Weizenzüchtung für den ökologischen Landbau BreedingFor Organic Agriculture - Die BFOA -Strategie

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1 Weizenzüchtung für den ökologischen Landbau BreedingFor Organic Agriculture - Die BFOA -Strategie Franziska Löschenberger Saatzucht Donau GmbH&CoKG Probstdorf, Austria

2 Weizenzüchtung für den Ökolandbau (BFOA) Inhalt: Getreide Saatzucht Donau wer wir sind Rolle des Öko-Getreidesektors in Österreich Öko-VCU-Test) Konventionelle - ökologische Zuchtziele Züchtungsmethoden für den ökologischen Landbau Ausblick

3 Gesellschafter bei Saatzucht Donau 100% österreichisches Unternehmen: 50% Saatbau Linz (Landwirtschaftliche Genossenschaft zur Saatgutvermehrung) 50% Probstdorfer Saatzucht (Unternehmen im Familienbesitz) Mauthner-Bio Schwesterunternehmen von Probstdorfer Saatzucht

4 Saatzucht Donau - Zuchtstationen und Selektionsstandorte für Ökolandbau (Dörfles und Thening) Thening Dörfles

5 Anbaufläche für Biogetreide in Österreich (ha) Biogetreide Insgesamt Winterweizen Roggen Triticale, Gerste, Dinkel, Hafer

6 Rolle des Biosektors in Österreich Prozentanteil BIO in Österreich 2013 ha Gesamt Österreich ha Bio % Bio Winterweizen ,8 Winterroggen ,7 Mais ,8 Wintertriticale ,4 Dinkelweizen ,5 Sommerhafer ,9 Soja ,2 Ackerbohnen ,5 Sommergerste ,6 Wintergerste ,8 Sonnenblume ,6 Winter-und Sommerdurumweizen ,7 Raps ,2 Gesamtanbaufläche - 13,4% Bio

7 VCU (Value for Cultivation and Use)- ökologische Wertprüfung für Anbau und Nutzung = Offizieller Öko-Test- Auswirkung auf die Züchtung für den Ökolandbau 2002 wurde in Österreich ein ausschließlich Öko VCU-Test bei Winterweizen und Sommergerste eingeführt Nationale Liste der registrierten Sorten: Hinweis 4) speziell unter Ökobedingungen getestet WICHTIG Registrierung erlaubt die Vermarktung in allen EU-Ländern Wintergerste, -roggen, -triticale; Sommerhafer, -weizen: Zusätzliche Teststandorte für Öko-VCU neben konventionellen VCU

8 Beschreibende Sortenliste Österreich Sorte Züchtungsland Pflanzenhöhe K=Kolbensorte Winter schaden Keimung Registrierungsjahr G=Grannensorte Lagerung Bitop, A 4) 1996 G Donnato, A 4) 1998 G Gregorius, A 4)7) 2013 G Peppino, A 4) 2008 G Pireneo, A 4) 2004 G Stefanus, A 4) 2005 G Tobias, A 4) 2011 G Ekolog, A 4) 2011 G Eriwan, A 4) 2006 K ,5 Indigo, GB 4)5)6) 2006 K Rosso, A 4)6)7) 2011 K Skorpion, CZ 4)9) 2011 K ) ausschließlich unter Ökobedingungen getestet 5) als Winterweizen registriert, auch für Frühjahrsaussat geeignet ( Alternativweizen ) 12 Sorten Winterweizen sind 2014 in Österreich gelistet und alle nach ökologischen VCU-Tests zugelassen In Österreich - integrierte Tests von Kandidaten und den wichtigsten zugelassenen Sorten Einige konventionell zugelassene Sorten werden bei ökologischen VCU einbezogen 6) violetter Weizen (hoher Anthocyangehalt in der Fruchtwand) 7) Erhaltungssorte 8) gelber Weizen (erhöhter Gehalt an Gelbpigmenten im Nährgewebe) 9) blauer Weizen (hoher Anthocyangehal in der Aleuronschicht)

9 Die am weitesten verbreiteten Getreidesorten beim Ökolandbau in Österreich (Saatgutzertifizierungsflächen 2012) Der konventionelle Winterweizen CAPO wird noch auf einem Drittel der Ökoanbaufläche in Österreich gepflanzt!

10 Beschreibende Sortenliste Österreich 2014 Zugelassen nach Öko-VCU = x - x - - x - - x - x x x - x x

11 VCU-Tests in Österreich 2002 bis 2014 Anzahl der SZ Donau Anzahl der Winterweizengenotypen bei Öko- Versuchseinträge SZ Jahr Edelhof % Andere % (plus PS+SL) % ,

12 3 Wege zu einer Weizensorte für den Ökoanbau 1) Standard bis Jahr ) BFOA Züchtungsprogramm Anzahl der Genotypen 3) zertifizierte Ökozüchtung Aspekte zur Auswahl der Elternlinien Zuchtstand ort F1 - F5 Selektions parameter Konv. Konv./Öko 300 Öko Konv. Konv. Öko Konv. Konv./Öko Öko Forschungsprojekte, z.b. Nationale Projekte und Solibam Test F6 Konv. Öko 300 Öko Test F7 Konv. Öko 50 Öko Offizieller VCU F8-F10 Konv. Öko 3-5 Öko Registrierungen Konv. Öko 0-3 Öko Jahre der Ökoselektion vor Registrierung Kosten pro Sorte für Öko Erforderliche Gebühren pro Sorte in Tonnen ca ca Probleme können auftreten für Anpassung an Öko Rentabilität Ökodivesität

13 Saatzucht Donau 13 Jahre Öko-Feldversuche Anzahl der Versuchsreihen: Nationalprojekte Österreich EU - SOLIBAM Projekt Sommerdurum Winterdurum Sommergerste Winterweizen

14 Züchtung für den Ökolandbau: Unterschiede zur konventionellen Züchtung Eigenschaften, die sowohl bei konventioneller als auch ökologischer Züchtung auftreten: jedoch mit unterschiedlichem Gewicht bei der Auswahl Krankheitsresistenz: z.b. Mehltau, Qualität: Proteingehalt Spezifische Eigenschaften für den Ökolandbau Schaffung neuer Parameter und weitere Selektionsbemühungen: z.b. Fähigkeit zur Beikrautunterdrückung Nährstoffeffizienz Resistenz gegen saatgutübertragbare Krankheiten Kornfäule und Getreidebrand Ertrag und Qualität unter Ökobedingungen Stickstoffdynamik sehr unterschiedlich!

15 Zusätzliche Eigenschaften im Ökolandbau Bestockungsfähigkeit Regenerationsfähigkeit nach dem Eggen Bodenbedeckung Frühe Robustheit im Frühjahr Rapide Nahrungsaufnahme Rapide Bodenbedeckung Fähigkeit zur Beikrautunterdrückung Größere Genotypen Gute Fähigkeit zur Bodenbeschattung Hohe Wettbewerbsfähigkeit Nährstoffeffizienz Gemessen am Proteinertrag Löschenberger et al (2008) Euphytica 163:

16 BFOA Indirekte und Direkte Selektion Indirekte Selektion kann effizienter als direkte Selektion sein, wenn das indirekte Charakteristikum mit der Endeigenschaft hoch korreliert ist und eine höhere Heritabilität als die Zieleigenschaft hat Eine höhere Korrelation zur Zieleigenschaft kann erreicht werden durch Wahl der relevantesten Charakteristika in der jeweiligen Umgebung oder durch Kombination mehrerer Charakteristika Grössere Heritabilitätsmessung kann erreicht werden durch Wahl einer angemessenen Umgebung mit guter Differenzierung Verbesserung der Genauigkeit von Experiment/Ergebnissen mit allen Mitteln

17 BFOA Indirekte and Direkte Selektion Prinzip - Indirekte Selektion für Ertrag: Selektion für ein Merkmal, das zum Ertrag hoch korreliert ist: Ist die Heritabilität dieses Merkmals merklich höher als die Heritabilität für den Ertrag an sich indirekte Selektion effektiver als direkte Selektion z.b. Krankheitsresistenz Zeit der Ährenschiebung Winterhärte häufig einschränkende Charakteristika in der jeweiligen Umgebung Konventionelle extensive Anbauversuche können als indirekte Selektionsumgebungen für Ökoanbau betrachtet werden Häufig resultieren konventionelle Versuche in höheren Heritabilitätsmessungen für Ertrag aufgrund von weniger negativen Auswirkungen (z.b. bei Öko teilweise mit Beikraut...) Kombination von indirekter and direkter Selektion: Selektion für Eigenschaften, die hoch korreliert sind zum Ertrag bei konventionellem und ökologischem Anbau

18 Hoch korrelierte Eigenschaften zwischen konventionell und ökologisch Oberforster u.a. - Beschreibende Sortenliste Österreich: Lagerung, Mehltau, Braunrost, Septoria nodorum

19 36 Umgebungen - Durchschnittsertrag kg/ha Öko (n=13) ohne Input (n=6) N0 Extensiv (n=7) unbehandelt Intensiv (n=10) N

20 EU -COST 860 -SUSVAR Ringtest Umgebungen - Durchschnittsertrag kg/ha Ergebnis: Zwischen Ländern bestehen größere Unterschiede als zwischen den Systemen ökologisch oder konventionell

21 Relative Selektionseffizienz für Ertrag und Proteinertrag: berechnet nach Weber u. a. (2012) ) rel SE = rg * (H1/H2) 1/2 n Länder (Versuche; Jahre) Heritab ilität rp, genotypische korr. rg, genotypische korr. rel. SE Ertrag H Hoch Niedrig NO ORG Hoch Hoch 10 Niedri g NO ORG Hoch LOW NO ORG AT(3;3) CH(2;2) FR(1;1) RO (4;3) 0,85 1,00 0,30 0,70 0,39 1,18 0,35 1,14 0,55 1,00 0,36 1,39 0,64 <TARGET H2 Niedrig 7 CH(2;2) FR(5;3) 0,83 0,30 1,00 0,28 0,77 0,35 1,20 0,47 1,08 0,35 1,00 0,65 1,17 NO 6 CH(2;2) RO(4;3) 0,44 0,70 0,28 1,00 0,38 1,14 0,47 2,27 0,74 0,72 0,34 1,00 0,63 ORG 13 AT(3;3) FR(7;3) RO(3;3) 0,61 0,39 0,77 0,38 1,00 0,55 1,08 0,74 1,64 0,46 0,86 0,87 1,00 Heritab n Länder (Versuche; Jahre) ilität rp, genotypische korr. rg, genotypische korr. rel. SE Niedri PYLD H Hoch Niedrig NO ORG Hoch g NO ORG Hoch Niedrig NO ORG Hoch 10 AT(3;3) CH(2;2) FR(1;1) RO (4;3) 0,72 1,00 0,18 0,57 0,45 1,40 0,25 1,24 0,67 1,00 0,34 1,55 0,73 Niedrig 7 CH(2;2) FR(5;3) 0,40 0,18 1,00 0,14 0,71 0,34 1,87 0,40 1,43 0,25 1,00 0,46 0,81 NO 6 CH(2;2) RO(4;3) 0,30 0,57 0,14 1,00 0,18 1,24 0,29 3,35 0,42 0,65 0,26 1,00 0,29 ORG 13 AT(2;2) FR(7;3) RO(3;3) 0,61 0,45 0,71 0,18 1,00 0,67 1,07 0,42 1,63 0,62 1,24 0,60 1,00 ^TEST H1 <TARGET H2

22 Relative Selektionseffizienz für Ertrag und Proteinertrag: berechnet nach Weber u. a. (2012) ) rel SE = rg * (H1/H2) 1/2 n Länder (n) Herita bilität rp, phenotypische korr. rg, genotypische korr. rel. SE YLD H N N0 N N0 N N0 <TARGET H2 N 17 AT(3) CH(4) FR(5) RO(4) 0,86 1,00 0,79 1,16 1,04 1,00 1,14 N0 19 AT(3) CH(2) FR(7) RO(7) 0,67 0,79 1,00 1,04 1,50 0,88 1,00 ^TEST H1 n Länder (n) Herita bilität rp, phenotypische korr. rg, genotypische korr. rel. SE PYLD H N N0 N N0 N N0 <TARGET H2 N 17 AT(3) CH(4) FR(5) RO(4) 0,68 1,00 0,79 1,48 1,26 1,00 1,08 N0 17 AT(2) CH(2) FR(6) RO(7) 0,58 0,79 1,00 1,26 1,73 0,92 1,00 ^TEST H1

23 n System (Versuche; Jahre) Herita bilität rp, phenotypische Korr. rg, phenotypische Korr. rel. SE YLD H AT CH FR RO AT CH FR RO AT CH FR RO AT 6 ORG(3;3) HI(3;3) 0,59 1,00 0,65 0,22 0,73 1,69 0,97 0,30 1,04 1,00 0,87 0,25 0,84 CH 6 NI(2;2) LI (2;2) HI(2;2) 0,74 0,65 1,00 0,59 0,27 0,97 1,34 0,73 0,34 1,09 1,00 0,68 0,32 FR 13 ORG(7;3) LI(6;3) 0,87 0,22 0,59 1,00-0,01 0,30 0,73 1,15-0,01 0,37 0,79 1,00-0,01 RO 11 ORG(3;3) LI(4;3) HI(4;3) 0,84 0,73 0,27-0,01 1,00 1,04 0,34-0,01 1,19 1,19 0,36-0,01 1,00 ^TEST H1 Relative Selektionseffizienz für Ertrag und Proteinertrag: 4 Länder rel SE = rg * (H1/H2) 1/2 (Weber u. a. (2012) <TARGET H2 n Länder (n) Herita bilität rp, phenotypische Korr. rg, phenotypische Korr. rel. SE PYLD H AT CH FR RO AT CH FR RO AT CH FR RO <TARGET H2 AT 5 ORG(2;2) HI(3;3) 0,47 1,00 0,15-0,05 0,37 2,11 0,26-0,08 0,62 1,00 0,22-0,07 0,50 CH 6 NI(2;2) LI (2;2) HI(2;2) 0,66 0,15 1,00 0,33 0,29 0,26 1,52 0,45 0,42 0,31 1,00 0,41 0,39 FR 12 ORG(6;3) LI(6;3) 0,79-0,05 0,33 1,00 0,14-0,08 0,45 1,27 0,19-0,11 0,50 1,00 0,20 RO 11 ORG(3;3) LI(4;3) HI(4;3) 0,73 0,37 0,29 0,14 1,00 0,62 0,42 0,19 1,37 0,77 0,44 0,18 1,00

24 Ringtest : Phänotypische Korrelationen Zeit des Ährenschiebens, Pflanzenhöhe, Resistenzmerkmale -YLD n= 14 Genotypen Getreideertrag Proteingehalt Proteinertrag

25 Ringtest : Phänotypische Korrelationen Ökomerkmale YLD Eingereicht von Löschenberger u. a. an Euphytica Dez 2013 n= 14 Genotypen Getreideertrag Proteingehalt Proteinertrag BED (EC Status) = Bodenbedeckung; WUFO= gewohnheitsmässiges Pflanzenwachstum BLH (EC) =Blattneigung;

26 1. Year Winter F1 Cross SAATZUCHT DONAU Breeding scheme for organic winter wheat at Probstdorf Zuchtschema für Bio-Winterweizen in Probstdorf A x B Öko Eltern Organic werden parents in Kreuzungen are used in verwendet crosses Especially Spezielle Kreuzungen crosses for für high hohe baking Bio-Backqualität quality in organic Hybrid generation Hybridgeneration in Chile oder im Gewächshaus zum Rückoder in Chile or in the greenhouse for back- or further crossing Weiterkreuzen 2. Year 3. Jahr 4. Year 5. Year F2 F3 F4 F5 afternach vernalisation Vernalisation planted Pflanzung to field no aufs selection Feld-keine Selektion Einzelkornaussaat Single Seed Sowing approx single plants per Cross ca Einzelpflanzen pro Kreuzung Selektion Selection der of besten the best Hauptähren, main ears, Korngrößenauswahl grain selection Standard Ährenreihen: Anpeilen zusätzlicher Eigenschaften für ÖL: z.b. früher Pflanzenwuchs; Selektion größere Typen werden weitergegeben für den Fall dass die jeweilige Kreuzung zur Erwartung guter Qualität führt; Analyse: Kornerscheinungsbild, Eiweißgehalt, Sedimentation und Fallzahl Small Kleine plots standardisierte with standards Anbauflächen on 3 locations an drei Orten Scores: Ziele: Bestockungsfähigkeit, Tillering capacity, disease Krankheitsresistenz, resistance, frühes Wachstum, Lodging Wuchsform, resistance, speziell early sichtbare vigorous Eigenschaften; growth, growth bei Ernte: habit, Kornnote any special und detaillierte visible characters; Qualitätsanalyse 1 location harvested: grain score, detailed quality analysis

27 Harvested Grains Ears Erster Feldversuch Bio und/oder konventionell je nach vorherigen Auswertungen und Selektionen wird das Material geteilt. Wichtig: Tests an 3-4 Orten um eine Bandbreite von Umweltbedingungen einzubeziehen Beginn der Erhaltungszüchtung 6. Year F6 Standard 7. Year Pretest, multilocation 1 plot per location F7 Main test ORGANIC replicated, mulitlocation V Bio-Test Second imyear 2. organic Jahre auf test 2 (-3) on 2 Bio (-3) Orten: organic wiederholte locations: Versuche, replicated breiter Auswertungsbereich, trials, wide range of scores, Ertrags-und Yield- and Qualitätsanalyse quality analysis Maintenance Erhaltung by durch earährenreihen rows and first und multiplication erster Vermehrung auf on conventional konventionellen fields Feldern 8. Year 9. Year F8 F 9 1 st year organic VCU test 2nd year organic VCU - test V V parallel Parallel to organic zur Öko-VCU werden continuation Tests auf of internen tests on Bio-Feldern internal organic weitergeführt, fields, Erhaltung maintenance und Vermehrung and erfolgt multiplication konventionell conventional Zusätzlich in additionzur to Öko-VCU, organic VCU interner and internal Tests und test weitere and further Vermehrung multiplication 10. Year F10 3rd year organic VCU - test Multiplication Vermehrung on organic auf Öko-Feldern fields for seed für Saatgutproduktiom production in parallel Parallel to further zu weiterem internal internen and VCU und test VCU Test Variety Sortenfreigabe releasenach afterbio-vcu-test organic VCU test

28 Route 2 mit mehr Öko-Schritten SAATZUCHT DONAU Breeding scheme for organic winter wheat at Probstdorf Zuchtschema für Bio-Winterweizen in Probstdorf 1. Year 2. Year Cross A x B Hybrid generation conventional Öko Organic Eltern parents werden are in used Kreuzungen in crosses verwendet Especially Spezielle crosses Kreuzungen for high baking für hohe quality Bio-Backqualität in organic Anstelle F1 in Chile instead F1 of konventionell F1 in Chile -angebaut und F2 als growing F1 conventional eine Gruppe and F2 in as Bio a bulk in organic 3. Jahr Bulk organic 4. Year Bulk organic F2 F3 5. Year F4 Bulk organic 6. Year Ear rows F5 Standard Standard Ear rows conventional instead Anstelle of Single Einzelkornaussaat Seed Sowing konventionell conventional: Bio als Gruppe BULK ON ORGANIC Von F2 zu F4: Jedes Jahr Selektion FROM der F2 besten to F4: Ähren und der each bestaussehensten year selectionkörner of theder best ausgesuchten spikes, rebulking Ähren of the best looking grains of the selected ears Ährenreihen werden in konventionellen Ear rows are Anzuchtbetrieben grown in conventional angebaut nurseries ThisDas means bedeutet 2-3 years 2-3 Jahre moremehrauswahl selection on organic für Bio Many Viele Fragen, questions die that wissenschaftlich have not beennoch solved nicht scientifically gelöst wurden come werden to mind aufgeworfen: : e.g. the possible z.b. das mögliche magnitude Ausmaß of epigenetic epigenetischer influences? Einflüsse? conventional

29 Zusammenfassung -BFOA-Konzept(Züchtung für ökologischen Landbau) Ökobedingungen sind variabel! Züchten für breite Anpassung hilft beim Finden stabiler Genotypen Kommerziell nachhaltiges Zuchtprogramm Marktgröße ist wichtig Lizenzgebühren erhalten unser Zuchtprogramm SZD: Kombination direkter und indirekter Selektionsstrategien Paralleltest unter ökologischen und konventionalen Bedingungen Verwendung einer Reihe von Testumgebungen besser für ökologischen Anbau geeignete Genotypen finden Einige Merkmale sind bei Ökosorten besser ausgeprägt als bei konventionellen Sorten!

30 Ziel: Neue Methoden für die Züchtung im Ökoanbau Erhöhung von Ertrag und Qualität Nachhaltigkeit der Sorten Hypothese: Populationen mit hoher Diversität können sich besser an unterschiedliche Stressfaktoren und wechselhafte Umweltbedingungen anpassen SZD arbeitet mit bei SOLIBAM: Zur Schaffung und Nutzung von Diversität bei der Züchtung Vergleich der Resultate von unterschiedlichen ökologischen und konventionellen Zuchtstrategien - see folder

31 Zucht für Ökolandbau in Österreich Zusammenfassung Die Selektionsstrategie von Saatzucht Donau zielt zunächst auf breite Anpassung Spezifische Merkmale, die den Ökolandbau begünstigen, gehören zu den ersten Selektionsschritten Das Zuchtmaterial wird zugewiesen nach seinem Verhalten gegenüber dem ökologischen oder konventionellen Sektor Wir verwenden konventionelle und ökologische Bedingungen parallel Die ökologischen Bedingungen können auch für den konventionellen Sektor weitere Informationen liefern: z. B. zur Differenzierung von Proteingehalt/Qualität Flexibilität zum Wechseln zwischen Systemen Erfahrungen werden gewonnen!

32 Zucht für Ökolandbau in Österreich Zusammenfassung Der österreichische Weg der Implementierung eines Öko-VCU-Tests hat zu einer zunehmenden Anzahl von verfügbaren Getreidesorten im Ökosektor geführt Biodiversität wird durch den Öko-VCU-Test erweitert und die Implementierung von Zucht für den Ökolandbau - Biodiversität an sich ist ein Wert!

33 Ausblick BFOA kombiniert konventionelle und ökologische Teststandorte: Vorsicht bei der Wahl der Teststandorte! BFOA verwendet breite genetische Varianz, die bereits beim konventionellen Zuchtprogramm zur Verfügung steht Wahl von Ökomerkmalen sowohl bei konventionellen als auch bei ökologischen Standorten Schaffung von Kreuzungen für Ökosorten und Sorten mit geringem Input! Aufgeschlossen und mit Ökoauge durch den Zuchtgarten gehen Neue Herausforderungen: Intensivierung beim konventionellen Anbau; wir müssen die Welt ernähren. Die Arbeit geht weiter...