Department für Nutzpflanzenwissenschaften Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Heiko C. Becker, Christian Möllers 48. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Qualitätsforschung, 18/19. 3. 2013, Göttingen 1 Foto: DSV
1984: Einführung von 00-Raps www.biosicherheit.de 2
Department für Nutzpflanzenwissenschaften Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Eine historische Erfolgsstory Aktuelle Zuchtziele Züchterische Möglichkeiten mit und ohne Gentechnik Eine aktuelle Erfolgsstory Schlussfolgerungen und Ausblick 48. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Qualitätsforschung, 18/19. 3. 2013, Göttingen 3 Foto: DSV
Synthese der Fettsäuren in Speicherlipiden im Rapssamen C 16:0 Palmitinsäure C 18:0 Stearinsäure C 18:1 Ölsäure C 20:1 Eicosensäure C 22:1 Erucasäure C 18:2 Linolsäure Erucasäure ist charakteristisch für Brassicaceen, gilt als ungesund C 18:3 Linolensäure
Synthese der Fettsäuren in Speicherlipiden im Rapssamen C 16:0 Palmitinsäure C 18:0 Stearinsäure C 18:1 Ölsäure C 20:1 Eicosensäure C 22:1 Erucasäure C 18:2 Linolsäure C 18:3 Linolensäure 1961: Entdeckung von erucasäurefreien Genotypen (spontane Mutation in 2 Genen) Erucasäurefreier Raps 1968: Entdeckung einer glucosinolatarmen Sorte 00-Raps (Canola)
Selektion auf Erucasäurefreiheit Erucasäurebestimmung: Papierchromatographie THIES 1971
Selektion auf Glucosinolatarmut Glucosinolatbestimmung: Der Hammertest
Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Eine historische Erfolgsstory Warum war die Umstellung auf 00 Raps so erfolgreich? o Genetische Variation war verfügbar o Einfache Schnellmethoden zur Qualitätsbestimmung waren verfügbar o Marktanreize waren vorhanden (EU-Beihilfen nur für 00 Raps) 8
Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Eine historische Erfolgsstory Aktuelle Zuchtziele 9
Raps liefert Lebensmittel, Biokraftstoff, Eiweißfutter und Bienentracht www.ufop.de
Zusammensetzung von Rapssamen Protein 19% Mineral 3% Vitamine 1% Glucose Cholin 2% 0.3% Saccharose 4% Stärke 1% Cellulose 2% Hemicellulose 6% Lignin 2% Phytate 2% Andere 9% Oligosaccharide 1% Oil 49% Sinapoylcholin 2% Polyphenol 1% Andere 1% 11
www.dsv-saaten.de Verwendung von Rapsprodukten in Deutschland Oel 35% Nahrungs mittel 15% Salatöl 46% Frittierfett 33% Margarine 6% andere Ölmühlen 10% 55% Industrie Diesel 55% Schmiermittel 25% Tenside 15% Kosmetik Bio-Diesel Blend Schrot 10% Geflügel 20% Schweine 70% Rinder Poster 2: SUPRIANTO & MÖLLERS: QTL for seed fibre content Quelle: Verband dt. Biodieselhersteller; FNR;Institut f. Chemie und Physik der Fette 12
Aktuelle Zuchtziele bei Winterraps Ertrag Ölgehalt Ertragssicherheit Abiotischer Stress: Winterfestigkeit, Standfestigkeit, Trockenheitstoleranz, N-Effizienz Biotischer Stress: Phoma, Verticillium, Sclerotinia, Plasmodiophora,. Insekten(?) Qualität Glucosinolatgehalt, Proteingehalt, Fettsäuremuster, Sinapin, Carotin, Tocopherol, Phytosterole, 13
Züchterische Möglichkeiten zur Modifizierung von Inhaltsstoffen der Samen Reduktion unerwünschter Stoffe (Sinapin) Erhöhung erwünschter Stoffe (Phytosterol) Einführung neuer Stoffe (Resveratrol) Tilling Klassische Methoden Gentechnik Functional Food: food that may provide a health benefit beyond that of the traditional nutrients it contains (NAS, USA)
Functional food : Phytosterole senken den Cholesterinspiegel Poster 3: TEH et al.: Inheritance of phytosterol content
Sinapoylbiosyntheseweg (vereinfacht) p-cumarsäure Sinapinsäure Sinapoylglucose Sinapin
Resveratrol: antioxidant, u.a. anticancerogen enthalten u.a. in Weintrauben, aber nicht im Raps
Resveratrol- und Sinapoylbiosyntheseweg p-cumarsäure Sinapinsäure HS-CoA Malonyl-CoA STS (Stilbensynthase) SGT (Sinapinsäureglucosyltransferase) Sinapoylglucose Resveratrol Sinapin
Sinapinsäureester- und Resveratrolglucosidgehalte von konventionellem und transgenem Material Kontrolle Resveratrol glucosid (µg/g) 0 Sinapin säureester 1 (mg/g) 7,48 Sks. 185-127 0 3,60 1502.16 308 1,44 1502.17 424 1,30 1 Gesamtmenge an sinapinsäurehaltigen Verbindungen, berechnet als Sinapinsäure HÜSKEN et al. 2004
aus: BECKER & MÖLLERS 2006 Hoch-Carotin Raps SHEWMAKER et al. 1999
Einfache und schnelle Analytik: NIRS (Nah-Infrarot-Spektroskopie) Ölgehalt Glucosinolatgehalt Wasser Erucasäure a Ölsäure a Linolensäure a Proteingehalt Glucosinolatmuster Phytosterole Sinapin Phytat Rohfaser u.a. a auch an Einzelsamen
Einfache und schnelle Analytik: Molekulare Marker N N Low Low N N Marker für Linolensäure MIKOLAJCZYK 2007
Qualität kostet Ertrag (zumindest zunächst) ++ Sorten 0+ Sorten 00 Sorten +0 Sorten BECKER 2011
Quelle: Panel Kleffmann, BVA, Agrii Wir lassen Qualität wachsen
aus: BECKER & MÖLLERS 2006
Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Eine historische Erfolgsstory Aktuelle Zuchtziele Züchterische Möglichkeiten mit und ohne Gentechnik Eine aktuelle Erfolgsstory Schlussfolgerungen und Ausblick 26
www.dsv-saaten.de Deutschland: Verwendung von Pflanzenoel, 2009
www.dsv-saaten.de Einsatz von Pflanzenölen in der heißen Küche zum Frittieren und Braten werden aktuell in grösserem Umfang gehärtete Öle und/oder Kokus- und Palmkernfett eingesetzt Probleme beim Einsatz derartiger Öle/Fette in der heißen Küche beim Fetthärten oder Erhitzen von mehrfach ungesättigten Fettsäuren (Linolensäure C 18:3) entstehen Transfettsäuren Kokus- und Palmkernfett enthalten etwa 10-fach höhere Anteile an gesättigten Fettsäuren als Rapsöl 28
www.dsv-saaten.de Einsatz von Pflanzenölen Transfettsäuren und gesättigte Fettsäuren Ernährungsphysiologische Aspekte: Transfettsäuren und gesättigte Fettsäuren verhalten sich im Körper ähnlich negativ: - erhöhen den Cholesterinspiegel - erhöhen das Arteriosklerose-Risiko - fördern die falsche Bildung von Eikosanoiden (spielen bei der Regulierung des Blutdruckes, der Blutgerinnung und der Schmerz- bzw. Entzündungsvermittlung eine Rolle) - begünstigen die Entstehung von Morbus Crohn (chronisch entzündliche Darmerkrankung) 29
www.dsv-saaten.de Fettsäuremuster verschiedenen Pflanzenöle CottonSeed Oil 18 55 27 Regular Sunflower Oil 18 68 13 Soybean Oil 24 53 7 16 Corn Oil 29 55 2 14 Palm Oil 39 10 51 Peanut Oil 53 26 21 Regular OSR oil 62 20 10 8 Mid Oleic Sunflower Oil (NuSun) 65 26 9 VISTIVE OSR Oil 77 13 11 3 67 Olive oil 78 6 2 14 HO sunflower Oil 86 6 8 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% OLEIC (18:1) LINOLEIC (18:2) LINOLENIC (18:3) SAT FATS
www.dsv-saaten.de Optimierung des Rapsöls für Verwendung Heiße Küche - Zuchtziele Merkmal Qualität Verwendung Züchterische Ansätze Ölgehalt >48% Prozesskosten Selektion Ölsäure >78% Heiße Küche, Biodiesel, Industrie (Hemmung Ölsäuredesaturase) Mutation, Gentechnik (hohe Oxidationsstabilität) Linolensäure <3% Heiße Küche (Vermeidung von Transfettsäuren) (Hemmung Linolsäuredesaturase) Mutation, Selektion Linolsäure ~10% Geschmacksträger Gesättigte Fettsäuren <7% gesunde Ernährung Mutation, Selektion 31
www.dsv-saaten.de Von der Mutante zur (HOLLi-) Sorte HO=High Oleic; LLi = Low Linolenic Anfang der 70iger LLi So-Raps Mutationsinduktion in der kanadischen Sommerrapssorte ORO in Göttingen (chem.) (RÖBBELEN, NITSCH, RAKOW) Ab Mitte 80iger LLi Rückkreuzung mit Winterraps 1998 LLi Wi-Raps Eintragung erster Linolensäurearmer Winterrapssorten DSV: Libelle in DK, DSV-MTO: Caddy in F Ab 1992 HO Wi-Raps Mutationsinduktion (EMS) in Liberator, Envol und Wotan in Gießen und Göttingen 1997 HOLLi Wi-Raps 2004 HOLLi Wi-Raps Beginn Kreuzungen der Kombination LLi x HO und Rückkreuzung mit leistungsfähigem 00-Zuchtmaterial Erste HOLLi-Winterrapssorte SPLENDOR in Frankreich eingetragen 32
S a a t g u t S a a t g u t E r n t e g u t HOLLi Ö l www.dsv-saaten.de Neue Vermarktungswege (geschlossene Produktionskette) DSV es findet kein traditioneller Saatgut- Verkauf statt! Vertrag Vertrag ERFASSER Kontrakt VERWERTER (z.b. Cargill) E r n t e g u t Vertrag Vertrag Anbaufläche ca. 25 000 ha (UK, CH, F, D, SE) LANDWIRT L- INDUSTRIE (z.b. Mc Donalds) 33
Rapsspeiseöl seit 2010 Nr. 1 im Ölregal www.ufop.de
Ölqualität: nicht nur eine Frage der Züchtung! Raffiniertes Öl (mit Lösungsmitteln extrahiert): Feines Delikatessöl Dampfbehandeltes Öl (100 C, Vakuum): dampfveredelt, nicht raffiniert Kaltgepresstes Öl (max. 40 C): Natives Rapsöl 35
Weitere Steigerung der Rapsqualität: Was ist von der Züchtung zu erwarten? Eine historische Erfolgsstory Aktuelle Zuchtziele Züchterische Möglichkeiten mit und ohne Gentechnik Eine aktuelle Erfolgsstory Schlussfolgerungen und Ausblick Steigerung der Qualität durch Pflanzenzüchtung erfordert: Vorhandensein ausreichender genetischer Variation (Genetische Ressourcen, Mutationsauslösung, Gentechnik) Verfügbarkeit einfacher Methoden zur Qualitätsbestimmung (NIRS, Molekulare Marker, Kenntnis der beteiligten Gene) Ein Anreizsystem (gesetzliche Bestimmungen, höhere Marktpreise, Vertragsanbau) 36
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