Genetic Variation for Nitrogen Efficiency in Oilseed rape (Brassica napus L.)

Abstract

Raps wird heute üblicherweise mit hoher mineralischer N-Düngung angebaut. Allerdings ist die N-Effizienz relativ gering, vor allem da zwar im zeitigen Frühjahr eine hohe N-Aufnahme stattfindet. aber nur relativ wenig N in die Samen verlagert wird. Dies resultiert in einem niedrigen N-Ernteindex und hohen N-Mengen, die im Stroh zurückbleiben und nach Mineralisation auswaschungsgefährdet sind und zu erheblichen Umweltbelastungen führen können.Die N-Effizienz kann in zwei Komponenten aufgeteilt werden, nämlich die Aufnahmeeffizienz, mit der der im Boden verfügbare Stickstoff von der Pflanze aufgenommen wird, und die Nutzungseffizienz, also der je Einheit aufgenommenem Stickstoff produzierte Samenertrag. Genetische Variation in der N Effizienz kann grundsätzlich auf Unterschieden in der Aufnahmeeffizienz und/oder auf Unterschieden in der Nutzungseffizienz beruhen. Ein besseres Verständnis der Ursachen für genetische Unterschiede in der N-Effizienz würde die Entwicklung gezielter Selektionsverfahren wesentlich erleichtern.Daher wurden in dieser Arbeit eine große Zahl von morphologischen und agronomischen Eigenschaften untersucht. die möglicherweise mit der N-Effizienz in Beziehung stehen und daher als indirekte Selektionsmerkmale dienen könnten. Es wurden drei unterschiedliche Experimente durchgeführt, die jeweils an mehreren Orten in ein bis drei Jahren in zwei N-Stufen (ohne Düngung und mit 240 kg N/ha) angebaut waren. Das Material bestand aus verdoppelten haploiden (DH) Linien aus drei Kreuzungspopulationen: Apex x Mohican, Bristol x Lirajet und Express x Mansholt. Außerdem wurden divergente Ramsche untersucht, die durch gezielte Mischung von DH-Linien aus diesen Populationen hergestellt wurden.Im ersten Experiment wurden 54 DH-Linien aus der Kreuzung Apex x Mohican (Kreuzung 1) in drei Jahren an insgesamt sieben Umwelten angebaut. Die Genotyp-Stickstoff (G x N) Interaktion war hochsignifikant und die Größe der Varianzkomponente betrug etwa 40 % der genetischen Varianz und war damit fast genauso groß wie die Interaktion zwischen Genotypen und Umwelten (G x E). Die Linien mit den höchsten Erträgen unter optimaler N-Versorgung zeigten sehr unterschiedliche und teilweise eher niedrige Erträge in der Variante ohne N-Düngung. Bei niedriger N-Versorgung beruhte etwa 62 % der genetischen Variation in der N-Effizienz auf Unterschieden in der Aufnahmeeffizienz, während bei hoher N-Düngung nur 36 % der genetischen Varianz durch Unterschiede in der N-Aufnahme erklärt werden konnte, und die Nutzungseffizienz eine größere Bedeutung hatte.Im zweiten Experiment wurden 99 DH-Linien aus der Kreuzung Mansholt x Express (Kreuzung 2) in zwei Jahren an insgesamt vier Umwelten angebaut. Es traten für alle Merkmale signifikante Interaktionen zwischen Genotypen und N-Stufen auf, außer für Beginn und Ende der Blüte, N-Gehalt in den abgeworfenen Blättern und N-Ertrag der Samen. Die Erträge auf den beiden N-Stufen waren hoch korreliert (R² = 0.53), aber nach Ausschluss von drei sehr schwachwüchsigen Linien, die auf beiden N-Stufen sehr niedrige Erträge erbrachten, war diese Korrelation deutlich reduziert (R² = 0.35).Im dritten Experiment wurden 44 divergente Ramsche aus Linien der drei Kreuzungen (Kreuzung 3: Bristol x Lirajet) in einem Jahr an 5 Umwelten angebaut. Diese divergenten Ramsche wurden so zusammengestellt, dass je etwa 10 Linien mit extrem unterschiedlicher Merkmalsausprägung gemischt wurden und als ein Prüfglied in den Feldversuchen getestet wurden. Die Ramsche der Kreuzung 1 zeigten signifikante Variation für alle Merkmale außer N-Aufnahme bis Blühende und Samen-Stickstoffertrag. Die Ramsche der Kreuzung 2 unterschieden sich dagegen signifikant nur im Ölgehalt und die Ramsche der Kreuzung 3 nur in der Wuchshöhe und dem Öl- und Proteingehalt. Die wichtigste, in allen drei Kreuzungen bestätigte Beobachtung war, dass in aller Regel ein hoher Kornertrag mit einem niedrigen Proteingehalt assoziiert ist.Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine große Variation in der N-Effizienz beim Raps nachgewiesen werden konnte. Allerdings wurde auch deutlich, dass die N-Effizienz ein sehr komplexes Zuchtziel ist, für das keine einfach zu selektierenden Hilfsmerkmale gefunden werden konnten. Somit ist die Verbesserung der N-Effizienz beim Raps zwar ein Zuchtziel mit großem Stellenwert, dass aber nur durch sehr hohe züchterische Anstrengung zu lösen sein wird.