Verbesserung der N-Aufnahme und Verwertungseffizienz von Winterraps

Transkript

1 Verbesserung der N-Aufnahme und Verwertungseffizienz von Winterraps FNR-Kongress "Mit Pflanzenzüchtung zum Erfolg 09. September Berlin Quelle: eigene Aufnahme

2 Warum N-Effizienz? Notwendigkeit der N-Düngung N als essentieller Baustein der Aminosäuren N-Düngung ist notwendig für die Erreichung hoher Erträge und Deckung der Rohstoffnachfrage. Sicherung der landwirtschaftlichen Produktivität. Pflanzenproduktion Wunsch nach einer reduzierten N-Düngung Verringerung der Nitrateinträge in Gewässer gasförmiger Stickoxid- und Ammoniakverluste der CO 2 -Emissionen aus externen Energiebedarf (Haber-Bosch-Prozess). der Kosten für Düngemaßnahmen. Nutzung genetischer Ressourcen durch die Züchtung zur Erstellung N-effizienterer Sorten Verbesserung 2 der N-Effizienz von Winterraps

3 Mitscherlich-Gefäßversuch 30 genetisch sehr diverse Genotypen - ältere Linien - Resynthesen - jüngeres Zuchtmaterial 3 Düngestufen 2 Erntezeitpunkte - Blüte (BBCH 67-69) - Kornreife 2 Wiederholungen Quelle: eigene Aufnahme N1 0,75 g N Gefäß N2 1,5 g N Gefäß N3 2,25 g N Gefäß 3

4 Mitscherlich-Gefäßversuch Biomasseernte (jeweils zu BBCH 67-69) Separierung in Blatt, Stängel und Blüten/Schoten Trocknung & Gewichtsbestimmung Vermahlen & N-Analyse mittels Dumas-Methode Kornernte Separierung in Stängel, Schotenwände, Korn Jeweils Gewichtsbestimmung NIRS-Messungen des Ernteguts N-Analytik der Restpflanze 4

5 N1 N3 N-Masse [g Gefäß-1] Blatt N1 N3 Stängel N1 N3 Blüte/Schoten 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Biomasse bei N 3 [g] N-Konzentration [%] N-Gehalte in Pflanzensegmenten R² = 0, Biomasse bei N1 [g] N1 N3 Blatt N1 N3 Stängel N1 N3 Blüte/Schoten 5

6 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Blattstickstoff bei N 3 [g] Stängelstickstoff bei N 3 [g] Genotyp-N-Wechselwirkung R² = 0,4455 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 Blüten- und Schotenstickstoff bei N 3 [g] Stängelstickstoff bei N1 [g] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 R² = 0,3735 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 Blattstickstoff bei N1 [g] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 R² = 0,6733 0,1 0,0 0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 Blüten- und Schotenstickstoff bei N1 [g] 6

7 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Blattstickstoff bei N 3 [g] Stängelstickstoff bei N 3 [g] Genotyp-N-Wechselwirkung R² = 0,4455 0,00 0,10 0,20 0,30 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,40 R² = 0,3735 0,00 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 R² = 0,6733 0,1 0,0 0,00 0,10 0,20 0,30 Blüten- und Schotenstickstoff bei N1 [g] 0,20 0,30 0,40 Blattstickstoff bei N1 [g] 0,40 Biomassegesamtstickstoff bei N 3 [g] Blüten- und Schotenstickstoff bei N 3 [g] Stängelstickstoff bei N1 [g] 0,10 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 R² = 0,1522 1,5 0,50 0,60 0,70 0,80 Biomassegesamtstickstoff bei N1 [g] 7

8 Aufnahme- & Verwertungs-Effiz. N-Aufnahmeeffizienz (NupE) N in Biomasse zur Blüte [g] N gedüngt [g] x N-VerwertungsEffizienz (NutE) Kornertrag [g] N in Biomasse zur Blüte [g] N (gesamt) nutzungseffizienz (NUE) = Kornertrag [g] N gedüngt [g] 8

9 Aufnahme- & Verwertungs-Effiz. x N-Verwertungseffizienz [g Kornertrag (g N in Biomasse)-1] N in Biomasse zur Blüte [g] N gedüngt [g] 43 N-VerwertungsEffizienz (NutE) Kornertrag [g] N in Biomasse zur Blüte [g] N R² = 0, ,7 0,8 0,9 1 N-Aufnahmeeffizienz [g N in Biomasse (g N gedüngt)-1] N-Verwertungseffizienz [g Kornertrag (g N in Biomasse)-1] N-Aufnahmeeffizienz (NupE) N (gesamt) nutzungseffizienz (NUE) = Kornertrag [g] N gedüngt [g] R² = 0, N ,7 0,8 0,9 1 N-Aufnahmeeffizienz [g N in Biomasse (g N gedüngt)-1] 9

10 Aufnahme- & Verwertungs-Effiz. x N-Verwertungseffizienz [g Kornertrag (g N in Biomasse)-1] N in Biomasse zur Blüte [g] N gedüngt [g] 43 N-VerwertungsEffizienz (NutE) Kornertrag [g] N in Biomasse zur Blüte [g] N R² = 0, ,7 0,8 0,9 1 N-Aufnahmeeffizienz [g N in Biomasse (g N gedüngt)-1] N-Verwertungseffizienz [g Kornertrag (g N in Biomasse)-1] N-Aufnahmeeffizienz (NupE) N (gesamt) nutzungseffizienz (NUE) = Kornertrag [g] N gedüngt [g] R² = 0, N ,7 0,8 0,9 1 N-Aufnahmeeffizienz [g N in Biomasse (g N gedüngt)-1] Winterraps (Brassica napus L.) besitzt eine große genetische Diversität für N-Aufnahme und N-Verwertungseffizienz! Beide scheinen unabhängig voneinander vererbt zu sein. 10

11 Sorten Aragon vs. Madrigal Aragon Stickstoffmenge Gefäß-1 [g] N1 Madrigal N2 N3 2,5 N2 55,1% N3 59,7% 2 75% 91% 1,5 61% 1 80% 0,5 Düngung 0 Aragon Madrigal N1 N1 Aragon Madrigal N3 Biom-N BBCH67-69 Korn-N 11

12 Quelle: eigene Aufnahme 12

13 Container-Versuche Versuchsaufbau: 120 Container, gefüllt mit 130 kg Boden/Sand (1:1) 30 Genotypen 2 N-Stufen 2 WDH Herbstdüngung: 35 kg N ha-1 (als Äquivalent) Makro- & Mikronährstoffe Frühjahrsdüngung (als Äquivalent) N1: 40 kg N ha-1 N2: 200 kg N ha- 1 (2 x 100 kg N ha-1 ) 13

14 Variation für Wurzelmerkmale 14

15 Variation für Wurzellänge 44 cm Sorte 3 Sorte 1 Sorte 4 89 cm Sorte 2 15

16 Variation für Wurzelmorphologie Sorte Expert Sorte Groß Lüsewitzer 16

17 Anteile der Wurzelmasse Genie Groß Lüsewitzer Sherpa Madrigal 17

18 Anteile der Wurzelmasse Genie Groß Lüsewitzer Sherpa Madrigal 18

19 Anteile der Wurzelmasse Genie Groß Lüsewitzer Zusammensetzung der Wurzelmasse [%] Sherpa Feinwurzeln Seitenwurzeln Madrigal Pfahlwurzel 19

20 0 Jupiter Resyn Darmor Cobra MSL007 Res Gö S4 Expert Pirola Wotan Genotypen Groß Madrigal Beluga Markus Rapid Aragon Librador Dippes Libritta Start Skziverskij Pacific Vivol Kromerska Savannah Canberra Alaska 100 Major 120 Mestnij 140 Olimpiade Oase x Wurzelbiomasse [g Container -1] Reaktion auf N-Düngung Low N fertilization High N fertilization

21 Ertrag, Wurzel, Ernteindex (HI) 450 0, , ,4 0,35 0, , , , ,1 50 0, Schotenwände Stängel Kornertrag HI Wurzelgewicht -10 Wurzelgewicht [g] HI Gewicht [g] Genotypen R2 für oberirdische Biomasse* zu Wurzelbiomasse: N1: 0,558 N2: 0,245 *(ohne Kornertrag) 21

22 Zuchtfortschritt erhöht NUE Ölertrag Nebentriebe 10 Haupttrieb 5 0 Sorte A Zulassungsjahr: (1989) Sorte B (1993) Sorte C (2010) Sorte D (2011) Ölertrag pro Pflanze [g] Kornertrag pro Pflanze [g] Kornertrag Zulassungsjahr: Nebentriebe Haupttrieb Sorte A (1989) Sorte B (1993) Sorte C (2010) Sorte D (2011) + 45% Der Anbau moderner Sorten führt zu einer deutlich höheren Nutzung des gedüngten Stickstoffs. Daten beziehen sich auf jeweils zwei wiederholte Container (n=2) á 7 Pflanzen und sind auf 9% Kornfeuchte normalisiert. 22

23 und wie geht s weiter? Quelle: eigene Aufnahme 23

24 Heterozygotieprofile für NUE Genotypisierung 10 Liniensorten 20 Hybridsorten 40 Hybrideltern mittels 60k SNP Chip Hybridvater - Hybridmutter Quelle: X Hybridsorte 24

25 Heterozygotieprofile für NUE Genotypisierung 10 Liniensorten 20 Hybridsorten 40 Hybrideltern mittels 60k SNP Chip Phänotypisierung Hybridvater - Hybridmutter Ertrag bei reduzierter NVerwertungsEffizienz Harvestindex Düngung X Quelle: Schotenzahl Hybridsorte TKG Seitentriebe Blühzeitpkt Samenqualität Chlorophyllgehalt N- Translokation Seneszenz N-Aufnahmeeffizienz Wurzelmasse -länge Feinwurzelanteil 25

26 Zusammenfassung Winterraps (Brassica napus L.) besitzt eine große genetische Diversität für N-Aufnahme und N-Verwertungseffizienz. Beide scheinen unabhängig voneinander vererbt zu sein. Innerhalb des Genpools von Winterraps ist eine erhebliche Diversität für Wurzelmerkmale zu finden. Ihre Bedeutung für die N-Aufnahme muss weiter untersucht werden. Der Anbau moderner Sorten führt zu einer deutlich höheren Nutzung des gedüngten Stickstoffs. Ein vertieftes Wissen und die Nutzung von Heterosis durch Hybridsorten bietet das Potential zur Steigerung der Stickstoffnutzungseffizienz. 26

27 Vielen Dank Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) Projektpartner GFP Prof. Dr. Rod Snowdon Prof. Dr. Dr. h.c. Wolfgang Friedt Dr. Benjamin Wittkop Masterstudenten: o David Stiller o Salman Arif o Derek Wright Razvan Atodiresei Murat Multucan (Praktikant Uni Iasi) (Praktikant Uni Izmir) Allen Mitarbeitern des Instituts für Pflanzenzüchtung der Versuchsstation in Rauischholzhausen des Phytotrons in Rauischholzhausen Kooperationspartner Universität Göttingen Prof. Dr. Heiko Becker Julia Rudloff für Ihre Aufmerksamkeit 27