DE3752261T2 - Seed pretreatment - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft die Vorbehandlung von Saatgut, so dass eine raschere und gleichmäßigere Keimung nach der Aussaat im Freiland oder Gewächshaus eintritt, sowie Verfahren zur Behandlung von Saatgut z. B. mit Fungiziden.
Verfahren zur Beschleunigung der Keimung von Saatgut sind seit vielen Jahren bekannt. Verfahren, die eine teilweise Hydration der Samen gefolgt von einer Rücktrocknung auf den ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt beinhalten, werden manchmal als "Samenhärtung" bezeichnet, die typischerweise darin besteht, dass das Saatgut eine Reihe von Quell- und Trocknungszyklen durchläuft. Die Vorbehandlung des Saatguts kann durch teilweise Hydration der Samen durch Kontakt mit osmotischen Lösungen erfolgen, wonach die Samen auf den ursprünglichen Wassergehalt rückgetrocknet werden können. In kleinem Maßstab können Samen vorbehandelt werden, indem sie auf saugfähiges Papier gelegt werden, das mit der osmotischen Lösung gesättigt ist. Prinzipiell kann Saatgut im großem Maßstab vorbehandelt werden, indem es in die belüftete osmotische Lösung getaucht wird, was in der Praxis jedoch schwer zu verwirklichen ist, da die osmotischen Lösungen dazu neigen, bei Belüftung zähflüssig zu werden und zu schäumen.
Bisher ist noch kein Verfahren bekannt geworden, das bei Durchführung mit großen Mengen hinreichend praktikabel und kontrollierbar, reproduzierbar und wirksam ist, so dass es in großem Maßstab in die Praxis umgesetzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt nunmehr ein Verfahren zur Vorbehandlung von Saatgut bereit, das darin besteht, das Saatgut mit einer Wassermenge in Berührung zu bringen, die ausreicht, seinen Wassergehalt auf ein gewünschtes Niveau anzuheben, und nach dem Quellen mit der erforderlichen Wassermenge das Saatgut über eine Zeitspanne von einem oder mehreren Tagen in einer Rühr- bzw. Umwälzbewegung zu halten.
Die Weiterführung der Rühr- bzw. Umwälzbewegung des Saatguts nach Beendigung des Hydrationsprozesses verhindert die Bildung von Gradienten des Wassergehalts durch Verdampfung und Kondensation. Des weiteren scheint das Wachstum von Pilzfäden unterbunden zu werden.
Die obigen Hinweise auf "Wasser" sollten dahingehend verstanden werden, dass sie sich allgemein auf wässerige Medien beziehen, z. B. Lösungen, die Fungizide oder andere aktive Materialien enthalten, sowie auf Wasserdampf und Wasser in flüssiger Form.
Vorzugsweise wird die Bewegung nach dem Erreichen des gewünschten maximalen Hydrationswertes in der Weise aufrechterhalten, dass das Saatgut einen Vorratsbehälter stets teilweise füllt, und der Behälter um eine im wesentlichen waagrechte Achse gedreht wird.
Der Prozess der vorliegenden Erfindung kann bis zum Erhalt von Saatgut durchgeführt werden, das bis zu einem Punkt gequollen ist, ab dem es bei weiterer Wasserzufuhr rasch keimen würde.
Vorzugsweise erfolgt die Rühr- bzw. Umwälzbewegung in der Weise, dass sie ein Zusammenballen des Saatguts durch Pilzfäden verhindert.
Das Saatgut wird vorzugsweise mehrere Tage in einer Rühr- bzw. Umwälzbewegung gehalten.
Die Umwälzbewegung kann über eine Zeitspanne von mindestens einer Woche, z. B. zwei Wochen, andauern.
Die Umwälzbewegung kann in einem aus Glas oder Aluminium bestehenden Behälter oder in einem mit Aluminium ausgekleideten Behälter ausgeführt werden.
Die Wassermenge kann ein Behandlungsmittel für Saatgut, z. B. ein Fungizid enthalten.
Da sich an die Anwendung von Fungizid enthaltendem Wasser während der Vorbehandlung des Saatguts eine Zeitspanne anschließt, in der die Samen eine gewisse Entwicklung erfahren, kann auch der Beginn der Entwicklung von Pilzsporen eintreten. Dadurch kann der Pilz leichter durch das Fungizid angegriffen werden, was die Möglichkeit eröffnet, den Pilz vor der Aussaat abzutöten.
Nach dieser Umwälzbewegung kann das Saatgut wieder auf einen niedrigeren Wassergehalt rückgetrocknet werden, um die Lagerung zu erleichtern. Wahlweise kann das Saatgut unmittelbar nach der Umwälzbewegung ohne Trocknung ausgesät werden.
Zur Vorbehandlung von Samen gemäß der Erfindung werden die Samen vorzugsweise so in eine Samen-Behandlungskammer eingebracht, dass diese teilweise gefüllt ist. Danach werden die Samen vorzugsweise in einer Rühr- bzw. Umwälzbewegung gehalten, während sie mit Wasser in Kontakt gebracht werden.
Vorzugsweise wird die Samen-Behandlungskammer gedreht, um die Umwälzbewegung zu erzeugen. Das auf diese Weise erzeugte Umwälzen kann sehr sanft erfolgen und birgt ein geringeres Risiko, das Saatgut zu verletzen als die Berührung mit einem beweglichen Rührelement.
Die Samen-Behandlungskammer hat vorzugsweise die Form eines waagrecht angeordneten Zylinders, und die Drehung erfolgt um dessen waagrechte Achse. Ein Abstreiferelement kann vorgesehen werden, um Samen von der aufsteigenden Wand einer solchen zylindrischen Kammer abzulösen.
Das eingeleitete Wasser kann über einen Abschnitt der Kammerwand oberhalb des Saatgutpegels in der Kammer verteilt werden.
Wenn der so erzeugte Wasserfilm das Samenbett in der Kammer passiert, bleiben Samen an der feuchten Kammerwand haften, wodurch die Umwälzwirkung der Drehung verstärkt und eine sehr gleichmäßige Wasseraufnahme des Saatguts ermöglicht wird.
Feuchtigkeit wird vorzugsweise auf eine kontrollierte Weise in die Kammer eingeleitet, damit sie mit den Samen in flüssiger Form z. B. als Nebel oder Oberflächenfilm in Berührung kommt, wovon das Saatgut Feuchtigkeit bis zu einer vorgegebenen Menge absorbiert, jedoch weiterhin frei fließt. Durch diese Methode kann man sich die Tendenz des trockenen Saatguts, Wasser beim erstmaligen Kontakt mit Wasser rasch zu absorbieren, zu Nutze machen, aber die Hydration auf einem Feuchtigkeitsniveau zu beenden, das eine vorzeitige Keimung verhindert.
Vorzugsweise ist der Kontakt die einzelnen Samen mit dem flüssigen wässerigen Medium zeitlich begrenzt oder intermittierend, und das Wasser sollte hinreichend gleichmäßig verteilt werden, damit die Samen nicht örtlich so nass werden, dass sie verklumpen, sondern weiterhin frei fließen. Dies wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass eine relative Bewegung zwischen einer Wasserschicht und dem zu behandelnden Saatgut vorgesehen wird, so dass die Samen mit der Wasserschicht oder dem Wasserfilm auf die gewünschte Weise in Berührung bzw. nicht mehr in Berührung kommen. Somit wird das Wasser gleichmäßig auf die sich in ständiger Bewegung befindlichen Samen verteilt, die dadurch in einem frei fließenden Zustand bleiben.
Die Menge des in die Kammer eingeleiteten Wassers wird vorzugsweise durch Wiegen der Kammer überwacht, und die Gewichtsmessungen dienen vorzugsweise zur Regelung des Durchsatzes des eingeleiteten Wassers.
Das Wasser kann als Dampf oder Wasserdampf eingeleitet werden und als dünner Film auf dem Kammerwandabschnitt kondensieren, um das verteilte flüssige Wasser bereitzustellen. Dieses Ver fahren kann reguliert werden, um auf der Kammerwand einen extrem feinen Wasserfilm, nicht mehr als ein Beschlagen der Wand, bereitzustellen, sofern gewünscht. So kann beispielsweise ein Dampfkessel periodisch als Reaktion auf die Gewichtsmessungen aktiviert und deaktiviert werden, um den Durchsatz des in Form von Dampf eingeleiteten Wassers zu regeln.
Wahlweise kann Wasser in Form von flüssigem Wasser direkt eingesprüht oder anderweitig auf das Saatgut oder an die Wand der Kammer geleitet werden. Das Wasser kann oberhalb des Saatgutpegels in der Kammer an die Kammerwand eingeleitet werden, z. B. aus einer Vielzahl zur Kammerwand gerichteten Rohren mit feinen Bohrungen.
Das Wasser kann an die Kammerwand gepumpt werden, und der Wasserdurchsatz kann durch Steuern der Pumpe geregelt werden.
Die Samen-Behandlungskammer besteht vorzugsweise als Aluminium oder ist damit ausgekleidet.
Die Behandlungskammer kann eine horizontale rotierende Trommel sein, die auf einer mit einem Mikrocomputer verbundenen elektronischen Waage montiert ist, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Samen kontinuierlich überwacht werden kann. Wasser kann der Trommel mittels eines Geräts zugeführt werden, das winzige Wasserdampfmengen freisetzt, die als dünner Film (Nebel) auf der Innenfläche der Trommel kondensieren. Wenn sich die Trommel dreht, wird der dünne Feuchtigkeitsfilm zu den Samen am Boden der Trommel mitgenommen. Die Absorption von Feuchtigkeit bewirkt, dass die Samen an der Trommel haften bleiben und mit der sich bewegenden Oberfläche bis zu einem Abstreifer nach oben steigen, durch den sie wieder zum Boden der Trommel herunterfallen, wo sie sich innig mit der Saatgutmenge in der Trommel vermischen. Der Durchsatz der Dampf- oder Nebelerzeu gung kann durch den Computer gesteuert werden, so dass der Wassergehalt des Saatguts einem vorgegebenen Verlauf folgt.
Wahlweise kann die Bewegung der Samen in der Trommel so überwacht werden, dass die Zugabe von übermäßig viel Wasser verhindert wird. Das Wasser kann auf diese Weise mit einem Durchsatz zugeführt werden, der von den Samen absorbiert werden kann, anstatt einem vorgegebenen Verlauf zu folgen, so dass die Zugabe von Wasser verlangsamt oder unterbrochen werden kann, wenn die Samen beginnen, nicht mehr frei zu fließen.
Es versteht sich, dass die Einbeziehung eines Steuerungssystems in die Vorrichtung zur Durchführung des der vorliegenden Erfindung entsprechenden Verfahrens weitreichende Änderungen der Betriebsbedingungen, Quell- und Trocknungszyklen sowie anderer Prozessparameter gestattet, so dass ein weiter Bereich von Saatgutsorten behandelt werden kann, von denen zahlreiche eventuell besondere Anforderungen stellen. Die Zufuhr von Wasser zu den Samen kann je nach Saatgutsorte und anderen Umständen verschiedene Strategien erforderlich machen. Beispielsweise kann ein kurzer Zyklus von ca. 24 Stunden für bestimmte Saatgutsorten am besten geeignet sein. Auch hier kann ein Wasserdurchsatz, der sich entweder an einem Verlauf mit konstantem Durchsatz, einer Exponentialkurve oder einer anderen Form von Quellverlauf orientiert, wie erforderlich programmiert werden.
Der Prozess zur Vorbehandlung des Saatguts gemäß der vorliegenden Erfindung vermeidet die Verwendung übermäßiger Mengen der Quellflüssigkeit. Bei den meisten Anwendungen wird die Menge des hinzugefügten Wassers, das aus der Dampfphase kondensiert sein kann, von den Samen aufgesaugt werden, so dass wenig oder kein überschüssiges Wasser verbleibt. Dieses Merkmal der Erfindung hat den Vorteil, dass zusätzliche zur Behandlung des Saatguts erforderliche Substanzen wie beispielsweise Fungizide kostengünstiger eingesetzt werden können.
Durch Hinzufügen kontrollierter Mengen von Fungiziden oder anderen Substanzen zum Saatgut während der Behandlung führt das Aufsaugen des Wassers dazu, dass die zugefügte Substanz in die Samen transportiert wird, wobei geringe oder keine Rückstände verbleiben. Fungizide und/oder andere Behandlungssubstanzen lassen sich durch die hierin beschriebenen Verfahren im dem Saatgut zugeführten Wasser auf problemlose Weise lösen oder suspendieren.
Die Erfindung beinhaltet Saatgut, das gemäß dem Verfahren nach der Erfindung wie hierin definiert behandelt wird, und Verfahren zum Züchten von Pflanzen aus solchem Saatgut.
Des weiteren beinhaltet die Erfindung Pflanzen oder Pflanzenmaterial, die bzw. das aus Saatgut gezüchtet worden sind bzw. ist, das gemäß dem hierin definierten Verfahren behandelt wurde.
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert; es zeigen:
Fig. 1, 2 und 3 jeweils eine Längsansicht und zwei Ansichten der gegenüberliegenden Stirnseiten einer Saatgut-Behandlungstrommel und der zugehörigen Ausrüstung;
Fig. 4 eine detaillierte Ansicht eines Dampfeinspritzrohrs zur Verwendung in der in Fig. 1 dargestellten Saatgut-Trommel;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm des gesamten Systems mit der in Fig. 1 dargestellten Saatgut-Trommel, einem Steuerungssystem und sonstiger zugehöriger Ausrüstung;
Fig. 6 das Diagramm eines Computerprogramms;
Fig. 7 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 1 eines zweiten Beispiels einer Saatgut-Behandlungstrommel; und
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich derjenigen von Fig. 3 der Trommel in Fig. 8.
Wie aus Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, handelt es sich bei der Saatgut-Behandlungskammer um eine zylindrische Trommel 1 aus Aluminium mit einer stirnseitigen Abdeckung 2 an ihrem rechten Ende (Fig. 2) und einer partiellen stirnseitigen Abdeckung 3 an ihrem linken Ende (Fig. 3). Die Abdeckung 3 hat eine mittige Öffnung 4, durch die sich ein Dampfeinspritzrohr 5 erstreckt, dessen Konstruktion in Fig. 4 detailliert dargestellt ist.
Die Trommel 1 ist drehbar auf zwei Scheibenpaaren 6 und 7 gelagert, wobei jedes Paar mittels einer drehbaren Welle verbunden ist. Das Scheibenpaar 6 dient als Antriebsscheiben, die von einem Motor 8 getrieben werden, während es sich bei dem anderen Paar 7 um freilaufende Scheiben handelt. Der Motor 8 und die Antriebsbaugruppe sind am geschlossenen Ende der Trommel 1 angeordnet. Die Baugruppe umfasst eine angetriebene Scheibe 9, eine Spannscheibe 10 und eine Antriebsscheibe 11, die koaxial zu den auf der Welle sitzenden Scheiben 6 angeordnet ist und die Welle antreibt.
Innerhalb der Trommel 1 wird ein länglicher flexibler Abstreifer 12 von einem Winkeleisen 13 gehaltert und steht in Berührung mit der Zylinderinnenfläche der Trommel 1, um an der Trommel anhaftende Samen zu entfernen, wenn sich diese dreht.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, weist das Dampfgeneratorsystem ein Dampfeinspritzrohr 5 in Form eines gekippten L auf, dessen senkrechter Schenkel 14 als Wasservorratsbehälter dient und einen Tauchsieder 15 enthält. Die Wasserzufuhr in den Schenkel erfolgt aus einem Gerät 16 mit konstantem Pegel. Der waagrech te Schenkel 17 weist an seiner Oberseite eine Reihe von Dampfauslasslöchern 18 auf. Die Temperaturüberwachung erfolgt mittels des Thermistors 19 am Schenkel 17 und eines weiteren Thermistors 20 in dem im Schenkel 14 enthaltenen Wasser. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird das Dampfeinspritzrohr 5 im oberen Teil der Trommel 1 gehaltert, so dass aus den Löchern 18 eingeleiteter Dampf auf die obere Innenfläche der Trommel 1 auftrifft und kondensiert, um einen Feuchtigkeitsfilm auf dieser Innenfläche zu bilden, die sich dann nach unten bewegt, wenn die Trommel entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, ist die Trommel 1 auf einer Waage 21 montiert, so dass bei im unteren Teil der Trommel befindlichem Saatgut, das wie nachfolgend beschrieben einer Quelloperation unterzogen wird, das kumulative Gewicht des Saatguts kontinuierlich überwacht und entsprechend einem vorgegebenen Quellverlauf oder -zyklus geregelt werden kann. Das Steuerungssystem weist einen Computer 22, einen Drucker 23, eine A/D-Steuerungs-Schnittstelle 24 und eine Spannungsversorgung 25 auf.
Ein Beispiel eines Computerprogramms zur Verwendung gemäß der Erfindung ist in Fig. 6 dargestellt.
Der Drucker 23 dient zum Ausdrucken der Einzelheiten des Quellprogramms (z. B. Probengewicht und Referenz, Anfangswassergehalt des Saatguts, erforderlicher Wassergehalt des Saatguts, Dauer und Art des Quellverlaufs). Außerdem druckt er in zeitlichen Abständen die verschiedenen Temperaturen und Gewichte aus, um eine Aufzeichnung bereitzustellen, aus der die korrekte Einhaltung des Quellverlaufs hervorgeht.
Die Betriebsweise des Systems ist wie folgt.
Das zu behandelnde Saatgut wird in den Boden der Trommel 1 eingebracht und langsam mittels eines auf der oberen Innen fläche der Trommel kondensierten Wasserfilms, der durch die Drehung der Trommel in das Saatgut mitgenommen wird, hydriert. Mit der Absorption von Feuchtigkeit bleiben die Samen an der aufsteigenden Fläche der Trommel 1 haften. Der Abstreifer 12 entfernt die Samen von der Trommeloberfläche, so dass sie zurückfallen und sich mit dem Rest der Saatgutcharge mischen. Dies sorgt für eine gute Durchmischung und stellt sicher, dass alle Samen mit dem Wasserfilm in Kontakt kommen. Der Prozess ermöglicht außerdem eine sehr allmähliche Hydration, so dass die Samen zu keinem Zeitpunkt zu nass erscheinen oder aneinander kleben. Die Dampfabgabe und -kondensation ist mit dem Auge nicht erkennbar.
Dampf aus dem Dampfgenerator wird über die Dampfauslasslöcher 18 in das Innere der Trommel 1 geleitet. Der Thermistor 19 misst die Temperatur am Schenkel 17 des Rohrs 5. Bei aus den Löchern 18 austretendem Dampf beträgt die Temperatur nahezu 100ºC. Der Computer 22 überwacht den Ausgang vom Thermistor 19, und wenn kein Wasser erforderlich ist, regelt er die Einschaltdauer des Heizelements 15 in der Weise, dass genügend Dampf in das Rohr 5 geliefert wird, um es auf einer festen Haltetemperatur zu halten, aber nicht genug, um auf der Trommel zu kondensieren. Der Zweck, das System für die Dampferzeugung auch dann "unmittelbar in Bereitschaft" zu halten, wenn kein Wasser erforderlich ist, ist, ein rasches Ansprechen zu erzielen, wenn Wasser zum Saatgut hinzuzufügen ist. Die Rückkopplung zwischen dem Thermistor 19 und dem Heizelement 15 stellt sicher, dass die Bedingung "unmittelbare Bereitschaft zur Dampferzeugung" selbst dann aufrechterhalten bleibt, wenn sich die äußeren Bedingungen ändern, z. B. wenn kaltes Wasser vom Gerät 16 in den Schenkel 14 eintritt.
Der Ausstoß von Wasserdampf ist von null bis zu einem maximalen Durchsatz regelbar und wird durch die Wattzahl des Heizelements 15 bestimmt. Sehr hohe Durchsätze würden die Temperatur in der Trommel 1 wegen der durch die Kondensation frei gesetzten latenten Wärme erhöhen. Aus diesem Grund können für den Einsatz im großen Maßstab andere Verfahren zur Erzeugung des Wasserfilms bevorzugt werden. Wahlweise könnte die Außenseite der Trommel 1 gekühlt werden.
Wird kein Wasser in die Trommel eingeleitet, verlieren die Samen in Abhängigkeit von der Umgebungsfeuchte Wasser. Der Computer kann in jedem beliebigen Quell- und Trocknungsverlauf programmiert werden. Gemäß einer Strategie nimmt das Saatgut in der kürzestmöglichen Zeit z. B. in etwa 24 Stunden so viel Wasser wie möglich auf, ohne dass eine anschließende Keimung verursacht wird. Es ist notwendig, im Voraus zu bestimmen, wie viel Wasser die Samen in 24 Stunden absorbieren können. Schätzwerte wurden aus Experimenten gewonnen, bei denen eine Saatgutprobe Wasser aus einer Polyethylenglycollösung durch eine Membran absorbiert.
Wie aus Fig. 7 und 8 ersichtlich ist, ähnelt eine alternative Form einer Vorrichtung zur Vorbehandlung von Saatgut für die erfindungsgemäße Verwendung zwar derjenigen von Fig. 1 bis 3, setzt jedoch ein alternatives Verfahren für die Einleitung von Wasser in die Behandlungstrommel ein. Der Dampfgenerator und das Dämpfrohr 5 werden durch eine Pumpe 28 ersetzt, beispielsweise eine peristaltische Pumpe, die über ein durch die Öffnung 4 in die Behandlungstrommel geführtes Rohr 30 mit einem Verteiler 26 neben der Trommelwand verbunden ist. Der Verteiler 26 hat eine Vielzahl Auslässe, von denen ein jeder mit einem Kunststoffrohr 27 mit einer sehr feinen Bohrung verbunden ist, die sich an die Trommelwand anlegend verlegt sind. Die Bohrung der dünnen Rohre 27 kann so gewählt sein, dass winzige Wassertropfen von der Trommel abgesaugt werden, wenn diese rotiert. Diese Rohre 27 können beispielsweise einen Innendurchmesser von ca. 0,4 mm und verallgemeinert einen Innendurchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 mm haben.
Alternativ kann eine Mehrkanalpumpe verwendet werden, wobei jeder Kanal ein Rohr mit feiner Bohrung aufweist, das von der Pumpe zur Kammerwand führt, wodurch die Verwendung eines Verteilers 26 vermieden und die Gefahr einer ungleichen Strömung durch die einzelnen Rohre mit feiner Bohrung verringert wird.
Die erforderliche Gesamtmenge Wasser kann berechnet und es kann dafür gesorgt werden, dass diese mit einem konstanten Durchsatz von der Pumpe 28 über eine zu wählende Zeitspanne z. B. 24 Stunden durch Einregeln der Pumpleistung gefördert wird. Alternativ können auch komplexere Hydrationsprogramme angewendet werden. Zu diesem Zweck kann die Pumpe 28 von einer Steuerungseinheit 29 gesteuert werden, so dass sie auf eine vom Benutzer gewählte Weise mit einer Pumpleistung in Abhängigkeit von der Zeit arbeitet. Ist die Pumpe 28 nicht fähig, einen exakt vorgegebenen Ausstoß zu fördern, kann die Behandlungsvorrichtung auf einer Waage montiert und das Gewicht des von der Pumpe gelieferten Wassers direkt überwacht werden, und ein Gewichtssignal kann zur Steuerungseinheit 29 zurückgeführt werden, um die Betriebsleistung der Pumpe zu steuern.
Nach der Hydration des Saatguts wird dieses so in einen Glas- oder Aluminiumbehälter gebracht, dass dieser zum Teil gefüllt ist, der auf einem nahezu senkrechten Drehtisch (nicht dargestellt) etwa zwei Wochen lang um eine waagrechte Achse rotiert. Danach kann es unmittelbar ausgesät oder rückgetrocknet werden, um die Lagerung zu erleichtern. Das Saatgut kann jedoch auch ohne Trocknung über eine Zeitspanne von mehreren Wochen bei kühlen Bedingungen z. B. bei 0ºC gelagert werden. Der Zweck des rotierenden Drehtisches ist, die Samen in relativer Bewegung zu halten, um geringfügige Temperaturgradienten zu vermeiden, die Kondensation im Behälter und damit die Keimung einiger Samen zu Lasten der anderen verursachen würden. Es hat sich außerdem gezeigt, dass die Rotation das Wachstum von Pilzfäden in der Charge verhindert. Drehzahlen von 0,1 bis 10, z. B. 4 bis 5 U/min. sind geeignet.
Die Anwendung des dieser Erfindung entsprechenden Prozesses bei der Vorbehandlung von Saatgut wird nunmehr anhand der folgenden Beispiele erläutert.
Eine Probe von 10 g Lauchsamen mit einem ursprünglichen Wassergehalt von 9% (der Wassergehalt wird stets auf Basis des Trockengewichts angegeben) wurde in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 bis 6 behandelt. Der Computer wurde auf einen linearen Anstieg des Wassergehalts so programmiert, dass die Samen über eine Zeitspanne von 20 Stunden einen Wassergehalt von 90% erreichten. Der Wassergehalt der Samen nach der Behandlung betrug 89,9%. Die behandelten Samen wurden dann entwickelt, indem sie in der um die horizontale Achse rotierenden Trommel zwei Wochen lang bei 22ºC mit einer Drehzahl von etwa 5 U/min in einer Taumelbewegung gehalten wurden.
Es wurden Keimtests durchgeführt mit:
1. den unbehandelten Samen;
2. den behandelten Samen nach einer zweiwöchigen Entwicklung, jedoch ohne Trocknung (behandelt, ungetrocknet);
3. den behandelten Samen nach einer zweiwöchigen Entwicklung, nachdem sie auf einen Wassergehalt von 9% rückgetrocknet worden waren.
Die Tests erfolgten, indem man zwei identische Proben von jeweils 150 Samen auf feuchtem Filterpapier bei 20ºC keimen ließ. Die gekeimten Samen wurden täglich gezählt und entfernt, bis keine Samen mehr keimten. Aus den Ergebnissen wurden drei Parameter berechnet:
1. Der Prozentsatz der gekeimten Samen.
2. Die mittlere Keimdauer derjenigen Samen, die keimten.
3. Die Standardabweichung der Keimdauern, die ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Keimung darstellt.
Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 1 dargestellt. Diese zeigt nur ein Beispiel aus zahlreichen Datensätzen. Diese weisen sämtlich eine übereinstimmende Verkürzung der Keimdauer und einer Verringerung der Standardabweichung auf und entweder eine geringe Auswirkung auf die oder eine Zunahme der Keimfähigkeit. TABELLE 1
Verschiedene Cultivare (Varietäten) oder sogar verschiedene Samenlose desselben Cultivars können sich darin unterscheiden, wie sie auf die Vorbehandlung ansprechen. Zum Nachweis dafür, dass das Ergebnis von Beispiel 1 nicht nur auf ein Cultivar beschränkt ist, wurde ein Experiment durchgeführt, bei dem die Samen von zehn Lauch-Cultivaren entweder durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit Hydration gefolgt von zweiwöchiger Um- Wälzbewegung (im folgenden als Trommel-Vorbehandlung bezeichnet) oder durch Plazieren der Samen auf Filterpapier, das mit einer Lösung Polyethylenglycol 20.000 zur Erzeugung eines osmotischen Potentials von 1,5 MPa (im folgenden als PEG-Vorbehandlung bezeichnet) vorbehandelt wurden. Bei diesem und bei den späteren Beispielen erfolgte die Umwälzbewegung bei 15ºC. Nach zweiwöchigem Verbleib auf dem Filterpapier wurden die Samen entfernt und gewaschen. Einige Samen aus beiden Verfahren wurden rückgetrocknet, andere ungetrocknet belassen, so dass sich insgesamt vier Vorbehandlungen ergaben (PEG-Vorbehandlung, getrocknet; Trommel-Vorbehandlung, getrocknet, PEG- Vorbehandlung, ungetrocknet; Trommel-Vorbehandlung, ungetrocknet). Die Keimtests erfolgten auf nassem Filterpapier bei 20ºC.
Tabelle 2 zeigt die Auswirkungen der Behandlungen auf die Keimfähigkeit. Der Unterschied zwischen den Vorbehandlungen war gering, alle erhöhten die Keimfähigkeit von durchschnittlich ca. 88% auf etwa 92%. Die Auswirkungen auf die Keimdauer sind in Tabelle 3 dargestellt. Hier zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen den Behandlungen, wobei das ungetrocknete Saatgut rascher keimte als das getrocknete, und das trommelbehandelte (getrocknet oder ungetrocknet) rascher keimte als das entsprechende PEG-vorbehandelte Saatgut. Das ungetrocknete trommelbehandelte Saatgut keimte von allen am schnellsten, wobei die mittlere Dauer 0,59 Tage im Vergleich zu einem Mittelwert von 3,61 Tagen für das unbehandelte Saatgut betrug. Die Standardabweichung der Keimdauer ist ein Maß für die Streuung oder die Gleichmäßigkeit der Keimung. Niedrige Werte gelten als gut, da sie ein Potential für die Erzeugung einer gleichmäßigen Art anzeigen. Die Standardabweichung der Keimdauer ist in Tabelle 4 dargestellt. Die Tendenz ist hier ähnlich wie die bei der Keimdauer festgestellte, nämlich dass ungetrocknete Samen bessere Werte als getrocknete, und trommelbehandelte Samen bessere Werte als PEG-behandelte aufweisen. Die Gleichmäßigkeit der Keimung, die auf Basis dieses Parameters gemessen wurde, war beim trommelbehandelten ungetrockneten Saatgut um durchschnittlich etwa das Zehnfache höher (d. h. hinsicht lich der Standardabweichung reduziert in dieser Größenordnung).
Die Trommel-Vorbehandlung erweist sich also für einen Bereich von zehn Lauch-Cultivaren als effektiv, und für alle Cultivare führt sie zu Ergebnissen, die mindestens gleich gut wie und häufig besser als bei der PEG-Vorbehandlung sind. TABELLE 2 Auswirkung verschiedener Vorbehandlungen auf die Keimfähigkeit von zehn Lauch-Cultivaren Keimfähigkeit
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet) TABELLE 3 Auswirkung verschiedener Vorbehandlungen auf die Keimdauer (Tage) von zehn Lauch-Cultivaren Keimdauer (Tage)
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet) TABELLE 4 Auswirkung verschiedener Vorbehandlungen auf die Standardabweichung der Keimdauer von zehn Lauch-Cultivaren Standardabweichung Keimdauer (Tage)
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
Lauch - Auswirkungen von Temperatur und Wasserdruck auf die Keimfähigkeit vorbehandelter und naturbelassener Samen.
Bei Beispiel 2 im Rahmen der Tests mit zehn Cultivaren wurden die fünf Samenproben bei 20ºC und einem Wasserdruck von null zum Keimen gebracht, wobei es sich hierbei um Bedingungen handelt, die bei im Freiland ausgesäten Samen wahrscheinlich kaum vorzufinden sind. Die Auswirkungen von vier Temperaturen (5, 10, 15 und 20ºC) und fünf Stufen des Wasserdrucks (0; 0,1; 0,2; 0,3 und 0,4 MPa) wurden für die vier vorbehandelten Samenproben und die unbehandelte Samenprobe geprüft. Die Auswirkungen auf die Keimfähigkeit, die Keimdauer und die Standardabweichung der Keimdauer sind in Tabellen 5, 6 bzw. 7 dargestellt. Bei allen drei Parametern zeigten trommelvorbehandelte Samen eine Tendenz zum günstigeren Verhalten als PEG- vorbehandelte Samen, und ungetrocknete Samen verhielten sich besser als getrocknete. Die stärkste Auswirkung auf die Keimfähigkeit ergab sich bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Wasserdrücken. So keimte z. B. das ungetrocknete trommelvorbehandelte Saatgut bei 5ºC und 0 oder 0,1 MPa ungefähr etwa 20 mal so schnell wie das unbehandelte Saatgut unter den gleichen Bedingungen.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Trommel-Vorbehandlung im allgemeinen bessere Ergebnisse erzielte als die PEG-Vorbehandlung und dass die am stärksten ausgeprägten Auswirkungen auf die Keimfähigkeit am ehesten unter Bedingungen mit niedriger Temperatur und niedrigem Wasserdruck, die typischerweise bei Frühsaaten vorliegen, auftreten. TABELLE 5 Auswirkungen verschiedener Temperaturen und Wasserdrücke während der Keimung auf die Keimfähigkeit von nach verschiedenen Verfahren vorbehandelten Lauchsamen Keimfähigkeit
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
Temp = Temperatur in ºC
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
Temp = Temperatur in ºC
Contr = unbehandelte Samen
PD = PEG-vorbehandelte Samen (getrocknet)
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
PU = PEG-vorbehandelte Samen (ungetrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
In der Trommel vorbehandelte Samen wurden mit Samen verglichen, die zwei Wochen in einer belüfteten PEG-Lösung vorbehandelt wurden. Dieses Vorbehandlungsverfahren ist wahrscheinlich die wichtigste Alternative zur Trommel-Vorbehandlung für die Vorbehandlung von Saatgut im großem Maßstab. Die Auswirkung auf die Auflaufdauer und die Standardabweichung der Auflaufdauer von zwei Samenlosen mit nomineller Keimfähigkeit von 66% und 90% sind in Tabelle 8 dargestellt. Die Wetter- und Bodenbedingungen haben zweifellos einen großen Einfluss auf das Verhalten der vorbehandelten Samen im Freiland, jedoch beweisen die Ergebnisse dieses Beispiels, dass sämtliche Vorbehandlungen die Auflaufdauer um etwa drei bis vier Tage verkürzten, dass die Standardabweichung der Auflaufdauer bei vorbehandelten Samen jedoch die Tendenz hatte, zuzunehmen. TABELLE 8 Auswirkungen verschiedener Vorbehandlungsverfahren auf die Auflaufdauern im Freiland und Standardabweichung der Auflaufdauern von zwei Lauchsamenlosen (nominelle Keimfähigkeit 66% und 90%) Auflaufdauer (Tage)
Mittel, getrocknet = 13,5; Mittel, ungetrocknet = 12,9. Standardabweichung Auflaufdauer (Tage)
Mittel, getrocknet = 2,99; Mittel, ungetrocknet = 3,32.
Bei einer Demonstration im Labor ähnlich derjenigen für Lauch in Beispiel 3 wurde die Auswirkung von Temperatur und Wasserdruck auf die Keimfähigkeit von unbehandelten und trommelvorbehandelten Zwiebelsamen untersucht. Die Auswirkungen auf die Keimfähigkeit, Keimdauer und die Standardabweichung der Keim dauer sind in Tabelle 9, 10 bzw. 11 dargestellt. Die Verbesserungen der Keimfähigkeit waren im allgemeinen geringer als bei Lauch, aber immer noch durchaus beachtlich. Ungetrocknete Samen keimten rascher und gleichmäßiger als getrocknete Samen. TABELLE 9 Auswirkungen verschiedener Temperaturen und Wasserdrücke während der Keimung auf die Keimfähigkeit von nach verschiedenen Verfahren vorbehandelten Zwiebelsamen. Keimfähigkeit
Temp - Temperatur in ºC
Contr - unbehandelte Samen
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
Temp = Temperatur in ºC
Contr = unbehandelte Samen
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet) TABELLE 11 Auswirkungen verschiedener Temperaturen und Wasserdrücke während der Keimung auf die Standardabweichung der Keimdauern von nach verschiedenen Verfahren vorbehandelten Zwiebelsamen. Die Werte in Klammern geben die Daten als Prozentsatz des Kontroll- (unbehandelten) Saatguts an. Standardabweichung Keimdauer (Tage)
Temp - Temperatur in ºC
Contr = unbehandelte Samen
DD = trommelvorbehandelte Samen (getrocknet)
DU = trommelvorbehandelte Samen (ungetrocknet)
Im Gegensatz zum Experiment im Labor war das Verhalten der trommelvorbehandelten im Freiland ausgesäten Zwiebelsamen sehr gut. Bei einer Demonstration, die die Verwendung eines Startdüngers (oder Wasser) unterhalb des Samens während des Eindrillens beinhaltete, trieben getrocknete und ungetrocknete trommelvorbehandelte Samen im Durchschnitt um 2,4 bis 4,7 Tage früher als die unbehandelten Samen (Tabelle 12). Wie bei Lauch hatten die Vorbehandlungen nur geringe Auswirkungen auf die Streuung des Auflaufens im Freiland. Die vorteilhaften Auswirkungen des Startdüngers schienen sich zu denjenigen der Vorbehandlung zu addieren, so dass die Zugabe von 8 ml/m Startdünger bei unbehandelten Samen das mittlere Gewicht der Setzlinge von 0,13 g bis 0,18 g erhöhte, wobei das Gewicht der Setzlinge bis auf 0,31 g gesteigert wurde, wenn ungetrocknetes trommelvorbehandeltes Saatgut mit 8 ml/m Startdünger verwendet wurde. TABELLE 12 Zwiebeln: Auswirkung der Trommel-Vorbehandlung und des Startdüngers Standardabweichung der Auflaufdauern (Tage) Mittleres Frischgewicht (g/Pflanze)
Tabelle 13 zeigt die Auswirkung der Trommel-Vorbehandlung auf Rosenkohlsamen, die bei 10ºC und ohne Wasserdruck zum Keimen gebracht wurden. Wenn die Samen auf einen Wassergehalt von 79% quollen, keimte etwa ein Drittel von ihnen innerhalb einer Woche während des Taumelprozesses, aber die Keimdauer der restlichen ungetrockneten Samen sank von 3, 4 auf 0,51 Tage. Zweiwöchiges Umwälzen anstelle von einwöchigem brachte keine zusätzlichen Vorteile. Wenn die Samen auf einen niedrigeren Wassergehalt (74,9%) gequollen wurden, keimten nur etwa 5% der Samen während des Umwälzens, und die Keimdauer sank nach ein wöchigem Taumeln auf 0,18 Tage. Auch hier ergab sich durch zweiwöchiges Umwälzen kein Vorteil.
0 Wochen
Keimfähigkeit 99,3
Zeit bis zur Keimung (Tage) 3,37
Standardabweichung Keimdauer (Tage) 0,91 Trommelvorbehandelt (79% Feuchtigkeitsgehalt) Trommelvorbehandelt (74,9% Feuchtigkeitsgehalt)
Es war angenommen worden, dass lösliche Keimungsinhibitoren in Möhrensamen die fünf Trommel-Vorbehandlungsprozesse stören könnten. Bei der herkömmlichen Vorbehandlung werden diese Inhibitoren durch die PEG-Lösung ausgewaschen und stellen demzufolge kein Problem dar. Versuche, bei denen Möhrensamen bei 10ºC und ohne Wasserdruck in verschiedenen Abständen auf feuchtem Filterpapier zum Keimen gebracht wurden, konnten jedoch keinerlei Einfluß der Vereinzelung auf die Keimfähigkeit nachweisen, was darauf schließen läßt, dass lösliche Inhibitoren kein Problem sind.
Die Ergebnisse eines Einzelexperiments mit Trommel-Vorbehandlung sind in Tabelle 14 dargestellt. Schon allein eine 24- stündige Trommel-Vorbehandlung ohne weiteres Taumeln reduzierte die Keimdauer von 6,8 auf 4,9 Tage. Weiteres Umwälzen der feuchten Samen um ein bis zwei Wochen verkürzte die Keimdauer auf 2,3 bzw. 1,9 Tage. Der Trommel-Vorbehandlungsprozess ist bei Möhrensamen eindeutig wirksam.
Auswirkung der Trommel-Vorbehandlung auf die Keimfähigkeit von Möhrensamen
Unbehandelte Samen (7,04% Feuchtigkeitsgehalt)
0 Wochen
Keimfähigkeit 92,3
Zeit bis zur Keimung (Tage) 6,78
Standardabweichung Keimdauer (Tage) 1,95 Trommelvorbehandelte Samen (nicht rückgetrocknet, 70,2% Feuchtigkeitsgehalt)
Zuckerrüben wie auch Möhren sind dafür bekannt, dass sie Keimungsinhibitoren in der Frucht haben, die den Samen gibt. Das folgende Beispiel zeigt keine Anzeichen dafür, dass solche Inhibitoren den erfindungsgemäßen Prozess beeinträchtigen.
Der in diesem Beispiel verwendete Samen war naturbelassener (d. h. nicht abgeriebener oder pillierter) einkeimiger Samen. Der Samen wurde nach eintägigem Umwälzen (d. h. einem Tag in der Hydriertrommel plus einem Tag Umwälzen) rückgetrocknet. Dies verhinderte eine vorzeitige Keimung und ergab eine sehr brauchbare Verkürzung der Keimdauer bei 20º und einem Wasserdruck null von 3,1 auf 1,6 Tage wie in Tabelle 15 dargestellt. TABELLE 15 Auswirkung der Trommel-Vorbehandlung auf die Keimfähigkeit von Zuckerrübensamen
Es hat sich gezeigt, dass im allgemeinen der Prozentsatz der Samen mit Pilzbefall von den erfindungsgemäßen Prozessen entweder unbeeinflusst bleibt oder sogar verringert wird. Dies steht in deutlichem Gegensatz zur Vorbehandlung mit PEG (entweder auf Papier oder in einer Flüssigkeitsmenge), bei der Pilzbefall immer zunimmt. Bei einem Versuch wurde eine Probe der mit der im Samen übertragenen Krankheit "Stielfäule" infizierten Zwiebelsamen in einer Aluminiumkammer trommelvorbehandelt, der sich eine Entwicklungsphase durch Umwälzen anschloss wie zuvor beschrieben, und bei den behandelten Samen ließ sich keine Spur der Infektion feststellen. Beim einem Vergleichsversuch wurde festgestellt, dass die Samen rasch durch Pilzfäden zusammenhaften, wenn sie nach der Hydration nicht durch Taumeln umgewälzt werden.
Es zeigt sich also, dass das Pilzwachstum durch den oben beschriebenen Taumelprozess und/oder durch Berührung der Samen mit Aluminium oder einer Quelle davon während der Hydration und/oder des Umwälzens unterbunden werden kann und dass solche Prozesse zum Unterbinden des Pilzwachstums innerhalb des Anwendungsbereichs der Erfindung liegen.
This invention relates to the pretreatment of seeds so that a faster and more uniform germination occurs after sowing in the open field or greenhouse, as well as to methods for treating seeds, e.g. with fungicides.
Methods for accelerating seed germination have been known for many years. Methods involving partial hydration of the seeds followed by re-drying to the original moisture content are sometimes referred to as "seed hardening", which typically consists of the seed undergoing a series of soaking and drying cycles. Pretreatment of the seed can be accomplished by partial hydration of the seeds by contact with osmotic solutions, after which the seeds can be re-dried to the original water content. On a small scale, seeds can be pretreated by placing them on absorbent paper saturated with the osmotic solution. In principle, on a large scale, seeds can be pretreated by immersing them in the aerated osmotic solution, but this is difficult to achieve in practice because the osmotic solutions tend to become viscous and foam when aerated.
To date, no method has been identified that is sufficiently practicable and controllable, reproducible and effective when carried out on large quantities so that it can be put into practice on a large scale.
The present invention now provides a method for pretreating seed, which consists in bringing the seed into contact with a quantity of water sufficient to raise its water content to a desired level and, after swelling with the required quantity of water, keeping the seed in a stirring or circulating motion for a period of one or more days.
Continuing the stirring or circulating movement of the seeds after the hydration process has ended prevents the formation of gradients in water content through evaporation and condensation. Furthermore, the growth of fungal threads appears to be prevented.
The above references to "water" should be understood to refer generally to aqueous media, such as solutions containing fungicides or other active materials, as well as to water vapor and water in liquid form.
Preferably, after reaching the desired maximum hydration value, the movement is maintained in such a way that the seed always partially fills a storage container and the container is rotated about a substantially horizontal axis.
The process of the present invention can be carried out until seeds are obtained which have been swollen to a point where they would rapidly germinate upon further supply of water.
Preferably, the stirring or circulating movement is carried out in such a way that it prevents the seeds from clumping together due to fungal threads.
The seeds are preferably kept in a stirring or circulating motion for several days.
The circulation movement can last for a period of at least one week, for example two weeks.
The circulation movement can be carried out in a container made of glass or aluminum or in a container lined with aluminum.
The water may contain a seed treatment agent, such as a fungicide.
Since the application of fungicide-containing water during seed pretreatment is followed by a period of seed development, fungal spores may also begin to develop. This makes the fungus more easily attacked by the fungicide, opening the possibility of killing the fungus before sowing.
After this circulation, the seed can be dried again to a lower water content to facilitate storage. Alternatively, the seed can be sown immediately after the circulation without drying.
For pretreating seeds according to the invention, the seeds are preferably placed in a seed treatment chamber so that the chamber is partially filled. Thereafter, the seeds are preferably kept in a stirring or tumbling motion while they are brought into contact with water.
Preferably, the seed treatment chamber is rotated to create the agitation. The agitation created in this way can be very gentle and poses less risk of damaging the seed than contact with a moving agitator.
The seed treatment chamber is preferably in the form of a horizontally arranged cylinder and the rotation is about its horizontal axis. A scraper element may be provided to detach seeds from the rising wall of such a cylindrical chamber.
The introduced water can be distributed over a section of the chamber wall above the seed level in the chamber.
When the water film thus created passes the seed bed in the chamber, seeds adhere to the moist chamber wall, which increases the circulating effect of the rotation and enables a very even water absorption of the seeds.
Moisture is preferably introduced into the chamber in a controlled manner so that it contacts the seeds in liquid form, e.g. as a mist or surface film, from which the seed absorbs moisture up to a predetermined level but continues to flow freely. This method makes it possible to take advantage of the tendency of dry seed to absorb water rapidly on initial contact with water, but to terminate hydration at a moisture level that prevents premature germination.
Preferably, the contact of the individual seeds with the liquid aqueous medium is temporary or intermittent and the water should be distributed sufficiently evenly so that the seeds do not become locally wet to the point of clumping but continue to flow freely. This is preferably achieved by providing relative movement between a layer of water and the seed to be treated so that the seeds come into contact with or out of contact with the layer or film of water in the desired manner. Thus, the water is evenly distributed over the constantly moving seeds, which thereby remain in a free-flowing state.
The amount of water introduced into the chamber is preferably monitored by weighing the chamber, and the weight measurements are preferably used to control the flow rate of water introduced.
The water can be introduced as steam or water vapor and condense as a thin film on the chamber wall section to provide the distributed liquid water. This The flow rate can be regulated to provide an extremely fine film of water on the chamber wall, no more than a mist on the wall, if desired. For example, a steam boiler can be periodically activated and deactivated in response to the weight measurements to regulate the flow rate of water introduced as steam.
Alternatively, water can be sprayed directly in the form of liquid water or otherwise directed onto the seed or onto the wall of the chamber. The water can be introduced onto the chamber wall above the seed level in the chamber, e.g. from a large number of fine-bore pipes directed towards the chamber wall.
The water can be pumped to the chamber wall and the water flow can be regulated by controlling the pump.
The seed treatment chamber is preferably made of aluminum or is lined with it.
The treatment chamber may be a horizontal rotating drum mounted on an electronic balance connected to a microcomputer so that the moisture content of the seeds can be continuously monitored. Water may be supplied to the drum by means of a device which releases minute amounts of water vapor which condenses as a thin film (mist) on the inner surface of the drum. As the drum rotates, the thin film of moisture is carried along to the seeds at the bottom of the drum. The absorption of moisture causes the seeds to adhere to the drum and rise with the moving surface to a scraper through which they fall back down to the bottom of the drum where they mix intimately with the mass of seed in the drum. The throughput of the steam or mist generators The process can be controlled by the computer so that the water content of the seed follows a predetermined pattern.
Optionally, the movement of the seeds in the drum can be monitored to prevent the addition of excessive water. The water can thus be supplied at a rate that can be absorbed by the seeds, rather than following a predetermined pattern, so that the addition of water can be slowed or stopped when the seeds begin to stop flowing freely.
It will be appreciated that the incorporation of a control system into the apparatus for carrying out the method of the present invention allows for wide variations in operating conditions, soaking and drying cycles and other process parameters to handle a wide range of seed varieties, many of which may have special requirements. The delivery of water to the seeds may require different strategies depending on the seed variety and other circumstances. For example, a short cycle of approximately 24 hours may be most suitable for certain seed varieties. Again, a water flow rate based on either a constant flow curve, an exponential curve or some other form of soaking curve can be programmed as required.
The process for pretreating the seed according to the present invention avoids the use of excessive amounts of steeping liquid. In most applications, the amount of water added, which may have condensed from the vapor phase, will be absorbed by the seeds so that little or no excess water remains. This feature of the invention has the advantage that additional substances required for treating the seed, such as fungicides, can be used more cost-effectively.
By adding controlled amounts of fungicides or other substances to the seed during treatment, the wicking of the water will result in the added substance being transported into the seed with little or no residue. Fungicides and/or other treatment substances can be readily dissolved or suspended in the water applied to the seed by the methods described herein.
The invention includes seed treated according to the method of the invention as defined herein and methods for growing plants from such seed.
Furthermore, the invention includes plants or plant material grown from seed treated according to the method defined herein.
The invention is explained in the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1, 2 and 3 are respectively a longitudinal view and two views of the opposite ends of a seed treatment drum and the associated equipment;
Fig. 4 is a detailed view of a steam injection tube for use in the seed drum shown in Fig. 1;
Fig. 5 is a schematic diagram of the entire system including the seed drum shown in Fig. 1, a control system and other associated equipment;
Fig. 6 shows a diagram of a computer program;
Fig. 7 is a view similar to that of Fig. 1 of a second example of a seed treatment drum; and
Fig. 8 is a view similar to that of Fig. 3 of the drum in Fig. 8.
As can be seen from Figs. 1 to 3, the seed treatment chamber is a cylindrical drum 1 made of aluminum with a front cover 2 at its right end (Fig. 2) and a partial front cover 3 at its left end (Fig. 3). The cover 3 has a central opening 4 through which extends a steam injection pipe 5, the construction of which is shown in detail in Fig. 4.
The drum 1 is rotatably supported on two pairs of discs 6 and 7, each pair being connected by a rotatable shaft. The pair of discs 6 serve as drive discs driven by a motor 8, while the other pair 7 are free-running discs. The motor 8 and the drive assembly are arranged at the closed end of the drum 1. The assembly comprises a driven disc 9, a tension disc 10 and a drive disc 11 which is arranged coaxially with the discs 6 seated on the shaft and drives the shaft.
Within the drum 1, an elongated flexible scraper 12 is supported by an angle iron 13 and is in contact with the inner cylindrical surface of the drum 1 to remove seeds adhering to the drum as it rotates.
As can be seen from Fig. 4, the steam generator system has a steam injection pipe 5 in the form of a tilted L, the vertical leg 14 of which serves as a water reservoir and contains an immersion heater 15. The water supply to the leg is provided by a device 16 with a constant level. The horizontal The leg 17 has a series of steam outlet holes 18 on its upper side. Temperature monitoring is carried out by means of the thermistor 19 on the leg 17 and a further thermistor 20 in the water contained in the leg 14. As can be seen from Fig. 3, the steam injection pipe 5 is supported in the upper part of the drum 1 so that steam introduced from the holes 18 strikes the upper inner surface of the drum 1 and condenses to form a film of moisture on this inner surface which then moves downwards as the drum rotates anti-clockwise.
As can be seen from Fig. 5, the drum 1 is mounted on a scale 21 so that when seed is in the lower part of the drum and is undergoing a soaking operation as described below, the cumulative weight of the seed can be continuously monitored and controlled according to a predetermined soaking pattern or cycle. The control system comprises a computer 22, a printer 23, an A/D control interface 24 and a power supply 25.
An example of a computer program for use in accordance with the invention is shown in Fig. 6.
The printer 23 is used to print the details of the soaking program (e.g. sample weight and reference, initial seed water content, required seed water content, duration and type of soaking course). It also prints the various temperatures and weights at time intervals to provide a record showing that the soaking course is being followed correctly.
The operation of the system is as follows.
The seed to be treated is placed in the bottom of the drum 1 and slowly surface of the drum, which is carried into the seed by the rotation of the drum. As moisture is absorbed, the seeds adhere to the rising surface of the drum 1. The scraper 12 removes the seeds from the drum surface so that they fall back and mix with the rest of the seed batch. This provides good mixing and ensures that all seeds come into contact with the water film. The process also allows for very gradual hydration so that at no point do the seeds appear too wet or stick together. The release of steam and condensation is not visible to the eye.
Steam from the steam generator is supplied to the interior of the drum 1 through the steam outlet holes 18. The thermistor 19 measures the temperature at the leg 17 of the tube 5. With steam emerging from the holes 18, the temperature is nearly 100ºC. The computer 22 monitors the output from the thermistor 19 and when water is not required, it controls the duty cycle of the heating element 15 so that enough steam is supplied to the tube 5 to keep it at a fixed holding temperature, but not enough to condense on the drum. The purpose of keeping the system "instantly ready" for steam generation even when water is not required is to provide a rapid response when water is to be added to the seed. The feedback between the thermistor 19 and the heating element 15 ensures that the "immediate readiness for steam generation" condition is maintained even when the external conditions change, for example when cold water from the device 16 enters the leg 14.
The output of water vapor can be regulated from zero to a maximum flow rate and is determined by the wattage of the heating element 15. Very high flow rates would increase the temperature in the drum 1 due to the steam released by the condensation. For this reason, other methods for generating the water film may be preferred for large-scale use. Alternatively, the outside of the drum 1 could be cooled.
If no water is introduced into the drum, the seeds lose water depending on the ambient humidity. The computer can be programmed to follow any soaking and drying sequence. According to one strategy, the seeds absorb as much water as possible in the shortest possible time, for example, in about 24 hours, without causing subsequent germination. It is necessary to determine in advance how much water the seeds can absorb in 24 hours. Estimates have been obtained from experiments in which a seed sample absorbs water from a polyethylene glycol solution through a membrane.
As can be seen from Figures 7 and 8, an alternative form of seed pretreatment apparatus for use in accordance with the invention is similar to that of Figures 1 to 3, but employs an alternative method of introducing water into the treatment drum. The steam generator and steam pipe 5 are replaced by a pump 28, for example a peristaltic pump, which is connected to a manifold 26 adjacent to the drum wall via a pipe 30 leading through the opening 4 into the treatment drum. The manifold 26 has a plurality of outlets, each of which is connected to a plastic pipe 27 with a very fine bore, which are laid against the drum wall. The bore of the thin pipes 27 can be selected so that minute drops of water are sucked away from the drum as it rotates. These pipes 27 can have, for example, an internal diameter of about 0.4 mm and, more generally, an internal diameter in the range of 0.1 to 1 mm.
Alternatively, a multi-channel pump may be used, each channel having a fine bore tube leading from the pump to the chamber wall, thus avoiding the use of a manifold 26 and reducing the risk of unequal flow through the individual fine bore tubes.
The total amount of water required can be calculated and ensured that this is delivered at a constant flow rate by the pump 28 over a selected period of time, e.g. 24 hours, by adjusting the pump output. Alternatively, more complex hydration programs can be used. For this purpose, the pump 28 can be controlled by a control unit 29 so that it operates in a manner selected by the user with a pump output as a function of time. If the pump 28 is not capable of delivering a precisely predetermined output, the treatment device can be mounted on a scale and the weight of the water delivered by the pump can be monitored directly and a weight signal can be fed back to the control unit 29 to control the operating performance of the pump.
After hydration of the seed, it is placed in a partially filled glass or aluminium container which rotates on a nearly vertical turntable (not shown) about a horizontal axis for about two weeks. It can then be sown immediately or re-dried to facilitate storage. However, the seed can also be stored without drying for a period of several weeks in cool conditions, e.g. at 0ºC. The purpose of the rotating turntable is to keep the seeds in relative motion to avoid slight temperature gradients which would cause condensation in the container and thus germination of some seeds at the expense of others. Rotation has also been shown to prevent the growth of fungal threads in the batch. Speeds of 0.1 to 10, e.g. 4 to 5 rpm, are suitable.
The application of the process according to this invention in the pretreatment of seeds will now be explained by the following examples.
A 10 g sample of leek seeds with an initial water content of 9% (the water content is always expressed on a dry weight basis) was treated in the apparatus shown in Figures 1 to 6. The computer was programmed to increase the water content linearly so that the seeds reached a water content of 90% over a period of 20 hours. The water content of the seeds after treatment was 89.9%. The treated seeds were then developed by tumbling them in the drum rotating on the horizontal axis for two weeks at 22ºC at a speed of about 5 rpm.
Germ tests were carried out with:
1. the untreated seed;
2. the treated seed after two weeks of development, but without drying (treated, undried);
3. the treated seeds after two weeks of development after they had been dried to a water content of 9%.
The tests were carried out by germinating two identical samples of 150 seeds each on moist filter paper at 20ºC. The germinated seeds were counted and removed daily until no more seeds germinated. Three parameters were calculated from the results:
1. The percentage of seeds germinated.
2. The average germination time of those seeds that germinated.
3. The standard deviation of germination times, which is a measure of the uniformity of germination.
The results are shown in Table 1 below. This is just one example of numerous data sets. All of these show a consistent reduction in germination time and a reduction in standard deviation and either a small effect on or an increase in germination capacity. TABLE 1
Different cultivars (varieties) or even different seed lots of the same cultivar may differ in how they respond to pretreatment. To demonstrate that the result of Example 1 is not limited to one cultivar, an experiment was carried out in which the seeds of ten leek cultivars were treated either by a process according to the invention with hydration followed by tumbling for two weeks (hereinafter referred to as tumbling pretreatment) or by placing the seeds on filter paper coated with a solution of polyethylene glycol 20,000 to produce a osmotic potential of 1.5 MPa (hereinafter referred to as PEG pretreatment). In this and the later examples, the agitation was carried out at 15ºC. After two weeks on the filter paper, the seeds were removed and washed. Some seeds from both processes were re-dried, others left undried, giving a total of four pretreatments (PEG pretreatment, dried; drum pretreatment, dried; PEG pretreatment, undried; drum pretreatment, undried). Germination tests were carried out on wet filter paper at 20ºC.
Table 2 shows the effects of the treatments on germination. The difference between the pretreatments was small, all increasing germination from an average of about 88% to about 92%. The effects on germination time are shown in Table 3. Here there are clear differences between treatments, with the undried seed germinating more quickly than the dried, and the drum treated (dried or undried) germinating more quickly than the corresponding PEG pretreated seed. The undried drum treated seed germinated the fastest of all, with a mean time of 0.59 days compared to a mean of 3.61 days for the untreated seed. The standard deviation of germination time is a measure of the variability or uniformity of germination. Low values are considered good because they indicate a potential for producing a uniform variety. The standard deviation of germination time is shown in Table 4. The trend here is similar to that observed for germination time, namely that undried seeds show better values than dried ones, and drum-treated seeds show better values than PEG-treated ones. The uniformity of germination measured on the basis of this parameter was on average about ten times higher for drum-treated undried seeds (ie in terms of reduced by the standard deviation in this order of magnitude).
Drum pretreatment is therefore effective for a range of ten leek cultivars, and for all cultivars it produces results that are at least as good as, and often better than, PEG pretreatment. TABLE 2 Effect of different pretreatments on the germination capacity of ten leek cultivars Germination capacity
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried) TABLE 3 Effect of different pretreatments on the germination time (days) of ten leek cultivars Germination time (days)
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried) TABLE 4 Effect of different pretreatments on the standard deviation of germination time of ten leek cultivars Standard deviation Germination time (days)
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried)
Leek - Effects of temperature and water pressure on the germination capacity of pretreated and natural seeds.
In Example 2 of the ten cultivars tests, the five seed samples were germinated at 20ºC and zero water pressure, conditions unlikely to be encountered in seeds sown in the field. The effects of four temperatures (5, 10, 15 and 20ºC) and five levels of water pressure (0; 0.1; 0.2; 0.3 and 0.4 MPa) were tested for the four pretreated seed samples and the untreated seed sample. The effects on germination capacity, germination time and standard deviation of germination time are shown in Tables 5, 6 and 7 respectively. For all three parameters, drum-treated seeds tended to perform better than PEG-treated seeds and undried seeds performed better than dried seeds. The greatest effect on germination capacity was at low temperatures and low water pressures. For example, drum-treated seeds germinated less than PEG-treated seeds. For example, the undried drum-treated seed at 5ºC and 0 or 0.1 MPa dehydrates approximately 20 times faster than the untreated seed under the same conditions.
The results show that drum pretreatment generally performed better than PEG pretreatment and that the most pronounced effects on germination are most likely to occur under conditions of low temperature and low water pressure, which are typically found in early sowings. TABLE 5 Effects of different temperatures and water pressures during germination on the germination capacity of leek seeds pretreated by different methods Germination capacity
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried)
Temp = temperature in ºC
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried)
Temp = temperature in ºC
Contr = untreated seeds
PD = PEG-pretreated seeds (dried)
DD = drum pre-treated seeds (dried)
PU = PEG-pretreated seeds (undried)
DU = drum-treated seeds (undried)
Drum pretreated seeds were compared with seeds pretreated in an aerated PEG solution for two weeks. This pretreatment method is probably the most important alternative to drum pretreatment for large-scale seed pretreatment. The effect on emergence time and standard deviation of emergence time of two seed lots with nominal germination of 66% and 90% are shown in Table 8. Weather and soil conditions undoubtedly have a major influence on the behavior of pretreated seeds in the field, but the results of this example demonstrate that all pretreatments reduced emergence time by about three to four days, but that the standard deviation of emergence time for pretreated seeds tended to increase. TABLE 8 Effects of different pretreatment methods on the emergence times in the field and standard deviation of the emergence times of two leek seed lots (nominal germination capacity 66% and 90%) Emergence time (days)
Average, dried = 13.5; Average, undried = 12.9. Standard deviation germination time (days)
Medium, dried = 2.99; Medium, undried = 3.32.
In a laboratory demonstration similar to that for leek in Example 3, the effect of temperature and water pressure on the germination capacity of untreated and drum-pretreated onion seeds was investigated. The effects on germination capacity, germination time and the standard deviation of the germination duration are shown in Tables 9, 10 and 11 respectively. The improvements in germination were generally less than in leek, but still quite significant. Undried seeds germinated more rapidly and uniformly than dried seeds. TABLE 9 Effects of different temperatures and water pressures during germination on the germination of onion seeds pretreated by different methods. Germination
Temp - Temperature in ºC
Contr - untreated seeds
DD = drum pre-treated seeds (dried)
DU = drum-treated seeds (undried)
Temp = temperature in ºC
Contr = untreated seeds
DD = drum pre-treated seeds (dried)
DU = drum-treated seeds (undried) TABLE 11 Effects of different temperatures and water pressures during germination on the standard deviation of germination times of onion seeds pretreated by different methods. Values in parentheses give the data as a percentage of control (untreated) seeds. Standard deviation Germination time (days)
Temp - Temperature in ºC
Contr = untreated seeds
DD = drum pre-treated seeds (dried)
DU = drum-treated seeds (undried)
In contrast to the laboratory experiment, the behaviour of the drum-pretreated onion seeds sown in the field was very good. In a demonstration involving the use of a starter fertilizer (or water) below the seed during drilling, dried and undried drum-pretreated seeds sprouted on average 2.4 to 4.7 days earlier than the untreated seeds (Table 12). As with leeks, the pretreatments had little effect on the spread of emergence in the field. The beneficial effects of the starter fertilizer appeared to be additive to those of the pretreatment, such that the addition of 8 ml/m of starter fertilizer to untreated seeds increased the mean seedling weight from 0.13 g to 0.18 g, with seedling weights increasing to 0.31 g when undried drum-pretreated seed was used with 8 ml/m of starter fertilizer. TABLE 12 Onions: Effect of drum pretreatment and starter fertilizer Standard deviation of emergence times (days) Average fresh weight (g/plant)
Table 13 shows the effect of tumbling pretreatment on Brussels sprout seeds germinated at 10ºC and without water pressure. When seeds were swollen to a water content of 79%, about one third of them germinated within one week during the tumbling process, but the germination time of the remaining undried seeds decreased from 3.4 to 0.51 days. Tumbling for two weeks instead of one week provided no additional benefits. When seeds were swollen to a lower water content (74.9%), only about 5% of the seeds germinated during tumbling, and germination time decreased after one week. week of tumbling to 0.18 days. Here, too, there was no advantage from two weeks of tumbling.
0 weeks
Germination capacity 99.3
Time to germination (days) 3.37
Standard deviation germination time (days) 0.91 drum pretreated (79% moisture content) Drum pre-treated (74.9% moisture content)
It had been assumed that soluble germination inhibitors in carrot seeds could interfere with the five drum pretreatment processes. In conventional pretreatment, these inhibitors are washed out by the PEG solution and therefore do not pose a problem. However, experiments in which carrot seeds were germinated on moist filter paper at 10ºC and without water pressure at various intervals did not demonstrate any influence of the separation on the germination capacity, which suggests that soluble inhibitors are not a problem.
The results of a single experiment with drum pretreatment are shown in Table 14. A 24-hour drum pretreatment without further tumbling reduced the germination time from 6.8 to 4.9 days. Further tumbling of the moist seeds for one to two weeks reduced the germination time to 2.3 and 1.9 days, respectively. The drum pretreatment process is clearly effective on carrot seeds.
Effect of drum pretreatment on the germination of carrot seeds
Untreated seeds (7.04% moisture content)
0 weeks
Germination capacity 92.3
Time to germination (days) 6.78
Standard deviation germination time (days) 1.95 Drum-treated seeds (not re-dried, 70.2% moisture content)
Sugar beet as well as carrots are known to have germination inhibitors in the fruit that gives the seeds. The following example shows no evidence that such inhibitors interfere with the process of the invention.
The seed used in this example was natural (ie, not rubbed or pelleted) monogerm seed. The seed was re-dried after one day of agitation (ie, one day in the hydration drum plus one day of agitation). This prevented premature germination and gave a very useful reduction in germination time at 20º and zero water pressure from 3.1 to 1.6 days as shown in Table 15. TABLE 15 Effect of drum pretreatment on the germination of sugar beet seeds
It has been found that in general the percentage of seeds with fungal infection is either unaffected or even reduced by the processes of the invention. This is in marked contrast to pretreatment with PEG (either on paper or in a liquid mass) which always increases fungal infection. In one experiment a sample of onion seeds infected with the seed-borne disease "stalk rot" was tumbled in an aluminum chamber followed by a development phase by tumbling as previously described and no trace of infection was found in the treated seeds. In a comparative experiment it was found that the seeds rapidly become stuck together by fungal threads if they are not tumbling after hydration.
It is therefore apparent that fungal growth can be inhibited by the tumbling process described above and/or by contacting the seeds with aluminum or a source thereof during hydration and/or tumbling, and that such processes for inhibiting fungal growth are within the scope of the invention.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| GB8618057 | 1986-07-24 | ||
| GB868618057A GB8618057D0 (en) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | Priming seed |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3752261D1 DE3752261D1 (en) | 1999-04-22 |
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Family
ID=10601608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (2)
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-
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- 1987-07-23 DE DE19873752261 patent/DE3752261T3/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| GB8618057D0 (en) | 1986-09-03 |
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| DE3752261T3 (en) | 2007-04-19 |
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