DD291677B5

DD291677B5 - Verfahren und einrichtung zur saatgutbehandlung

Info

Publication number: DD291677B5
Application number: DD33741790A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Dipl-Phys Dr Panzer; Klaus Dipl-Ing Gaber; Petra Dr Rer Nat Mueller; Marga Dr Rer Nat Jahn; Joachim Dipl-Landw Pflaumbaum; Friederun Dipl-Agr Scholze; Manfred Dipl-Ing Lange
Original assignee: Ardenne Anlagentech Gmbh; Quedlinburger Formtech Gmbh; Fraunhofer Ges Der Angewandten
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1993-11-11
Also published as: DD291677A5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Verfahren und die Einrichtung zur Saatgutbehandlung kommt an landwirtschaftlichem, gärtnerischem und forstlichem Saatgut, vorzugsweise an Getreide, zur Anwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bei bestimmten Kulturarten gesetzlich vorgeschrieben, das Saatgut gegen samenbürtige Schaderreger zu beizen. Dazu ist es bekannt, hochtoxische breitbandig wirkende Chemikalien auf der Basis von Quecksilberverbindungen zu verwenden. Ihr Wirkbereich ist die Oberfläche und die Samenschale des Samenkorns. Es sind ferner quecksilberfreie Beizmittel mit schmal- oder breitbandiger Wirkung bekannt. Sie gestatten es auch, tiefer im Samenkorn siedelnde Schaderreger zu bekämpfen. Von der beschriebenen Beizung mit Chemikalien wird außerdem erwartet, daß sie, anhaftend am Samenkorn, dieses auch vor bodenbürtigen Schaderregern schützen. Die quecksilberhaltigen Beizen sind mit dem Nachteil der Toxizität, insbesondere für Menschen und Warmblütler behaftet. Die bekannten quecksilberfreien Beizen sind wesentlich teuerer und haben außerdem den Nachteil, daß sie bei wiederholter Anwendung zu Resistenzerscheinungen führen können. Diese bekannten Verfahren und Einrichtungen zur Beizung von Saatgut haben den Nachteil, daß die fungizide Potenz der Beizmittel häufig nicht voll ausgeschöpft wird und die potentielle Gefahr phytotoxischer Schädigung des Saatgutes durch Überdosierung besteht. Letzteres ergibt sich häufig durch ungleichmäßige Anlagerung des Beizmittels an den Samenkörnern.

Es ist auch bekannt, das Beizmittel auf das Saatgut im Vakuum aufzubringen (DD-PS 18675,23421). Das Vakuum diente dabei gleichzeitig zur Verbesserung der Flugbrandbekämpfung bei Getreide durch zusätzliche Einwirkung feuchter Wärme. Einrichtungen dieser Art erlangten jedoch nur zeitweise eine gewisse Bedeutung, da der Prozeß sehr zeitaufwendig ist und schon dadurch den Erfordernissen einer leistungsfähigen Technologie in zentralisierten Saatgutaufbereitungsbetrieben nicht entspricht.

Es ist auch bekannt, Saatgut zur Abtötung mikrobieller samenbürtiger Schaderreger, die in der Oberfläche und in oberflächennahen Schichten des Samenkorns angesiedelt sind, mit Elektronenstrahlen bestimmter Energie im Vakuum zu behandeln, ohne daß wesentliche phytotoxische Effekte in Kauf genommen werden müssen (DD-PS 242337, US-PS 4.633.611). Von Vorteil ist bei diesem Verfahren, daß ähnlich ^- .. ^uecksilberbeizen eine breitbandige Wirkung besteht und darüber hinaus vom Beizprozeß und vom gebeizten Saatgut kein j Gefährdungen auf Mensch und Tier ausgehen und die Umwelt nicht toxisch belastet wird. Ein Nachteil besteht darin, daß in größerem Abstand von der Samenoberfläche siedelnde Schaderreger nicht erfaßt werden und das Saatgut bodenbürtigen Schaderregern ungeschützt ausgesetzt ist.

Es ist auch die Behandlung von Schüttgut in Gammabestrahlungsanlagen bekannt. In diesen Anlagen wird das zu bestrahlende Gut während des freien Falls bestrahlt. Damit erfolgt eine Vereinzelung, um eine allseitige Beaufschlagung mit Strahlen zu erreichen (DD-PS 205818).

In zunehmendem Maße werden gegenwärtig biologische Bekämpfungsverfahren mittels mikrobieller Antagonisten beschrieben, die gegen samenbürtige Schaderreger eingesetzt werden (AT-PS 360274, DE-OS 3311071, EP-PS 255774, US-PS 4.798.723 u.a.).

Dabei kommen bakterielle Antagonisten, wie z. B. Bacillus spp., Streptomyces spp., Pseudomonas spp. und pilzliche Antagonisten, wie Chaetomium spp., Gliocladium spp., Penicillium spp., Trichoderma spp. u. a. zum Einsatz. Die unter Laborbedingungen bei optimalen Temperaturen über 2O⁰C aufgefundenen guten fungiziden Wirkungen bestätigen sich bfiim Üburgang zum Freiland häufig nicht. Es traten erhebliche Wirkungsunsicherheiten auf. Zur Verbesserung der Wirksamkeit wurden deshalb Gemische von mikrowellen Antagonisten und Fungiziden zur Anwendung beschrieben (DE-OS 2352 403, DE-OS 2740052, DD-PS 267420).

Als Mangel beim gegenwärtigen Stand der Schaderregerbekämpfung mittels Antagonisten wird angesehen, daß deren Vitalität und damit Wirksamkeit durch vorhandene samenbürtige Erreger, zugemischte breitbandig wirkende Fungizide bzw. ungünstige Siedlungsbedingungen auf dem Samenkorn eingeschränkt wird.

Es sind ferner neuere Verfahren der Saatgutbehandlung mit symbiontischen Mikroorganismen und Mykorrhizapilzen bekannt. Ziel dieser Maßnahme ist es, mit dem Samenkorn Mikroorganismen in den Boden zu übertragen, die in Symbiose mit der Nuzpflanze oder in deren unmittelbarer Bodenumgebung lebend, mit ihren Stoffwechselprodukten der Nutzpflanze wichtige Makronährstoffe zur Verfügung stellen. Auch in diesem Fall können sich vor allem samenbürtige Schaderreger bzw. breitbandig wirkende Fungizide nachteilig auf die Entwicklung und damit Wirksamkeit dieser Mikroorganismen auswirken.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Mängel der bekannten Verfahren zu vermeiden und vorwiegend nichttoxische Mittel mit hoher Wirksamkeit einzusetzen, wobei eine großtechnische Anwendung gegeben sein muß,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und die zugehörige Einrichtung zu schaffen, die eine erhöhte Effizienz bei der Bekämpfung von samenbürtigen und bodenbürtigen Schaderregern beim gleichzeitigen Einsatz von das Pflanzenwachstum fördernden Mikroorganismen gewährleistet. Es muß ein hoher Massendurchsatz möglich sein. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Einwirkung von Elektronenstrahlen auf das durch eine evakuierte Bestrahlungskammer geförderte Saatgut, auch Elektronenbeizung genannt, und durch Applikation chemischer Substanzen und mikrobieller Systeme dadurch gelöst, daß auf das Saatgut in der Bestrahlungskammür allseitig quasimonoenergetische Elektronenstrahlen, Elektronen mit gegenüber diesen wesentlich geringerer Energie und Plasmateilchen einwirken. Das Saatgut wird über Schleusen in die Bestrahlungskammer eingebracht. Zum Erreichen der allseitigen Einwirkung der Elektronen wird das Saatgut beim Eintritt in die Bestrahlungskammer so vereinzelt, daß es über den gesamten Querschnitt des Bestrahlungsbereiches gleichmäßig verteilt ist und diesen im freien Fall passiert. Die Erzeugung der Plasmateilchen und der entsprechenden Einwirkbedingungen erfolgt durch geeigneten Einschuß von Elektronenstrahlen in die auf einen konstant gehaltenen Arbeitsdruck von 100Pa bis zu einigen 100Pa evakuierte Bestrahlungskammer. Mit dem quasimonoenergetischen Elektronenstrahl wird die Oberfläche und eine außerhalb der Keimanlage liegende Randschicht des Samenkorns behandelt. Mit den Elektronen geringerer Energie und den Plasmateilchen wird gleichzeitig auch die Samenoberfläche aktiviert. In unmittelbarer zeitlicher Folge an diesen ersten Verfahrensschritt wird auf das Saatgut eine Applikation aufgebracht, die Fungizide, Antagonisten, deren Stoffwechselprodukte und Sporen, das Pflanzenwachstum fördernde Mikroorganismen und Nährstoffe, zumindest jedoch eins dieser Komponenten enthält. Das Fungizid ist vorzugsweise ein biotisches oder abiotisches Fungizid mit spezifischer Wirkung gegen den oder die unterhalb der mit dem Elektronenstrahl behandelten Randschicht des Samenkorns siedelnden samenbürtigen Krankheitserreger. Die Antagonisten und die das Pflanzenwachstum fördernden Mikroorganismen sind auf Verträglichkeit mit dem eingesetzten Fungizid abgestimmt, die Antagonisten außerdem bezüglich ihrer Wirksamkeit gegenüber bodenbürtigen Schaderregern ausgewählt.

Das Aufbringen der Applikation erfolgt zweckmäßig bei einem Vakuumdruck, der etwa dem Sättigungsdampfdruck der Applikation entspricht. Die Übertragung der Applikation erfolgt zweckmäßig durch Sprühen oder Tauchen. Es ist nicht ausgeschlossen, daß das Aufbringen der Applikation auch unter Atmosphärendruck erfolgt.

Die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einer Bestrahlungskammer (Rezipient) mit daran angeordneten Elektronenkanonen mit Einrichtungen zum Ablenken des Elektronenstrahles und druckentkoppelnden Schleusen zum Ein- und Ausbringen des Saatgutes, ist erfindungsgemäß derart ausgeführt, daß mindestens zwei Elektronenkanonen mit Einrichtungen zum zweidimensionalen Auffächern des Elektronenstrahles in gleicher Höhe angeordnet sind. In der Bestrahlungskammer sind ander Eintrittsstelle des Saatgutes V^nr*"'li ingselemente angebracht. Daran schließt ein Fallschacht zur definierten Führung der den Bestrahlungsbereich im freien Fall passierenden, über den gesamten Querschnitt gleichmäßig verteilten vereinzelten Samenkörner an. An die Bestrahlungskammer ist über eine Zwischenschleuse als Verbindung ein auf einem anderen Druckniveau befindlicher, vom Saatgutstrom durchlaufener Vakuumbehälter angeordnet. Dieser ist mit Applikationssinrichtungen ausgestattet, die ihrerseits über Zuführungs-, Dosier- und Fördereinrichtungen mit einem die Applikation enthaltenden Vorratsbehälter verbunden sind.

Ausführungsbeispiel

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: ein Samenkorn geschnitten mit Schaderregern und einwirkenden Ladungsträgerteilchen Fig. 2: ein Samenkorn nach erfolgter Behandlung,

Fig. 3: eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens im Schnitt.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist das Samenkorn 1 an seiner Oberfläche und in der Samenschale 2 von verschiedenen Schaderregern 3 besiedelt. Weitere Schaderreger 4 sind außer in diesem Bereich auch im Inneren des Samenkorns 1 angesiedelt. Durch die allseitige Bestrahlung des Samenkorns 1 mit quasimonoenergetischen Elektronenstrahlen b werden pilzliche Schaderreger an der Oberdäche des Samenkorns 1 und in der angrenzenden Randschicht abgetötet. Die Dicke dieser behandelten Randschicht ist durch die Elektronenenergie bestimmt und wird abhängig von der Morphologie cies Samenkorns 1 so gewählt, daß die Keimanlage 6 nicht mit erfaßt wird. Durch die allseitige Einwirkung von Streuelektronen 7 geringerer Energie als der der Elektronenstrahlen 5 und von Plasmateilchen 8 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, eine aktivierte Oberfläche 9 erzeugt, die sich unmittelbar über der Randschicht 10 befindet. Mit zunehmendem Arbeitsdruck wird der Wirkungsgrad gegen pilzliche Schaderreger reduziert und die aktivierende Wirkung erhöht. Aufgabenabhängig werden Arbeitsdrücke im Bereich von etwa 1COPa bis zu einigen 100Pa gewählt.

Im unmittelbaren zeitlichen Anschluß an die Randschichtbehandlung und Oberflächenaktivierung wird auf die aktivierte Oberfläche 9 eine Applikationsschicht 11 aufgebracht. Die Applikation enthält ein spezifisch gegen den Schaderreger 4 wirkendes Fungizid, das auch im Innenbereich des Samenkornes 1 wirksam wird und enthält auch gegen bodenbürtige Schaderreger wirkende Antagonisten sowie das Pflanzenwachstum fördernde Mikroorganis ien und Nährstoffe. In der 1 abelle wird der Schutz dos keimenden Samenkornes und der Keimpflanze vor Schaderregerbefall nach Elektronenstrahlbehandlung kombiniert mit dem Einsatz mikrobieller Antagonisten zusammengefaßt dargestellt. Die Ermittlung der Wirkung gegen die angeführten Schaderreger erfolgte nach 4wöchiger Versuchsdauer bei 10°C Versuchstemperatur. Es konnte ein deutlicher Schutz der erfindungsgemäß behandelten Samenkörner und der Keimpflanzen erreicht werden. In der Fig. 3 ist eine Einrichtung zum Elektronenbeizen mit anschließendem Aufbringen einer Applikation im Vakuum dargestellt. Eine Bestrahlungskammer 12 (Rezipient) ist über den Anschluß 13 auf einen Arbeitsdruck von etwa 100Pa bis einige 100Pa evakuierbar. An seiner Oberseite ist die druckabstufende Saatgutzufuhreinrichtung 14, bestehend aus den Zellradschleusen 15 sowie einem Anschluß 16, der mit einer Evakuierungseinrichtung verbunden ist, angeschlossen. Die Zellradschleusen 15 bilden gleichzeitig die Dosiereinrichtung für das Saatgut 17, das über die Verteileinrichtung 18 dem Fallschacht 19 zugeführt wird. Im freien Fall gelangt das Saatgut 17 in und weiter durch den Bestrahlungsbereich 20. Der Bestrahlungsbereich 20 wird durch die beiden gegenüber angeordneten Elektronenkanonen 21 erzeugt, indem deren Elektronenstrahlen 22 mittels Scanner 23 über kanoneninterne Strahlablenkeinheiten bekannterweise aufgefächert werden. Durch programmierte Rasterung der Elektronenstrahlen 22 erfolgt im Bestrahlungsbereich 20 eine allseitige, annähernd gleichmäßige Bestrahlung des Saatgutes 17, welches als homogener Strom den Bestrahlungsbereich 20 passiert.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, bewirken nun die aus den Elektronenstrahlen 72 mit größerem Energieverlust herausgestreuten Streuelektronen 7 und die vom Elektronenstrahl 22 gebildeten Plasmateilchen 8 die Aktivierung der Oberfläche des Saatgutes 17. Mit den im Elektronenstrahl 22 verbleibenden, nur geringfügig gestreuten, quasimonoenergetischen Elektronen 5 erfolgt die Abtötung der Schaderreger in der Randschicht 10 der Samenkörner 1. Das Ende der Bestrahlungskammer 12 ist über eine Zwischenschleuse 24 mit einem Vakuumbehälter 25 (Rezipienten) verbunden. Dieser ist mit einer Applikationseinrichtung 26 ausgestattet. Über Anschlüsse 27 und Dosier- und Fördereinrichtungen wird von einem Vorratsbehälter die Applikation zugeführt (nicht gezeichnet). Mit der Applikationseinrichtung 26 wird die Applikation zersprüht und über den Sprühnebel auf das Saatgut 17 aufgetragen. Am Ausgang des Vakuumbehälters 25 ist eine druckabstufende Saatgutabführeinrichtung 28, ausgeführt wie die Saatgutzuführeinrichtung 14, bestehend aus Zellradschleusen 15 sowie einem Anschluß 16, für eine Evakuierungseinrichtung angeschlossen (nicht gezeichnet). Der Saatguteintritt in die Saatgutzuführeinrichtung 14 und der Saatgutaustritt aus der Saatgutabführeinrichtung 28 erfolgen bei Atmosphärendruck.

Effekte der Besiedelung mit antagonistischen Mikroorganismen an Weizenkörnern nach Behandlung mit niederenergetischen Elektronen

Schaderreger

Weizenkörner nach Behandlung mit niederenergetischen Elektronen ohne Be- 12 3 4 5 6 7

siedelung

Fusarium avenaceum T

Fusarium culmorum T

Fusarium graminearum T

Microdochiumnivale T

Septorianodorum ü

Drechslerateres ü Gaeumannomycesgraminis ü

nu

-,u nu

nu nu

-,υ nu

Legende nu =

nicht untersucht

starke Hemmung mit

deutlicher Hemm2one

HemmungmitdeutlicherHemmzone

WachstumsstopdusSchaderregers

ohne Hemmzone

keine Effekte

Samenkorn bzw. Keimpflanze abgestorben

Samenkorn bzw. Keimpflanze

überwachsen und geschädigt

1 ...5bakterielle Antagonisten (IMET11 425) (IMET11427) (IMET11 424) (IMET11426) (IMET11 428) 6... lOpilzliche Antagonisten (IMET 43921) (I M ET 43 923) (IMET43922) (IMET 43920) (IMET43924)

Claims

1. Verfahren zur Saatgutbehandlung, indem das Saatgut in oiner evakuierten Bestrahlungskammer im freien Fall der EinwirKung von Elektronenstrahlen ausgesetzt wird und chemische Substanzen und mikrobielle Systeme appliziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Saatgut allseitig quasimonoenergetischen Elektronenstrahlen, Elektronen wesentlich geringerer Energie ausgesetzt wird und Plasmateilchen an der Oberfläche und in einer außerhalb der Keimanlage verlaufenden Randschicht zur Einwirkung gebracht werden und daß in zeitlich unmittelbarer Folge auf das Saatgut eine Applikation, Fungizide, Antagonisten, deren Stoffwechselprodukte und Sporen, das Pflanzenwachstum fördernde Mikroorganismen und Nährstoffe enthaltend, aufgebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Wirksamkeit gegen Schaderreger im Bereich der Randschicht und der Aktivierung der Samenoberfläche des Saatgutes durch den Arbeitsdruck in der Bestrahlungskammer eingestellt wird,

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsdruck in der Bestrahlungskammer auf 100Pa bis einige 100Pa eingestellt wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, bestehend aus einer Bestrahlungskammer, daran angeordneten Elektronenkanonen und Schleusen zum druckentkoppelten Ein- und Ausbringen des Saatgutes, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eintrittsstelle des Saatgutes (17) in die Bestrahlungskammer (12) eine Verteilungseinrichtung J8) für die Vereinzelung des Saatgutes (17) und ein Fallschacht (19), bis an den Bestrahlungsbereich (20) reichend, angeordnet ist, daß im Bestrahlungsbereich (20) mindestens zwei Elektronenkanonen (21) in gleicher Höhe mit Ablenkeinrichtungen zum Auffächern des Elektronenstrahles (22) angeordnet sind, daß über eine Zwischenschleuse (24) an der Bestrahlungskammer (12) ein Vakuumbehälter (25) angeordnet ist, in dem Applikationseinrichtungen (26) für das Saatgut (17) angeordnet sind und daß mit dem Vakuumbehälter (25) ein Vorratsgefäß für die Applikation verbunden ist.