FR2651086A1

FR2651086A1 - METHOD FOR ACCELERATION AND SYNCHRONIZATION OF GERMINATION OF SEEDS.

Info

Publication number: FR2651086A1
Application number: FR9010691A
Authority: FR
Inventors: Donald B White; Phil S Allen
Original assignee: University of Minnesota
Current assignee: University of Minnesota
Priority date: 1989-08-30
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1991-03-01
Anticipated expiration: 2010-08-27
Also published as: SE9002745L; CA2024110A1; DE4027308A1; FR2651086B1; SE9002745D0; NL9001892A

Abstract

L'invention concerne un procédé pour accélérer et synchroniser la germination des semences avant la mise en terre, par contact d'une population initiale de semences avec de l'eau liquide jusqu'à ce que le taux d'humidité de la population obtenue de semences hydratées soit supérieur au taux d'humidité initial des semences, la suppression du contact entre les semences hydratées et l'eau liquide, la déshydratation des semences hydratées pour que leur taux d'humidité soit réduit à une valeur supérieure à celui de la population initiale des semences, et la répétition, au moins une fois, de ces étapes pour obtenir une population de semences déshydratées non germées dont le taux d'humidité est supérieur à celui de la population initiale et également de préférence à celui de la population de semences produite dans l'étape précédente de déshydratation.The invention relates to a method for accelerating and synchronizing the germination of seeds before planting, by contacting an initial population of seeds with liquid water until the moisture content of the obtained population of. hydrated seeds is greater than the initial moisture content of the seeds, the elimination of contact between the hydrated seeds and liquid water, the dehydration of the hydrated seeds so that their moisture content is reduced to a value greater than that of the population initial seed, and repeating these steps at least once to obtain a population of ungerminated dehydrated seeds with a moisture content greater than that of the initial population and also preferably than that of the seed population produced in the previous dehydration step.

Description

PROCEDE POUR ACCELERER ET SYNCHRONISER LA GRMINATION DES SEMENCESMETHOD FOR ACCELERATING AND SYNCHRONIZING SEED GRANULATION

La présente invention concerne un procédé pour accélérer et The present invention relates to a method for accelerating and

synchroniser la germination des semences. synchronize seed germination.

Depuis cinquante ans au moins, on s'est intéressé aux possibilités d'améliorer les performances des semences, en particulier d'améliorer la germination et l'établissement des plantules. Des traitements des semences, qui déclenchent ou achèvent le processus de germination dans des conditions contrôlées avant le semis, présenteraient de nombreux avantages pratiques, en particulier For at least fifty years, there has been interest in the possibilities of improving seed performance, in particular improving germination and seedling establishment. Seed treatments, which trigger or complete the germination process under controlled conditions before sowing, would have many practical advantages, in particular

si la germination était à la fois synchronisée et accélérée. if the germination was both synchronized and accelerated.

L'établissement rapide d'une population uniforme de plantules améliore la capacité des plantes cultivées à concurrencer les mauvaises herbes et, de plus, des économies résultent de la gestion d'une population uniforme de plantes, y compris une amélioration de l'uniformité du rendement lors de la récolte. Une germination rapide après le semis peut réduire l'érosion par stabilisation rapide de pentes dénudées et peut rendre des terrains de loisir, tels que les terrains de golf, utilisables plus rapidement avec un emploi moindre de semences. Une germination rapide peut réduire 1 'exposition des semences mises en terre, ce qui réduit la nécessité The rapid establishment of a uniform seedling population improves the ability of crop plants to compete with weeds and, in addition, savings result from the management of a uniform plant population, including improved uniformity of plants. yield during harvest. Rapid germination after planting can reduce erosion by rapid stabilization of bare slopes and can make recreational sites, such as golf courses, usable faster with less seed use. Rapid germination can reduce the exposure of seeds planted, which reduces the need for

d'une lutte chimique importante contre des dégâts, tels que la fonte. a major chemical fight against damage, such as melting.

En fait, la saison de culture d'une plante donnée peut être efficacement accrue d'au moins le nombre de jours normalement In fact, the growing season of a given plant can be effectively increased by at least the number of days normally

nécessaires à la germination dans le sol. necessary for germination in the soil.

Les tentatives d'accélération de la germination ont compris l'utilisation de traitements physiques ou chimiques destinés & réduire la période de dormance après la formation de la graine. Ces traitements comprennent une exposition des semences à la lumière, une exposition des semences au froid, une exposition à des conditions humides (stratification), une scarification mécanique et un traitement avec des agents chimiques, tels que l'acide gibbérellique, le nitrate de potassium, la thio-urée, le peroxyde d'hydrogène ou l'éthylène. Le durcissement des semences, qui consiste à soumettre les semences à un trempage dans l'eau suivi d'un séchage à l'air, a été étudié depuis plusieurs années avec des résultats incertains. Divers procédés pour la mise en terre de semences prégermées ont également été mis au point, mais demeurent d'efficacité douteuse par suite de la tendance des semences nouvellement germées à se déshydrater et de leur sensibilité aux altérations mécaniques. On a également soumis les semences à un conditionnement osmotique comprenant leur hydratation dans des solutions de sel ou de polyéthylèneglycol. Ces traitements peuvent réduire la période de dormance tout en empêchant Attempts to accelerate germination included the use of physical or chemical treatments to reduce the dormancy period after seed formation. These treatments include exposure of seeds to light, exposure of seeds to cold, exposure to moist conditions (stratification), mechanical scarification and treatment with chemical agents, such as gibberellic acid, potassium nitrate , thiourea, hydrogen peroxide or ethylene. Seed hardening, which involves subjecting the seeds to soaking in water followed by air drying, has been studied for several years with uncertain results. Various methods for planting pregerminated seeds have also been developed, but remain questionable as a result of the tendency of newly sprouted seeds to dehydrate and their susceptibility to mechanical alteration. Seeds were also subjected to osmotic conditioning including hydration in salt or polyethylene glycol solutions. These treatments can reduce the dormancy period while preventing

la croissance de la radicule ou de la racine principale. the growth of the radicle or the main root.

On cherche donc à réduire la période de germination des semences après la mise en terre ("in situ") et à accroître It is therefore sought to reduce the germination period of seeds after planting ("in situ") and to increase

l'importance de la germination synchrone de ces semences. the importance of synchronous germination of these seeds.

La présente invention fournit un procédé pour accumuler les processus germinatifs d'une population de semences avant la mise-en terre, de façon à ce que les semences germent plus rapidement et avec un degré supérieur de synchronisme après la mise en terre par rapport à une population non traitée des mêmes semences. Selon le présent procédé, on soumet les semences à un "traitement cyclique" les amenant à un point critique précédant juste la germination, en leur appliquant des cycles contrôlés d'humidification et de séchage pendant une période dite "période de fluctuation critique". Les semences acquièrent un synchronisme physiologique à la fin de la période de fluctuation critique, puis germent rapidement par réexposition ultérieure à l'eau. La présente invention fournit donc un procédé pour accélérer et synchroniser la germination des semences comprenant: (a) le contact d'une population initiale de semences avec de l'eau liquide, de façon à ce que le taux d'humidité de la population de semences hydratées obtenue soit supérieur au taux initial d'humidité de la population initiale de semences; (b) la suppression du contact entre la population des semences hydratées et l'eau liquide, puis la déshydratation des semences pour que leur taux d'humidité soit réduit à une valeur supérieure au taux initial d'humidité de la population initiale de semences; et (c) la répétition, au moins une fois, des étapes (a)-(b) pour obtenir une population de semences ayant un taux d'humidité supérieur au taux d'humidité de la population initiale et qui, de préférence, est également supérieur à celui de la population de semences produite par l'étape The present invention provides a method for accumulating germination processes of a seed population prior to planting, so that seeds germinate more rapidly and with a greater degree of synchronism after planting compared to a seed population. untreated population of the same seeds. According to the present method, the seeds are subjected to a "cyclic treatment" bringing them to a critical point just prior to germination, by applying controlled cycles of humidification and drying during a period called "critical fluctuation period". The seeds acquire a physiological synchronism at the end of the critical fluctuation period and then germinate rapidly by subsequent re-exposure to water. The present invention thus provides a method for accelerating and synchronizing seed germination comprising: (a) contacting an initial seed population with liquid water, so that the moisture level of the seed population hydrated seed obtained is greater than the initial moisture content of the initial seed population; (b) removing the contact between the hydrated seed population and the liquid water and then dehydrating the seeds so that their moisture content is reduced to a value greater than the initial moisture content of the initial seed population; and (c) repeating, at least once, steps (a) - (b) to obtain a seed population having a moisture level greater than the initial population moisture level and which preferably is also higher than that of the seed population produced by step

précédente de déshydratation (séchage). previous dehydration (drying).

De préférence, le taux d'humidité de chaque population de semences hydratées est supérieur à celui de la population hydratée précédente. Donc, le taux d'humidité des populations hydratées et déshydratées est de préférence accru graduellement par rapport au taux d'humidité de la population initiale, jusqu'à ce que le taux d'humidité de la population hydratée atteigne un point critique auquel la germination se produit. Par exposition ultérieure à de l'eau liquide, cette population finale de semences déshydratées s'hydrate et germe sensiblement en synchronisme et en une période suivant cette réhydratation ultérieure, qui est sensiblement plus courte que la période nécessaire à la germination de ladite population initiale par contact avec de l'eau. Par exemple, par réexposition à de l'eau liquide dans les conditions ambiantes, le temps de germination de la population soumise au traitement cyclique selon la présente invention peut être réduit à environ 16 heures ou moins avec un taux de germination d'au moins environ 90 %, par exemple d'environ 97,5 à 100 %, des semences viables. Pour certains Preferably, the moisture content of each population of hydrated seeds is higher than that of the previous hydrated population. Thus, the moisture content of the hydrated and dehydrated populations is preferably increased gradually relative to the moisture level of the initial population, until the moisture content of the hydrated population reaches a critical point at which germination occurs. occurs. By subsequent exposure to liquid water, this final dehydrated seed population hydrates and germinates substantially in synchronism and a period following this subsequent rehydration, which is substantially shorter than the period required for germination of said initial population by contact with water. For example, by re-exposure to liquid water under ambient conditions, the germination time of the cyclically treated population according to the present invention can be reduced to about 16 hours or less with a germination rate of at least about 90%, for example from about 97.5 to 100%, viable seeds. For some people

types de semences de graminées, deux cycles d'hydratation/déshydra- types of grass seed, two cycles of hydration / dehydration

tation (par exemple a-b; a'-b') suffisent pour assurer efficacement le synchronisme et l'accélération de la germination, tandis que d'autres espèces de graminées peuvent nécessiter jusqu'à 16 à tation (eg a-b, a'-b ') are sufficient to effectively ensure synchronism and acceleration of germination, while other graminaceous species may require up to 16 to

cycles (a)-(b) pour que la fluctuation critique s'achève. cycles (a) - (b) for the critical fluctuation to complete.

De façon surprenante, le présent procédé peut être utilisé pour améliorer la capacité de germination de semences âgées et peut provoquer un rajeunissement des semences de faible vigueur. Les semences produites selon l'invention peuvent également résister lorsqu'elles sont de plus séchées jusqu'au taux d'humidité de l'air sec, tout en conservant un meilleur synchronisme. La germination rapide des présentes semences réduit également leur temps d'exposition aux microorganismes responsables de la fonte, tels que Pythium spp., ce qui réduit ou supprime la nécessité de traiter les Surprisingly, the present method can be used to improve the germination capacity of aged seeds and can cause rejuvenation of low vigor seeds. The seeds produced according to the invention can also withstand when they are further dried to the moisture content of dry air, while maintaining a better synchronism. The rapid germination of the present seeds also reduces their exposure time to the microorganisms responsible for melting, such as Pythium spp., Which reduces or eliminates the need to treat the seeds.

semences avec des fongicides ou d'autres produits chimiques. seeds with fungicides or other chemicals.

L'invention est également utile pour remplacer un type de couverture végétale du sol par un second type de couverture, en particulier dans le cas o le maintien d'une couche intacte de couverture végétale est important, par exemple pour la protection ou l'utilisation de la surface. Par exemple, dans le cas des terrains de golf, il est souvent nécessaire de remplacer une variété de graminées par une autre afin d'ajuster les caractéristiques des graminées aux variations saisonnières du temps. Classiquement, pour cela, on soumet le vieux gazon à un semis surabondant, de façon à ce que la nouvelle variété de graminées remplace uniformément la variété précédente avec une densité suffisante. Cependant, par suite de la variation importante des temps de germination dans la population de semences The invention is also useful for replacing a type of ground cover with a second type of cover, particularly in the case where the maintenance of an intact layer of vegetation cover is important, for example for the protection or use from the surface. For example, in the case of golf courses, it is often necessary to replace one graminaceous variety with another in order to adjust the characteristics of grasses to seasonal variations of time. Classically, for this purpose, the old turf is subjected to an abundant sowing, so that the new variety of grasses uniformly replaces the previous variety with a sufficient density. However, due to the significant variation in germination times in the seed population

que l'on applique, le gaspillage de semences est important. that is applied, the waste of seeds is important.

L'invention fournit une population de semences qui a été présynchronisée relativement à la germination et qui germe en une période réduite, ce qui présente l'avantage de réduire le temps pendant lequel le terrain ne peut pas être utilisé. Les semences de la présente invention sont également utiles lorsqu'on désire recouvrir rapidement une surface de terrain nu afin de la protéger contre l'érosion ou contre la lixiviation de résidus dangereux. La surface que l'on désire protéger peut être semée, puis mise en contact avec de l'eau pendant une période préalablement choisie, afin d'assurer la germination des semences et de déclencher la pousse des plantules. Bien que l'invention soit principalement décrite relativement aux semences des graminées, il est prévu qu'elle s'applique généralement aux semences de monocotylédones, telles que les céréales comme le maïs, le blé, l'orge, l'avoine, le riz, le sorgho et le seigle. Egalement, des semences de plantes, telles que le dactyle pelotonné, le freesia, l'anacardier et la fétuque, de même que de plantes agricoles, telles que les sojas, les betteraves, les carottes, le céleri, les tomates, les oignons, les iupins, le tournesol et le cotonnier, peuvent être améliorées grâce au présent procédé. L'invention est particulièrement efficace dans le cas des espèces dont les semences présentent un intervalle sensible entre la maturation et la germination dans les conditions naturelles. L'invention va maintenant être décrite de façon détaillée. La synchronisation des semences a été obtenue avec quatre génotypes de Lolium perenne (ray-grass anglais) et avec Poa annua (paturin annuel, plusieurs génotypes). De façon générale, les semences ont été conservées dans diverses conditions et soumises à un traitement cyclique dans des environnement aqueux en phase liquide et en phase vapeur. La phase d'hydratation (< = O MPa) est obtenue par mise des The invention provides a seed population that has been presynchronized with respect to germination and that sprouts in a reduced period, which has the advantage of reducing the time during which the land can not be used. The seeds of the present invention are also useful when it is desired to rapidly cover a bare ground surface to protect it against erosion or leaching of hazardous residues. The surface to be protected can be sown and then placed in contact with water for a pre-selected period to ensure seed germination and seedling growth. Although the invention is primarily described with respect to grass seed, it is expected that it will generally apply to monocotyledonous seeds, such as cereals such as corn, wheat, barley, oats, rice , sorghum and rye. Also, plant seeds, such as orchardgrass, freesia, cashew and fescue, as well as agricultural plants, such as soybeans, beets, carrots, celery, tomatoes, onions, iupins, sunflower and cotton, can be improved by the present method. The invention is particularly effective in the case of species whose seeds have a substantial interval between ripening and germination under natural conditions. The invention will now be described in detail. Seed synchronization was obtained with four genotypes of Lolium perenne (English ryegrass) and Poa annua (annual bluegrass, several genotypes). In general, the seeds were stored under various conditions and cyclically treated in aqueous liquid phase and vapor phase environments. The hydration phase (<= O MPa) is obtained by placing the

semences en contact continu avec de l'eau libre. seed in continuous contact with free water.

On préfère déshydrater les semences à une forte humidité dans des conditions telles que les semences ne soient pas mouillées. On peut, pour cela, placer les semences dans un environnement o l'humidité est étroitement régulée. Comme l'humidité relative de l'air d'une chambre contenant des solutions salines correspond à un potentiel hydrique particulier, un gradient spécifique de pression de vapeur peut être établi au-dessus du liquide, de préférence à un potentiel hydrique d'environ T = -5 MPa à -10 MPa dans les conditions ambiantes (25-27,5 C). Par exemple, l'humidité relative à environ 26,5 C peut être d'environ 90 à 97 %. Ce gradient assure une vitesse ménagée de séchage et un taux d'humidité prévisible des semences à tout moment après l'introduction des semences dans l'environnement en phase vapeur (de séchage). Il convient de noter que l'on effectue une régulation de la température pour éviter une condensation due à l'abaissement de la température plutôt que pour éviter une élévation It is preferred to dehydrate the seeds at high humidity under conditions such that the seeds are not wetted. This can be done by placing the seeds in an environment where moisture is tightly regulated. Since the relative humidity of the air of a chamber containing saline solutions corresponds to a particular water potential, a specific vapor pressure gradient can be established above the liquid, preferably at a water potential of approx. = -5 MPa at -10 MPa under ambient conditions (25-27.5 C). For example, the relative humidity at about 26.5 C may be about 90 to 97%. This gradient ensures a controlled rate of drying and a predictable moisture content of the seeds at any time after the introduction of seeds into the vapor phase (drying) environment. It should be noted that temperature control is performed to avoid condensation due to lowering of temperature rather than to avoid elevation.

de la température. On utilise des pressions d'air ambiantes. of the temperature. Ambient air pressures are used.

On fait passer alternativement les semences d'un environnement à l'autre pendant des périodes préalablement choisies, typiquement d'environ 8 à 24 heures. La répétition des cycles d'hydratation-déshydratation, dans les conditions appropriées, Seeds are alternately passed from one environment to another during pre-selected periods, typically from about 8 to 24 hours. Repetition of hydration-dehydration cycles, under the appropriate conditions,

sychronise la germination des semences. sychronizes seed germination.

Exemple 1Example 1

On soumet 50 semences de ray-grass anglais "DelRay" (Northrup King) a des cycles d'hydratation/déshydratation à 26,5 C. Après 16 heures d'hydratation sur un papier buvard saturé d'eau, on transfère les semences dans un pot bouché hermétiquement o on les fait flotter sur un radeau sur une solution aqueuse saturée de nitrate de potassium (HR = 93 %, t = -10 MPa) pendant 8 heures à 26,5 C. On répète deux fois cette opération pour achever la période de fluctuation critique (2,0 cycles) et 100 % des semences viables 50 seeds of English ryegrass "DelRay" (Northrup King) were subjected to hydration / dehydration cycles at 26.5 C. After 16 hours of hydration on a blotter paper saturated with water, the seeds were transferred to a hermetically sealed jar or floated on a raft on a saturated aqueous solution of potassium nitrate (HR = 93%, t = -10 MPa) for 8 hours at 26.5 C. This operation is repeated twice to complete the critical fluctuation period (2.0 cycles) and 100% of viable seeds

germent par réexposition à l'eau à 26,5 C pendant une nuit. germinate by re-exposure to water at 26.5 C overnight.

Exemple 2Example 2

La figure 1 résume les résultats de cycles répétés d'hydratation/déshydratation de semences de Lolium verenne (ray-grass). On réalise les cycles d'hydratation (liquide) pendant 16 heures à 26,5 C. On réalise les cycles de déshydratation (vapeur) pendant 8 heures avec % = -10 MPa (26,5 C) et une humidité relative (HR) respectivement de 97 % et de 93 %. On hydrate en continu des semences témoins avec de l'eau liquide à 26,5 C et elles germent entre 40 et 72 heures. Les flèches sur les graphiques indiquent le moment o la première semence germe. Toutes les semences soumises au traitement cyclique et humidifiées à 93 % (parcelle 16.8.93) germent Figure 1 summarizes the results of repeated cycles of hydration / dehydration of seeds of Lolium verenne (ryegrass). The hydration cycles (liquid) are carried out for 16 hours at 26.5 ° C. The dehydration (steam) cycles are carried out for 8 hours with% = -10 MPa (26.5 ° C) and relative humidity (RH). 97% and 93% respectively. Control seeds are continuously hydrated with liquid water at 26.5 ° C. and germinated between 40 and 72 hours. The arrows on the graphs indicate when the first seed germinates. All seeds subjected to cyclic treatment and humidified to 93% (parcel 16.8.93) germinate

pendant l'étape d'hydratation entre 48 et 62 heures. during the hydration step between 48 and 62 hours.

Exemple 3Example 3

On soumet également à des cycles répétés d'hydratation/ déshydratation des semences de Poa annua (paturin). On effectue le cycle d'hydratation (liquide) à 26,5 C. On effectue les cycles de déshydratation (vapeur) respectivement à 26,5 C (-10 MPa) et à 93 % d'HR. On hydrate en continu les semences témoins avec de l'eau Repeated cycles of hydration / dehydration of Poa annua seeds (paturin) are also carried out. The hydration cycle (liquid) is carried out at 26.5 C. The dehydration (steam) cycles are carried out respectively at 26.5 C (-10 MPa) and 93% RH. The control seeds are continuously hydrated with water

liquide à 26,5 C.liquid at 26.5 C.

Le tableau unique suivant présente les pourcentages de germination observés pour les semences de Poa annua soumises à un traitement cyclique selon le présent procédé pendant deux périodes The following table presents the germination percentages observed for cyclically treated Poa annua seed according to the present method for two periods.

d'hydratation/déshydratation (liquide/vapeur). hydration / dehydration (liquid / vapor).

TableauBoard

CYCLES DE TRAITEMENT LIMITANT LA GERMINATION DES SEMENCES DE TREATMENT CYCLES LIMITING SEED GERMINATION OF

Poa annua (cycle = licuide/-10 MPa)Poa annua (cycle = licuide / -10 MPa)

GERMINATION (%)GERMINATION (%)

LIQUIDE/VAPEURLIQUID / STEAM

(h) PENDANT LES CYCLES APRES LES CYCLES 8/16a 0* 81 8/24b 0* 72 * Indique une différence significative relativement au témoin qui présente une germination de 75 % entre 56 et 136 heures d'hydratation. a Treize cycles d'hydratation/déshydratation, puis <32 heures d'hydratation. b Dix cycles d'hydratation/déshydratation, puis <32 heures d'hydratation. Les valeurs du tableau démontrent que le présent procédé est efficace pour retarder la germination avant la mise en terre et pour sychroniser la germination lors d'une hydratation continue après le (h) DURING CYCLES AFTER CYCLES 8 / 16a 0 * 81 8 / 24b 0 * 72 * Indicates a significant difference from the control that shows 75% germination between 56 and 136 hours of hydration. Thirteen cycles of hydration / dehydration followed by <32 hours of hydration. b Ten cycles of hydration / dehydration, then <32 hours of hydration. The values in the table demonstrate that the present method is effective in delaying germination prior to planting and in synchronizing germination during continuous hydration after

traitement cyclique.cyclic treatment.

L'invention a été décrite relativement à diverses techniques et divers modes de réalisation spécifiques et préférés, mais il convient cependant de noter que de nombreuses variantes et modifications peuvent être réalisées sans pour cela s'éloigner de The invention has been described with respect to various specific and preferred embodiments and techniques, but it should be noted that many variations and modifications can be made without departing from

l'esprit et de la portée de l'invention. the spirit and scope of the invention.

Claims

A method for accelerating and synchronizing seed germination, characterized in that it comprises, prior to planting: (a) contact of an initial seed population with liquid water until the moisture content of the population obtained from hydrated seeds is higher than the initial moisture content of this population; (b) the elimination of contact between the hydrated seeds and the liquid water and the dehydration of the seeds so that their moisture content is reduced to a value higher than the moisture content of the initial seed population; and (c) repeating steps (a) - (b), at least once, for

obtain a population of ungerminated dehydrated seeds.

The process according to claim 1, wherein the moisture content of the dehydrated seeds obtained after step (c) is

also higher than that of the previous dehydration step.

The method of claim 1, wherein the moisture content of each population of hydrated seeds produced in step (c) is greater than that of the hydrated population.

former.

The method of claim 1, wherein the steps

are carried out at ambient temperatures.

The method of claim 4, wherein the hydration is performed at a water potential of about -5 MPa to

-10 MPa.

The method of claim 1, further comprising contacting the dehydrated seed population of step (c) with water until essentially all viable seeds germinate.