Germany
May 4, 2026
While germinating, seeds must be supplied with sufficient water and protected from herbicides, as undisturbed crop development is key to ensuring stable and high yields. As part of the SeedPlus project, researchers from three Fraunhofer institutes have developed a biodegradable seed coating that features integrated water storage capacity and protection from herbicides to facilitate high germination rates.
Seed coating with combined support and protection function - © Fraunhofer IMM
Herbicides that are used to control weeds can affect seedlings and disturb the growth of sensitive crops. In addition to this, germinating seeds are particularly vulnerable to a lack of precipitation. The months of March and April were often extremely dry in Germany in recent years, causing seedlings to wither before they were able to establish. Fraunhofer researchers want to counteract this: As part of the SeedPlus project (see below), the Fraunhofer Institute for Microengineering and Microsystems IMM, the Fraunhofer Institute for Chemical Technology ICT and the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME have developed a seed coating that is designed to ensure a stable yield, even in adverse environmental conditions. Their approach is low in resource consumption, environmentally friendly and sustainable.
Dandelion seeds in alginate capsules produced using the dripping process - © Fraunhofer ICT
Unique feature: coating with combined protection and support function
Two key functions are combined in the SeedPlus coating and incorporated in the encapsulation: a support function for improved water management (water storage function) and a coating that protects the seeds against herbicides. Natural formulations based on natural polymers ensure that the seeds are constantly supplied with moisture during the germination phase, even when water is scarce. “The coating evenly releases the water to the seedling in a targeted manner. Its special feature is its ability to store extraordinary amounts of water, and that is an advantage in periods of drought,” explains Anna Musyanovych, a research scientist at Fraunhofer IMM. At the same time, the selective membrane, which includes adsorbent materials such as activated carbon, protects the seedlings from herbicides without impairing germination or growth. The multifunctional coating allows for reduced use of plant protection agents and improves conditions for cultivation in regions with limited rainfall. “The coating is made of multiple layers of varying thickness that encapsulate the seeds. The shape and size depend on the seed type used, and the coating can be adjusted to the seeds’ requirements and produced at scale,” says Alexander Dresel, a research scientist at Fraunhofer ICT. “We use different encapsulation processes, depending on the seed type.”
The fluidized bed process allows for precise layer thickness control, making it particularly well-suited for sensitive seed types. In this process, the seeds are suspended in the fluidized bed by means of a flowing gas stream while they are sprayed with the coating materials. In the drum coating process, the seeds are tumbled in a rotating drum while the coating materials are added gradually. “This process leads to even coating of the seeds and is a good choice for mass production,” Thomas Heintz from Fraunhofer ICT explains. For coating smaller seeds, the research scientists at Fraunhofer ICT rely on the wet chemical surface method, in which the seeds are immersed in the coating structure that is then allowed to drip off.
Sustainable agriculture: microplastic-free seed coating
Conventional seed coatings frequently contain synthetic chemical components, which are considered microplastics. The Fraunhofer researchers have replaced these synthetic polymers, which can have an adverse impact on the environment, with ecologically harmless, natural formulations. Philip Känel, a research scientist at Fraunhofer IME in Münster, explains: “We are relying exclusively on natural organic and inorganic materials. We perform systematic tests with different combinations of materials, including polysaccharides, proteins, rubbers and porous inorganic materials such as activated carbon, to determine the most efficient compositions.” The SeedPlus coating takes effect directly on the seed, which means that water and protection are provided exactly where they are needed, enabling a reduction in the amount of pesticides used.
Outdoor and greenhouse testing
The researchers conducted tests with Russian dandelion and sugar beet seeds both in greenhouses and under outdoor conditions to verify that the combination of protection function and water storage actually works. The impact that different formulations and compositions have on the seeds’ germination capacity was examined, among other things. Compared to untreated seeds, the germination rate achieved with coated seeds was up to 58 percent higher. Other aspects, such as suitability for storage of coated seeds and compatibility with common sowing techniques, were also considered.
To be able to make reliable statements concerning ecotoxicity and degradation behavior of the coating materials during the material development stage and to identify any environmentally relevant risks, the researchers at Fraunhofer IME have also established a screening platform for assessing the innovative seed coatings. Before producing the encapsulated seeds, the researchers examine the individual components of the seed coating in terms of their ecotoxicological impact on model organisms of the aquatic and terrestrial environment to confirm their environmental harmlessness. To rule out potential long-term exposure, these tests also included an assessment of the individual components’ degradability. “The sustainable design of our seed technology allows us to contribute to a reduction of environmental pollution and to support environmentally friendly, future-proof agriculture that achieves high yields,” Känel says.
SeedPlus project
The project partners’ tasks:
• Fraunhofer ICT, Pfinztal (encapsulation, coating structure and function)
• Fraunhofer IMM, Mainz (material development and coating technology)
• Fraunhofer IME, Münster location (functional evaluation of seed coatings and establishment)
Bioabbaubare Saatgutbeschichtung schützt und versorgt Keimlinge effektiv
Keimendes Saatgut muss mit ausreichend Wasser versorgt und vor Unkrautvernichtern geschützt werden, denn nur eine ungestörte Pflanzenentwicklung garantiert stabile, hohe Ernteerträge. Im Projekt SeedPlus haben Forschende von drei Fraunhofer-Instituten eine bioabbaubare Saatgutbeschichtung mit einer integrierten Wasserspeicherfunktion und einer Schutzfunktion gegen Herbizide entwickelt, die hohe Keimraten ermöglicht.
Herbizide, die Unkräuter bekämpfen, können Keimlingen zusetzen und das Wachstum empfindlicher Nutzpflanzen stören. Besonders gefährdet ist das keimende Saatgut zudem durch ausbleibenden Niederschlag. In den vergangenen Jahren haben extrem trockene März- und Aprilmonate in Deutschland dazu geführt, dass Keimlinge vertrocknet sind, bevor sie sich etablieren konnten. Dem wollen Fraunhofer-Forschende entgegenwirken: Im Projekt SeedPlus (siehe unten) 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 – ressourcenschonend, umweltfreundlich und nachhaltig.
Alleinstellungsmerkmal: Beschichtung mit kombinierter 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 Dr. 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. »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 Dr. Alexander Dresel, Wissenschaftler am Fraunhofer ICT. »Je nach Saatgut verwenden wir unterschiedliche Verkapselungsverfahren.«
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 be-sonders 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.
Nachhaltige Landwirtschaft: Saatgutbeschichtung ohne Mikroplastik
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. Dr. 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.
Tests im Freiland und im Gewächshaus
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. Auch andere Aspekte wie die Lagerfähigkeit des beschichteten Saatguts und die Kompatibilität mit gängigen Aussaattechniken wurden berücksichtigt.
Um bereits während der Materialentwicklung belastbare Aussagen zur Ökotoxizität und zum Abbauverhalten der Beschichtungsmaterialien treffen zu können und umweltrelevante Risiken frühzeitig zu identifizieren, etablierten die Forschenden am Fraunhofer IME für die neuartigen Saatgutbeschichtungen zudem eine Screening-Plattform zur Bewertung. Vor der Herstellung des verkapselten Saatguts überprüfen sie die einzelnen Komponenten der Saatgutbeschichtung zur Bestätigung der Unbedenklichkeit nochmals auf ihre Wirkung auf Stellvertreterorganismen der aquatischen und terrestrischen Umwelt. Hierbei wurde auch die Abbaubarkeit der einzelnen Bestandteile geprüft, um potenzielle Langzeitexpositionen auszuschließen. »Durch die nachhaltige Konzeption unserer Saatguttechnologie können wir zur Reduktion von Umweltbelastungen beitragen und eine umweltverträgliche, zukunftssichere Landwirtschaft bei zugleich hohen Ernteerträgen unterstützen«, sagt Känel.
Projekt SeedPlus
Aufgaben der Projektpartner:
• Fraunhofer ICT, Pfinztal (Verkapselungsverfahren, Mantelstruktur und Funktion)
• Fraunhofer IMM, Mainz (Materialentwicklung und Beschichtungstechnologie)
• Fraunhofer IME, Standort Münster (funktionale Evaluierung der Saatgutbeschichtungen und Etablierung)
• Fraunhofer IME, Standort Schmallenberg (Umweltbewertung, neue Prüf- und Bewertungsstrategien zur Unbedenklichkeit des entwickelten Produkts)
Species
