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Verbesserung der Ertragsstabilität bei Winterweizensorten unter Umweltstressbedingungen

Zusammenfassung
Im Rahmen des Projektes WHEAT STRESS sollte die genetische Variation hinsichtlich abiotischer Stresstoleranz in europäischem Winterweizen-Zuchtmaterial untersucht werden. Forschungsziele waren die Identifizierung trockenstresstoleranter Genotypen, das Bestimmen wichtiger Eigenschaften von trocken- und hitzetoleranten Pflanzen, die Entwicklung bzw. Identifizierung von Screening-Techniken für die großflächige Anwendung im Zuchtgarten sowie die Entwicklung molekularer Marker für die markergestützte Selektion.
Obwohl das Projekt mit 28 geplanten Versuchen in unterschiedlichsten Regionen vergleichsweise gute Aussichten auf das Auftreten von Trockenstress hatte, waren die Wetterbedingungen in den beiden Jahren nicht wie erhofft. 2010 war eines der nassesten Jahre seit Jahrzehnten, es gab nur 2 Standorte, an denen Trockenstress auftrat. Das Jahr 2011 war günstiger, aber hier trat der Trockenstress an den 10 Standorten in unterschiedlichen Stärken und zu unterschiedlichen Entwicklungsstadien des Weizens auf.
Eine Analyse der Ertrages über die 10 trockenen Standorte ergab, dass im Mittel die Sorten in der Rangfolge Hyland, JB Asano, Midas, Brilliant und Hybred die fünf ertragreichsten waren. Dieses Ergebnis deckt sich zu 100% mit dem Gesamtmittel über alle 29 Standorte, jedoch mit einer geringfügigen Änderung der Rangfolge. Damit sind die beiden Hybridsorten Hybred und Hyland sowie JB Asano im Mittel die ertragsstabilsten des Sortiments. Länderspezifisch gab es jedoch Unterschiede, es gehörten immer auch »eigene«, vor Ort und an Bodenverhältnisse angepasste, gezüchtete Sorten zu den Besten. Jedoch wurde auch deutlich, dass vor allem Stabilitätspotenzial in »fremden« Sorten vorhanden ist, welches ausgenutzt werden sollte.
Unter Trockenstress zeigten im Mittel die Sorten in der Rangfolge Tacitus, Hybred, Premio, JB Asano und GK Feny den höchsten Chlorophyllgehalt zum selben Boniturtermin. Es wurde festgestellt, dass die ertragsmäßig besten und stabilsten des Sortiments unter trockenen Bedingungen einen deutlich höheren Chlorophyllgehalt aufweisen als die anderen Sorten. Obwohl die Sorten Komarom, Element, Exklusiv und GK Bekes, die sich durch einen geringen Chlorophyllgehalt auszeichnen und unter Trockenstress geringe Erträge bringen, weist ein hoher Chlorophyllgehalt nicht zwangsläufig auf hohes Ertragspotential hin. Es konnte auch gezeigt werden, dass der höhere Chlorophyllgehalt bestimmter Sorten nicht immer die Folge späteren Ährenschiebens ist. Sowohl in Gewächshaus- als auch in zahlreichen Feldversuchen wurden ohne Ausnahme sehr hohe Korrelationen zwischen Fahnenblattseneszenz (FBS) und Chlorophyllgehalt festgestellt, was eine Gleichwertigkeit der Methoden impliziert. Die Korrelation von Ertrag und FBS und von Ertrag und Chlorophyllgehalt war stets sehr hoch. Das heißt, wenn eine echte Beziehung zwischen Ertragspotential und dem Chlorophyllgehalt vorliegt, können auch hier beide Methoden als gleichwertig eingeschätzt werden.
Die Dauer der Kornfüllphase reduzierte sich bei den verschiedenen Genotypen unter Trockenstress um 2.5 bis 7 Tage. Dabei waren die Sorten Hybred, Robigus und JB Asano, welche zu den 5 ertragreichsten und ertragsstabilsten gehören, am wenigsten von einer Verkürzung der Kornfüllphase betroffen. Aber auch Brilliant, der zu den besten 30% der untersuchten Sorten gehört, profitiert von einer längeren Kornfüllphase unter Trockenstress.
Drei Screeningtechniken wurden in den Feld- und Gewächshausversuchen verwendet und anschließend analysiert. Fasst man die Ergebnisse der Messungen physiologischer Parameter zusammen, waren die verwendeten Geräte zur Bestimmung der stomatären Leitfähigkeit und des osmotischen Potentials im Fahnenblatt in den Gewächshaus- und Feldversuchen nicht geeignet. Die Messung des Chlorophyllgehaltes in Fahnenblättern war über alle Versuche gut reproduzierbar, wenig aufwendig und kostengünstig. Sie stellt eine echte Alternative zur Bonitur der FBS dar und kann leicht im Zuchtgarten angewendet werden.
Die Identifizierung bzw. Entwicklung molekularer Marker für die markergestützte Selektion auf bestimmte Merkmale basiert auf den Ergebnissen einer Marker-Merkmals-Assoziation. Diese war zu Projektende noch nicht abgeschlossen, die Ergebnisse werden jedoch auf der GFP-Tagung 2012 präsentiert werden.
Mithilfe einer DH-Population konnten QTLs für die Merkmale Tausendkorngewicht, FBS und Chlorophyllgehalt unter Trockenstress identifiziert werden. Ein weiterer QTL für die Zeitspanne zwischen Ährenschieben und physiologischer Gelbreife sowie QTLs für die o.g. Merkmale wurden für die normal-bewässerte Variante detektiert. Ein QTL für FBS wurde auf Chromosom 7AS identifiziert und ist mit dem Kandidaten-Gen 6-SFT assoziiert, welches in unserer Population kartiert werden konnte. Die Chromosom 7A-spezifische Sequenz von 6-SFT mit einer Größe von max. 3216 bp konnte in allen  25 Sorten erfolgreich amplifiziert werden.  Dabei wurden drei unterschiedliche Allele identifiziert, die sich aus den 129 identifizierten SNPs und 23 Indels ableiten ließen. Eine weitere Kopie von 6-SFT konnte auf Chromosom 7D identifiziert werden. Aufgrund weiterer, bekannter QTLs für Chlorophyllgehalt und osmotische Anpassung auf Chromosom 7AS wird dieses als ein potentieller Kandidat für einen wirklichen Trockenstress-QTL gesehen, was in zukünftigen Arbeiten bestätigt werden muss.
Der ausführliche Gesamtbericht kann über die GFP-Geschäftsstelle bezogen werden: gfp(at)bdp-online.de
Förderhinweis:
Das IGF-Vorhaben 18 EN der Forschungsvereinigung GFP e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages gefördert.

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