Germany
February 1, 2013
Um Samen von Schädlingsbefall zu befreien, behandeln Landwirte das Saatgut chemisch. Forscher haben eine Methode entwickelt, die Erreger ohne Umweltbelastung abzutöten. Erste Saatgutlieferanten setzen das Verfahren jetzt kommerziell ein.
Fertigungsprüfung einer speziellen Elektronenquelle für die neue Saatgutbehandlungsanlage im Fraunhofer FEP. © Fraunhofer FEP
Auf Saatgut tummeln sich Pilze, Bakterien und Viren. Um diese abzutöten und so zu verhindern, dass sich Pflanzenkrankheiten ausbreiten können, wird die Saat in der Regel chemisch gebeizt. Doch in jüngster Zeit ist diese Methode in Verruf geraten. Einigen chemischen Beizmitteln wurde die Zulassung entzogen, aber auch Neuzulassungen sind stark zurückgegangen. Und nicht zuletzt hat ein schwerer Fall von E.coli-Infektionen durch Sprossensaatgut, der im Sommer 2011 für Schlagzeilen sorgte, die Rufe nach Alternativen laut werden lassen. Eine umweltfreundliche Methode, Saatgut von Keimen zu befreien, haben Forscher vom Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP in Dresden entwickelt. Sie behandeln die Saat mit Elektronen, die innerhalb von Millisekunden die DNA der Schädlinge zerstören. Durch einen speziellen apparativen Aufbau wirken die Elementarteilchen nur auf der Oberfläche und in der Samenschale. Der Keimling im Inneren des Samenkorns wird nicht getroffen, die Keimfähigkeit des Saatguts somit nicht beeinträchtigt.
»Im Getreidesaatgut finden sich fast nur pilzliche Erreger, doch durch den Klimawandel ist es mittlerweile zunehmend von Bakterien aus dem Süden befallen, gegen die es noch keine chemischen Mittel gibt. Unsere Behandlung mit niederenergetisch beschleunigten Elektronen hingegen wirkt gegen bakterielle und pilzliche Schaderreger. Auch können Schädlinge gegen dieses Verfahren keine Resistenzen ausbilden«, sagt Frank-Holm Rögner, Diplom-Physiker und Abteilungsleiter am FEP. Da der Forscher und sein Team keine chemischen Zusatzstoffe verwenden, vernichten sie mit ihrer Methode die Keime auf umweltschonende Weise. Saatgutüberschuss kann problemlos verfüttert werden.
Dass die Keimfähigkeit des so behandelten Samens gleichwertig mit der des chemisch gebeizten Saatguts ist, konnten die Experten seit langem unter Beweis stellen: Seit zwei Jahrzehnten versuchen sie, ihre Methode zu etablieren und weiterzuentwickeln. 2002 bauten sie eine mobile Demonstrationsanlage, mit der sie seither deutschlandweit Testbehandlungen durchführen. Doch obwohl die EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization) das Verfahren sowohl für die konventionelle als auch für die ökologische Landwirtschaft empfiehlt, konnte sich die Technologie bislang nicht am Markt durchsetzen, und kam nicht über den Demonstrationsstatus hinaus. Ein Grund für den ausbleibenden wirtschaftlichen Erfolg seien unter anderem die Landwirte, die erst mit langjährig guten Praxisergebnissen in Verbindung mit den Empfehlungen ihres Saatgutlieferanten oder Fachberaters überzeugt werden könnten, neue Ideen fachfremder Wissenschaftler aber selten ernst nähmen, so Rögner.
Nun arbeiten die Forscher mit der Nordkorn Saaten GmbH zusammen. 2010 ließ sich Nordkorn das Verfahren erstmals mit dem mobilen Demonstrator – einem Truck, auf dem sich die Anlage befindet – direkt am Heimatstandort in Güstrow vorführen. Der Saatgutproduzent war begeistert, schließlich lief der Prototyp Hunderte von Stunden mit einem Durchsatz von bis zu 30 Tonnen pro Stunde – das Vertrauen in die Robustheit der Technik war gegeben. Inzwischen hat Nordkorn die Pilotanlage gemeinsam mit dem langjährigen Saatgutpartner des FEP, der BayWa AG, gekauft und das FEP mit dem Bau einer zweiten maßgeschneiderten Anlage beauftragt. Dieses Unikat soll Ende Juni 2013 in Güstrow in Betrieb gehen. Gemeinsam mit BayWa und Nordkorn sowie einem Anlagenbauer ist auch die Weiterentwicklung der Anlage geplant, unter anderem soll die Technik preiswerter und kompakter werden. Zur Zeit bemühen sich die Forscher und ihre Partner um eine Projektförderung.
Die Forscher vom FEP sind zuversichtlich, dass sich die Elektronenbehandlung langfristig als Erfolgsgeschichte erweisen wird. Hierfür spricht einiges: Ab 2015 müssen Landwirte nachweisen, dass sie sich bemühen, ihren CO2-Fußabdruck zu verringern und den Einsatz von chemischen Pflanzenschutzmitteln zu senken. »Hier können wir mit unserer Anlage einen wesentlichen Beitrag leisten«, sagt Rögner. Sollte sich die Elektronenbehandlung breiter durchsetzen, könnten die Forscher vom FEP ihr Verfahren an Anlagenbauer lizensieren.
Derzeit treiben die Wissenschaftler ihre Auslandsaktivitäten voran. Das FEP bemüht sich, die Elektronenbehandlung in den chinesischen und in den indischen Markt einzuführen. »Hier sehen wir aufgrund der großen Saatgutproduktionsmengen gute Chancen«, sagt Rögner.
Healthy seeds - treated in an environmentally friendly manner
Farmers treat seeds chemically in order to rid them of pest infestation. Now researchers have developed a method that kills pathogens without harming the environment. Pioneering seed suppliers are already implementing the procedure commercially.
Seeds are home to molds and fungi, bacteria and viruses. To kill them off and to thereby prevent plant diseases from spreading, the seeds are, as a rule, treated chemically. However, recently this method has been discredited. The permits for some chemical treating agents have been withdrawn, but the granting of new permits has declined markedly as well. And lastly, a severe case of E-coli infection which was caused by beansprout seeds and which made headlines in summer 2011, also resulted in calls for alternatives. The scientists of the Fraunhofer Institute for Electron Beam and Plasma Technology FEP in Dresden, Germany have developed an environmentally friendly method for removing germs from seeds. They treat the seeds with electrons, which within milliseconds destroy the DNA of the harmful organisms. Due to a special device setup, the elementary particles only act on the surface and in seed coat. The embryo in the interior of the seed is not affected so that the ability of the seeds to germinate is not impaired.
”In cereal seed you will find almost exclusively fungal pathogens but due to climate change it has been affected increasingly by bacteria from the south, against which there are no chemical agents as yet. Our treatment with low-energy accelerated electrons on the other hand is effective against bacterial and fungal pathogens. Also, the pathogens cannot build up a resistance against this process,” says Frank-Holm Rögner, holder of a master’s degree in physics and department head at the FEP. Since the scientist and his team do not use any chemical additives, they destroy the pathogens in an environmentally friendly fashion with their method. Any leftover seed can be used as feed without any concerns.
Experts have long been able to prove that the germination ability of seeds treated in this manner is equal to that of chemically treated seeds. For two decades they have been attempting to establish and further develop their method. In 2002, they built a mobile demonstration unit which they use to provide test treatments all across Germany. However, even though the EPPO (European and Mediterranean Plant Protection Organization) recommends the process for conventional as well as for ecological farming, the technology has been unable to significantly penetrate the market and has not progressed beyond demonstration status. According to Rögner, one of the reasons, among others, for the lack of economic success is said to be the farmers, who can be convinced only if good results have occurred over many years, in conjunction with the recommendations of the supplier of their seeds or specialist advisor, but who rarely would take new ideas by scientists, who are not working in their field, seriously.
Now the researchers are working with the company Nordkorn Saaten GmbH. In 2010, Nordkorn had them demonstrate the process for the first time using the mobile demonstrator – a truck on which the unit is mounted – directly on site at their headquarters in Güstrow, Germany. The seed producer was impressed as the prototype ran for hundreds of hours with a throughput of up to 30 tonnes per hour – the durability of the technology had inspired his confidence. In the meantime Nordkorn has bought the pilot plant, together with the long-standing seed partner company of the FEP, BayWa AG, and has commissioned the FEP with the building a second, custom-fit unit. This unique system is to start operations in Güstrow in late June 2013. Together with BayWa and Nordkorn as well as a plant manufacturer, the further development of the unit has also been planned. Among other things, the technology should become more affordable and more compact. The scientists and their partners are currently looking for project sponsors.
The scientists from the FEP are confi ent that, in the long term, the treatment with electrons will prove to be a success story. There is some support for this: Starting in 2015, farmers must prove that they are trying to reduce their CO2 footprint and lower the use of chemical pesticides. ”With our unit, we are able to contribute significantly to this,” says Rögner. Should the treatment with electrons gain greater acceptance, the scientists from FEP could license their process to plant construction companies.
The scientists are currently promoting their activities abroad. The FEP is endeavoring to introduce the electron treatment process into the Chinese and Indian markets. ”Due to the large amounts of seed produced, we see good opportunities there,” says Rögner.
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