Genetische Variabilität von Mineralstoffgehalten bei Hartweizen und Einkorn in verschiedenen Umwelten


Diplomarbeit, 2012

53 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Zusammenfassung

2 Einleitung und Ziele der Arbeit
2.1 Einleitung Cadmium und Hartweizen
2.2 Einleitung Selen und Einkorn
2.3 Ziele dieser Studie

3 Material und Methoden
3.1 Feldversuch zur Cadmium-Anreicherung in Hartweizen
3.1.1 Pflanzenmaterial im Feldversuch
3.1.2 Feldversuch
3.1.3 Bestimmung des Korn-Cadmium-Gehaltes
3.2 Feldversuch zur Selen-Anreicherung in Einkorn
3.2.1 Pflanzenmaterial im Feldversuch
3.2.2 Feldversuch
3.2.3 Bestimmung des Korn-Selen-Gehaltes
3.3 Bestimmung der Bodenmerkmale
3.4 Durchführung der Statistischen Auswertung

4 Ergebnisse
4.1 Einfluss der Bodenmerkmale auf die Cadmium-Anreicherung in Hartweizen
4.2 Genetische Variabilität im Korn-Cadmium-Gehalt in Hartweizen
4.3 Einfluss der Bodenmerkmale auf die Selen-Anreicherung in Einkorn
4.4 Genetische Variabilität im Korn-Selen-Gehalt und im Ertrag in Einkorn

5 Diskussion
5.1 Beeinflussung der Korn-Cd-Anreicherung und dessen genetische Varianz in Hartweizen
5.1.1 Einfluss der Bodenmerkmale auf die Korn-Cd-Anreicherung in Hartweizen
5.1.2 Genetische Variabilität im Korn-Cd-Gehalt in Hartweizen
5.2 Beeinflussung der Korn-Se-Anreicherung und dessen genetische Varianz in Einkorn
5.2.1.. Einfluss der Bodenmerkmale auf die Korn-Se-Anreicherung in Einkorn
5.2.2 Genetische Variabilität im Korn-Se-Gehalt in Einkorn
5.2.3 Das agronomische Merkmal Ertrag bei Einkorn

6 Literaturverzeichnis

7 Anhang

8 Danksagung

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1. Vergleich des gesamt Cd (mg/kg) und mobilen Cd (^g/kg) Gehaltes im Boden der einzelnen Probeentnahmeterminen je Ort. Ein Vergleich ist nur innerhalb der Spalten möglich. Mittelwerte, die mit einem gemeinsamen Buchstaben versehen sind, sind nicht signifikant voneinander verschieden (P < 0,05)

Tabelle 2. Vergleich des gesamt Cd (mg/kg) und mobilen Cd (^g/kg) Gehaltes im Boden der einzelnen Orte an einem Probeentnahmetermin. Ein Vergleich ist nur innerhalb der Spalten möglich. Mittelwerte, die mit einem gemeinsamen Buchstaben versehen sind, sind nicht signifikant voneinander verschieden (P < 0,05)

Tabelle 3. Mittelwerte der Korn-Cd-Gehalte, kleinste (MIN) und größte (MAX) Korn-Cd­Gehalt, genetische Varianz (07?), Fehlervarianz (077), Wiederholbarkeit (Repeat), Variationskoeffizient (C.V.) und die Grenzdifferenz (LSD) getrennt nach Orten und Jahren

Tabelle 4. Serienverrechnung zum Korn-Cd-Gehalt in Hartweizen mit dem Mittelwert des Korn-Cd-Gehaltes, dem Standardfehler des Mittelwertes, dem kleinsten (MIN) und größten (MAX) Korn-Cd-Gehalt, der genetischen Varianz (077), Interaktionsvarianzen (ffGo, , °goj) und der Heritabilität in % mit 95%-Konfidenzintervall in der Klammer.

Tabelle 5. Vergleich der Selen-Bodengehalte (mg/kg) der verschiedenen Probeentnahmetermine je Ort für die Varianten mit und ohne zusätzliche Selendüngung. Ein Vergleich ist nur innerhalb der Spalten möglich. Mittelwerte, die mit einem gemeinsamen Buchstaben versehen sind, sind nicht signifikant voneinander verschieden (P < 0,05)

Tabelle 6. Vergleich der Selen-Bodengehalte (mg/kg) der einzelnen Orte an einem Probeentnahmetermin für die Varianten mit und ohne zusätzliche Selendüngung. Ein Vergleich ist nur innerhalb der Spalten möglich. Mittelwerte, die mit einem gemeinsamen Buchstaben versehen sind, sind nicht signifikant voneinander verschieden (P < 0,05)

Tabelle 7. Mittelwerte der Selen-Korn-Gehalte (mg/kg), kleinste (MIN) und größte (MAX) Selen-Korn-Gehalte (mg/kg), genetische Varianz (07?), Fehlervarianz (07), Wiederholbarkeit (Repeat), Variationskoeffizienten (C.V.) und Grenzdifferenz (LSD) für alle Orte und Jahre. (mit) - Variante mit zusätzlicher Selendüngung, (ohne) - Variante ohne zusätzliche Selendüngung

Tabelle 8. Mittelwert für den Ertrag im „Spelz“ in Einkorn (dt/ha), kleinste (MIN) und größte (MAX) Erträge (dt/ha), genetische Varianz (07?), Fehlervarianz (07), Wiederholbarkeit (Repeat), Variationskoeffizienten (C.V.) und Grenzdifferenz (LSD) für alle Orte und Jahre. (mit) - Variante mit zusätzlicher Selendüngung, (ohne) - Variante ohne zusätzliche Selendüngung

Tabelle 9. Serienverrechnung zum Korn-Se-Gehalt und zum Ertrag „im Spelz“ in Einkorn, dem Mittelwert, dessen Standardfehler, dem kleinsten (MIN) und größten (MAX) Wert, der genetischen Varianz (077), der Interaktionsvarianz (o<fo), der Fehlervarianz (077) und der Heritabilität in % mit 95%-Konfidenzintervall in der Klammer

Tabelle 10. Verwendete Hartweizensorten mit Sortenname, Sortennummer, Land und Jahr

Tabelle 11. Verwendete Einkornlinien mit Sortenname bzw. Linienbezeichnung, Sortennummer und Züchter

Tabelle 12. Durchschnittliche Korn-Cd-Gehalte in mg/kg für jeden der 16 Genotypen in allen Umwelten und Jahren. Nach dem Ort ist das jeweilige Jahr angegeben. EKW = Eckartsweier, HOH = Hohenheim, PE = Karlshof; 08 für das Jahr 2008, 09 für das Jahr 2009

Tabelle 13. Mittelwerte und Ränge für den Korn-Cd-Gehalt in mg/kg der 16 Hartweizen­Sorten mit der Grenzdifferenz LSD = 0,04. Grau unterlegt sind die Werte, die den Grenzwert der EU für den Korn-Cd-Gehalt von 0,20 mg/kg überschreiten

Tabelle 14. Mittelwerte und Ränge für den Korn-Se-Gehalt in mg/kg der 16 Einkornlinien für die sechs verschiedenen Umwelten mit der Grenzdifferenz LSD = 0,15

Tabelle 15. Mittelwerte und Ränge für den Ertrag in dt/ha der 16 Einkornlinien für die verschiedenen Umwelten mit der Grenzdifferenz LSD = 3,63

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1. Cluster Dendrogram für den Korn-Cd-Gehalt (mg/kg) in Hartweizen über alle Orte für die Jahre 2008 und 2009

Abbildung 2. Häufigkeitsverteilung der Genotypen für den Korn-Cd-Gehalt (mg/kg) in Hartweizen über alle Orte für die Jahre 2008 und 2009

Abbildung 3. Cluster Dendrogram für den Korn-Se-Gehalt (mg/kg) in Einkorn über alle Orte mit zusätzlicher Selendüngung für die Jahre 2008, 2009 und 2010

Abbildung 4. Häufigkeitsverteilung der Genotypen für den Korn-Se-Gehalt (mg/kg) in Einkorn über alle Orte mit zusätzlicher Selen-Düngung für die Jahre 2008, 2009 und 2010

Abbildung 5. Häufigkeitsverteilung der Genotypen für den Ertrag „im Spelz“ (dt/ha) in Einkorn über alle Orte für die Jahre 2008, 2009 und 2010

1 Zusammenfassung

Ziele dieser Studie sind die Analyse der genetischen Variabilität hinsichtlich der Cadmiumanreicherung bei Hartweizen (Triticum turgidum L. var. durum) und der Selenanreicherung bei Einkorn (Triticum monococcum ssp. monococcum) in verschiedenen Umwelten. Die verschiedenen Versuchsstandorte wurden auf ihre Eignung als Selektionsumwelt untersucht. Ergänzend soll der Einfluss verschiedener Bodenmerkmale und -eigenschaften auf die Mineralstoffanreicherung (Cd, Se) im Korn betrachtet werden.

Cadmium ist ein giftiges, aber natürlich vorkommendes Schwermetall das beim Menschen zu schweren gesundheitlichen Schäden führen kann. Cadmium kommt vor allem in pflanzlichen Lebensmitteln vor, insbesondere in Getreide und Getreideprodukten, die einen hohen Anteil an der Ernährung haben. Hartweizen neigt, im Vergleich zu anderen Kulturen, vermehrt zur Einlagerung von Cadmium.

Die Analyse der genetischen Variabilität der Korn-Cd-Gehalte bei Hartweizen und der Einfluss verschiedener Bodenmerkmale und -eigenschaften auf die Korn-Cd­Anreicherung in Hartweizen wurden in einem Feldversuch in fünf Umwelten in den Jahren 2008 und 2009 mit 16 Hartweizensorten durchgeführt. Die Auswertung hat eine hohe Wiederholbarkeit und eine hochsignifikante (P < 0,01) von Null verschiedene genetische Varianz in jeder der Umwelten ergeben. Es konnte eine hohe Heritabilität von 95,53% für das Merkmal Korn-Cd-Gehalt festgestellt werden. Dies lässt auf ein einfach vererbtes Merkmal schließen. Die Auswertung der Bodenmerkmale hat signifikante Unterschiede (P < 0,05) zwischen den verschiedenen Umwelten und Jahreseffekte gezeigt. Folglich ist die Sortenwahl sowie die Wahl geeigneter Selektionsumwelten von großer Bedeutung.

Selen ist ein essentielles Spurenelement für Menschen und Tiere. Die Aufnahme von Selen erfolgt über die Nahrung und sowohl ein Selenmangel als auch eine Selenüberversorgung können zu schweren Krankheiten bei Menschen und Tieren führen. Selen ist ein natürlich vorkommendes Spurenelement im Boden und wird von den Pflanzen über den Boden aufgenommen. Vorstudien deuten darauf hin, dass Einkorn deutlich höhere Gehalte an Selen aufweist.

Die Analyse der genetischen Variabilität der Korn-Se-Gehalte bei Einkorn und der Einfluss verschiedener Bodenmerkmale und -eigenschaften auf die Korn-Se- Anreicherung in Einkorn wurden in einem Feldversuch in mehreren Umwelten in drei Jahren (2008, 2009 und 2010) mit 16 Einkornlinien durchgeführt. Die Korn-Se-Gehalte der Kontrollvariante waren allesamt unterhalb der Bestimmungsgrenze. Um den Korn- Se-Gehalt bestimmen zu können ist eine zusätzliche Selendüngung notwendig. Schon mit geringen Selen-Mengen können die Korn-Se-Gehalte erhöht werden. Die Auswertung hat eine hochsignifikante (P < 0,01) von Null verschiedene genetische Varianz in der Se-Anreicherung und eine Heritabilität von 78,18% für das Merkmal Korn-Se-Gehalt ergeben. Das Merkmal könnte von mehreren Genen beeinflusst werden. Die Auswertung der Bodenmerkmale hat signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Probeentnahmeterminen, und keine signifikanten Unterschiede zwischen den Varianten mit und ohne zusätzliche Selendüngung gezeigt. Als agronomisches Merkmal wurde in diesem Feldversuch zusätzlich der Ertrag bei Einkorn erfasst. Für den Ertrag hat sich eine Heritabilität von 34,51% ergeben. Die genetische Varianz war nicht signifikant von Null verschieden. Der durchschnittliche Ertrag „im Spelz“ über alle Orte und Jahre betrug 33,66 dt/ha und entspricht somit dem durchschnittlichen Kornertrag von 20-30 dt/ha für Einkorn in Deutschland.

2 Einleitung und Ziele der Arbeit

2.1 Einleitung Cadmium und Hartweizen

Cadmium ist ein giftiges Schwermetall, das beim Menschen zu schweren gesundheitlichen Schäden führen kann. Es reichert sich vor allem in den Nieren und der Leber an (McLaughlin et al. 1999; Schilling 2000) und kann zu Nierenfunktionsstörungen, Krebs und Knochenkrankheiten wie Osteoporose führen (Järup et al. 1998; Godt et al. 2006). Beim Menschen sind die Hauptaufnahmequellen von Cadmium pflanzliche Lebensmittel. Die Lebensmittel aus Getreide und Getreideprodukten sind dabei, wegen ihrem hohen Anteil an der Ernährung, von größter Bedeutung (Norvell et al. 2000; Wagner 1993). Deshalb hat die europäische Union Höchstgehalte für Cadmium in Getreide und Weizen festgelegt. Für Cadmium in Weizen wurde ein Höchstgehalt von 0,20 mg/kg Frischgewicht festgelegt (Verordnung (EG) Nr. 1881/2006 der Kommission zur Festsetzung der Höchstgehalte für Kontaminaten in Lebensmitteln 2006).

Cadmium kommt natürlich im Boden vor und reichert sich im Laufe der Zeit im Boden an. Verstärkt wird dies noch durch verschiedene anthropogene Einflüsse aus der Industrie (z.B. Kraftwerke, Industrieanlagen, KFZ-Verkehr) und der Landwirtschaft (z.B. Phosphordünger und Klärschlammdüngung) (Schubert 2006; Grant et al. 1998; Schachtschabel et al. 2002). Die Cadmium-Aufnahme von Pflanzen erfolgt über den Boden (Grant et al. 1998). Steigende Cadmium-Werte im Boden führen meist zu einer verstärkten Aufnahme durch die Pflanze (EFSA Panel Members 2009). Die Cd­Anreicherung in Pflanzen wird allerdings, neben dem Boden-Cadmium-Gehalt, noch von vielen Faktoren beeinflusst: der Pflanzenart und der Sorte, von verschiedenen Bodenmerkmalen wie pH-Wert, Salzgehalt und Tonanteil, vom Wetter, dem natürlich vorkommenden Boden-Cd-Gehalt und von Bewirtschaftungsstrategien (Grant et al. 2010).

Hartweizen (Triticum turgidum L. var. Durum) wird fast ausschließlich zur Herstellung von Teigwaren und Grieß verwendet (Mielke und Rodemann 2007). Der Anteil der Hartweizenproduktion an der Gesamten Weizenproduktion weltweit beträgt lediglich 6­8% (Troccoli et al. 2000). Die sechs größten Hauptproduzenten weltweit sind die EU 27 Länder (8,1 Millionen Tonnen), Kanada (5,0 Millionen Tonnen), Türkei (3,1 Millionen Tonnen), USA (3,0 Millionen Tonnen), Algerien (2,42 Millionen Tonnen) und Marocco (1,9 Millionen Tonnen) (Peterson 2009). Die Hauptproduzenten in der EU sind, der Größe nach geordnet, Italien, Frankreich, Griechenland und Spanien (LMC International (EUROSTAT)).

In Deutschland wird Hartweizen meist als Sommergetreide angebaut (Mielke und Rodemann 2007). Die Anbaufläche 2010 betrug 21.300 ha mit einem durchschnittlichen Ertrag von 58 dt/ha. Zum Vergleich, die Anbaufläche für Getreide insgesamt beträgt 6,5 Mio ha in Deutschland (Landpost 05/2011). In Deutschland können nur ca. 20% des Hartweizenbedarfs aus heimischem Anbau gedeckt werden. 80% des Hartweizens, der in Deutschland benötigt wird, muss importiert werden (Mielke und Rodemann 2007). Deshalb spielt der Import für Deutschland aus anderen Ländern wie aus Kanada, den USA und Frankreich eine große Rolle. Beim Import von Hartweizen in die EU müssen die Grenzwerte für den Korn-Cd-Gehalt beachtet werden (Harris und Taylor 2004).

Die Böden, auf denen in Kanada und den USA, Getreide und v.a. Hartweizen angebaut wird, haben einen natürlich vorkommenden höheren Cadmium Gehalt, bedingt durch den felsigen Untergrund. Anthropogene Einflüsse aus der Industrie und der Landwirtschaft sind dort unbedeutend (Selles et al. 2002; J. M. Clarke 2001).

Hartweizen neigt, im Vergleich zu anderen Kulturen, vermehrt zur Einlagerung von Cadmium. Eine genetische Variation im Korn-Cd-Gehalt ist bekannt, der niedrige Korn­Cd-Gehalt wird durch ein einzelnes dominantes Gen (Cdu1) vererbt (Penner et al. 1995; Clarke et al. 1997). Das Gen für niedrigen Korn-Cd-Gehalt hat keinen signifikanten Einfluss auf andere Merkmale oder Qualitätseigenschaften, die Einlagerung in Hartweizen-Sorten durch Züchtung dürfte demzufolge problemlos machbar sein (Clarke et al. 2002). Untersuchungen in mitteleuropäischem Zuchtmaterial wurden bisher noch nicht durchgeführt.

2.2 Einleitung Selen und Einkorn

Selen ist ein essentielles Spurenelement für Menschen und Tiere, das zur Aufrechterhaltung aller Körperfunktionen sehr wichtig ist. Es ist Bestandteil des Enzyms Glutathion-Peroxidase, ist ein Zellschutzfaktor, verlangsamt Alterungsprozesse und unterstützt das körpereigene Immunsystem (Hein, Edelbauer und Grausgruber 2003). In hohen Konzentrationen wirkt Selen allerdings toxisch (Richter 2005; McLaughlin et al. 1999; Schachtschabel et al. 2002). Weltweit übersteigt aber die unzureichende Selenversorgung die der Selenüberversorgung und deren toxische Wirkung (McLaughlin et al. 1999).

Selenmangel kann bei Menschen und Tieren zu Muskelmissbildung, Muskelverkalkung, Sterilität und allgemein einem gehemmten Wachstum führen. Diese Krankheiten konnten v.a. in China dokumentiert werden (Hein, Edelbauer und Grausgruber 2003; Combs Jr. und Combs 1986). Bei Tieren kann außerdem die sogenannte „Alkali desease“ auftreten. Dies konnte in den USA, England und Irland bei Weidetieren beobachtet werden (Schachtschabel et al. 2002). In Skandinavien, China und Neuseeland besteht ein akuter Selenmangel, sowohl im Boden als auch in Lebensmitteln (Combs Jr. und Combs 1986; Thomson und Robinson 1980), deshalb wird der Dünger zur Produktion von pflanzlichen Nahrungsmitteln und Futtermitteln in Skandinavien und Neuseeland mit Selen angereichert. Weltweit ist ein steigender Selenmangel zu erwarten, Selendüngung und die Selenaufnahmefähigkeit von Kulturarten wird deshalb eine immer größere Rolle spielen (Richter 2005).

Beim Menschen sind die Hauptaufnahmequellen von Selen tierische und pflanzliche Lebensmittel (Milch, Eier, Fleisch, Fisch, Getreide, Soja, Nüsse; v.a. tierische Lebensmittel sind selenreich) (Thomson und Robinson 1980; Mayer 1998). Die empfohlene tägliche Aufnahmemenge an Selen für einen erwachsenen Menschen pro Tag schwankt zwischen 30-200 |ig (WHO; DGE, Deutsche Gesellschaft für Ernährung). Die tägliche Aufnahmemenge in Deutschland ist deutlich niedriger und an der Grenze zur Mangelversorgung (Hein, Edelbauer und Grausgruber 2003). Aufgrund dessen wäre eine Verbesserung der Selenversorgung über selenreiches Getreide denkbar, da Getreide einen hohen Anteil an der Ernährung hat (Norvell et al. 2000; Wagner 1993).

Für die meisten höheren Pflanzen ist Selen nicht essentiell, wird aber von ihnen, aufgrund seiner chemischen Ähnlichkeit mit Schwefel, aufgenommen (Hein, Edelbauer und Grausgruber 2003; Mayland et al. 1989). Der Selen-Gehalt in den Lebensmitteln spiegelt meist den Selen-Gehalt im Boden wieder (Thomson und Robinson 1980; Mayer 1998). Erhöhte Selengehalte im Boden haben meist einen natürlichen Ursprung durch Sedimentgesteine und Kreideschiefer, die im Boden verwittern (Mayland et al. 1989; McLaughlin et al. 1999). Andere Quellen für Selen können Phosphordünger und Klärschlamm sein (Mayland et al. 1989). Relativ hohe Selen-Gehalte konnten in Getreide aus den USA und Kanada nachgewiesen werden (Thomson und Robinson 1980), aufgrund der dort erhöhten Selengehalte des Bodens. Der Selengehalt in mittel­und nordeuropäischen Böden ist deutlicher geringer als 1 mg Se/kg Boden (Aichberger und Hofer 1989), deshalb auch die deutlich geringeren Selengehalte in europäischem Getreide (Schachtschabel et al. 2002).

Einkorn (Triticum monococcum ssp. monococcum) wird ein hoher Gesundheitswert nachgesagt. Für Zink und Selen, und auch andere Mineralstoffe, können im Einkorn, im Vergleich zu Weichweizen, deutlich höhere Gehalte festgestellt werden (Kling und Breuer 2006). Einkorn zeichnet sich durch einen hohen Proteingehalt und einen hohen Gelbpigmentgehalt aus, hat allerdings nur eine geringe Backqualität. Deshalb wird Einkorn vor allem zur Aufwertung von Müsli und Backwaren empfohlen, der gesundheitliche Wert und der Genusswert stehen dabei im Vordergrund (Kling und Breuer 2006). Eine gesteigerte gesundheitliche Wirkung durch einen höheren Selengehalt würde sich positiv für die Vermarktung auswirken. Die Vermarktung von Einkorn-Produkten ist von der Bereitschaft der Käufer, für dieses Produkt mehr zu zahlen, abhängig (Münzing 2004). Einkorn hat im Spelz einen Ertrag von 20-30 dt/ha, und kann somit nicht mit den anderen Kulturen wie z.B. Weichweizen konkurrieren. In Deutschland ist Einkorn nur mit einer sehr geringen Anbaufläche von ca. 300 ha vertreten und vor allem interessant im ökologischen Landbau (Honold, Fadani und Seifert 2010). Einkorn ist ein Spelzgetreide und hat sehr gute Resistenzeigenschaften gegenüber Rostkrankheiten und ein hohes Unkrautunterdrückungsvermögen. Diese Eigenschaften sind für den ökologischen Landbau interessant, da kein Herbizideinsatz notwendig ist (Kling und Breuer 2006). Darüber hinaus hat Einkorn niedrige Anforderungen an den Standort hinsichtlich der Bodenqualität und der Wasserverfügbarkeit und hat gute Winterfestigkeitseigenschaften (Honold, Fadani und Seifert 2010). Nachteil ist die hohe Neigung zu Lager, die zu Schwierigkeiten beim Mähdrusch führt (Honold, Fadani und Seifert 2010, Kling und Breuer 2006).

2.3 Ziele dieser Studie

Ziele dieser Studie sind die Analyse der genetischen Variabilität hinsichtlich der Cadmiumanreicherung bei Hartweizen und der Selenanreicherung bei Einkorn in verschiedenen Umwelten. Die Umwelten sollen darüber hinaus auf ihre Eignung als Zielumwelt für die züchterische Selektion untersucht werden. Es soll festgestellt werden welche Zielumwelt sich mit ihren Boden- und Standorteigenschaften am besten für die Selektion von Sorten mit niedrigem Korn-Cd-Gehalt bzw. hohem Korn-Se-Gehalt eignet. Ergänzend soll der Einfluss der Bodenmerkmale und -eigenschaften auf die Mobilität und Verfügbarkeit von Cadmium und Selen und deren Auswirkungen auf die Mineralstoffanreicherung im Korn untersucht werden.

3 Material und Methoden

3.1 Feldversuch zur Cadmium-Anreicherung in Hartweizen

3.1.1 Pflanzenmaterial im Feldversuch

Im Feldversuch zur Cadmium-Anreicherung wurden 16 Hartweizensorten verwendet, darunter waren fünf österreichische, drei französische, eine spanische, drei kanadische Hartweizensorten und zwei Zuchtstämme der Universität Hohenheim (siehe Anhang Tab. 10). Nachfolgend werden diese beiden Zuchtstämme aus Gründen der Übersichtlichkeit als Sorten bezeichnet.

3.1.2 Feldversuch

Der Feldversuch zur Cadmiumanreicherung in Hartweizen wurde 2008 und 2009 in fünf Umwelten an je zwei Standorten durchgeführt. In jeder Umwelt wurde der Feldversuch mit 16 Prüfgliedern als teilweise balanciertes 4x4 Gitter mit je drei Wiederholungen angelegt.

Eine Umwelt befand sich am Standort Eckartsweier (EKW) und die anderen vier Umwelten befanden sich am Standort Hohenheim (HOH, PE00, PE15 und PE30). Der Standort Eckartsweier liegt am Oberen Rheingraben mit günstigen klimatischen Bedingungen, 141m über N.N., mit einem durchschnittlichen Niederschlag von 735mm (langjähriger Durchschnitt) und einer mittleren Jahrestemperatur von 9,9°C. Die Bodenart wird in Eckartsweier mit lehmiger Sand bis lehmiger Ton eingestuft. Der Versuchsstandort Hohenheim liegt auf der Filderebene südlich von Stuttgart, 400m über N.N.. Die mittlere Jahrestemperatur beträgt 8,8°C, mit einem durchschnittlichen Niederschlag von 697mm. Eine Umwelt (HOH) befand sich auf der Versuchsstation für Pflanzenzüchtung auf dem Heidfeldhof, die anderen drei Umwelten (PE) befanden sich auf dem Karlshof. Die Bodenart wird in Hohenheim als nicht ganz steinfreier, schluffiger Lehm eingestuft. Die drei Umwelten auf dem Karlshof ergeben sich aus den unterschiedlichen Mengen an Klärschlamm die dort in der Vergangenheit zu Versuchszwecken ausgebracht wurden. Es gibt eine Kontrollfläche ohne Klärschlammdüngung (PE00), eine Fläche auf der 15t TS Klärschlamm pro Hektar ausgebracht wurden (PE15) und eine Fläche auf der 30t TS Klärschlamm pro Hektar (PE30) ausgebracht wurden.

Die Aussaat des Hartweizens als Sommerkultur erfolgte in beiden Jahren und in allen Umwelten Anfang April. In HOH und PE betrug die Parzellengröße 0,9m[2]. In EKW betrug die Parzellengröße im Jahr 2008 5m[2] und im Jahr 2009 1,25m[2]. Die Stickstoffdüngung (N) erfolgte in beiden Jahren und in allen Umwelten in Form von Ammonium-Nitrat-Harnstoff-Lösung. In HOH und PE wurde die Stickstoffdüngung zu drei Terminen verabreicht: Das erste Mal direkt nach der Aussaat, das zweite und dritte Mal zu den EC-Stadien 30 bzw. 32. In EKW wurde die Stickstoffdüngung zu zwei Terminen verabreicht: Das erste Mal direkt nach der Aussaat und das zweite Mal zum EC-Stadium 30. Die Ernte von ca. 20 Ähren pro Parzelle erfolgte in beiden Jahren von Hand Anfang August.

3.1.3 Bestimmung des Korn-Cadmium-Gehaltes

Die geernteten Ähren wurden Heißluftgetrocknet und gedroschen. Die enthaltenen Körner wurden dann für die weiteren Untersuchungen vermahlen. Von jeder Probe wurde zu Analysezwecken ein Aufschluss hergestellt, Stichprobenmäßig wurde von einer gewissen Anzahl an Proben noch ein zweiter Aufschluss hergestellt. Der Aufschluss des Pflanzenmaterials erfolgte mit einem mikrowellenbeheizten Druckaufschluss mit Salpetersäure (HNO3) in einem Aufschlusssystem Ultra Clave II (MSL GmbH, Leutkirch, Deutschland; VDLUFA, 2009, Band VII, Methode 2.1.1: Nassaufschluss unter Druck). Die Analyse von Cadmium erfolgte mit einem Massenspektrometer mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS, ELAN 6000, Perkin Elmer Sciex, Toronto, Kanada) nach DIN ISO 38406-29 Norm (VDLUFA, 2009, Band VII, Methode 2.2.2.5: Bestimmung von ausgewählten Elementen in pflanzlichem Material sowie in Grund- und Mischfuttermitteln mittels ICP-MS).

3.2 Feldversuch zur Selen-Anreicherung in Einkorn

3.2.1 Pflanzenmaterial im Feldversuch

Im Feldversuch zur Selen-Anreicherung wurden 14 Einkorn-Zuchtstämme der Universität Hohenheim und die zwei Sorten Albini und Tifi der Getreidezüchtungsforschung Darzau verwendet (siehe Anhang Tab. 11). Nachfolgend werden diese beiden Sorten aus Gründen der Übersichtlichkeit als Linien bezeichnet.

3.2.2 Feldversuch

Der Feldversuch zur Selenanreicherung in Einkorn wurde 2008, 2009 und 2010 in mehreren Umwelten durchgeführt. In jeder Umwelt wurde der Feldversuch mit 16 Prüfglieder als teilweise balanciertes 4x4 Gitter mit vier Wiederholungen angelegt. Die erste und zweite Wiederholung waren die Varianten ohne zusätzliche Selendüngung.

Die dritte und vierte Wiederholung wurden zusätzlich mit Selen gedüngt. Das Selen wurde in Form von Natriumselenat (40 ppm) vermischt mit Quarzsand ausgebracht. Es wurden 500g Quarzsand pro Parzelle ausgebracht.

In den Jahren 2008 und 2009 wurde der Feldversuch an den Standorten Hohenheim und Oberer Lindenhof durchgeführt. Der Standort Hohenheim befand sich auf der Versuchsstation für Pflanzenzüchtung auf dem Heidfeldhof (Standortbeschreibung siehe oben). Die zweite Umwelt befand sich am Standort Oberer Lindenhof (OLI), welcher am Südwestrand der Schwäbischen Alb bei Reutlingen liegt, 700-760m über N.N., mit 960mm Niederschlag (30-jähriger Durchschnitt) und 6,6°C mittlerer Jahrestemperatur. Die Bodenart wird dort als schluffiger/toniger Lehm eingestuft. Der OLI wird als pflanzenbaulicher Grenzstandort eingestuft. Im Jahr 2010 kam als dritte Umwelt der Standort Eckartsweier hinzu (Standortbeschreibung siehe oben).

Die Aussaat von Einkorn als Wintergetreide erfolgte in allen drei Jahren im Oktober des vorherigen Jahres. In HOH betrug die Parzellengröße 8m[2]. Am OLI betrug die Parzellengröße 7,5m[2]. In EKW betrug die Parzellengröße 5m[2]. Die Stickstoffdüngung (N) erfolgte in allen drei Jahren in Form von Ammonium-Nitrat-Harnstoff-Lösung. Die Stickstoffdüngung erfolgte im April nach Vegetationsbeginn zu dem EC-Stadium 21. Die zusätzliche Selendüngung wurde in allen drei Jahren Mitte bis Ende April zum EC- Stadium 30 verabreicht. Die Ernte erfolgte mit dem Parzellenmähdrescher.

3.2.3 Bestimmung des Korn-Selen-Gehaltes

Die geernteten Ähren wurden Heißluftgetrocknet. Die Qualitätsproben für die weiteren Untersuchungen wurden im Spelz entnommen und anschließend von Hand entspelzt. Die enthaltenen Körner wurden für die weiteren Untersuchungen vermahlen. Die Analyse von Selen in Pflanzen erfolgt mit Hydrid-AAS (VDLUFA, 2009, Band VII, Methode 2.2.2.4: Bestimmung von Selen in Futtermitteln mittels Fließinjektions­Hydrid-Atomabsorptionsspektrometrie).

3.3 Bestimmung der Bodenmerkmale

Die Entnahme der Bodenproben erfolgte in beiden Versuchen zu drei Terminen: zum Zeitpunkt der Aussaat, nach dem Ährenschieben und nach der Ernte. Es wurden 8 Proben pro Wiederholung in einer Tiefe von 0 bis 40cm genommen, die anschließend zu einer Mischprobe vereinigt wurden.

Die Bestimmung des pH-Wertes erfolgte mit einer Glaselektrode in einer Suspension von 10g Boden in 25ml 0,01M CaCl2-Lösung (Verhältnis Boden:Lösung 1:2,5) (VDLUFA, 1991, Band I, Methode 5.1.1: Bestimmung des pH-Wertes). Die Bestimmung von organisch gebundenem Kohlenstoff (C org) und Stickstoff (N gesamt) erfolgte nach DIN ISO 13878 Norm (Elementaranalyse, Elementaranalysator Vario EL, Fa. Elementar, Hanau). Die Extraktion von Cadmium im Boden (Cd gesamt) und von Selen (Se) erfolgte durch einen Königswasseraufschluss nach DIN ISO 11466 Norm (1997-06 Bodenbeschaffenheit - Extraktion in Königswasser löslicher Spurenelemente). Die Bestimmung des extrahierten Cadmiums (in Pflanzen und Boden) erfolgte nach DIN ISO 38406-29 Norm mittels Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-MS). Die Extraktion von löslichem Cadmium (Cd mobil) erfolgte durch Extraktion mit 1M Ammoniumnitrat (NH4NO3) -Lösung nach DIN ISO 19730 Norm (1997-06 Bodenbeschaffenheit - Extraktion von Spurenelementen mit Ammoniumnitratlösung). Die Bestimmung des extrahierten Cadmiums erfolgte mit ICP-MS. Die Bestimmung der Korngrößenverteilung erfolgte mittels einer Kombination von Sieb- und Sedimentationsverfahren nach DIN ISO 11277 Norm (VDLUFA, 2004, Methode C2.2.1: Texturanalyse des Feinbodens). Die Bestimmung des extrahierten Selens (in Pflanzen und Boden) erfolgt mit Hydrid-AAS.

[...]

Ende der Leseprobe aus 53 Seiten

Details

Titel
Genetische Variabilität von Mineralstoffgehalten bei Hartweizen und Einkorn in verschiedenen Umwelten
Hochschule
Universität Hohenheim  (Pflanzenzüchtung)
Note
1,3
Autor
Jahr
2012
Seiten
53
Katalognummer
V518370
ISBN (eBook)
9783346116673
ISBN (Buch)
9783346116680
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Durum, Hartweizen, Einkorn, Mineralstoffgehalte, Cadmium, Selen
Arbeit zitieren
Nadine Anders (Autor), 2012, Genetische Variabilität von Mineralstoffgehalten bei Hartweizen und Einkorn in verschiedenen Umwelten, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/518370

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