von Mikroknollen bei einer geringen Temperatur und unter kurzen Tageslängen induziert wird, wobei diese Eigenschaft aus der Literatur bekannt und darin beschrieben ist.
Folglich werden Mikroknollen mittels des zweiten Verfahrens effektiv in drei Schritten hergestellt, d. h. in Schritt A Wachstum von virusfreien Pflanzen, in Schritt B Induzieren des Zustandes, in dem die apikalen und axialen Knospen in Mikroknollen umgewandelt werden, und in Schritt C die Bildung und das Wachstum von Mikroknollen.
Es ist ein weiteres charakteristisches Merkmal des zweiten Verfahrens, dass Schritt C bei einer geringen Temperatur im Dunkeln ausgeführt wird. Grundsätzlich wird die Bildung und das Wachstum der Mikroknollen im Dunkeln oder unter kurzem Tageslicht durchgeführt. Obwohl der Grund nicht klar ist, weshalb die Bedingung der geringen Temperatur unentbehrlich ist, liegt dies wahrscheinlich daran, dass die Bildung von Kartoffel-Mikroknollen bei geringer Temperatur gefördert ist.
Es scheint richtig, dass die Umwandlung in Mikroknollen durch die Kurztag- Behandlung nach dem Schritt des Stengel- und Blattwachstums gefördert und die Anzahl der gebildeten Mikroknollen erhöht ist. Da die Effizienz der Herstellung von großen Mikroknollen (nicht weniger als 0,5 g), die direkt im Feld angepflanzt werden können, jedoch aufgrund der folgenden Gründe gering ist, ist dieses Verfahren nicht brauchbar.
In dem zweiten Verfahren werden, anschließend an den Schritt des Pflanzenwachstums, Mikroknollen bei einer geringen Temperatur und unter kurzem Tageslicht induziert, wobei das selbe Medium verwendet wird, das in dem Schritt des Pflanzenwachstums verwendet wurde. Dieses Medium hat einen geringen Zuckergehalt und unmittelbar nach Austausch des Mediums gegen eines mit hohem Zuckergehalt werden die Kartoffelpflanzen im Dunkeln kultiviert, um Mikroknollen zu bilden. Da die Kartoffelpflanzen auf einem Medium mit geringem Zuckergehalt bei einer geringen Temperatur unter kurzen Tageslängen in dem Zustand, in dem das Wachstum der Stengel und Blätter stattfindet, kultiviert werden, ist das Wachstum der Pflanzen nicht gut und, auch wenn die Anzahl der gesamten Mikroknollen erhöht ist, die Anzahl der großen Mikroknollen sehr gering.
Da das Wachstum der Pflanzen und die Induktion des Umwandlungszustandes in Mikroknollen unter Verwendung eines Agar-Mediums in einem kleinen Gefäß (0,3-0,6 Liter) durchgeführt wird, ist die Effizienz des Pflanzenwachstums geringer als in dem Fall, in dem die Kultivierung mittels belüfteter Flüssigkultur unter Verwendung eines großen Gefäßes durchgeführt wird. Folglich kann die praktische Herstellung von großen Mikroknollen nicht durch diese Methode erreicht werden.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. 3-35738 (zweites Verfahren) sind die Bedingungen der Schritte B und C jeweils "bei einer geringen Temperatur und unter kurzem Tageslicht" und "im Dunkeln und bei einer geringen Temperatur". Folglich ist in beiden Schritten die geringe Temperatur unentbehrlich. Die in zwei Beispielen angewendeten Temperatur-Bedingungen sind jedoch gewöhnliche Temperatur-Bedingungen, welche allgemein in der Gewebezüchtung von Kartoffeln angewendet werden. Die Temperatur-Bedingungen liegen auch innerhalb des bei der Herstellung von Mikroknollen angewendeten Wissensstandes.
Die DE-A-37 34 257 beschreibt ein Verfahren zur Kultivierung von Kartoffel- Mikroknollen in vitro, bei dem ein Steckling in einem Kulturmedium kultiviert wird, welches mit einer Kohlenstoffquelle, wie Saccharose in beispielsweise 6 oder 8% (w/v), und Mineralsalzen angereichert ist. Es ist ebenfalls ein biologisch aktives Material, Adenin, enthalten, das in einer Konzentration von 0,01-5 mg/l die Bildung von Knollen stimuliert. Die Kultivierung wird mit direkter Beleuchtung durch eine Lampe in folgender Weise durchgeführt: die ersten 5-7 Tage mit Beleuchtung von mehr als 12 Stunden und die nächsten 2-3 Monate mit Beleuchtung in wiederholten Zyklen, wobei jeder Zyklus 1 Tag Dunkelheit gefolgt von 2-5 Tagen Beleuchtung für 4-6, 6-10 und 10-18 Stunden pro Tag beinhaltet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kartoffel-Mikroknollen bereitzustellen, mit welchem große Mikroknollen, die direkt im Feld angepflanzt werden können, direkt hergestellt werden. Dies wird durch Kultivierung von Kartoffelpflanzen auf einem einen hohen Zuckergehalt von 6-10% (w/v) Zucker enthaltenden Medium für 1 bis 4 Wochen unter einer zyklischen Beleuchtungsbehandlung und durch Kultivierung der besagten Kartoffelpflanzen im Dunkeln, bis Mikroknollen produziert werden, erreicht.
Der weitere Umfang der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung wird durch die unten angegebene ausführliche Beschreibung offenbart. Es sollte jedoch so aufgefasst werden, dass die ausführliche Beschreibung und besondere Beispiele, wenn sie auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung hinweisen, ausschließlich zum Zwecke der Verdeutlichung angegeben sind, da verschiedene Änderungen und Modifikationen dem Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung offenbar werden.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die folgende ausführliche Beschreibung wurde bereitgestellt, um dem Fachmann bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung zu helfen. Gerade deshalb sollte die folgende ausführliche Beschreibung nicht ausgelegt werden, um die vorliegende Erfindung fälschlicherweise einzuschränken, zumal Modifikationen und Variationen in den hierin diskutierten Ausführungsformen durch gewöhnliche Fachleute vorgenommen werden könnten, ohne das Wesen oder den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Wie unten angegeben, schließt der Begriff "Tageslänge" sowohl eine kurze Tageslänge als auch eine lange Tageslänge ein.
"Kurze Tageslänge" bezeichnet vorzugsweise eine Beleuchtung für ungefähr 6 bis ungefähr 12 Stunden, sehr bevorzugt ungefähr 7 bis ungefähr 10 Stunden und besonders bevorzugt ungefähr 8 Stunden während eines Wachstumszyklus von 24 Stunden.
"Lange Tageslänge" bezeichnet vorzugsweise eine Beleuchtung für ungefähr 12 bis ungefähr 24 Stunden, sehr bevorzugt ungefähr 14 bis ungefähr 20 Stunden und besonders bevorzugt ungefähr 16 Stunden während eines Wachstumszyklus von 24 Stunden.

Schritt (1): Anziehen von Pflanzen

Virusfreie Kartoffelpflänzchen, die im wesentlichen nach der Methode von Hussey et al. (1981) (Ann. Bot. 48, 787-796) angezogen werden, werden in knotige Setzlinge zerteilt, von denen jeder einen einzelnen Koten enthält (oder in zwei oder mehr Knoten enthaltende Bereiche), von denen jeder axiale Knospen und Blätter aufweist. Die axialen Knospen wachsen zu Pflanzen heran. Die daraus entstehenden knotigen Setzlinge werden in die in Tabelle 1 aufgelisteten Gefäße gesetzt und die Pflanzen werden in belüfteter Flüssigkultur bei 18-25ºC, vorzugsweise 18-22ºC, unter einer Beleuchtung von 3.000-10.000 Lux, vorzugsweise 4.000-6.000 Lux, für 12-24 Stunden pro Tag (d. h. eine lange Tageslänge) angezogen. Das Medium kann Murashige & Skoog's Medium (Murashige et al. (1962), Physiol. Plant. 15, 473-497, im folgenden als "MS Medium" bezeichnet) sein, welches 2% (w/v) Saccharose, pH 5,8 enthält. Dieses Medium wird im folgenden als "Pflanzen- Wachstumsmedium" bezeichnet. "White's Medium" (White (1963), The Cultivation of Animal and Plant CeIls), "Linsmayer and Skoog's Medium" (Linsmayer and Skoog (1965), Physiol. Plant. 18, 100-127) und andere Standard-Kulturmedien für Pflanzengewebe können ebenfalls anstelle von "MS Medium" verwendet werden. Als Zucker (Kohlenstoffquelle) können im Medium Glucose, Fructose, Maltose etc. anstelle von Saccharose verwendet werden. Die Zuckerkonzentration kann im Bereich von 0,5-5%, vorzugsweise 2-3%, liegen und der pH kann im Bereich von 4-8, vorzugsweise 5,5-6,5 liegen.
Die Anzahl der kultivierten knotigen Setzlinge (explants), die Menge an Medium und die Belüftungsrate pro Gefäß differiert in Abhängigkeit von der Größe des in Tabelle 1 aufgelisteten Gefäßes. Die Anzahl von explants kann 1-30, vorzugsweise 10-20, pro Liter Medium betragen. Das Volumen des Mediums pro 1 Liter-Gefäß kann 0,1-0,5 Liter, vorzugsweise 0,2-0,3 Liter, betragen. Die Belüftungsrate kann 0,02-0,5 Liter/Liter·min., vorzugsweise 0,2-0,4 Liter/Liter·min. betragen.
Luft wurde am Boden des Gefäßes in das flüssige Medium geblasen.
In 3-6 Wochen vom Beginn der Kultivierung sind die Pflanzen gewöhnlich bis zu 80 % der Gefäßhöhe gewachsen. Tabelle 1
*: Carolina Biological Supply Company

Schritt (2): Induktion des Zustandes, in dem Knospen in Mikroknollen umgewandelt werden

In dem oben genannten Schritt, wenn die Höhen der Pflanzen ungefähr 80% der Höhe des Gefäßes erreichen (es bestehen keine Probleme, wenn die Höhe zumindest ungefähr 50% der Höhe des Behälters beträgt), wird das verbleibende Medium verworfen und ein Medium, das 6-10% (w/v) Zucker, vorzugsweise 7-9% (w/v) Zucker, insbesondere 8% (w/v) Zucker, im folgenden als "Mikroknollen-bildendes Medium" bezeichnet, in der in Tabelle 1 aufgezeigten Menge in das Gefäß gegeben. In dem vorliegenden Schritt brauchbare Zucker schließen Saccharose, Glucose, Fructose und Maltose ein. Das Medium kann eines der oben in Schritt (1) genannten Medien sein. Danach werden die Pflanzen für 1-4 Wochen unter langer Tageslänge oder kurzer Tageslänge kultiviert. Wenn das Erlangen einer Anzahl von kleinen Mikroknollen erwünscht ist, werden die Pflanzen unter einer kurzen Tageslänge für ungefähr eine Woche kultiviert. Wenn das Erlangen von großen Mikroknollen erwünscht ist, werden die Pflanzen unter einer langen Tageslänge für ungefähr zwei Wochen kultiviert. Die Beleuchtungsintensität, Temperatur, das Volumen des Mediums und die Belüftungsrate sind die selben wie die in dem oben beschriebenen Pflanzenwachstums-Schritt (1).

Schritt (3): Bildung und Wachstum von Mikroknollen

Nach dem oben beschriebenen Schritt (2) werden die Pflanzen für 3-10 Wochen, vorzugsweise für 5-9 Wochen, unter den selben Bedingungen wie in Schritt (2), ausgenommen, dass die Pflanzen im Dunkeln kultiviert werden, kultiviert und die Mikroknollen werden geerntet.
In dem Verfahren, welches die kurze Tageslänge anwendet, wird die Bildung der Mikroknollen vor oder nach einigen Tagen seit dem Beginn der Kultur im Dunkeln beobachtet. In dem Verfahren, welches die lange Tageslänge anwendet, wird die Bildung der Mikroknollen nach 1-2 Wochen seit dem Beginn der Kultur im Dunkeln beobachtet. Innerhalb 4-5 Wochen seit dem Beginn der Kultur im Dunkeln ist jede der Mikroknollen beträchtlich gewachsen und danach ist das Wachstum verlangsam. Obwohl die Mikroknollen, um reife Mikroknollen zu erhalten, nach ungefähr 5 Wochen seit dem Beginn der Kultur im Dunkeln geerntet werden können, ist vorzuziehen, die Mikroknollen zu ernten, nachdem ungefähr ein Teil der Stengel und Blätter anfangen zu welken.

Unterschiede zwischen der vorliegenden Erfindung und den Verfahren gemäß Stand der Technik

Ein charakteristisches Merkmal des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, dass die Pflanzen veranlasst werden, ein Medium mit hohem Zuckergehalt unter Beleuchtung so effektiv aufzunehmen, dass ausreichend Nährstoffe in den Stengeln und Blättern aufgenommen und gespeichert werden, so dass Mikroknollen effektiv in dem nachfolgenden dunklen Schritt produziert werden.
In dem zweiten herkömmlichen, obenstehend beschriebenen Verfahren wird ausschließlich die Tatsache, dass die Bildung der Mikroknollen "bei geringen Temperaturbedingungen und unter kurzer Tageslänge" begünstigt ist, in Erwägung gezogen. Konsequenterweise wird die Umwandlung in Mikroknollen, nach dem Schritt des Pflanzenwachstums, "bei einer geringen Temperatur und unter einer kurzen Tageslänge" induziert, und dann das Medium gegen eines mit einem hohen Saccharose-Gehalt ausgetauscht, gefolgt von der Kultivierung der Pflanzen im Dunkeln, um Mikroknollen zu bilden und heranzuziehen. Folglich erwägt das zweite herkömmliche Verfahren ausschließlich das Induzieren der Bildung von Mikroknollen unter einer kurzen Tageslänge. Der Grundgedanke der Begünstigung des Pflanzenwachstums wird nicht erwogen.
In den ersten und zweiten herkömmlichen Verfahren werden die Pflanzen, unmittelbar nach dem Ersetzen des Mediums durch eines mit einem hohen Zuckergehalt für die Bildung von Mikroknollen, im Dunkeln zur Bildung von Mikroknollen kultiviert. Die Aufnahme des Mediums durch die Pflanzen ist jedoch im Dunkeln gering, so dass das mit Nährstoffen angereicherte Medium nicht effektiv von den Pflanzen aufgenommen wird.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beseitigt diese Nachteile. Der oben beschriebene Schritt (2) dient nicht lediglich der Induktion der Bildung von Mikroknollen unter der kurzen Tageslänge. In diesem Schritt werden die Pflanzen unter Licht für 1-4 Wochen nach dem Wechsel des Mediums zu einem mit einem hohen Zuckergehalt so kultiviert, dass die Pflanzen zur effektiven Aufnahme des Mediums, welches einen hohen Anteil an Nährstoffen enthält, veranlasst werden. Nach dem ausreichenden Speichern von Nährstoffen in den Stengeln und Blättern werden die Pflanzen im Dunkeln zur Bildung von Mikroknollen kultiviert. Da große Mengen von Nährstoffen in den Stengeln und Blättern gespeichert sind, werden Mikroknollen effektiv gebildet.
Daher wird, vor der Kultivierung der Pflanzen im Dunkeln, wobei bei dieser Bedingung die Aufnahme der Nährstoffe gering ist, so viel Energie wie möglich zur Bildung und zum Wachstum der Mikroknollen in den Stengeln und Blättern unter Licht gespeichert, und Mikroknollen werden dann im Dunkeln unter Nutzung der gespeicherten Energie effektiv gebildet und herangezogen.

Wirkungen der vorliegenden Erfindung

Erhöhung der Gesamtzahl der Mikroknollen pro Gefäß und Erhöhung der Anzahl von großen Mikroknollen

Die Effizienz der Produktion von Mikroknollen durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist höher als die des ersten und zweiten herkömmlichen Verfahrens (siehe Tabelle 2), in denen Mikroknollen im Dunkeln nach dem Austausch des Mediums gegen eines mit einem hohen Saccharose-Gehalt nach der Behandlung mit kurzer Tageslänge gebildet werden.
Obwohl die Gesamtzahl der Mikroknollen einschließlich kleiner Mikroknollen mit Gewichten von nicht mehr als 0,1 g in dem zweiten herkömmlichen Verfahren höher war als die mit dem ersten herkömmlichen Verfahren erreichte, war die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g in dem zweiten herkömmlichen Verfahren ungefähr die gleiche wie die mit dem ersten herkömmlichen Verfahren erreichte und die Anzahl von Mikroknollen mit durch das zweiten herkömmlichen Verfahren erreichten Gewichten von nicht weniger als 0,5 g war erheblich geringer als die mit dem ersten herkömmlichen Verfahren erreichte. Folglich ist das zweite herkömmliche Verfahren nicht effizient, da Mikroknollen mit einem Gewicht von nicht weniger als 0,5 g erwünscht sind. Wenn die Mikroknolle ein Gewicht von nicht weniger als 0,5 g aufweist, kann sie direkt eingepflanzt werden und im Feld wachsen. Wenn die Mikroknolle ein Gewicht von weniger als 0,5 g aufweist, ist das Wachstum einer Pflanze hieraus langsam, sofern sie direkt in das Feld eingepflanzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der 8 Stunden Tageslänge nach dem Austausch des Mediums angewendet wird, war die Effizienz der Produktion von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g viel höher als diese, die in dem ersten und zweiten herkömmliche Verfahren erzielt wurde, und die Gesamtzahl der Mikroknollen war ebenfalls erhöht. Weiterhin war auch die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,5 g höher.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der 16 Stunden Tageslänge nach dem Austausch des Mediums angewendet wird, war die Anzahl von großen Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,5 g oder nicht weniger als 1 g viel höher als diese, die durch das erste und zweite herkömmliche Verfahren erzielt wurde.
Darüber hinaus war die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g ebenfalls höher. Tabelle 2: Wirkung der Beleuchtung vor und nach Austausch des Mediums; Varietät: Russet Burbank
*: Diese weisen nicht weniger als 5% Signifikanz basierend auf der Kontrollgruppe auf
**: Diese weisen nicht weniger als 1% Signifikanz basierend auf der Kontrollgruppe auf Herstellung von reifen Mikroknollen
Durch Kultivierung der Pflanzen unter Beleuchtung (5.000 Lux) nach Austausch des Mediums sind nicht nur die Stengel und Blätter gut entwickelt und die Anzahl der hergestellten Mikroknollen erhöht, sondern das Medium wird auch schnell durch die Pflanzen aufgenommen. Daher trat die Zeit früh ein, zu welcher die Stengel und Blätter in der späteren Phase des Mikroknollen-Wachstumsschrittes gelb wurden und begannen zu welken, so dass reife, qualitativ hochwertige Mikroknollen, die zur Lagerung und Kultivierung im Feld geeignet sind, erhalten wurden.

Beispiel 1

Einfluss der Tageslängen-Behandlung auf die Mikroknollen-Herstellung vor und nach Austausch des Mediums

Virusfreie Pflanzen, im wesentlichen nach der Methode von Hussey et al. (1981) (Ann. Bot. 48, 787-796) (Varietät: Russet Burbank, Pflanzen gelagert in der Tissue-Grown Corporation wurden angezogen) angezogen, wurden in knotige Setzlinge zerteilt, von denen jeder einen einzelnen Koten enthielt, und acht knotige Setzlinge wurden pro Glasgefäß gesetzt, welches ein inneres Volumen von 2 l, einen Durchmesser von 13 cm und eine Höhe von 18 cm aufweist und 0,6 Liter des Pflanzen-Wachstumsmediums enthielt. Solche Glasgefäße sind kommerziell von der Carolina Biological Supply Company erhältlich und werden im folgenden als "2 l-Gefäße" bezeichnet. Die Pflanzen wurden bei 20ºC unter einer Beleuchtung von 5.000 Lux für 16 Stunden/Tag und bei einer Belüftungsrate von 0,35-0,4 Liter/min. kultiviert.
Die Pflanzen wuchsen nach ungefähr 4 Wochen seit dem Beginn der Kultivierung zu einer durchschnittlichen Länge von 15 cm heran.
Dann wurde einer der folgenden Schritte a) bis d) durchgeführt:
a) Nach Kultivierung der Pflanzen für 4 Wochen unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde das verbliebene Medium entfernt und durch 0,7 l des Mikroknollen- bildenden Mediums ersetzt, und die Kultivierung wurde für weitere 18 Tage bei 20ºC unter einer Beleuchtung von 5.000 Lux für 8 Stunden pro Tag bei einer Belüftungsrate von 0,35- 0,4 Liter/min. fortgesetzt. (Die vorliegende Erfindung).
b) Nach Kultivierung der Pflanzen für 4 Wochen unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde das Medium wie in dem oben genannten Schritt a) ausgetauscht und die Kultivierung wurde für weitere 25 Tage bei 20ºC unter einer Beleuchtung von 5.000 Lux für 16 Stunden pro Tag bei einer Belüftungsrate von 0,35-0,4 Liter/min. fortgesetzt. (Die vorliegende Erfindung).
c) Nach Kultivierung der Pflanzen für 4 Wochen unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde die Kultivierung für weitere 17 Tage unter den selben Bedingungen, mit der Ausnahme, dass die Tageslänge auf 8 Stunden geändert wurde, fortgesetzt. Danach wurde das verbliebene Medium entfernt und 0,7 Liter des Mikroknollenbildenden Mediums wurden hinzugefügt (Zweites herkömmliches Verfahren).
d) Die Kultivierung unter den oben beschriebenen Bedingungen wurde für 7 Wochen fortgesetzt und dann wurde das Medium ersetzt (erstes herkömmliches Verfahren, Kontrolle).
Nach einem der Schritte a) bis d) wurden die Pflanzen zum ausbilden von Mikroknollen im Dunkeln bei 20ºC bei einer Belüftungsrate von 0,35-0,4 Liter/min. kultiviert. Die Mikroknollen wurden während der 9. Woche seit dem Beginn der Kultivierung im Dunkeln geerntet.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt, obenstehend. Beim Vergleich mit dem ersten herkömmlichen Verfahren (Kontrolle) war die Anzahl der Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g und nicht weniger als 0,5 g in dem Verfahren, welches Schritt a) anwendet (d. h. 8 Stunden/Tag Beleuchtung nach Austausch des Mediums) viel größer.
Bei dem Verfahren, welches Schritt b) anwendet (d. h. 16 Stunden/Tag Beleuchtung nach Austausch des Mediums), war die Anzahl von großen Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,5 g und nicht weniger als 1 g viel höher, obwohl die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g nicht so unterschiedlich von der durch das erste herkömmliche Verfahren (Kontrolle) erreichten war. Folglich ist die Kultivierung unter Beleuchtung nach Austausch des Mediums hoch effektiv für die Herstellung von Mikroknollen.
Andererseits war bei dem zweiten herkömmlichen Verfahren, welches Schritt c) anwendet (d. h. 8 Stunden/Tag Beleuchtung vor Austausch des Mediums) die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g ungefähr die selbe wie in dem ersten herkömmlichen Verfahren und die Anzahl von Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,5 g war erheblich geringer als die im ersten herkömmlichen Verfahren erreichte, obwohl eine Anzahl von kleinen Mikroknollen mit Gewichten von weniger als 0,1 g hergestellt wurde (Daten nicht dargestellt). Folglich hat das zweite herkömmliche Verfahren keine höherwertigen Wirkungen im Vergleich mit dem ersten herkömmlichen Verfahren (Kontrolle).

Beispiel 2

Die knotigen Setzlinge aus virusfreien Kartoffel-Pflänzchen (Varietät: Russet Burbank) wurden in die Gefäße gesetzt und Pflanzen wurden für 4 Wochen in der selben Weise wie in Beispiel 1 angezogen, und das Medium wurde dann gegen das Mikroknollen- bildende Medium ausgetauscht. Danach wurde einer der folgenden Schritte a) bis d) durchgeführt.
a) Die Pflanzen wurden unter 8 Stunden Tageslänge für 1 Woche und dann im Dunkeln zum ausbilden von Mikroknollen kultiviert (Die vorliegende Erfindung).
b) Die Pflanzen wurden unter 8 Stunden Tageslänge für 2 Wochen und dann im Dunkeln zum ausbilden von Mikroknollen kultiviert (Die vorliegende Erfindung).
c) Die Pflanzen wurden unter 16 Stunden Tageslänge für 2 Wochen und dann im Dunkeln zum ausbilden von Mikroknollen kultiviert (Die vorliegende Erfindung).
d) Unmittelbar nach dem Austausch des Mediums wurden die Pflanzen im Dunkeln kultiviert (Erstes herkömmliches Verfahren, Kontrolle).
Während der 9. Woche seit dem Austausch des Mediums wurden die Mikroknollen geerntet.
In diesem Beispiel wurden zusätzlich zu den oben genannten 2 l-Gefäßen Glasgefäße mit einem inneren Volumen von ungefähr 4 Litern mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von 22 cm (kommerziell erhältlich von der Carolina Biological Supply Company, im folgenden als "4 l-Gefäße" bezeichnet) für einige Gruppen verwendet. Die Kulturbedingungen in den 4 l-Gefäßen waren die selben wie in den 2 l-Gefäßen, mit der Ausnahme, dass die Anzahl der hierin angeordneten Bereiche 16, die Belüftungsrate 0,7 bis 0,8 Liter/min. und die Menge an Medium (sowohl das Stengel- und Blattwachstums-Medium als auch das Mikroknollen-bildende Medium) 1 Liter/Gefäß betrug.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Wie in Beispiel 1 ist die Anzahl der Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,1 g durch die 8 Stunden Tageslicht- Behandlung erhöht und die Anzahl der Mikroknollen mit Gewichten von nicht weniger als 0,5 g und nicht weniger als 1 g ist in der 16 Stunden Tageslicht-Behandlung erhöht.
Tabelle 3: Wirkung der Beleuchtung vor und nach Austausch des Mediums; Varietät: Russet Burbank
**: Diese weisen nicht weniger als 1% Signifikanz basierend auf der Kontrollgruppe auf

Beispiel 3

Unter Verwendung von kultivierten Kartoffel-Pflänzchen (Varietät: Lemhi Russet, Pflanzen gehalten in der Tissue-Grown Corporation wurden angezogen) wurden die Wirkungen der 8 Stunden Tageslänge nach Austausch des Mediums wie in Beispiel 2 untersucht.
Wie aus den in Tabelle 4 dargestellten Ergebnissen entnommen werden kann, war die Anzahl der hergestellten Mikroknollen höher als in dem ersten herkömmlichen Verfahren (Kontrolle). Tabelle 4: Wirkung der Beleuchtung vor und nach Austausch des Mediums
*: Diese weisen nicht weniger als 5% Signifikanz basierend auf der Kontrollgruppe auf
Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde folgendes während der Kultivierung oder nach der Ernte festgestellt:
(i) Die Pflanzen hatten vor der Kultivierung im Dunkeln mehr Stengel und Blätter, jedes Blatt war dicker, gleichwohl aber etwas kleiner, und die Masse der Stengel und Blätter war besser entwickelt als solche in dem zweiten herkömmlichen Verfahren.
(ii) Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurden die Mikroknollen bei Anwendung einer 8 Stunden Tageslänge schneller nach dem Beginn der Kultivierung im Dunkeln gebildet als in dem zweiten herkömmlichen Verfahren und die Bildung der Mikroknollen wurde innerhalb einiger Tage seit dem Beginn der Kultivierung im Dunkeln beobachtet.
Andererseits wurde die Bildung von Mikroknollen in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung bei Anwendung einer 16 Stunden Tageslänge ungefähr eine Woche nach dem Beginn der Kultivierung im Dunkeln beobachtet, wie bei dem ersten herkömmlichen Verfahren (Kontrolle). Das Wachstum der Mikroknollen war jedoch schneller als im ersten herkömmlichen Verfahren.
(iii) In den Verfahren, welche die 8 Stunden Tageslänge oder 16 Stunden Tageslänge anwenden, schritt die Alterung der Stengel und Blätter in dem späteren Abschnitt der Mikroknollen-Bildungsphase schneller voran als in dem ersten herkömmlichen Verfahren (Kontrolle), trotz der Tatsache, dass die Pflanzen zu einem späteren Zeitpunkt in die Dunkelheit überführt wurden als bei dem ersten herkömmlichen Verfahren, so dass reife, qualitativ hochwertige Mikroknollen erhalten wurden. Dies war in dem die 16 Stunden Tageslänge anwendenden Verfahren ausgeprägter als bei dem, welches die 8 Stunden Tageslänge anwendet.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kartoffel-Mikroknollen mit den nachfolgenden Schritten:

Kultivieren von Kartoffelpflanzen in einem einen hohen Zuckergehalt von 6-10% w/v enthaltendem Medium für einen Zeitraum von 1 bis 4 Wochen und unter zyklischen Beleuchtungsbedingungen; und

Kultivieren der so erhaltenen Kartoffelpflanzen im Dunkeln, bis Mikroknollen entstanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zucker zumindest ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Sucrose, Glucose, Fructose und Maltose.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Zucker Sucrose ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der hohe Zuckergehalt 7-9% w/v Zucker beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Zuckergehalt 8% w/v Sucrose beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Medium ein Element ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Murashige und Skoog's Medium mit 8% w/v Sucrose, pH 5,8, White's Medium mit 8% w/v Sucrose und Linsmayer und Skoog's Medium mit 8% w/v Sucrose.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Medium Murashige und Skoog's Medium mit 8% w/v Sucrose, pH 5,8, ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zyklischen Beleuchtungsbedingungen die Beleuchtung der Kartoffelpflanzen für den Zeitraum von 6 bis 12 Stunden pro Tag umfassen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zyklischen Beleuchtungsbedingungen die Beleuchtung der Kartoffelpflanzen für einen Zeitraum von 12 bis 24 Stunden pro Tag umfassen.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Kartoffelpflanzen unter zyklischen Beleuchtungsbedingungen für einen Zeitraum von etwa einer Woche kultiviert werden, um kleine Mikroknollen zu produzieren.

11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Kartoffelpflanzen unter den zyklischen Beleuchtungsbedingungen für einen Zeitraum von etwa zwei Wochen kultiviert werden, um große Mikroknollen zu produzieren.

12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kultivieren unter Beleuchtung eine belüftete. Flüssigkultur bei 18 bis 25ºC mit einer Beleuchtung bei 3.000 bis 10.000 Lux bei einer Belüftungsrate von 0,02 bis 0,5 Liter pro Liter. Minute umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kultivieren unter Beleuchtung eine belüftete Flüssigkultur bei 18 bis 22ºC mit einer Beleuchtung bei 4.000 bis 6.000 Lux bei einer Belüftungsrate von 0,2 bis 0,4 Liter pro Liter·Minute umfaßt.

14. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kultivieren der Kartoffelpflanzen im Dunkeln für einen Zeitraum von 3 bis 10 Wochen durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Kultivieren eine Flüssigkultur unter Belüftung bei 18 bis 25ºC bei einer Belüftungsrate von 0,02 bis 0,5 Liter/Liter·Minute umfaßt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Kultivieren eine Flüssigkultur unter Belüftung bei 18 bis 22ºC bei einer Belüftungsrate von 0,2 bis 0,4 Liter/Liter·Minute umfaßt.