Verbesserung der Saatgutqualität bei der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum L.)

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1 VDLUFA-Schriftenreihe 68 Saatgut Verbesserung der Saatgutqualität bei der Durchwachsenen Silphie (Silphium perfoliatum L.) S. D. Trölenberg 1, M. Kruse 1, A. Jonitz 2 1 Universität Hohenheim, Stuttgart 2 LTZ Augustenberg, Karlsruhe 1. Einleitung Die Durchwachsene Silphie (S. perfoliatum) stammt ursprünglich aus den gemäßigten Breiten Nordamerikas (Conrad et al., 2012; Kowalski und Kedzia, 2007). Der Korbblütler erreicht eine Wuchshöhe von 2 bis 3 m. Die großen, gegenständigen, an den Blatträndern zusammengewachsenen Blätter formen einen Becher, daher wird sie auch Becherpflanze genannt. So können Tau und Regenwasser aufgefangen und das limitierte Wasser an trockenen Standorten besser genutzt werden. Die großen gelben Blüten dienen als Bienenweide und steigern den landschaftlichen Wert. Die Durchwachsene Silphie ist attraktiv für die Bioenergieproduktion. Ihr Potenzial als Alternative zu Mais ergibt sich aus vergleichbar hohen Biomasse- und Methanerträgen und so eröffnet sie die vielversprechende Möglichkeit, den zunehmenden großräumigen Maismonokulturlandschaften entgegenzuwirken und die Biodiversität im Bioenergiesektor zu erweitern. Die Durchwachsene Silphie besitzt zu alldem noch positive ackerbauliche Eigenschaften dank der perennierenden Anbaumöglichkeit und ihrer Anspruchslosigkeit an Standort und Anbau. Ein etablierter Bestand liefert über viele Jahre hinweg stabile Ernteerträge (Neumerkel und Märtin, 1982). Bei gutem Bestandesschluss gibt es kaum Probleme mit Verunkrautung, sodass ab dem zweiten Jahr der Aufwand zur Bestandespflege gering ist. Das Saatgut der Durchwachsenen Silphie erreicht nur geringe Feldaufgänge und gilt als dormant. Eine Aussaat ist zudem nicht empfehlenswert, da sich der Bestand schlecht etabliert und der Unkrautdruck im Pflanzjahr sehr hoch ist. Zudem ist das Saatgut nur in kleinen Mengen erhältlich und die Unkrautbekämpfung mit Pflanzenschutzmitteln nur mit einer Ausnahmegenehmigung möglich (Conrad et al., 2012; Biertümpfel, 2012). Die Bestandesetablierung erfolgt bislang überwiegend durch Auspflanzen von vorgezogenen Jungpflanzen. Aufgrund der teuren Jungpflanzenproduktion und der 1

2 Saatgut Kongressband 2012 hierdurch für den Landwirt sehr hohen Etablierungskosten ist der Anbauumfang der Durchwachsenen Silphie sehr gering und beschränkt sich auf den Versuchsanbau. Voraussetzung für einen großflächigen Anbau ist eine kostengünstige Bestandesetablierung. Hierfür müssen Saatgutqualitäten verfügbar sein, die einen vollständigen und raschen Feldaufgang gewährleisten. Deshalb wurden in dieser Arbeit Versuche durchgeführt, um in einem ersten Schritt den Dormanzmechanismus zu klären und eine Methode zur Dormanzbrechung zu finden. Insbesondere die Vorkühlung bei niedrigen konstanten und Wechsel-Temperaturen wurde hierbei geprüft. 2. Material und Methoden Das für die Versuchsdurchführung verwendete Saatgut der Durchwachsenen Silphie stammte aus den Jahren 2009 und 2011 von den Versuchsflächen der Außenstelle Forchheim des Landwirtschaftlichen Technologiezentrums LTZ Augustenberg. Die Keimfähigkeit und die Lebensfähigkeit wurden in Anlehnung an die ISTA-Vorschriften mit der Methode für Helianthus annuus (TP 20/30 C, keine Vorbehandlung) bestimmt, da zu dies er Art eine enge Verwandtschaft besteht. Um den Einfluss einer Vorkühlung bei konstanten und Wechsel- Temperaturen zu prüfen, wurde ein Temperaturgradiententisch verwendet. Dieser Gradiententisch besitzt eine quadratische Tischfläche mit 14 Spalten und 14 Zeilen von 5 mal 5 cm großen Zellen, somit insg. 196 Zellen. Wie in Abb. 1 dargestellt, lassen sich an zwei gegenüberliegenden Kanten dieser Tischfläche Temperaturen vorgeben. In der Tischfläche entsteht dann zwischen diesen Kanten ein linearer Temperaturgradient, durch den die Zellen ihrer jeweiligen Position entsprechend unterschiedliche Temperaturen haben. Bei Bedarf kann eine Zeitspanne programmiert werden, nach welcher sich der Gradient um 90 dreht. Für die Versuche wurde ein Temperaturgradient von 5 C bis 20 C gewählt, der im Rhythmus von 16 h / 8 h um 90 hin und zurück gedreht wurde. So ergibt sich, dank der unterschiedlichen zeitlichen Verteilung über 24 h, für jedes der 196 Fächer eine andere 2

3 VDLUFA-Schriftenreihe 68 Saatgut Temperaturkombination. Auf der Diagonale von links oben nach rechts unten in Abb. 1 ergeben sich Behandlungen mit konstanter Temperatur. Mit zunehmender Entfernung der Zellen von dieser Diagonale nehmen die Wechseltemperaturamplituden zu. Abb. 1: Temperaturgradienten auf dem Gradiententisch. Das linke Bild zeigt den Temperaturgradienten mit der kühlen Temperatur an der rechten und der warmen Temperatur an der linken Kante. Das rechte Bild zeigt den um 90 gedrehten Gradienten mit der kühlen Temperatur an der vorderen und der warmen Temperatur an der hinteren Kante (Abbildung: Kersten, 2010). Pro Zelle wurden zehn Samen auf Keimpapier ausgelegt, welches zuvor mit deionisiertem Wasser getränkt wurde. Das Saatgut wurde vor dem Auslegen in einer Mischung aus einem Teil Klorix und drei Teilen deionisiertem Wasser 5 min. lang oberflächlich desinfiziert, da Vorversuche starke Verpilzungen zeigten. Keimende Samen (Keimwurzel länger als 1 mm) wurden täglich entnommen und zahlenmäßig erfasst. Nach drei Wochen wurden die verbliebenen Samen aus den einzelnen Zellen entnommen, in Keimschalen umgebettet und in einen Keimschrank bei 20/30 C Wechseltemperatur gestellt. Nach zehn Tagen wurde das Saatgut nach den ISTA-Vorschriften (Kapitel 5) ausgewertet. Dieser Versuchsablauf wurde für das Saatgut der Jahre 2009 und 2011 getrennt durchgeführt. 3. Ergebnisse und Diskussion 3.1 Keimfähigkeitstest und Lebensfähigkeitstest Das Saatgut aus dem Jahr 2009 hatte eine Lebensfähigkeit von 91% und eine Keimfähigkeit ohne jegliche Vorbehandlung von 1%. Das Saatgut aus 2011 hatte Lebensfähigkeit von 94% und eine 3

4 Saatgut Kongressband 2012 Keimfähigkeit ohne jegliche Vorbehandlung von 3%. Diese Ergebnisse bestätigten die Vermutung, dass das Saatgut der Durchwachsenen Silphie dormant ist. 3.2 Saatgut 2011 Die Prozentanteile der während der Vorkühlungsphase auf dem Gradiententisch gekeimten Samen sind in Abb. 2 dargestellt. Bei konstanten Temperaturen auf der Diagonale von links oben nach rechts unten sind keine Samen gekeimt. Bei Wechseltemperaturen mit 16 h warmen Temperaturen und 8 h kühlen Temperaturen zeigten sich jedoch hohe Keimfähigkeiten. So keimten bei 8,5 C für 8 h kombiniert mit 16 h 20 C 80% des Saatguts. Aufgrun d dieses Ergebnisses kann bereits geschlossen werden, dass Saatgut von S. perfoliatum nicht dormant ist sondern einen besonders spezifischen Anspruch an die Keimtemperaturen hat. Abb. 2: Anteil [%] der während der dreiwöchigen Vorkühlungsphase gekeimten Samen, aufgetragen über den Temperaturgradienten von 5-20 C, welche 8 bzw. 16 h lang um 90 gedreht anlagen. Saatgut aus Nach der dreiwöchigen Vorkühlungsphase wurden die Samen bei 20/30 C Wechseltemperaturen eingekeimt und die Pro zentanteile der danach insgesamt gekeimten Samen sind in Abb. 3 dargestellt. Diese Ergebnisse zeigen in nahezu allen Kombinationen vollständige Keimung. Allein in Bereichen mit langen kühlen Temperaturen keimten bis zu 40% der Samen nicht und waren auch nach Ablauf der 4

5 VDLUFA-Schriftenreihe 68 Saatgut zehn Tage im Keimschrank noch frisch. Diese Ergebnisse bestätigen, dass Saatgut der Durchwachsenen Silphie nicht dormant ist, sondern ohne Vorbehandlung bei wärmedominierten Wechseltemperaturen mit großer Amplitude vollständig keimt. Werden diese Keimbedingungen nicht realisiert, ist eine Vorkühlung hilfreich, allerdings sollte die Temperatur während der Vorkühlung nicht unter 10 C liegen. Abb. 3: Anteil [%] der insgesamt gekeimten Samen aufgetragen über den Temperaturgradient von 5-20 C, welcher 8 bzw. 16 h lang um 90 gedreht anlag. Saatgut aus Saatgut 2009 Auch während der Vorkühlungsphase des Saatguts aus dem Jahr 2009 keimten bereits einige Samen (Abb. 4), insgesamt aber deutlich weniger als bei dem jüngeren Saatgut aus Die konstanten Temperaturen hatten auch bei dieser Partie keinen positiven Einfluss auf die Keimung. Im Gegenteil, auch hier keimte das Saatgut schneller bei Wechseltemperaturen mit hoher Temperaturamplitude. Der positive Effekt der Wechseltemperaturen konnte auf beiden Seiten der Diagonalen beobachtet werden und nicht wie bei dem Saatgut aus 2011 verstärkt auf der Seite mit einem höheren Anteil an warmen Temperaturen. 5

6 Saatgut Kongressband 2012 Bei der Auswertung der normal gekeimten Samen nach weiteren zehn Tagen im Keimschrank bei 20/30 C ergab sich d asselbe Bild. Auch hier hatten konstante Temperaturen und ein hoher Anteil an kühlen Temperaturen keinen positiven Einfluss auf den Anteil an normal gekeimten Samen. Betrachtet man den Anteil an insgesamt gekeimten Samen (Abb. 5) zeigen konstante Temperaturen während der Vorkühlung oder ein hoher Anteil an kühlen Temperaturen um 5 C keinen förderlichen Einfluss auf die Keimung. Insgesamt keimte das Saatgut aus dem Jahr 2009 nur zu 60-80% und damit schlechter als das Saatgut aus Im Saatgut aus 2009 wurden in allen Behandlungen weniger frische Samen beobachtet, dies lag aber an einem deutlich höheren Anteil an toten Samen. Abb. 4: Anteil [%] der während der dreiwöchigen Vorkühlungsphase gekeimten Samen aufgetragen über den Temperaturgradient von 5-20 C, welcher 8 bzw. 16 h lang um 9 0 gedreht anlag. Saatgut aus

7 VDLUFA-Schriftenreihe 68 Saatgut Abb. 5: Anteil [%] der insgesamt gekeimten Samen aufgetragen über den Temperaturgradient von 5-20 C, welcher 8 bzw. 16 h lang um 90 gedreht anlag. Saatgut aus Schlussfolgerung Die bisherigen Ergebnisse dieser Untersuchung betrachtet, kann festgehalten werden, dass bei S. perfoliatum keine Dormanz vorliegt. Für die Keimung der Durchwachsenen Silphie sind Wechseltemperaturen von Vorteil. Eine hohe Temperaturamplitude wie 8/20 C verhilft bei nicht überlagertem Saatgut zur Keimung nahezu aller lebensfähigen Samen binnen 3 Wochen. 5. Danksagung An dieser Stelle möchte ich mich ganz herzlich bei dem Landwirtschaftlichen Technologiezentrum LTZ Augustenberg, der Außenstelle Forchheim und deren Mitarbeiter für die Unterstützung und die Bereitstellung des Saatguts bedanken. 6. Literatur Biertümpfel, A., 2012: Anbautelegramm Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.). (abgerufen am ). 7

8 Saatgut Kongressband 2012 Conrad, M., Biertümpfel, A., Vetter, A., 2012: Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) von der Futterpflanze zum Koferment. (abgerufen am ). Kersten, S., 2010: Bestimmung der optimalen Keimtemperaturen von Akelei (Aquilegia vulgaris L.) und Schlüsselblume (Primula veris L.) mittels eines Gradiententisches. Bachelorarbeit, Universität Hohenheim. Kowalski, R., Kedzia, B., 2007: Antibacterial Activity of Silphium perfoliatum Extracts. Pharmaceutical Biology 45, Neumerkel, W., Märtin, B,. 1982: Die Durchwachsene Silphie (Silphium perfoliatum L.) eine neue Futterpflanze. Arch. Acker- und Pflanzenbau und Bodenkd. 26,