Olaf Röder

e® ‐ventus®– ein praxisreifes, physikalisches Saatgutbehandlungsverfahren gegen samenbürtige Getreideschaderreger

Zusammenfassung:Die Saatgutbehandlung mit niederenergetischen Elektronen ist ein in der Praxis erprobtes Verfahren gegen samenbürtige Schaderreger an Getreide, das bisher nur im Vakuum anwendbar war. Da die stationäre Vakuumanlage am Standort Stolpen (Sachsen) zu Problemen in der Saatgutlogistik führte, wurde für den Praxiseinsatz eine mobile unter Atmosphärendruck arbeitende Pilotanlage entwickelt. Ziel der Entwicklung war eine mit der Elektronenbehandlung im Vakuum vergleichbare phytosanitäre Wirkung gegen samenbürtige Schaderreger an Getreide. Seit 1998 wurde unter Atmosphärendruck elektronenbehandeltes zertifiziertes und infiziertes Getreidesaatgut in Labor-, Modell- und Freilandversuchen geprüft. Auf Grund der oberflächlich am Samenkorn lokalisierten T. caries- und U. occulta- Sporen ist das Verfahren gegen diese Erreger sehr gut wirksam. Mit der Elektronenbehandlung unter Atmosphärendruck wurden in Feldversuchen gegen T. caries an Winterweizen Wirkungsgrade bis 100% und gegen U. occulta an Winterroggen bis 95% erzielt. Der Wirkungsgrad der Elektronenbehandlung gegen S. nodorum betrug unter Atmosphärendruck mit der Vakuumbehandlung vergleichbare 70%. Der Auflauf des M. nivale infizierten Winterweizens und Winterroggens war nach Elektronenbehandlung unter Atmosphärendruck im Freiland erhöht. Ein Einfluss der Elektronenbehandlung auf den Auflauf des Fusarium spp. infizierten Winterweizen war nicht nachzuweisen. Die Praxisreife des Verfahrens mit dem Namen e®- ventus® wurde in kontrollierten Anbauvergleichen für Roggen und Weizen nachgewiesen.Summary:Seed treatment with low-energy electrons is a tried and tested method against seed-borne pathogens. Until now the method has worked only under vacuum. A stationary vacuum plant in Stolpen (Saxony) caused problems of seed transport. A mobile pilot plant which works under atmospheric pressure has therefore been developed for practical use. The aim was to achieve a similar phytosanitary effect against seed-borne pathogens in cereals as with the vacuum treatment method.Certified and infected cereal seed which was then treated under atmospheric pressure has been tested in laboratory and field trials since 1998. The method has been found very effective against T. caries and U. occulta spores which are located on the seed surface. Field studies showed that electron treatment under atmospheric pressure was up to 100% effective against T. caries on winter wheat and 95% effective against U. occulta on winter rye. The efficiency degree against S. nodorum in winter wheat was about 70%, which is comparable to the vacuum treatment.Emergence of Microdochium nivale-infected winter wheat and winter rye in the field was improved after electron seed treatment under atmospheric pressure, while no particular effect on the emergence of Fusarium spp. infected winter wheat was found.The technique of electron treatment by a mobile, atmospheric pressure plant has been named e®-ventus®. Its practicability has been proven in a number of comparisons of rye and wheat crops.

Evaluation of low energy electron beam dose application by means of a portable optical device

Abstract. We present our recent development concerning the evaluation of a low energy dose application to electron beam responding materials with a simple portable optical device. Electron beam irradiation is a promising option to sterilize sensitive and high performance products or surfaces at a low temperature and without moisture. Especially in the fields of the food industry and medicine, regulations regarding sterility are increasingly tightened. Because of this, a secure proof for electron-beam-assisted sterilization is required. However, no nondestructive and in situ method exists up until now. Our approach to provide a secure proof of sterilization is to place a suitable marker material based on rare-earth-doped phosphors inside or on the top of the packaging material of the respective product. Upon electron irradiation the marker material changes its luminescence properties as a function of the applied energy dose. We verified the energy dependence by means of time-resolved measurements of the luminescence decay of an upconversion phosphor with a portable optical device. In our experimental realization, short laser pulses in the near-infrared range are triggered by a microcontrol unit (MCU) and excite the marker material. The light emitted by the marker is collected in the range between 400 and 1100 nm via a silicon photodiode, processed by the MCU, and analyzed in a Labview program via a single-exponential fit. As a main result, we observe an increasing reduction of the luminescence lifetime with higher dose applications.

Nondestructive testing of electron beam sterilization by means of an optically active marker material

Secure proof of sterilization processes on packaging materials is an important issue in many economic sectors. In this context, electron beam sterilization is a highly effective low temperature technique. However, verifying the application of a sufficient electron dose is still difficult - especially on products with complex geometry. Here we report on an optical, hence fast and contactless approach which gives reliable evidence of a successful e-beam treatment. The technique is based on placing a suitable marker material (rare-earth based particles) inside or as a coating on the packaging material. By electron irradiation these particles change their optical properties and thus indicate the successful application of the electron beam.

Die Wirkung elektromagnetischer Stimulation auf den Keimungsprozess von Weizen

Zusammenfassung:Die Wirkung elektromagnetischer Resonanz-Impuls-Stimulation auf den Keimungsprozess von Weizen wurde anhand von vier Winterweizen-Sorten untersucht. Je nach verwendeter Frequenz variierte die Masse des oberirdischen Keimlinganteils von 0,0 bis 36% bei der Sorte „Jarebica“, von –7,4 bis 11,1% bei der Sorte „Pobeda“, von 7,7 bis 53,8% bei „Kremna“ und von –35 bis 15,2% bei „Evropa 90“. Die Abweichungen bei der Wurzelmasse beliefen sich von –10,8 bis 46,0% bei „Jarebica“, von –7,1 bis 64,3% bei „Pobeda“, von 22,7 bis 204,5% bei „Kremna“ und von –15,9 bis 72,8 bei „Evropa 90“.Summary:Effect of resonant impulse electromagnetic stimulation on initial plant growth has been studied in four winter wheat varieties. Depending on the frequency applied, the mass of the aboveground part of seedlings varied from 0,0 to 36% in the variety Jarebica, from –7,4 to 11,1% in Pobeda, from 7,7 to 53,8% in Kremna and from –35 to 15,2% in Evropa 90. The variations in root mass were from –10,8 to 46,0% in Jarebica, from –7,1 to 64,3% in Pobeda, from 22,7 to 204,5% in Kremna and from –15,9 to 72,8 in Evropa 90.

Die Biophysik in der Wachstumsfunktion von jungen Maispflanzen

Zusammenfassung:Der Ernteertrag ist abhängig von einer Anzahl von Faktoren, u.a. auch biophysikalischen Einflüssen. Die Wirkung verschiedener niederfrequenter elektromagnetischer Impulse auf den Keimungsprozess von Mais wurde an der Hybridsorte NSSC-420 untersucht. Die Versuche wurden in einer Nährlösung durchgeführt. Folgende Pflanzenparameter wurden dabei überwacht: Masse und Länge der Wurzel sowie des oberirdischen Pflanzenteils, Wurzelvolumen und die gesamte und aktive Oberfläche der Wurzel. Unter den untersuchten Frequenzen schnitten die mit B und D gekennzeichneten erheblich besser ab als die Kontrolle hinsichtlich der Zunahme der Trockensubstanzmasse des oberirdischen Pflanzenteils (jeweils 60,7 und 49,2%) und der Pflanzenhöhe (7,1 und 9,1% oder 3,3 und 4,3 cm). Die Masse der Wurzelfrischsubstanz erhöhte sich um 31,2 bzw. 35,3% , die Masse der Wurzeltrockensubstanz um 38,8 und 34,7% oder 18,9 und 17,2 mg. Das Wurzelvolumen nahm um 44,4 und 31,5% zu. Die Gesamtoberfläche nahm um 0,04 bzw. 0,41 m2 zu.Summary:Crop yield depends on a number of factors including biophysical ones. Effects of different low-frequency electromagnetic pulses on the initial growth of corn have been studied in the hybrid NSSC-420. Experiments have been conducted in a nutritive medium. The following plant parameters have been monitored: mass and length of the root and the aboveground part, root volume and total and active surfaces of the root. Among the frequencies studied, those labeled B and D were significantly better than the control regarding dry matter mass increment of the aboveground part (60,7 and 49,2%, respectively) and plant height (7,1 and 9,1% or 3,3 and 4,3 cm, respectively). The mass of root fresh matter was increased by 31,2 and 35,3%, respectively, root dry matter mass by 38,8 and 34,7% or 18,9 and 17,2 mg, respectively. Root volume was increased by 44,4 and 31,5% respectively, total surface by 0,73 and 0,56 m2, respectively, and total surface by 0,04 and 0,41 m2, respectively.