H. J. Duncan

Influence of diesel fuel on seed germination

The use of plant-based systems to remediate contaminated soils has become an area of intense scientific study in recent years and it is apparent that plants which grow well in contaminated soils need to be identified and screened for use in phytoremediation technologies. This study investigated the effect of diesel fuel on germination of selected plant species. Germination response varied greatly with plant species and was species specific, as members of the same plant family showed differential sensitivity to diesel fuel contamination. Differences were also seen within plant subspecies. At relatively low levels of diesel fuel contamination, delayed seed emergence and reduced percentage germination was observed for the majority of plant species investigated. Results suggest the volatile fraction of diesel fuel played an influential role in delaying seed emergence and reducing percentage germination. In addition, the remaining diesel fuel in the soil added to this inhibitory effect on germination by physically impeding water and oxygen transfer between the seed and the surrounding soil environment, thus hindering the germination response.

The textural analysis of cooked potato. 2. Swelling pressure of starch during gelatinisation

SummaryIt has been disputed whether, when potato starch gelatinises and absorbs water, it generates an osmotic or matric pressure that makes the potato cells become round and separate from one another. Starch suspensions heated at 100°C in dialysis bags absorbed water, suggesting that starch swelling pressure does exist. It was quantified by heating starch suspensions at 85°C in a chamber which absorbed water through a membrane and contained an argon bubble whose volume was measured. This gave starch swelling pressures around 100 kPa, increasing non-linearly with starch concentration. A comparable estimate (a few hundred kPa) of starch swelling pressure within cooked potato tissue was obtained from the fact that it largely prevented the tissue contraction expected due to loss of turgor pressure in the first 1.5 min of boiling. A slight expansion thereafter was attributed to the combined effect of starch swelling pressure and cell wall and middle lamella degradation.

Herbicide safeners: uses, limitations, metabolism, and mechanisms of action

Several methods were examined to minimize crops injury caused by herbicides. Thus increase their selectivity. A selective herbicide is one that controls weeds at rates that do not injure the crop. Herbicides are selective in a particular crop within certain limits imposed by the herbicide, the plant, the application rate, the method and time of application, and environment conditions. Herbicide safeners are compounds of diverse chemical families. They are applied with herbicides to protect crops against their injury. Using chemical safeners offer practical, efficient and simple method of improving herbicide selectivity. This method has been applied successfully in cereal crops such as maize, rice and sorghum, against pre-emergence thiocarbamate and chloroacetanilide herbicides. Some reports indicate promising results for the development of safeners for post-emergence herbicides in broadleaved crops. Various hypotheses were proposed explaining mechanisms of action of herbicide safeners: interference with uptake and translocation of the herbicide, alteration in herbicide metabolism, and competition at site of action of the herbicide. Even though progress was made in the development of herbicide safeners and in understanding their mechanisms of action, more research is needed to elucidate clearly how these chemicals act and why their activity is restricted to particular crops and herbicides.

The textural analysis of cooked potato. 1. Physical principles of the separate measurement of softness and dryness

SummaryThe texture of cooked potatoes was described by two physical parameters: softness, resulting from both cell cleavage and cell separation, and dryness, depending on the ratio of cell separation to cell cleavage. The softness of potato tissue was measured by determining its resistance to cutting with a thin stainless steel wire. Softness increased rapidly with cooking time, particularly when the cultivar was predicted tobe soft in texture by published taste panel trials. Raw potato tissue released intercellular fluid from fractured surfaces due to cell cleavage. After cooking less fluid was released, i.e. the texture became drier, as cell separation increased. The erosion of cells from cooked potato tissue by a high-pressure jet of water was used to measure dryness quantitatively. Erosion increased during cooking. Carrot tissue, whose cells do not separate on cooking, did not erode, but anomalous results with apple tissue suggested that measurement of dryness in this way might not be fully independent of softness.

The assessment of some volatile organic compounds as sprout suppressants for ware and seed potatoes

SummaryThe sprout suppressant properties of 20 naturally produced volatile chemicals were assessed experimentally. The compounds tested were α-pinene, benzothiazole, 1,4-dimethylnaphthalene, 1,6-dimethylnaphthalene, 2,3-dimethylnaphthalene, citral, camphene, citronellol, coumarin, α-terpineol, naphthalene, limonene, 2-methoxy-3-ethylpyrazine, biphenyl, carvone, pulegone, camphor, vanillin, methyl salicylate and borneol. Of these benzothiazole and 1,4-dimethylnaphthalene, when applied to stored tubers at 100 mg kg1 on an alumina carrier, proved as effective as tecnazene at 120 mg kg1 in controlling sprouting over a 12 week period. At 500 mg kg1 carvone, pulegone and borneol were also effective. A small field assessment trial with seed tubers treated with benzothiazole and 1:4-dimethylnaphthalene indicated that these two compounds would be suitable for full scale field trials on seed since they had little effect on emergence or yield when the tubers were aired before planting. Although both compounds did increase the proportion of smaller tubers within the total yield these effects were less severe than that produced by tecnazene.ZusammenfassungenDer Bereich der für den kommerziellen Gebrauch als Keimhemmungsmittel verfügbaren Chemikalien ist äusserst begrenzt, so dass eine Untersuchung eingeleitet wurde, um neue Keimhemmungsmittel zu finden. Im Idealfall sollen solche Substanzen a) das Keimwachstum in niedrigen Konzentrationen hemmen, b) geeignet sein zur Anwendung bei Pflanzkartoffeln, c) eine entsprechende Flüchtigkeit haben, um die Anwendung, die Verteilung und das Eindringen in die Knolle zu erleichtern und d) zu mindest so wirkungsvoll wie irgendeine der kommerziell verfügbaren Alternativen sein.Zwanzig Chemikalien wurden zur Prüfung ausgewählt (Tabelle 1). Diese waren entweder a) natürlich gebildete, flüchtige Chemikalien mit vorher festgestellten wachstumsregulierenden Eigenschaften gegenüberSolanum tuberosum oder anderen Arten oder b) flüchtige Chemikalien, die natürlich in der Kartoffel vorkommen, seit bekannt ist, dass von der Kartoffel flüchtige Substanzen abgegeben werden, die keimhemmende Eigenschaften haben.Diese Substanzen wurden geprüft, in dem verschiedene Mengen des reinen Wirkstoffes auf einem Aluminiumträger in 10 kg Kisten mit Kartoffeln gebracht wurden. Sie wurden dann 12–14 Wochen bei 10°C gelagert und anschliessend das Ausmass der Keimung festgestellt. Die Ergebnisse dieser Bonituren sind in den Tabellen 2, 3 und 4 dargestellt.Von den geprüften Chemikalien zeigten nur Benzothiazol und die Isomere von Dimethylnaphthalin kommerzielle Eigenschaften. 100 mg/kg Benzothiazol war so wirksam wie 120 mg/kg Tecnazen. Bei den Dimethylnaphthalinen hemmte das 1,4-Isomer bei einer Aufwandmenge von 100 mg/kg die Keimung stärker als Tecnazen und das 1,6-Isomer war so wirksam wie Tecnazen. Das 2,3-Isomer erwies sich als weniger wirksam.In den ersten Versuchen (Tabellen 2 und 3) waren alle Chemikalien bei Aufwandmengen unter 100 mg/kg wenig wirksam und einige zeigten selbst bei 100 mg/kg nur geringe Aktivität, ungeachtet ihrer bekannten hemmenden Eigenschaften. In einem späteren Versuch (Tabelle 4) wurde daher die grösste Aufwandmenge auf 500 mg/kg erhöht. Bei dieser hohen Menge erwiesen sich Carvone. Pulegone und Borneol als ebenso gut oder besser als 135 mg/kg Tecnazen. Diese sehr hohe Aufwandmenge ist jedoch kommerziell nicht akzeptabel.In einem kleinen Feldversuch wurde der Einfluss der beiden wirksamsten Substanzen (Benzothiazol und 1,4-Dimethylnaphthalin) auf das nachfolgende Wachstum der Pflanzkartoffeln untersucht. Tabelle 5 zeigt, dass keine dieser Substanzen einen nachhaltigen Einfluss auf den Auflauf oder den Gesamtertrag hatte. Beide Substanzen erhöhten jedoch den Anteil der kleinen Knollen am Gesamtertrag, aber dieser Einfluss war geringer als nach Anwendung von Tecnazen.Diese Ergebnisse zeigen, dass sowohl Benzothiazol als auch Dimethylnaphthalin weiter untersucht werden sollen.RésuméLa gamme des inhibiteurs chimiques de germination disponibles commercialement étant extrêmement limitée, une recherche pour trouver de nouveaux produits a été entreprise.Idéalement, de tels produits doivent (a) inhiber la germination à faible concentration, (b) convenir pour traiter les plants, (c) être assez volatiles pour faciliter l’application, la diffusion et la pénétration dans le tubercule, (d) être au moins aussi efficaces que les autres spécialités disponibles sur le marché.Vingt produits (voir tableau 1) sont retenus pour le test. Il s’agit soit (a) de produits volatiles naturels connus en tant que régulateurs de croissance deS. tuberosum et d’autres espèces, ou (b) de produits volatiles qui apparaissent naturellement dans le tubercule et qui sont connus pour leurs propriétés inhibitrices de la germination. Ces composés, sur support d’alumine, sont testés en appliquant différentes doses de produits purs à 10 kg de pommes de terre en caisses.Celles-ci sont stockées à 10°C pendant 12–14 semaines, puis le degré de germination est évalué. Les résultats de ces évaluations figurent dans les tableaux 2, 3 et 4.Des produits testés, seuls le benzothiazole et les isomères du diméthylnaphthalène présentent un potentiel commercial. Le benzothiazole appliqué à 100 mg kg1 est aussi efficace que le tecnazène à 120 mg kg1. Des différents diméthylnaphthalènes, l’isomère 1,4 appliqué à 100 mg kg1 inhibe la germination de façon plus importante que le tecnazène, et l’isomère 1,6 est aussi efficace que le tecnazène. L’isomère 2,3 a une efficacité légèrement moindre.Dans les premiers essais (tableaux 2 et 3), tous les produits se montrent inefficaces à des doses inférieures à 100 mg kg1, et certains présentent une légère efficacité à 100 mg kg1 malgré leurs propriétés inhibitrices de la germination connues. La forte dose d’application a donc été élevée à 500 mg kg1 dans la dernière expérimentation (tableau 4). A cette dose, carvone, pulegone et borneol s’avèrent identiques ou meilleurs que le tecnazène à 135 mg kg1. Cette très forte dose d’application est cependant probablement inacceptable commercialement. Les effets des deux produits les plus satisfaisants (benzothiazole et 1,4-diméthylnaphthalène) sur la croissance des plantes issues des semences traitées ont été étudiés en réalisant un petit essai au champ.Comme le montre le tableau 5, aucun produit n’entraîne d’effets négatifs sur la levée ou le rendement total. Les deux produits cependant augmentent la proportion de petits tubercules à l’intérieur du rendement total, mais cette action est moins importante que celle provoquée par le tecnazène.Sur la base de ces résultats, il apparaît que deux produits: le benzothiazole et le diméthylnaphthalène doivent être expérimentés de manière plus approfondie.

Effect of alcohol addition on the movement of petroleum hydrocarbon fuels in soil

Groundwater contamination by fuel spills from aboveground and underground storage tanks has been of growing concern in recent years. This problem has been magnified by the addition of oxygenates, such as ethanol and methyl-tertiary-butyl ether (MTBE) to fuels to reduce vehicular emissions to the atmosphere. These additives, although beneficial in reducing atmospheric pollution, may, however, increase groundwater contamination due to the co-solvency of petroleum hydrocarbons and by the provision of a preferential substrate for microbial utilisation. With the introduction of ethanol to diesel fuel imminent and the move away from MTBE use in many states of the USA, the environmental implications associated with ethanol additive fuels must be thoroughly investigated. Diesel fuel movement was followed in a 1-m soil column and the effect of ethanol addition to diesel fuel on this movement determined. The addition of 5% ethanol to diesel fuel was found to enhance the downward migration of the diesel fuel components, thus increasing the risk of groundwater contamination. A novel method using soil packed HPLC columns allowed the influence of ethanol on individual aromatic hydrocarbon movement to be studied. The levels of ethanol addition investigated were at the current additive level (approx. 25%) for ethanol additive fuels in Brazil and values above (50%) and below (10%) this level. An aqueous ethanol concentration above 10% was required for any movement to occur. At 25% aqueous ethanol, the majority of hydrocarbons were mobilised and the retention behaviour of the soil column lessened. At 50% aqueous ethanol, all the hydrocarbons were found to move unimpeded through the columns. The retention behaviour of the soil was found to change significantly when both organic matter content and silt/clay content was reduced. Unexpectedly, sandy soil with low organic matter and low silt/clay was found to have a retentive behaviour similar to sandy subsoil with moderate silt/clay, but little organic matter. It was concluded that sand grains might have a more important role in the adsorption of petroleum hydrocarbons than first realised. This method has shown that soil packed HPLC columns can be used to provide a quick estimate of petroleum hydrocarbon, and possibly other organic contaminant, movement in a variety of different soil types.

Study of PAH dissipation and phytoremediation in soils: Comparing freshly spiked with weathered soil from a former coking works

A comparison was made between the dissipation of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soil freshly spiked with pure PAHs, soil spiked with a coal tar mixture and a contaminated soil from a former coking works where the PAHs had been present for more than a century. The potential of five selected plant species for phytoremediation was investigated. The levels of all 7 PAHs in chemically amended soil, both planted and unplanted, fell significantly (>80% reduction) over the 12 weeks of the growing trial. In the coal tar treated soils all PAHs were significantly reduced. In both the planted and unplanted soils the 2-3 ringed compounds demonstrated much greater loss (>77%) than the 4-6 ringed (16-39%). The 3-4 ringed compounds demonstrated strong evidence of phytoremediation but not the 5-6 ringed. The coking soil showed limited reduction (7-24%) of all 12 PAHs present. There was little difference in dissipation between the PAHs and little evidence of a phytoremediation effect in coking soil. The results demonstrated that the form in which PAHs were added to soil influenced their susceptibility to dissipation. Therefore, predictions of PAH dissipation from laboratory amended soil do not reflect the true situation in the field.

Ion exchange equilibria of heavy metals in aqueous solution on new chelating resins of sporopollenin

Studies have been conducted on the sorption of several heavy metal ions Cu(II), Ni(II), Zn(II), Cd(II) and Al(III) from aqueous solutions on the new chelating exchangers of sporopollenin (Lycopodium clavatum) as a function of pH at several temperatures between 20 and 50°C. The novel metal-ligand exchange resins possessing oxime and carboxylic acid side arm functionality were prepared through the reaction of diaminosporopollenin with dichloroantiglyoxime and bromoacetic acid. The sorption of all metals increased considerably in the range of pH 6–10 and was observed in sequence as: Cu ≥ Ni > Zn > Cd > Al for carboxylated-diaminoethyl-sporopollenin (DAEC) and Ni ≥ Cu > Zn > Cd > Al for bis-diaminoethyl-glyoxime-sporopollenin (bDAEG). The level of pH of the aqueous medium had a large influence on the sorption capacity, and the uptake of metals, except Al(III), was found to be 90% or more. The metal-form resins afforded complete recovery of the sorbed species by acid stripping. Both resins also showed high stability towards concentrated acids and bases and retained their high capacity for heavy metals.

The textural analysis of cooked potato. 3. Simple methods for determining texture

SummarySeparate methods were developed for measuring softness, i.e. ease of cutting, and dryness, i.e. the tendency to cell separation. Pieces of potato tissue 30 mm long and 10 mm square were cooked in boiling water for 5, 10 or 15 min. To measure softness, the force required to cut the tissue with a thin stainless steel wire, inserted into a razor cut 1 mm deep, was recorded. To measure dryness, the tuber segments were crushed between two plates to half their original thickness and the crushed tissue separated on a 1 mm sieve. The <1 mm fraction consisted largely of single cells and was measured by its packed volume. Both softness and dryness increased with cooking time in a range of six cultivars. There was some correlation between them, and a closer correlation between dryness and specific gravity. The results agreed with previous organoleptic texture determinations.

Dimethylnaphthalene as a sprout suppressant for seed and ware potatoes

SummaryDimethylnaphthalene (DMN) was shown to be an effective sprout suppressant. In the laboratory and in a commercial seed potato store, a DMN isomer mixture applied at 100 mg kg−1 controlled sprout growth as effectively as tecnazene applied at 135 mg kg−1. When seed tubers, treated at 100 mg kg−1, were aired for 4 to 7 weeks before planting, subsequent emergence and total yield were not adversely affected but treatment at 300 mg kg−1 delayed emergence and reduced yield. Treatment with DMN at 100 mg kg−1 increased the yield of medium sized tubers more than did that by tecnazene at 135 mg kg−1.One initial application of DMN (200 mg kg−1) did not maintain adequate sprout control in a long-term, higher temperature, ventilated store of tubers intended for processing where reapplication or continuous application would be required.ZusammenfassungEine Mischung von Dimethylnaphthalin-(DMN)-Isomeren wurde als Keimhemmer eingestuft. Verschiedene Mengen der Mischung wurden auf einem Tonerdeträger auf eingelagerte Knollen gebracht und 14 Wochen später die Keimlänge gemessen. Die Ergebnisse (siehe Tabelle 1) zeigen, dass die kleinste wirksame Anwendungsrate der Isomermischung 100 mg kg−1 beträgt.Die Wirkungen des DMN bei 100 mg kg−1 auf das nachfolgende Wachstum der behandelten Pflanzknollen wurden dann mit den Wirkungen von Tecnazen (1,2,4,5-Tetrachlor-3-Nitrobenzol) und mit unbehandelten Kontrollen verglichen. DMN wurde auch mit einer Menge von 300 mg kg−1 angewendet, um die Wirkungen einer unausgeglichenen Anwendung oder einer zufälligen Ueberdosis zu vergleichen. Alle 4 Verfahren wurden vor dem Auspflanzen 3 verschiedenen Kombinationen von Behandlungsdauer/Belüftungsdauer unterworfen. Der Einfluss der 4 chemischen Verfahren auf die Keimlänge am Ende einer 17 Wochen dauernden Behandlungszeit sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die Gesamtwirkungen der chemischen Verfahren auf das nachfolgende Auflaufen und die Ernte gehen aus Tabelle 3 hervor. Die Wirkungen der verschiedenen Kombinationen von Behandlungsdauer/Belüftungsdauer für die 4 chemischen Verfahren auf eine Sorte sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Auswirkungen von DMN auf die nachfolgende Pflanzgutleistung wurden ebenfalls in einem handelsüblichen Modellversuch untersucht. Dafür wurde Standardpflanzgut unter üblichen landwirtschaftlichen Produktionsbedingungen verwendet. Die Ergebnisse dieses Versuches sind in Tabelle 5 aufgeführt. Diese beiden Untersuchungen zeigen, dass DMN als Keimhemmer an Pflanzkartoffeln ideal geeignet ist. Die behandelten Knollen werden vor dem Auspflanzen 4–7 Wochen bei 10°C belüftet; das nachfolgende Auflaufen und der Gesamtertrag werden nicht ernsthaft beeinflusst. Die Behandlung wird jedoch eine kleine Reduktion im Ertrag von grossen Knollen und eine entsprechende Zunahme im Ertrag von mittleren und kleinen Knollen innerhalb des Gesamtertrages hervorrufen. Das Ausmass dieser Wirkung ist jedoch geringer als dasjenige, das von Tecnazen erzeugt wird.Die keimhemmenden Eigenschaften von DMN wurden auch in einem grossen, belüfteten Speisekartoffellager untersucht. Die Chemikalie wurde in verschiedenen Mengen angewendet und die Knollen während 27 Wochen bei 7–8°C gelagert. Unter diesen Bedingungen war der Grad der erreichten Keimbekämpfung (siehe Tabelle 6) unzulänglich, selbst wenn 200 mg kg−1 DMN verwendet wurden. Unter diesen Bedingungen ware Wiederanwendung oder fortgesetzte Anwendung der Chemilakie notwendig.RésuméUn mélange d’isomères de dimethylnaphthalène (DMN) a été étudié en tant qu’inhibiteur de germination par application de différentes quantités de ce mélange (support d’alumine) sur tubercules stockés, puis en évaluant la longueur des germes 14 semaines plus tard. Les résultats (voir tableau 1) montrent que la dose efficace minimale du mélange d’isomères est de 100 mg kg−1.Les effets du DMN à 100 mg kg−1 sur la croissance ultérieure des semences traitées sont ensuite comparés aux effets du tecnazène (1,2,4,5-tetrachloro-3-nitrobenzène) et avec des témoins non traités. DMN est aussi appliqué à 300 mg kg−1 pour rechercher les effets d’une application irrégulière ou d’un surdosage accidentel. Les 4 traitements sont soumis à 3 durées de ventilation avant plantation. Les effets des 4 traitements chimiques sur la longueur des germes à la fin de la période de 17 semaines sont indiqués au tableau 2, et les effets du traitement sur la levée et le rendement figurent tableau 3. Les effets des différentes durées de ventilation combinées aux 4 traitements chimiques sur une variété sont indiqués au tableau 4. L’effet du DMN sur le rendement de semences a été également étudié dans une expérimentation à l’échelle commerciale utilisant les standards de la production du plant. Les résultats de ces essais sont indiqués au tableau 5. Ces deux expérimentations montrent que le DMN convient très bien pour inhiber la germination des plants et si les tubercules sont ventilés pendant 4 à 7 semaines à 10°C avant la plantation, la levée et le rendement total ne sont pas sérieusement affectés. Le traitement peut cependant entrainer une petite réduction du rendement en gros calibres et un accroissement correspondant du rendement en moyens et petits tubercules, à l’intérieur du rendement total. Cet effet est cependant moins marqué qu’avec le tecnazène.Les propriétés inhibitrices du DMN sont également étudiées sur pomme de terre de consommation dans un vaste local ventilé. Le produit est appliqué à différentes doses et les tubercules sont stockés pendant 27 semaines à 7–8°C. Dans ces conditions, l’inhibition de la germination obtenue (voir tableau 6) est insuffisant, même quand le DMN est appliqué à 200 mg kg−1. Pour ces conditions, un nouveau traitement, ou une application continue (en nébulisation) serait nécessaire.