Verfahren zur Steigerung des Ernteertrags bei Kulturpflanzen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu Steigerung des Ernteertrags bei Kulturpflanzen mit einem zur Hemmung der mitochondrialen Atmungskette auf der Stufe des b/ci-Komplexes geeigneten Wirkstoff.
Wirkstoffe, die die mitochondriale Atmungskette auf der Stufe des b/ci-Komplexes geeigneten Wirkstoff hemmen, sind aus der Literatur als Fungizide bekannt [vgl. Dechema-Monographien Bd. 129, 27-38, VCH Verlagsgemeinschaft Weinheim 1993; Natural Product Reports 1993, 565-574; Biochem. Soc. Trans. 22 , 63S (1993)].
Insbesondere werden Vertreter der Wirkstoffe der Formel I (bzw. IA und IB) mit fungizider und zum Teil auch bioregulatorischer Wirkung in den folgenden Schriften beschrieben:
Aus der Praxis ist außerdem bekannt, daß aufgrund der Bekämpfung von Pilzkrankheiten der Ernteertrag der Kulturpflanzen im allgemeinen hoher liegt, als dies ohne eine Fungizidbekampfung der Fall wäre. Diese Ertragssteigerung ist darauf zurückzuführen, daß die Kulturpflanze durch den Pilzbefall geschwächt wird, wahrend durch die Bekämpfung der Schadpilze eine entsprechende Schwächung der Pflanze nicht auftritt und der Ertrag damit demjenigen entspricht, den eine nicht durch Pilze befallene "gesunde" Pflanze zu erbringen vermag.
Es ist außerdem bekannt, daß Vertreter der Wirkstoffe der Formel I die Atmung von Kulturpflanzen beeinflussen [vgl. Biochem. Soc. Trans. 22, 69S (1993)]. Bei den dort beschriebenen Untersuchungen wurde -jedoch festgestellt, daß sowohl die Photosynthese als auch die Atmung der Kulturpflanze durch die Behandlung mit einem Wirkstoff der Formel I gehemmt bzw. beeinträchtigt werden. Da der Ertrag von Kulturpflanzen wesentlich von der Photosynthese der Pflanze abhangt, wäre zu erwarten, daß bei einer Verminderung der Photosynthese eine Ertragsverminderung eintritt.
Dementgegen wurde gefunden, daß die Behandlung von Kulturpflanzen mit einem zur Hemmung der mitochondrialen Atmungskette auf der Stufe des b/ci-Komplexes geeigneten Wirkstoff auch dann zu einer Ernteertragssteigerung fuhrt, wenn die behandelte Pflanze nicht durch einen Befall mit Schadpilzen im Wachstum beeinträchtigt wurde.
Ein für den Ernteertrag von Kulturpflanzen maßgeblicher Faktor ist das Verhältnis von Photosynthese zu Atmung der Pflanze.
Während bei der Photosynthese Pflanzengewebe (Biomasse) aufgebaut wird, erfordert die Atmung Energie, so daß Biomasse abgebaut wird. Daß erfindungsgemäße Verfahren beruht wahrscheinlich darauf, daß die Wirkstoffe der Formel I auch in die Atmungskette der Pflanzen eingreifen, wobei entweder die Atmung verringert oder die Photosnthese verstärkt wird. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich grundsätzlich alle in den eingangs genannten Schriften beschriebenen Wirkstoffe, wobei insbesondere die in den dort gegebenen Beispielen genannten Verbindungen in Betracht zu ziehen sind. Von besonderer Bedeutung sind dabei Verbindungen der Formeln IA und IB
in denen R" für eine der folgenden Gruppen steht: ggf. subst. Aryloxy, ggf. subst. Hetaryloxy, ggf. subst . Aryloxy- methylen, ggf. subst. Hetaryloxymethylen, ggf. subst. Aryletheny- len, ggf. subst. Hetarylethenylen, oder eine Gruppe
RαRβC=NOCH2- oder RγON=CRδCRε=NOCH2 wobei die Reste Rα, Rβ, Rγ, Rδ und Rε im allgemeinen und im besonderen die in den folgenden Schriften beschriebenen Bedeutungen haben:
besonders bevorzugte Reste "ggf. subst. Aryloxy, ggf. subst.
Hetaryloxy" entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Bedeutungen:
besonders bevorzugte Reste "ggf. subst. Aryloxymethylen, ggf. subst. Hetaryloxymethylen" entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Bedeutungen:
besonders bevorzugte Reste "ggf. subst. Arylethenylen, ggf.
subst. Hetarylethenylen" entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Bedeutungen:
Besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -C[CO2CH3] =CHOCH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Verbindungen:
besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -C[CO2CH3. =NOCH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Verbindungen:
besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -C[CONHCH3] =NOCH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Verbindungen:
besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -C[CO
2CH
3]=CHCH
3 oder -C[CO
2CH
3] =CHCH
2CH
3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Verbindungen:
besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -C[COCH3]=NOCH3 oder -C[COCH2CH3]=NOCH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in der EP-A 498 188 beschriebenen Verbindungen; besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IA, in denen R' für -N(OCH3)-CO2CH3, -N(CH3)-CO2CH3 oder -N(CH2CH3)-CO2CH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden
Schriften beschriebenen Verbindungen: EP-A 498 396,
WO-A 93/15,046, JP-A 06/025,142 und JP-A 06/056,756;
Besonders bevorzugte Wirkstoffe der Formel IB, in denen R für -OC[CO2CH3]=CHOCH3, -OC [CO2CH3] =CHCH3 , -OC[CO2CH3] =CHCH2CH3 ,
-SC[CO2CH3]=CHOCH3, -SC [CO2CH3] =CHCH3 , -SC[CO2CH3 ] =CHCH2CH3 ,
-N (CH3 ) C [CO2CH3 ] =CHOCH3 , -N (CH3 ) C [CO2CH3 ] =NOCH3 ,
-CH2C[CO2CH3]=CHOCH3, -CH2C[CO2CH3] =NOCH3 oder -CH2C [CONHCH3 ] =NOCH3 steht, entsprechen im allgemeinen und im besonderen den in den folgenden Schriften beschriebenen Verbindungen:
Beispiele für insbesondere geeignete Wirkstoffe IA und IB sind in den folgenden Tabellen zusammengestellt.
Tabelle 1.1A
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het )aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.1B
Verbindungen der Formel IA, in denen R' für -C (CO2CH3) =CHOCH3 steht, Q Phenyl bedeutet, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Verbindungen der Formel IA, in denen R' für -C(CO2CH3)=CHOCH3 steht, Q Phenyl bedeutet, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-ethenylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.1D
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRαRβ steht, wobei Rα und Rβ die folgende Bedeutung haben
Tabelle 1.1E
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRγCRδ=NORε steht, wobei Rγ, Rδ und Rε die folgende Bedeutung haben
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.2B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C (CO2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het)aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.2C
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRαRβ steht, wobei Rα und Rβ die folgende Bedeutung haben
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRγCRδ=NORε steht, wobei Rγ, Rδ und Rε die folgende Bedeutung haben
Tabelle 1.3A
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CONHCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het)aryl- gruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.3B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CONHCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CONHCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het)aryl-ethenylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.3D
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CONHCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRαRβ steht, wobei Rα und Rβ die folgende Bedeutung haben
Tabelle 1.3E
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CONHCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRγCRδ=NORε steht, wobei Rγ, Rδ und Rε die folgende Bedeutung haben
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.4B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het )aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.4C
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH2ON=CRγCRδ=NORε steht, wobei Rγ, Rδ und Rε die folgende Bedeutung haben
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHCH2CH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.5B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO
2CH
3)=CHCH
2CH
3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het ) aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het ) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.5C
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(CO2CH3)=CHCH2CH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für
CH2ON=CRγCRδ=NORε steht, wobei Rγ, Rδ und Rε die folgende Bedeutung haben
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(COCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.6B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(COCH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het) aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.7A
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(COCH2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het )aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -C(COCH2CH3)=NOCH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst. (Het) aryl-oxy steht, wobei die ggf. subst. (Het) arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.8A
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -N(OCH3)-CO2CH3 steht, n den Wert 0 hat, R" für ggf. subst.
(Het)aryl-oxymethylen steht, wobei die ggf. subst. (Het)arylgruppe die folgende Bedeutung hat
Tabelle 1.8B
Verbindungen der Formel IA, in denen Q Phenyl bedeutet, R' für -N(OCH
3)-CO
2CH
3 steht, n den Wert 0 hat, R" für CH
2ON=CR
αR
β steht, wobei R
α und R-* die folgende Bedeutung haben
Es ist davon auszugehen, daß der erfindungsgemäße Effekt der Ernteertragssteigerung grundsatzlich bei allen Kulturpflanzen und gärtnerischen Nutzpflanzen auftritt. Beispiele für derartige Pflanzen sind Bananen, Kaffee, Kartoffeln, Raps, Rüben, Spargel, Tee, Tomaten, Zwiebelgewachse und Gamineen wie Gerste, Hafer, Mais, Reis, Roggen und Weizen; besonders ausgeprägt ist der Effekt bei Kartoffeln, Rüben, Spargel, Zwiebelgewächsen und
Gramineen; insbesondere empfliehlt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Gramineen, z.B. Weizen, Gerste und Reis.
Die Aufwandmengen an Verbindungen IA bzw. IB liegen je nach der Art der Kulturpflanze bei 0,5 bis 0,01 kg/ha, vorzugsweise 0,3 bis 0,01 kg/ha, insbesondere 0,15 bis 0,05 kg/ha.
Für das erfindungsgemäße Verfahren können die Verbindungen I in der für die Anwendung im Pflanzenschutz üblichen Art und Weise aufbereitet und angewendet werden (vgl. eingangs zitierte
Literatur).
Die ertragssteigernde Wirkung der Verbindungen I ließ sich durch die folgenden Versuche zeigen:
A. Messung des CO2-Kompensationspunktes
Da der CO2-Kompensationspunkt dem Gleichgewicht zwischen (^-Verbrauch durch Photosynthese und CO2-Produktion durch Atmung ent- spricht, kann man anhand der Änderung des Kompensationspunktes die Beeinflussung der CO2-Aufnähme durch die Pflanze ernmitteln. Eine Verschiebung des Gleichgewichts zugunsten einer höheren Photosyntheserate (entsprechend einer Erniedrigung des Kompensationspunktes) ist dabei ein Indikator für einen Anstieg der Kohlenhydrat- bzw. Biomassenproduktion.
Die Bestimmung des CO2-Kompensationspunktes der Pflanzen erfolgte in Anlehnung an das von F. Lang et al. {Biochem. Physiol.
Pflanzen 180. 333 (1985)} beschriebene Verfahren in Glasküvetten, die durch einen mit mehreren Löchern (Durchmesser ca. 1 cm) versehenen Zwischenboden unterteilt waren. Das Küvettenvolumen unterhalb des Zwischenbodens wurde mit Nährlösung gefüllt. In die Löcher des Zwischenbodens wurden die Versuchspflanzen derart fixiert, daß sich die Wurzeln im unteren und die grünen Pflanzen- teile im oberen Küvettenteil befanden. Um einen Gasaustausch zwischen den beiden Teilen der Küvette zu verhindern, wurden die Löcher des Zwischenbodens zusätzlich mit Wachs versiegelt. Bei einer Temperatur von 22°C und einer konstanten Lichtintensität von 140μ-mol/s-m2 verblieben die Pflanzen für ca. 2 Tage in der Küvette. Zur Ermittlung des CO2-Kompensationspunkts der unbe- handelten bzw. der behandelten Pflanzen wurde nach einer ausreichend langen Adaptionsphase die Außenluftzufuhr in die obere Küvettenhälfte unterbrochen und der sich bei der verschlossenen Küvette nach ca. 2-3 Stunden einstellende (konstante) CO2~Gehalt bestimmt (entspricht dem Gleichgewichtspunkt zwischen CO2-Ver- brauch durch Photosynthese und CO2-Produktion durch Atmung).
In diesem Test trat bei Behandlung mit 0,3 kg/ha der Wirkstoffe I.2A-1 bzw. I.3A-1 eine Erniedrigung des CO2-Kompensationspunktes um 13% und mehr ein. B. Erhöhung der Biomasse
Zur Bestimmung der Biomassenproduktion wurden Pflanzen benutzt, die unter identischen Umweltbedingungen in Klimaschränken heranwuchsen. Jeweils die hälfte der Pflanzen wurden ca. 3 Wochen nach der Einsaat mit den entsprechenden Wirkstoffen behandelt und parallel zu den unbehandelten Pflanzen (Kontrolle) im gleichen Klima über weitere 10 Tage kultiviert. Danach erfolgte die
Bestimmung der Biomasse über das Frisch- und Trockengewicht der Pflanzen.
In diesem Test trat bei Behandlung mit 0,3 kg/ha der Wirkstoffe I.2A-1, I.1A-1, I.3A-1, I.4A-1, I.6A-1 bzw. I.7A-1 eine Erhöhung der Biomasse der behandelten Pflanzen um mindestens 3% ein. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, daß die beschriebenen Wirkstoffe die in der Pflanze ablaufewnden Stoffwechselprozesse zugunsten der Biomasse beeinflussen. Da die Biomassenproduktion sowohl die Qualität als uch die Quantität des Ernteertrags wesentlich mitbeeinflußt, können durch eine Behandlung der
Pflanzen mit den beschriebenen Wirkstoffen beide Parameter gezielt optimiert werden.