Löwenzahnsamen in Alginatkapseln aus dem Abtropfverfahren
Fraunhofer ICT
Herbizide, die Unkräuter bekämpfen, können Keimlingen zusetzen und das Wachstum empfindlicher Nutzpflanzen stören. Besonders gefährdet ist das keimende Saatgut zudem durch ausbleibenden Niederschlag.
Dem wollen Fraunhofer-Forschende entgegenwirken: Im Projekt «SeedPlus» haben die Fraunhofer-Institute für Mikrotechnik und Mikrosysteme (IMM), für Chemische Technologie (ICT) und für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME) eine Saatgutbeschichtung entwickelt, die trotz widriger Umweltbedingungen stabile Ernteerträge sicherstellen soll.
Schutz- und Stützfunktion
Die «SeedPlus»-Beschichtung vereint zwei zentrale Funktionen, die in die das Saatgut umschliessende Mantelstruktur eingebaut werden: eine Stützfunktion für ein optimiertes Wassermanagement (Wasserspeicherfunktion) und eine Schicht für den Schutz vor Herbiziden. Natürliche Formulierungen basierend auf Biopolymeren sorgen dafür, dass die Samen in der Keimphase auch bei Wasserknappheit konstant mit Feuchtigkeit versorgt werden.
«Die Beschichtung gibt das Wasser gezielt und gleichmässig an den Keimling ab. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie ausserordentlich grosse Mengen an Wasser speichern kann – ein Vorteil in Trockenperioden», erläutert Anna Musyanovych, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IMM. Gleichzeitig bewahrt die selektive Barriere bzw. Membran mit integrierten Adsorbermaterialien wie Aktivkohle den Keimling vor schädlichen Herbiziden, ohne die Keimung oder das Wachstum zu beeinträchtigen. Die multifunktionale Beschichtung ermöglicht den reduzierten Einsatz von Pflanzenschutzmitteln und bietet bessere Voraussetzungen für den Anbau in niederschlagsarmen Regionen.
Wirbelschichtverfahren
«Die Beschichtung besteht aus mehreren Schichten unterschiedlicher Dicke, die das Saatgut ummanteln. Sie variiert je nach Form und Grösse des verwendeten Saatguts, kann an dessen Anforderungen angepasst und in einem skalierbaren Prozess hergestellt werden», sagt Alexander Dresel, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. «Je nach Saatgut verwenden wir unterschiedliche Verkapselungsverfahren», fährt er fort.
Das Wirbelschichtverfahren ermöglicht eine präzise Steuerung der Schichtdicke und eignet sich besonders für empfindliche Saatguttypen. Dabei wird das Saatgut durch ein strömendes Gas in der Wirbelschicht gehalten und mit den Beschichtungsmaterialien besprüht. Mit dem Trommel-Coater-Verfahren wird das Saatgut in einer rotierenden Trommel bewegt, die Beschichtungsmaterialien werden schrittweise zugegeben. «Dieser Prozess führt zu einer gleichmässigen Beschichtung des Saatguts und eignet sich besonders gut für die Massenproduktion», so Thomas Heintz vom Fraunhofer ICT. Für kleinere Saatgüter verwenden die Forschenden am Fraunhofer ICT das nasschemische Abtropfverfahren, wobei die Saat in die Mantelstruktur eingerührt wird, um sie anschliessend abtropfen zu lassen.
Gesteigerte Keimungsrate
Herkömmliche Saatgutbeschichtungen enthalten oftmals synthetisch-chemische Komponenten, die als Mikroplastik angesehen werden. Die Fraunhofer-Forschenden ersetzen diese umweltgefährdenden synthetischen Polymere durch ökologisch unbedenkliche, biologisch abbaubare Formulierungen. Philip Känel, Wissenschaftler am Fraunhofer IME in Münster: «Wir nutzen ausschliesslich natürliche organische und anorganische Materialien. Die effizientesten Zusammensetzungen ermitteln wir in systematischen Tests verschiedener Materialkombinationen, zu denen Polysaccharide, Proteine, Gummis sowie poröse anorganische Materialien zählen, wie beispielsweise Aktivkohle.»
Indem die «SeedPlus»-Beschichtung direkt am Saatkorn zum Einsatz kommt, erhält dieses Wasser und Schutz gezielt dort, wo sie benötigt werden, um Aufwandmengen zu reduzieren. Dass die kombinierte Adsorption von Schadstoffen und Speicherung von Wasser gelingen, belegten die Forschenden anhand von Tests im Gewächshaus und unter Freilandbedingungen mit Samen des Russischen Löwenzahns und der Zuckerrübe. Untersucht wurde unter anderem der Einfluss verschiedener Formulierungen und Rezepturen auf die Keimfähigkeit der Samen. Im Vergleich zu unbehandeltem Saatgut wurde eine gesteigerte Keimungsrate der beschichteten Samen um bis zu 58 Prozent erzielt.
