SE507856C2

SE507856C2 - Värmesanering av fröer

Info

Publication number: SE507856C2
Application number: SE9601382A
Authority: SE
Inventors: Kenneth Alness; Sven Andersson; Sven Bergman
Original assignee: Acanova Ab
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1998-07-20
Also published as: EP0904114A1; PL185788B1; SE9601382L; ATE269109T1; NO984610L; CZ314598A3; CN1215343A; DK0904114T3; WO1997038734A1; RU2219692C2; NO984610D0; CA2251396C; AU727586B2; HUP9901802A2; ES2225965T3; SK141298A3; CA2251396A1; HU226240B1; HUP9901802A3; DE69729566D1

Description

15 20 25 30 507 856 2 av nya kemiska betningsmedel, framförallt av två orsaker. Dels gav den kända varmvattenbehandlingsmetoden osäker effekt och dels var den kostnadskrävande genom att det framförallt var dyrt att torka utsädet efter behandlingen.

Försök med varmvattenbehandling av stråsädesutsäde har visat god effekt mot flygsot (Ustilago nada), strimsjuka (Drechslera graminea) och bladfläcksjuka (Drechslera teres) på korn, flygsot (Ustilago tritici), snömögel (Microdochium Izivale), brunfläcksjuka (Stagonospora nodorwn) och bladfläcksjuka (Drechslera tritici-repentis) på vete, flygsot (Ustilago cwenae) och bladfläcksjuka (Drechslera auenae) på havre samt snömögel på råg (Bergman, 1993, 1994, 1996a, 1996b). I detta arbete har emellertid ett stort problem varit de höga kostnaderna för torkning av kärnorna efter behandlingen; vattenhalten kan efter behandlingen vara över 50%. Spannmålskärnorna måste torkas ner till en vattenhalt under 15% för att de ska kunna lagras utan att ta skada.

I syfte att undvika kostnaderna för torkning av utsädet efter varmvatten- behandling har man även provat med torr varmluft men med dåliga resultat. Även mikrovågsbehandling har provats, men utan framgång. Förklaringen till detta kan vara att genom behandling med mikrovågor genereras värme inuti fröet där det känsliga embryot är lokaliserat medan de ﬂesta patogener finns på kärnans yta där mindre värme alstras. Även vattenånga har provats vid försök men den höga temperaturen ger ett snävt band mellan effekten på patogener och en skadlig inverkan på grobarheten. ¿/_ Beträffande teknikens ståndpunkt hänvisas även till DD 217407, DD 297š33, EP 0196:64, EP 0622/035, GB 1535926, GB 2150:03, FR 1260ïš6, JP 58111bš67, SU 4223l6/8, SU 760905 och US 46332511.

Syftet med uppfinningen Det generella syftet med uppfinningen är att tillhandahålla en ekonomiskt intressant saneringsmetod för att med så liten risk som möjligt för miljön minska förekomsten av fröburna patogener, detta för att minska användningen av kemiska bekämpningsmedel men under bibehållande av goda produktionsmöjlig- heter.

Ett annat syfte är att sanera fröer med hjälp av noggrann styrd uppvärm- ning utan att tillåta förändring i vattenhalt.

Kort beskrivning av uppfinningen Syftena med uppfinningen uppnås medelst ett värmebehandlingsförfarande 10 15 20 25 30 507 856 3 för sanering av fröer från patogener samt andra icke önskvärda svampar och bakterier, varvid förfarandet utmärks av att man tillför fröerna icke-vattenburen värme under reglering av behandlingstiden och -temperaturem i beroende av fröernas konclition och vattenhalt, på ett sådant sätt att fröerna värms utifrån och in, under det att avdunstning av fuktighet från fröets yta och därmed kylning av denna förhindras. Enligt en utföringsform av uppfinningen sker värmetillförseln genom kontaktöverföring av värme till fröerna inneslutna på ett transportband och enligt en föredragen utföringsform sker värmetillförseln genom varmluft som har en luftfuktighet som förhindrar en minskning eller ökning av fröernas vattenhalt.

Fröerna är tex. kärnor av stråsäd och potatis.

Med "frö" avses i föreliggande sammanhang fortplantningskroppen hos fröväxterna. Med "kärnor" avses i föreliggande sammanhang sädeskärnor när det gäller stråsäd, dvs. stråsädeslagens frukter, och utsädespotatis när det gäller potatis.

Kort beskrivning av ritningsfigurerna I bifogade ritning visar figurerna följande.

Figur 1 visar värmebehandlingens effekt på fröets grobarhet och sundhet i procent med ökande behandlingstemperatur.

Figur 2 är en schematísk beskrivning av en utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen En effektiv vårmesanering kräver konstant och exakt värmetillförsel under en exakt tidsperiod. Principen för värmebehandling av fröer kan beskrivas enligt Figur 1. Det intressanta intervallet är där behandlingen sanerar fröet från patogener utan att grobarheten sjunker. Om behandlingstemperaturen är för låg så överlever patogenerna och är temperaturen för hög så dör fröerna.

Ju större skillnad mellan patogenens och värdens död, desto bättre chans är det för en lyckad värmebehandling. Följande faktorer kan påverka känslig- heten för värmebehandling (Baker, 1962): _ - vattenhalt i det behandlade materialet, ju högre vattenhalt desto käns- _ligare. - eventuellt vilstadie till exempel groningsvila, icke vilande material är känsligare. 10 15 20 25 30 507 856 4 - fröets ålder och livskraft, äldre och svagare material är känsligare. - kondition av eventuellt skyddande lager, sprickor i fröskalet gör fröet känsligare. - temperatur under uppväxten, låg temperatur under uppväxten ökar känsligheten. - storlek på behandlat material, ju mindre desto känsligare. - sortvariationer.

Såsom nämnts ovan är nackdelen med varmvattenbehandling enligt den gamla metoden att vattenhalten i fröerna efter behandlingen kan vara över 50%, vilket medför att fröerna efter behandlingen måste torkas ner till en lagrings- duglig vattenhalt, vilket är ganska dyrt. Värmebehandlingsmetoden enligt uppfinningen utgör en effektmässigt förbättrad och bättre kontrollerad uppvärm- ningsprocess. Med värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande uppfinning uppnår man en så låg vattenhalt efter behandling att ingen torkning behövs.

Förfarandet enligt uppfinningen bygger på den uppfinningsmässiga idén att sanera fröet med hjälp av en noggrant styrd uppvärmning utan att tillåta torkning, dvs. avdunstning från fröerna så att fröets yta kyls, eller en ökning av vattenhalten. De flesta patogener finns nämligen i fröets ytskikt.

Såsom nämnts ovan är den kända tekniken med varmvattenbehandling av utsäde förenad med vissa nackdelar och föreliggande uppfinning bygger på den insikten att en exakt kontroll av värmebehandlingsprocessen skulle ge en mycket högre effektivitet än en ojämn behandling och att en högprecisionskontroll av värmebehandlingsprocessen idag kan uppnås med den teknologi som är tillgäng- lig. Förfarandet enligt uppfinningen innebär således att man värmebehandlar fröer på det i krav 1 angivna sättet, varvid en föredragen utföringsform innebär att man behandlar fröerna med tempererad luft med hög fukthalt.

Ett särdrag hos förfarandet enligt föreliggande uppfinning är att man tillför fröerna icke-Vattenburen värme under reglering av behandlingstiden och -ternperaturen, i beroende av fröernas kondition och vattenhalt.

Förfarandet enligt uppfinningen beskrivs närmare nedan med hänvisning till den utföringsform som visas i Figur 2. Denna utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen utförs kontinuerligt i fem faser, vilka är följande: A. _en inmatningsfas där skikttjockleken av de inmatade fröerna styrs så att den efterföljande uppvärmningsfasen säkerställer en homogen uppvärmning; 10 15 20 25 30 507 856 5 B. en uppvärmningsfas där fröerna genom tillförsel av varmluft uppvärms till en förbestämd behandlingstemperatur, varvid uppvärmningsfasen är så kortvarig som möjligt och utförs så att fröernas vattenhalt ej förändras. En eventuell avdunstning från fröerna gör att energi går åt till avdunstningen istället för till uppvärmningen och motverkar på så sätt en effektiv uppvärmning. Tiden i denna behandlingsfas måste emellertid vara så lång att fröerna kommer upp i den förbestämda behandlingstemperaturen. Denna fas är den mest känsliga både för kvaliteten och kapaciteten; C. en behandlingsfas där fröerna behandlas genom varmhållning under en beräknad behandlingstid med konstant temperatur och vattenhalt; D. en avkylningsfas där fröerna snabbt avkyls i syfte att kontrollera behand- lingstiden; och E. en utmatningsfas där de sanerade fröerna utmatas.

En lämplig fukthalt hos den i fas B och C införda varrnluften torde vara 60-90%, beroende på fröets typ och dess vattenhalt.

Behandlingstiden i fas C är beroende av typen av frö som skall behandlas och vilken patogen som skall elimineras. Lyckade försök har utförts med en behandlingstid under 10 minuter vid stråsäd (korn). I vissa fall, beroende på frötyp och vilken patogen det gäller, kan behandlingstider upp till 10 minuter eller till och med cläröver komma att krävas.

Temperaturen i fas B och C är beroende av vattenhalten hos de inmatade fröerna och vilken patogen som fröerna skall saneras från. Temperaturen kan, då man har fastställt den för behandlingen lämpliga temperaturen, regleras så väl att den hålls inom ett snävt intervall. Vid ovannämnda försök med korn, där behandlingstiden var mindre än 5 minuter, användes en temperatur av 65-67 °C och behandlingsluften hade en fukthalt av över 70%.

Energiförbrukningen kan nedbringas till ett minimum genom användning av ett slutet system där uppvärmningsenergin får cirkulera under en kylprocess.

Temperaturförändringar i fröet och deras effekt på grobarheten är väsent- liga att notera (Nellist, 1978; Nellist & Bruce, 1995).

Framgången med förfarandet enligt uppfinningen baserar sig på att man med hög precision styr värmebehandlingen så att man ej får någon avdunstning 10 15 20 25 30 507 856 6 från fröets yta och man ej uppnår någon ändring i fukthalt, samtidigt som värmebehandlingstiden är så kort att behandlingstemperaturen är så anpassad att inte någon proteindenaturering och ingen grobarhetsförsämring sker.

Exempel Vid de försök som redovisas nedan användes infekterat utsäde av varje gröda och varje sats av infekterad gröda analyserades med avseende på grad av infektion, vattenhalt och procentuell grobarhet innan någon behandling utfördes.

För dessa analyser utnyttjades konventionella metoder enligt tex. ISTA-hand- boken (lnternational Rules for Seed Testing, 1993).

För analys av den procentuella grobarheten kan både sand, papper och jord användas, alltefter lämplighet. För bestämning av graden av infektion i spann- mål kan användas en metod, som baserar sig på den osmotiska "blotteH-metoden (J oelson, 1983), parallellt med andra metoder. Detta är en snabb och enkel metod som är speciellt lämplig for att detektera skadesvampar tillhörande Drechslera- släktet. Vid denna bestämningsmetod placeras kärnorna på fuktigt absorber- papper i en plan transparent behållare. Papperet doppas i en sockerlösning (135 gram/liter kranvatten) och får rinna av. Behållaren placeras i en kammare med 12 timmars ljus vid 25-28°C, alternativt med 12 timmars mörker vid 18-20°C.

Lösningens osmotiska tryck hindrar kärnorna från att gro men medger att svamp kan börja växa. De svampar som reduceras och stressas börjar utsöndra specifika substanser som kan studeras på papperet. Symptom på Drechslera spp. kan studeras efter 7 dagar.

Efter behandling av utsädet används samma analysmetoder som beskrivits ovan. För slutlig utvärdering av behandlingseffekterna har det behandlade utsädet såtts i fältförsök. Resultaten av dessa visas nedan.

Försök med den nya behandlingsmetoden enligt uppfinningen har hittills gjorts med kornutsäde, som har en naturlig smitta av Drechslera teres, Drechslera grarninea och Ustilago nada.

Resultaten av fältförsök, som har utförts under 1995, visas nedan. Som jämförelse ges resultaten för obehandlat utsäde, fungicidbetat utsäde och med varmvatten behandlat utsäde (endast Tabell 1). 10 '7 507 856 Tabell 1. Fältförsök 1995, Östergötlands län. Grobarhetsfórändring och sanerancle effekt av olika betningsmetoder mot strimsj uka (Drechslera graminea), bladfläcksjuka (Drechslera teres) och flygsot (Ustilago nada) i korn relativ plantor relativ plantor relativ plantor relativ sotvippor/ tal % / m* tal % / m* tal % Jm* tal % 100 m* Led Grobarhet D.graminea D. teres U. nuda obehandlat 100 372 100 42 lOO I l 100 46 Panoctine 107 397 0 0 0 0 62 29 Plus* varmvatten" '83 30? 49 22 0 0 23 13 metod X*** 95 353 0 0 0 0 55 25 LSD=0,05: 54,4 LSD=0,05: 17,3 LSD 0,05= 3,7 LSD 0,05= 14,1 * guazatinacetat (150 gram/liter) + ímazalil (10 grarn/liter) uppblötning; avrinning; varmvatten 5 minuter 52°C; kallvatten 5 minuter; torkning. den nya vârmebehandlingsmetoden enligt uppfinningen.

Tabell 2. Fältiörsök 1995, Stockholms län. Grobarhetsforändring och sane- rande effekt av olika betningsmetoder mot strimsjuka (Drechslera graminea) och ﬂygsot (Ustilago nada) i korn relativ tal plantor/ relativ tal plantor/ relativ tal sotvippor/ % m* % m* % 100 m* Led Grobarhet D. graminea U. nada obehandlat lOO 323 100 42 100 75 Panoctine 108 348 2 1 70 52 Plus* °' metod X” 96 309 4 2 76 57 LSD=0,05: 50,7 LSD=0,05: 7,9 LSD 0,05= 36,5 * = guazatinacetat (150 grain/liter) + ímazalil (10 gram/liter). * __ den nya värmebehandlingsmetoden enligt uppfinningen. 10 15 20 25 507 856 8 Tabell 3. Fältforsök 1995, Stockholms län. Grobarhetsföråndring och sane~ rande effekt av olika betningsmetoder mot bladfläcksjuka (Drechslera teres) i korn relativ tal plantor! relativ tal plantor! % m* % m* Lcd Grobarhct D. rare: obehandlat lOO 389 lOO 46 Panoctinc 95 370 4 2 Plus* metod X” i 97 _ 376 0 0 LSD=0,05: 67,9 LSD 0.05= 5,5 * = guazatinacetat (150 gram/liter) + imazalil (10 gram/liter). = den nya värmebehandlingsmetoden enligt uppfinningen.

Resultaten visar att värmebehandlingsmetoden enligt uppfinningen tål väl att jämföra med fungicidbehandling och är överlägsen varmvattenbehandlings- metoden.

Värmebehandlingsmetoden enligt föreliggande uppfinning har således en stor potential. 1992/93 såldes 140.000 ton statsplomberat utsäde i Sverige (spann- mål, etc.), varav 50% var betat (Statistiska Centralbyrån, 1995). Om man antar att 10% av produktionen i jordbruket skall vara alternativt producerat år 2000 innebär detta att 14.000 ton utsäde kommer att behövas för alternativ produktion och sannolikt behöver en större andel av utsädet saneras (antag 75% vilket skulle ge 10.500 ton). En ytterligare uppskattning kan göras av hur mycket konven- tionellt betat utsäde som kan ersättas med värmesanerat och tekniken har därför stor potential.

En första preliminär uppskattning av kostnaden för uppvärmningen är 10- 15 öre per kg. Detta motsvarar preparatkostnaden vid konventionell betning och bedömningen är att drifts- och utrustningskostnaderna inte kommer att skilja sig mycket från konventionell betning. Resultaten ovan visar ju att värmebehand- lingsmetoden enligt uppfinningen tål väl att jämföra med fungicidbehandling, varför metoden enligt uppfinningen erbjuder ett synnerligen gott alternativ ur ekonomisk synpunkt och framförallt ur ekologisk och miljösynpunkt.

Värmebehandlingsförfarandet enligt föreliggande uppfinning kan även användas vid andra applikationer än de som har beskrivits ovan, när det är önskvärt och av betydelse att sanera fröerna från andra icke önskvärda svampar och bakterier utan att påverka grobarheten negativt, t.ex. vid öltillverkning. En 10 15 20 25 30 507 856 9 ytterligare tillämpning av förfarandet är för sanering av utsädespotatis och fröer från trädgårdsnäringen, tex. morotsfrö, och skogsnäringen.

Beträffande den kända tekniken fór sanering av utsädespotatis hänvisas till Burnett, 1990; Mackay och Shipton, 1983; och Van der Zaag, 1956.

****=E==!=***=I=***** Litteratur - Baker, K.F. Thermotherapy of Planting Material. Phytopathology 52, 1244- 1920, 1962.

- Bergman, S., 1993. Värmebehandling som saneringsmetod mot utsädes- burna svampsjukdomar i stråsäd. 34:e svenska växtskyddskonferensen.

- Bergman, S., 1994. Vårmebehandling som saneringsmetod mot utsädes- burna svampsjukdomar i stråsäd. Konferens Ekologiskt lantbruk, Uppsala den 23-24 november 1993, Ekologiskt lantbruk, Ecological acriculture, nr 17.

- Bergman, S., 1996a. Värmebehandling som saneringsmetod mot utsädes- burna svampsjukdomar i stråsäd och potatis., Konferens Ekologiskt lantbruk, Uppsala den 7-8 november 1995, Ekologiskt lantbruk, Ecological agriculture, nr 20.

- Bergman, S., 1996b. Värmebehandling mot utsädesburna svampsjukdomar.

F orskningsnytt om øekologisk landbruk i Norden, nr 2.

- Burnett, E.T., Dashwood, P.E. & Perombelon, M.C.M. 1990. Control of blackleg and tuber borne fungal diseases by hot water treatment of seed tubers. 11th Triennial Conference, European Association for Potato Research, EAPR- Abstracts, 441-442.

- International Seed Testing Association (1993), Seed Science and Techno- logy, 21, Supplement, Rules.

- Joelsson, G. The osmotic method - a method for rapid determination of seed- borne fungi. International seed testing association, 20th ISTA congress, Ottawa, 17-25juni 1983.

- Mackay, J.M. & Shipton, P.J. 1983. Heat treatment for control of potato blackleg (Erwinia carotouora subs atroseptica) and other diseases. Planth Path. 32, 385-393.

- -Nellist, M.E., Safe Temperatures for Drying Grain. National Institute of Agricultural Engineering, Report No. 29, januari 1978.

- Nellist, M.E. & Bruce, D.M., Heated-Air Grain Drying. Chapter 16 in 507 856 10 Stored-Grain Ecosystems, red. av Jayas, D.S., White, N .D.G. & Muir, W.E., 609- 65 9, 1995.

- Persson, G. Varmvattenbehandling modell Weib ulls 1955. Brev till Lennart Johnsson, mars 1990.

- Statistiska Centralbyrån, 1995. J ordbruksstatistisk årsbok 1995.

- Van der Zaag, D.A. Overwintering en Epidemiologi van Phytophthora infestarzs. Wageningen 1956.

Claims

10 15 20 507 856 1 l PATENTKRAV

1. Värmebehandlingsförfarande för sanering av fröer från patogener samt andra icke önskvärda svampar och bakterier, kännetecknat därav, att man tillför fröerna icke-vattenburen värme under reglering av behandlingstiden och - temperaturen, i beroende av fröernas kondition och vattenhalt, på ett sådant sätt att fröerna värms utifrån och in, under det att avdunstning av fuktighet från fröets yta och därmed kylning av denna förhindras och ej heller någon ändring av vattenhalten sker.

2. Förfarandet enligt krav 1, käunetecknat därav, att fröerna är kärnor av stråsäd.

3. Förfarandet enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att värmetillfor- seln sker genom kontaktöverforing till fröerna inneslutna på ett transportband.

4. Förfaranclet enligt krav 1 eller 2, kännetecknat därav, att det utförs kontinuerligt i fem faser, vilka är följande: A. en inmatningsfas där skikttjockleken av de inmatade fröerna styrs så att den efterföljande uppvärmningsfasen säkerställer en homogen uppvärmning; B. en uppvärmningsfas där fröerna genom tillförsel av varmluft uppvärms till en förbestämd behandlingstemperatur, varvid uppvärmningsfasen är så kortvarig som möjligt och utförs så att fröernas vattenhalt ej förändras; C. en behandlingsfas där fröerna behandlas genom varmhållning under en beräknad behandlingstid med konstant temperatur och vattenhalt; D. en avkylningsfas där fröerna snabbt avkyls i syfte att kontrollera behand- lingstiden; och E. en utmatningsfas där de sanerade fröerna utmatas.

5. .F örfaranclet enligt krav 4, kännetecknat därav, att värmetillförseln sker genom varmluft som har en luftfuktighet som förhindrar en minskning eller ökning av fröernas vattenhalt.