Post on 07-Aug-2019
transcript
FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR ORGANISCHE ELEKTRONIK, ELEKTRONENSTRAHL- UND PLASMATECHNIK FEP
ELEKTRONENBEHANDLUNG VON SAATGUT
UMWELTFREUNDLICH, EFFIZIENT, NACHHALTIG
2
1
UMWELTFREUNDLICH, EFFIZIENT UND FLEXIBEL
Die Behandlung von Saatgut mit beschleunigten Elektronen ist
ein modernes, umweltfreundliches Verfahren, das ganz ohne
chemische Wirkstoffe auskommt. Krankheitserreger werden
effektiv und vollständig abgetötet, ohne dass Endosperm und
Embryo im Saatkorn angetastet werden.
Das Verfahren wird als umwelt- und anwenderfreundliche
Alternative zur chemischen Beize angeboten, ist DLG prämiert
und wurde von der »Biologischen Bundesanstalt [1]« als
»alternative Methode zur chemischen Beizung« bezeichnet.
Die Nutzung dieser modernen Technologie ist praktizierter
Umwelt- und Anwenderschutz auf höchstem Niveau, die auch
für den Öko-Landbau geeignet und zugelassen ist.
Die Elektronenbehandlung wirkt gegen alle Pathogene, die
sich in und auf der Schale befinden. So werden nicht nur
samenbürtige Pathogene abgetötet, sondern es findet mit
der Unterbrechung der Infektionskette durch die Abtötung
schädlicher Mikroorganismen wie Bakterien (zum Beispiel:
Pseudomonas) und Viren auch ein nachhaltiger Schutz statt.
Da bei dem Verfahren keine Rückstände auf dem Saatgut
verbleiben, ist es für die Kombination mit biologischen
Pflanzenstärkungsmitteln besonders geeignet.
ELEKTRONENBEHANDLUNG
Getreidesaatgut Weizen, Gerste, Triticale, Roggen, Hafer
Gemüsesamen Basilikum, Bohne, Erbse, Feldsalat, Knoblauch, Kohl, Lauch, Möhre, Paprika, Petersilien,
Rauke, Salat, Tomate, Zwiebel
Gewürze Anis, Chili, Pfeffer, Majoran
Sonstige Saaten Mais, Gräser, Blumensamen, Raps, Mohn, Saatkartoffeln
Vielfältigkeit
Das qualitativ hochwertige Verfahren tötet Pathogene aller Art im Wirkbereich unter anderem auf folgenden Produkten:
[1] Heutige Bezeichnung: Julius-Kühn-Institut
2
Technologie im Detail
Die Elektronenbehandlung von Saatgut basiert auf der
bioziden Wirkung von niederenergetischen Elektronen.
Die Erzeugung der beschleunigten Elektronen erfolgt nach
dem Prinzip der Braun´schen Röhre. Beim Anlegen hoher
elektrischer Spannungen zwischen Katode und Anode
emittieren Elektronen aus der Kathode und werden durch
den Ladungsunterschied in Richtung Elektronenaustritts-
fenster beschleunigt. Dieses trennt das Vakuum in dem die
Elektronen erzeugt werden vom Prozessraum ab, in dem
Umgebungsdruck herrscht (Abb. 1).
Für die Behandlung von Saatgut sind die applizierte Dosis,
die über die Stromstärke eingestellt wird und die Elektronen-
energie, die über die Beschleunigungsspannung einstellbar
ist, von Bedeutung. Die Dosis ist jene Elektronenenergie,
die in der Samenschale absorbiert wird. Bei der Elektro-
nenbehandlung von Saatgut ist die lethale Dosis für die
Bekämpfung der vorhandenen Pathogene entscheidend.
Die Elektronenenergie ist ein Maß für die kinetische
Bewegungsfähigkeit von Elektronen. Beim Durchdringen
von Materie verlieren die Elektronen diese Energie durch
Stoßvorgänge wieder. Ist die Energie aufgebraucht,
erfolgt kein weiteres Eindringen in das Material. Diese
Tatsache wird genutzt, um den Wirkungsbereich bei der
Elektronenbehandlung präzise zu steuern (Abb. 4). Auf die
vereinzelten Samenkörner kann mit dem Verfahren allseitig
eine gleichmäßige Dosis (Abb. 2) aufgebracht werden, die
nur so tief in der Schale wirkt, dass ein Einfluss auf den
Embryo und das Endosperm nachweislich ausgeschlossen
werden kann (Abb. 3). Treffen die energiereichen Elektronen
WIRKPRINZIP DER ELEKTRONENBEHANDLUNG
im Wirkbereich auf Schadorganismen, werden diese effektiv
abgetötet.
Eine Aufspaltung von Molekülketten bei Mikroorganismen
garantiert eine vollständige Abtötung dieser Pathogene, un-
abhängig von deren Art. Das Verfahren wirkt, wie in vielen
Labor- und Praxisversuchen nachgewiesen, effektiv gegen
verschiedenste Pilzsporen, Bakterien und Viren. Gleichzeitig
ist durch die rein physikalische Wirkung des Verfahrens eine
Bildung von resistenten Pathogenen, die bei chemisch-syste-
mischen Wirkstoffen möglich ist, ausgeschlossen.
21 3
Elektronen SamenschaleSaatgutstrom
Elektronen- generatoren
Embryo
4 Dosisverteilung
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
0 %Perikarp und Testa
3
Vorteile für Anwender, Produzent und Umwelt
• Vollständiger Verzicht auf den Einsatz chemischer Wirkstoffe
ohne Verlust der biologischen Wirksamkeit und ohne
Ertragseinbußen
• Ausgezeichnete Wirkung gegen samenbürtige Pathogene
ohne Resistenzbildung
• keine Umweltgefährdung durch chemisch-synthetische
Wirkstoffe und Formulierungsmittel
• Anwenderfreundlich da keine Beizstäube, Dämpfe oder
Lösungen freigesetzt werden
• Kontengünstig im Betrieb
• Schnellerer Feldaufgang
• Deutlich bessere Lagerfähigkeit
• Abfallfreie Technologie
• Zugelassen für den ökologischen Landbau
VORTEILE
Ein Auszug aus dem Wirkungsspektrum
• Weizensteinbrand – Tilletia caries
• Roggenstängelbrand – Urocytis occulta
• Blatt- und Spelzenbräune – Septoria nodorum
• Schneeschimmel – Microdochium nivale
• Streifenkrankheit – Drechslera graminea
• Blattdürre – Septoria spp.
• Schwärzepilze – Alternaria spp.
• Grauschimmelfäule – Botrytis aclada
• Fusariosen
• Bakteriose – Pseudomonas spp.
• Bakteriose – Xanthomonas spp.
4
PASSENDE SYSTEME FÜR JEDE ANWENDUNGENTWICKLUNGSKOMPETENZ MADE BY FRAUNHOFER
Versuchsanlage
Die universell einsetzbare Versuchsanlage REAMODE kann für
die diskontinuierliche Elektronenbehandlung von geringen
Mengen Saatgut jeder Art genutzt werden. Speziell ange-
passte Produktführungssysteme und Verpackungslösungen
garantieren eine allseitige Elektronenbehandlung der Proben
unter einem einzelnen Flächenstrahler.
Die Behandlung von neuen Saatgutarten und -sorten kann da-
bei vor Ort auch analytisch begleitet werden. Mikroskope zur
Messungen der Schalendicke, verschiedene Dosimetriesysteme
zur Auslegung der Eindringtiefe, ein Elektronenspinreso-
nanz-Messgerät zur Untersuchung verschiedener Saatguttie-
fen auf freie Elektronenpaare zur Kontrolle der Eindringtiefe
und Klimakammern für Keimversuche stehen vor Ort zur
Verfügung. Diese Kontrollsysteme dienen der Bewertung
des Verfahrenserfolges und zugleich als Grundlage für ein
nachfolgendes Scale-Up in Pilot- oder Produktionsmaßstab.
Pro
du
ktid
ee d
es K
un
den
Mac
hb
arke
itse
rpro
bu
ng
Sch
lüss
elko
mp
on
ente
n
Pilo
tpro
du
ktio
n
Tech
no
log
ietr
ansf
er
Pro
du
ktio
nsa
nla
ge
Pro
du
kt d
es K
un
den
Durchsatz: max. 30 t / h
Korngrößen: 0,5 … 2,0 cm
Behandlungstiefe: 20 … 200 μm
Behandlungskosten: 0,03 – 0,06 ct/kg
Durchsatz: max. 1 000 Körner / Stunde
Produktgröße: 0,1 … 10 cm
Behandlungstiefe: 10 … 170 μm
Produktionsanlage
Seit über 10 Jahren wird das vom Fraunhofer FEP entwickelte
Anlagensystem zur Elektronenbehandlung von Saatgut bereits
zur Saatgutproduktion eingesetzt. Die Firmen BayWa AG und
Nordkorn Saaten GmbH produzieren Elektronen-behandeltes
Saatgut mit dieser Anlage und vertreiben es seit 2012 unter
der Marke E-PURA®. Seit 2011 werden über 10.000 t Getrei-
desaatgut pro Jahr E-PURA®-behandelt – Tendenz steigend.
5
UNABHÄNGIGE KONTROLLE DER ERGEBNISSE
Keimfähigkeitsversuche
Zur Überprüfung des Keimungsverhaltens und damit der
Vitalität von Samen können an unabhängigen Instituten und
Prüfstellen Keimtests durchgeführt werden. Dazu wird für die
verschiedenen Arten und Sorten entsprechend der ISTA-Regeln
verfahren. So können Samen nach entsprechenden Behand-
lungsverfahren nicht nur routinemäßig sondern auch in einem
wissenschaftlichen Design untersucht werden.
Gewächshaustests
In Ergänzung zu Keimungsversuchen oder auch als eigen-
ständige Untersuchung können am Institut für Allgemeine
Ökologie und Umweltschutz der Technischen Universität
Dresden Gefäßversuche unter kontrollierten Umweltbedingun-
gen in Kleingewächshäusern durchgeführt werden. Sowohl
atmosphärische Parameter können eingestellt werden, die es
zum Beispiel ermöglichen verschiedene Ozonkonzentrationen
zu realisieren als auch bodenspezifische Parameter wie zum
Beispiel die Bodenfeuchte. Dies kann unter anderem dazu
genutzt werden, die Fertilität von Pflanzen aus zum Beispiel
mit Elektronen-behandelten Samen zu überprüfen.
Feldtests
Der Nachweis der Eignung der behandelten Saatgüter
für den Praxiseinsatz erfolgt bei Exaktversuchen und groß
angelegten Feldtests. Landwirte mit langjähriger Erfahrung im
konventionellen und ökologischen Landbau aus verschiedenen
Regionen Deutschlands sowie professionelle Versuchsanstalten
unterstützen das Fraunhofer FEP bei der Untersuchung von
Keimfähigkeit, Ertrag, Feldaufgang und der Bestandesentwick-
lung.
Untersuchung des Pathogenbefalls
Die Untersuchung von Saatgutproben auf Befall mit Bakterien,
Viren und Mikropilzen erfolgt unter anderem durch staatliche
Forschungsstellen, wie das Julius-Kühn-Institut. Hier ist neben
der Auswertung der Keimbelastung nach der Behandlung
durch laboranalytische Untersuchungen auch die gezielte
Inokulation von Saatgut mit Pathogenen möglich.
Für schnelle Vor-Ort-Untersuchungen verfügt das Fraunhofer
FEP auch über eine eigene zell- und mikrobiologische
Laboreinheit. Damit besteht die Möglichkeit den pathogenen
Befall direkt vor Ort zu bestimmen, in dem unter anderem
Gesamt- und Lebendzellzahlen ermittelt werden.
Für die Untersuchung von Keimfähigkeit und Keimungsrate, sowie für die Inokulation von Saatgut mit Pathogenen und die
Untersuchung der pathogenen Belastung sind unabhängige, kompetente Partner vorhanden.
6
7
8
S A A T G U T B E H A N D L U N G U M W E L T F R E U N D L I C H
Kultur Erreger Wirkung
Winterweizen Tilletia caries (Weizensteinbrand)
Septoria nodorum (Blatt- und Spelzenbräune)
Fusarim spp. (Schimmelpilze)
Microdochium nivale (Schneeschimmel)
Septoria spp. (Blattflecken)
sehr gut
gut
gut
mittel bis gut
gut bis sehr gut
Wintergerste Drechslera graminea (Streifenkrankheit) gut
Sommergerste Drechslera graminea (Streifenkrankheit) gut
Winterroggen Urocystis occulta (Stängelbrand)
Fusarium spp. (Schimmelpilze)
sehr gut
gut
Triticale Fusarim spp. (Schimmelpilze)
Microdochium nivale (Schneeschimmel)
gut
mittel bis gut
WIRKUNGSSPEKTRUM
Kultur Erreger Wirkung
Kümmel Alternaria spp. sehr gut
Fenchel Alternaria spp. sehr gut
Koriander Pseudomonas spp. sehr gut
Anis Alternaria spp. sehr gut
Getreide
Gewürze
9
Kultur Erreger Wirkung
Petersilie Alternaria spp.
Septoria spp.
Alternaria spp.
sehr gut
mittel
sehr gut
Möhre Xanthomnas spp.
Alternaria spp.
Phoma spp.
sehr gut
sehr gut
sehr gut
Kohl Xanthomnas spp. gut
Feldsalat Phoma spp. sehr gut
Bohne Pseudomonas spp. sehr gut
Sellerie Septoria spp. mittel
Zwiebel Alternaria spp.
Xanthomnas spp.
sehr gut
sehr gut
Gemüse
10
S A A T G U T B E H A N D L U N G U M W E L T F R E U N D L I C H
Untersuchungen der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft zum Feldaufgang und zum Korn- ertrag bei Winterweizen relativ zur chemischen Beizung (1989 – 2002, danach Eigenforschung Fraunhofer FEP)
VERSUCHSERGEBNISSEERTRAGSPHYSIOLOGISCHER UND WIRTSCHAFTLICHER ERFOLG IN ZAHLEN
110 %
105 %
100 %
95 %
90 %
Chemische Behandlung = 100 %
Kornertrag Feldaufgang
1999
2011
2000
2012
1989
2001
1990
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
1997
2009
1998
2010
11
0
4.000.000
8.000.000
12.000.000
16.000.000
ElektronenbehandlungUnbehandelte Kontrolle
cfu
/g
Gesamtkeimgehalt durch Bakterienbelastung auf Saatkartoffeln
0 %
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
ElektronenbehandlungUnbehandelte Kontrolle
KeimfähigkeitErstzählung
Keimfähigkeit und Triebkraft von elektronenbehandelten Möhrensamen
ERTRAGSPHYSIOLOGISCHER UND WIRTSCHAFTLICHER ERFOLG IN ZAHLEN
0 %
20 %
40 %
60 %
80 %
100 %
ElektronenbehandlungUnbehandelte Kontrolle
Tag 14Tag 12Tag 8Tag 5
Zeitaufgelöste Keimungsrate von elektronenbehandelten Tomatensamen
60 %
65 %
70 %
75 %
80 %
85 %
90 %
ElektronenbehandlungUnbehandelte Kontrolle
TriebkraftKeimfähigkeit
Keimfähigkeit und Triebkraft von elektronenbehandelten Koriandersamen
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
0 %
16.000.000
12.000.000
8.000.000
4.000.000
0
100 %
80 %
60 %
40 %
20 %
0 %
90 %
85 %
80 %
75 %
70 %
65 %
60 %
cfu/g
Unbehandelte Kontrolle
Unbehandelte Kontrolle Unbehandelte Kontrolle
Unbehandelte Kontrolle
Erstzählung Keimfähigkeit
KeimfähigkeitTag 5 Tag 8 Tag 12 Tag 14 Triebkraft
Elektronenbehandlung
Elektronenbehandlung Elektronenbehandlung
Elektronenbehandlung
12
S A A T G U T B E H A N D L U N G U M W E L T F R E U N D L I C H
KONTAKT
Bei Abdruck ist die Einwilligung der Redaktion erforderlich.
© Fraunhofer FEP, Dresden, Germany – 01 / 15
WIR UND UNSERE PARTNER BIETEN IHNEN
TRETEN SIE MIT UNS IN VERBINDUNG
• Machbarkeitsstudien für die Behandlung aller Arten an Getreide- und Feinsämereisamen
• Entwicklung, Bau und Inbetriebnahme von kundenspezifischen Anlagen zur Samenbehandlung
• Kundenservice für die Elektronensaatgutbehandlung
• Parametrierung von Elektronenbehandlungssystemen auf Basis von Laborversuchen
• Inokulation mit Zielkeimen und Laboruntersuchungen auf Keimbelastung
• Keimfähigkeitsuntersuchungen in Klimakammern und Gewächshäusern
• Machbarkeitsstudien zur Adaption der Systeme für die Behandlung von Futtermitteln, Pharmaka und weiterer granularer
Produkte, wie Polymeren und Feinchemie
KOMPETENZ UND ANGEBOT
Abbildungsnachweis
Fraunhofer FEP, Getreide AG / Nordkorn Saaten GmbH,
iStockphoto/fhgfep
Fraunhofer-Institut für
Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Telefon +49 351 2586-0
Fax +49 351 2586-105
www.fep.fraunhofer.de
Ansprechpartner
André Weidauer
Telefon +49 351 2586-164
www.fep.fraunhofer.de | www.e-saatgut.de
13
© F R A U N H O F E R F E P – 2 . 4 – F 0 9
Wir setzen auf Qualität
und die ISO 9001.