DE602004005656T2 - Verfahren zur Umkehr der Antwort auf einen Ethyleninhibitor in Pflanzen - Google Patents

Verfahren zur Umkehr der Antwort auf einen Ethyleninhibitor in Pflanzen Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Verfahren zur Umkehr von Ethyleninhibitorreaktionen in Pflanzen und Pflanzenmaterialien und insbesondere Verfahren zur Umkehr verschiedener Ethylenreaktionen, einschließlich der Pflanzenreifung und -zersetzung in Pflanzen und Pflanzenmaterialien, die vorher Cyclopropenderivaten und Zusammensetzungen davon ausgesetzt worden sind.
  • Es ist bekannt, dass Ethylen das vorzeitige Absterben von Pflanzen oder Pflanzenteilen, einschließlich z.B. Blumen bzw. Blüten, Blätter, Früchte und Gemüsepflanzen, verursachen kann. Ethylen fördert auch das Gelbwerden von Blättern und ein verkrüppeltes Wachstum sowie ein vorzeitiges Abfallen von Früchten, Blüten und Blättern. In dem Fall von Früchten, Gemüsepflanzen und anderen Produkten bewirkt Ethylen den Reifungsprozess. Es wird davon ausgegangen, dass solche Aktivitäten durch eine Wechselwirkung mit einem spezifischen Ethylenrezeptor in der Pflanze oder einem Pflanzenteil erreicht werden. Viele von Ethylen verschiedene Verbindungen gehen mit diesem Rezeptor eine Wechselwirkung ein: Einige ahmen die Wirkung von Ethylen nach, andere verhindern ein Binden von Ethylen und stehen dadurch dessen Wirkung entgegen. Um diese Ethylen-induzierten Effekte zu berücksichtigen, betrifft eine sehr aktive und intensive Forschung gegenwärtig die Untersuchung von Wegen zur Verhinderung oder Verminderung der schädlichen Effekte von Ethylen auf Pflanzen.
  • Verfahren zur Bekämpfung der Ethylenreaktion in Pflanzen mit Diazocyclopentadien und Derivaten davon sind in dem US-Patent 5,100,462 (Sisley et al.) beschrieben. Das US-Patent 5,518,988 (Sisler et al.) beschreibt die Verwendung von Cyclopropen und dessen Derivaten, einschließlich 1-Methylcyclopropen, als wirksame Blockierungsmittel für das Binden von Ethylen. Solche Verbindungen und Zusammensetzungen der Verbindungen wirken bezüglich der Inhibierung der Wirkungen von Ethylen auf Pflanzen und Pflanzenmaterialien ziemlich gut.
  • Wenn eine Pflanze oder ein Pflanzenmaterial mit einem Ethyleninhibitor behandelt wird, sind die Wirkungen in den meisten Fällen nicht dauerhaft. Nach einem Zeitraum kehrt die Pflanze oder das Pflanzenmaterial zu deren bzw. dessen normalen Reifungsprozessen, wie z.B. einer Reifung oder einer Zersetzung, zurück. In manchen Fällen werden die Reifungsprozesse jedoch dauerhaft inhibiert oder die Geschwindigkeit der Reifung kann dauerhaft vermindert sein. Ferner können dann, wenn mehr als ein Mitglied einer Gruppe von Pflanzen oder Pflan zenmaterialien gleichzeitig mit einer Ethylen-inhibierenden Verbindung behandelt wird, diese gegebenenfalls nicht alle gleichzeitig oder mit der gleichen Geschwindigkeit zu dem Reifungsprozess zurückkehren. Dies stellt ein Problem dar, wenn Steigen oder Behälter von Pflanzen oder Pflanzenmaterialien in den Verkauf gelangen. Das Problem besteht darin, dass Verkaufsstellen für einen Verkauf an Verbraucher Steigen oder Behälter von Pflanzen und Pflanzenmaterialien bereitstellen müssen, die etwa die gleiche Reifungsstufe aufweisen. Dieses Problem ist besonders akut, wenn der Pflanzen- oder Pflanzenmaterialtyp in einem teilweise gereiften Zustand versandt wird, jedoch vor dem Verbrauch weiter reifen muss. Solche Pflanzen umfassen z.B. Avocados, Pfirsiche, Birnen, Papaya und Bananen.
  • Es wurde ein Verfahren zur Umkehr der Wirkung von Ethyleninhibitoren auf Pflanzen und Pflanzenmaterialien gefunden. Das Verfahren umfasst die Schritte:
    • a) das Aussetzen einer Pflanze oder eines Pflanzenmaterials Ethylen,
    • b) das Verringern des Gehalts an Kohlendioxid, welches die Pflanze oder das Pflanzenmaterial umgibt, und
    • c) das Halten der Pflanze oder des Pflanzenmaterials bei einer Temperatur von 30°C oder weniger.
  • Der Begriff „Pflanze" wird hier in einem generischen Sinn verwendet und umfasst z.B. Pflanzen mit verholztem Stamm, wie z.B. Bäume und Sträucher; Kräuter; Gemüsepflanzen, Früchte, Nüsse, landwirtschaftliche Nutzpflanzen bzw. Getreide und Zierpflanzen. Pflanzen, die mit den hier beschriebenen Verfahren behandelt werden sollen, umfassen z.B. ganze Pflanzen und jedwede Teile davon, wie z.B. Feldpflanzen, Topfpflanzen, Samen bzw. Saatgut, Schnittblumen (Stiele und Blüten) und geerntete Früchte und Gemüse.
  • Für die Zwecke dieser Erfindung wurde die Pflanze oder das Pflanzenmaterial vor der Behandlung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Mittel behandelt, das die Ethylenreaktion in der Pflanze oder dem Pflanzenmaterial inhibiert. Vorzugsweise ist das Mittel ein Material, das an den Ethylenrezeptor in der Pflanze oder dem Pflanzenmaterial bindet. Mehr bevorzugt ist das Mittel ein Cyclopropen oder Cyclopropenderivat. Noch mehr bevorzugt hat das Mittel die Formel
    Figure 00020001
    worin
    • 1) jede von R1, R2, R3 und R4 unabhängig eine Gruppe der Formel -(L)n-Z ist, worin
    • i) n eine ganze Zahl von 0 bis 12 ist,
    • ii) jedes L unabhängig aus einem Mitglied der Gruppe D1, D2, E oder J ausgewählt ist, worin D1 die Formel
      Figure 00030001
      hat, D2 die Formel
      Figure 00030002
      hat, E die Formel
      Figure 00030003
      hat, und J die Formel
      Figure 00040001
      hat, worin:
    • A) jedes X und Y unabhängig eine Gruppe der Formel -(L)m-Z ist, und
    • B) m eine ganze Zahl von 0 bis 8 ist, und
    • C) nicht mehr als zwei E-Gruppen aneinander angrenzen und keine J-Gruppen aneinander angrenzen,
    • iii) jedes Z unabhängig ausgewählt ist aus:
    • A) Wasserstoff, Halogen, Cyano, Nitro, Nitroso, Azido, Chlorat, Bromat, Iodat, Isocyanato, Isocyanido, Isothiocyanato, Pentafluorthio oder
    • B) einer Gruppe G, worin G ein unsubstituiertes oder substituiertes, ungesättigtes, partiell gesättigtes oder gesättigtes, monocyclisches, bicyclisches, fricyclisches oder anelliertes, carbocyclisches oder heterocyclisches Ringsystem ist, worin:
    • 1) wenn das Ringsystem einen 3- oder 4-gliedrigen heterocyclischen Ring enthält, der heterocyclische Ring 1 Heteroatom enthält,
    • 2) wenn das Ringsystem einen 5- oder höhergliedrigen heterocyclischen Ring oder einen polycyclischen heterocyclischen Ring enthält, der heterocyclische oder polycyclische heterocyclische Ring 1 bis 4 Heteroatome enthält,
    • 3) jedes Heteroatom unabhängig aus N, O und S ausgewählt ist,
    • 4) die Anzahl von Substituenten 0 bis 5 beträgt und jeder Substituent unabhängig aus X ausgewählt ist,
    • 2) die Gesamtzahl an nicht-Wasserstoffatomen in jeder Verbindung 50 oder weniger beträgt, und dessen Enantiomere, Stereoisomere, Salze und Gemische davon.
  • Noch mehr bevorzugt ist das Mittel ein Cyclopropen der Formel
    Figure 00050001
    worin R Wasserstoff oder eine substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Cycloalkyl-, Cycloalkylalkyl-, Phenyl- oder Naphthylgruppe ist, wobei die Substituenten jeweils unabhängig Halogen, Alkoxy oder substituiertes oder unsubstituiertes Phenoxy sind. Insbesondere ist das Mittel 1-Methylcyclopropen („MCP").
  • Die vorliegende Erfindung kann eingesetzt werden, um viele verschiedene Ethylenreaktionen umzukehren, wie z.B. das Reifen und/oder Altern von Blüten, Früchten und Gemüsen; das Abfallen von Laub, Blüten und Früchten; das Verkürzen des Lebens von Zierpflanzen, wie z.B. Topfpflanzen, Schnittblumen, Sträucher, Samen und ruhenden Sämlingen; in manchen Pflanzen (z.B. der Erbse) die Hemmung des Wachstums; die Stimulation des Wachstums (z.B. bei Reis); die Auxinaktivität; die Hemmung des Spitzenwachstums; die Steuerung der Apikaldominanz; die Verstärkung der Astbildung; die Verstärkung der Ausläuferbildung; das Ändern der Morphologie von Pflanzen; das Modifizieren der Anfälligkeit für Pflanzenpathogene wie Pilze; das Verändern von biochemischen Zusammensetzungen von Pflanzen (wie z.B. die Erhöhung der Blattfläche bezogen auf die Stengelfläche); den Abbruch oder die Inhibierung des Blühens oder der Samenentwicklung; Umlegeeffekte; die Stimulation der Samenkeimung und den Abbruch des Ruhezustands, und Hormoneffekte oder Epinastieeffekte.
  • Das Aussetzen der Pflanze oder des Pflanzenmaterials gegenüber Ethylen kann unter Verwendung verschiedener Techniken durchgeführt werden. Die einzige Anforderung besteht darin, dass es die Technik zulässt, dass die Pflanze oder das Pflanzenmaterial einer messbaren Konzentration von Ethylen in der unmittelbaren Umgebung der Pflanze ausgesetzt wird. Vorzugsweise wird die Pflanze oder das Pflanzenmaterial in einem Behälter, wie z.B. Kartons, Kisten, Steigen, Warenhäusern, Räumen mit gesteuerter Temperatur und/oder Atmosphäre, Transportbehältern, Lastwagenaufbauten oder -anhängern und anderen Arten von Lagereinrichtungen, eingeschlossen. Das Ausmaß der Umkehr der Ethyleninhibierungswirkung hängt sowohl von der Konzentration des Ethylens als auch von der Zeit des Aussetzens ab. Das Aussetzen kann kontinuierlich oder zeitweilig bzw. mit Unterbrechungen stattfinden. Vorzugsweise beträgt die Konzentration von Ethylen mindestens 10 Teile pro Million („ppm"), mehr bevorzugt mindestens 25 ppm, noch mehr bevorzugt mindestens 50 ppm und insbesondere mindestens 90 ppm. Eine typische Konzentration beträgt etwa 100 ppm.
  • Wenn Pflanzen oder Pflanzenmaterialien reifen, respirieren sie Kohlendioxid und erzeugen Kohlendioxid. Das Verfahren dieser Erfindung führt dazu, dass der Gehalt an Kohlendioxid, das die Pflanze oder Pflanzenmaterialien umgibt, bezüglich des Gehalts, der normalerweise vorliegt, vermindert wird. Vorzugsweise beträgt die Konzentration von Kohlendioxid weniger als 1 Vol.-%. Erneut hängt das Ausmaß der Umkehrung der Ethyleninhibierungswirkung sowohl von der Konzentration von Kohlendioxid als auch von der Zeit des Aussetzens ab.
  • Während der Zeit, in der die Pflanze oder das Pflanzenmaterial Ethylen ausgesetzt wird, sollte die Temperatur bei einer Temperatur oder darunter gehalten werden, die vom Fachmann als die normale Lagertemperatur für die jeweilige Pflanze oder das jeweilige Pflanzenmaterial angesehen wird. Der Begriff „Lagertemperatur" steht für die Temperatur, bei der die Pflanze oder das Pflanzenmaterial im Handel für die Zwecke einer normalen Reifung, des Verkaufs oder beidem gehalten wird. Diese Temperatur liegt typischerweise über dem Gefrierpunkt und beträgt typischerweise weniger als 30°C, vorzugsweise weniger als 25°C, mehr bevorzugt 20°C bis 25°C, insbesondere 22°C bis 24°C.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, kann das Aussetzen gegenüber Ethylen durch die Verwendung eines kontinuierlichen Stroms des Gases oder unter Verwendung von zeitweiligen Zyklen durchgeführt werden. Wenn zeitweilige Zyklen verwendet werden, kann die Pflanze oder das Pflanzenmaterial in einem Behälter eingeschlossen werden und dann zuerst Ethylen ausgesetzt werden, worauf der Behälter belüftet wird, um den geeigneten Kohlendioxidgehalt aufrechtzuerhalten. Der Kohlendioxidgehalt kann auch durch die Verwendung von Wäschern, Filtern, Absorptionsmitteln oder einer Kombination davon vermindert werden. Ein typischer zeitweiliger Zyklus wäre ein Zyklus, bei dem die eingeschlossene Pflanze oder das eingeschlossene Pflanzenmaterial 6 bis 12 Stunden Ethylen ausgesetzt wird und der Behälter dann 0,5 Stunden belüftet wird. Ein solcher Zyklus kann so oft, wie es erforderlich ist, wiederholt werden, um den gewünschten Zustand der Ethyleninhibierungsumkehr zu erreichen.
  • Das Verfahren dieser Erfindung wird fortgesetzt, bis die Pflanze oder das Pflanzenmaterial die gewünschte Reifungsstufe erreicht hat. In manchen Fällen kann dies eine Stufe einer partiellen Reife sein, in anderen Fällen einer vollständigen Reife, d.h. eine „marktfertige" Stufe. Die gewünschte Reifungsstufe wird abhängig von der Art der Pflanze oder dem Pflanzenmaterial und dem Punkt, an dem sich die Pflanze oder das Pflanzenmaterial im Handel befindet, variieren. D.h. in manchen Fällen wird die Pflanze oder das Pflanzenmaterial für den Verbrauch bereit sein. In anderen Fällen kann es sich um einen Zeitpunkt handeln, bevor die Pflanze oder das Pflanzenmaterial verbraucht wird. In dem letztgenannten Fall würde die gewünschte Reifungsstufe früher vorliegen als in dem erstgenannten Fall.
  • Bei einigen Pflanzen und Pflanzenmaterialien kann die relative Feuchtigkeit, bei der die Pflanze oder das Pflanzenmaterial gehalten wird, die Reifungsgeschwindigkeit beeinflussen. Beispielsweise reifen Avocados bei einer relativen Feuchtigkeit von 90 % bis 95 % schneller und einheitlicher. Ein Nachteil einer relativ hohen Feuchtigkeit besteht jedoch darin, dass Krankheiten, wie z.B. Blattbräune und Stielfäule, stärker in den Vordergrund treten können. Als Ergebnis beträgt die relative Feuchtigkeit, welche die Pflanze und Pflanzenmaterialien, die unter Verwendung des Verfahrens dieser Erfindung behandelt werden, umgibt, in den meisten Fällen vorzugsweise 80 % oder weniger, mehr bevorzugt 75 % bis 80 %.
  • Alle Prozentangaben, die hier verwendet werden, sind Gewichtsprozent, und alle Angaben von Teilen, die hier verwendet werden, sind Gewichtsteile, falls nichts anderes angegeben ist, und sind einschließlich und kombinierbar zu verstehen. Alle Verhältnisse bzw. Anteile beziehen sich auf das Gewicht und alle Verhältnis- bzw. Anteilsbereiche sind einschließlich und kombinierbar zu verstehen. Alle Bereiche sind einschließlich und kombinierbar zu verstehen.
  • Beispiele
  • Beispiel 1:
  • Ein typischer Versuch zur Bewertung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird wie folgt durchgeführt:
    Avocados der Sorte Hass werden auf ihrer physiologischen Reifungsstufe (21 % oder weniger Trockenmaterial und 12 % Ölgehalt) gemäß der kommerziellen Praxis für den Ort der Ernte geerntet. Avocadokisten werden gemäß kommerziellen Standardverfahren verarbeitet.
  • Ein Satz dieser Kisten wird sofort 1-MCP bei 200 ppb unter Kaltlagerbedingungen (etwa 6°C/43°F und 85 bis 90 % relative Feuchtigkeit („RH")) während 12 Stunden ausgesetzt. Ein zweiter vollständiger Satz unbehandelter Avocadokisten wird während des gleichen Zeitraums unter Bedingungen gehalten, die mit denjenigen identisch sind, bei denen die behandelten Früchte gehalten werden.
  • Jeweilige Sätze behandelter und unbehandelter Avocadokisten werden dann unter Bedingungen gehalten, die einen sechstägigen Transport in einem Kühlanhänger (6°C/43°F und 90 % RH) von Mexiko nach USA/Kanada oder eine vorübergehende Lagerung plus eine Überführung für den einheimischen chilenischen Markt simulieren. Ein zweiter Satz von Avo cadokisten wird unter Bedingungen gehalten, die einen zwanzigtägigen Transport in einem gekühlten Schiffscontainer (6°C/43°F normale Luft und 90 % RH) von Mexiko nach Europa/Japan oder von Chile nach USA/Europa simulieren.
  • Am Ende des bzw. der sechs- oder zwanzigtägigen simulierten Transports/vorübergehenden Kaltlagerung wird ein vollständiger Satz von Avocadokisten angeordnet, um unter Raumbedingungen (22 bis 24°C/72 bis 75°F und 75 bis 80 % RH) natürlich zu reifen. Ein weiterer Satz von Kisten wird einer Ethylenbehandlung (100 ppm bei 22 bis 24°C/72 bis 75°F und 75 bis 80 % RH) ausgesetzt, um deren Reifung zu beschleunigen.
  • Das Avocadofruchtfleisch wird nach und nach erwärmt (von etwa 6°C/43°F bis etwa 22 bis 24°C/72 bis 75°F), wenn es Ethylen ausgesetzt wird oder nicht. Die Fruchtvorkonditionierung und die Ethylenbehandlung werden gleichzeitig durchgeführt, um die Zeit bis zur „marktfertigen" Stufe zu verkürzen. Die Fruchtfleischtemperatur übersteigt 25°C/77°F nicht.
  • Die Ethylenanwendung wird so durchgeführt, dass ein kontinuierlicher Strom dieses Gases vorliegt oder zeitweilige Zyklen von Ethylen und Belüften je nach Bedarf durchgeführt werden (z.B. 6 bis 12 Stunden Ethylen und 0,5 Stunden Belüften), wobei versucht wird, die CO2-Konzentration unter einem 1 %-Gehalt zu halten. CO2-Wäscher, -Filter und/oder -Absorptionsmittel können zur Verminderung einer CO2-Ansammlung unter jedwedem der zwei vorstehend genannten Umstände verwendet werden.
  • Die Ethylenbehandlung wird fortgesetzt, bis die täglichen Fruchtfleischerweichungsbewertungen der behandelten Frucht eine „marktfertige" Festigkeit (nahe 5 Pfund) erreichen. Eine entsprechende Überwachung der Fruchtfleischerweichung wird mit der Frucht durchgeführt, die ohne Ethylen reifen gelassen worden ist.
  • Alle behandelten und unbehandelten Avocadoproben werden dann in Lagerbedingungen überführt (24°C/75°F und 55 bis 60 % RH), um tägliche Bewertungen zur Bestimmung der Anzahl von Tagen, bis sie die „Stufe der Verzehrfertigkeit" (1 bis 3 Pfund) erreichen, und der tatsächlichen Anzahl der Tage, für welche die Frucht in dieser idealen marktreifen Stufe verbleibt, durchzuführen.
  • Die Ergebnisse einer solchen Bewertung werden die Wirksamkeit des Verfahrens dieser Erfindung zur Umkehr des Ethyleninhibierungseffekts von 1-MCP zeigen.
  • Beispiel 2:
  • Avocados wurden in der vorstehend beschriebenen Weise mit 1-MCP behandelt, 6 Tage in einer simulierten Kaltlagerung gehalten und dann gemäß dem Verfahren dieser Erfindung bei einem Gehalt von 100 ppm mit Ethylen behandelt. Der Kohlendioxidgehalt wurde bei weniger als 1 % gehalten. Der Prozentsatz an Avocados, die als gereift erachtet werden, und die Festigkeit der Avocados wurden am Tag 0 (1-MCP-Behandlung), am Tag der Initiierung der Ethylenbehandlung (Tag 6+0) und 3 und 5 Tage danach (Tage 6+3 und 6+5) bewertet. Die Ergebnisse dieser Bewertungen sind in den Tabellen 1 und 2 angegeben.
  • Tabelle 1 Prozentsatz an Früchten. die als reif erachtet werden
    Figure 00090001
  • Tabelle 2 Festigkeit (in Newton – Nw)
    Figure 00090002
  • Diese Daten zeigen die Wirksamkeit des Verfahrens dieser Erfindung zur Umkehr der Wirkung des Ethyleninhibitors 1-MCP.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Umkehr der Wirkung von Ethyleninhibitoren in Pflanzen und Pflanzenmaterialien, umfassend die Schritte: (a) das Aussetzen einer Pflanze oder eines Pflanzenmaterials Ethylen, (b) das Verringern des Gehalts an Kohlendioxid, welches die Pflanze oder das Pflanzenmaterial umgibt, und (c) das Halten der Pflanze oder des Pflanzenmaterials bei einer Temperatur von 30°C oder weniger.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Haltens der relativen Feuchtigkeit um die Pflanze oder das Pflanzenmaterial bei 80% oder wenigerumfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pflanze oder das Pflanzenmaterial zeitweilig bzw. mit Unterbrechungen Ethylen ausgesetzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pflanze oder das Pflanzenmaterial in einem Behälter enthalten ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Kohlendioxidgehalt in dem Behälter bei 1 % oder weniger durch zeitweiliges Belüften des Behälters gehalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pflanze oder das Pflanzenmaterial aus der Gruppe, bestehend aus Pflanzen mit verholztem Stamm, Kräutern, Gemüsepflanzen, Früchten, landwirtschaftlichen Getreiden und Zierpflanzen, ausgewählt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pflanze oder das Pflanzenmaterial aus Avocados, Pfirsichen, Birnen, Papaya und Bananen ausgewählt ist.
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