Pollen Genotype Effects on Seed Quality and Selection of Single Seeds by Near-Infrared Reflectance Spectroscopy (NIRS) in Winter Oilseed Rape

Abstract

Raps ist eine der wichtigsten Ölpflanzen auf der Welt. Die grosse Anbaubedeutung von Raps beruht ganz wesentlich auf züchterischen Veränderungen der Inhaltsstoffe des Samens. Trotz der grossen praktischen Bedeutung der wertbestimmenden Inhaltsstoffe des Samens ist deren Vererbung noch nicht vollständig bekannt. Bisher wird oft vereinfachend angenommen, dass Samenmerkmale wie z.B. der Ölgehalt nur von der Mutterpflanze und nicht vom Pollen-Genotyp abhängen. Diese Annahme ist jedoch nicht durch experimentelle Befunde gestützt. Grundsätzlich können die Inhaltsstoffe des Samens sowohl von der mütterlichen Pflanze, auf der die Samen geerntet werden, als auch von dem väterlichen Elter, also der Pollenquelle, beeinflusst werden. Gesamtziel des Projektes ist es daher, für wichtige wertbestimmende Inhaltsstoffe des Rapssamens (Gehalte an Öl, Protein, Glucosinolaten, Tocopherole und Sinapin) einen möglichen Einfluss des Pollen-Genotyps systematisch zu untersuchen und zu quantifizieren.Zur Klärung dieser Frage wurden zwei Experimente durchgeführt. Für das erste Experiment wurden 10 Pollen-Eltern und 2 pollensterile Testerlinien (Falcon und Express) verwendet. Für jeden der Bestäuber wurde in jeder Wiederholung ein Block von 7 Parzellen angelegt (3 Parzellen des Bestäubers und je 2 Parzellen für die beiden F1en mit den beiden Testern). In die Mitte der drei Bestäuberparzellen wurden Einzelpflanzen der beiden pollensterilen Tester umgepflanzt. Der Versuch wurde an drei Orten (Göttingen, Einbeck, Teendorf) mit zwei Wiederholungen 2002/2003 angelegt. Inhaltsstoffe der Rapssamen (Öl, Protein und Sinapinsäureester) wurden mit Hilfe der Nah-Infrarot-Reflektions-Spektroskopie (NIRS) analysiert. Die Fettsäureanalyse wurde mit Gaschromatographie (GC) vorgenommen. Zur Analyse des Glucosinolatgehaltes wurde das Verfahren der Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie (HPLC) verwendet.In dem zweiten Experiment wurde an Einzelsamen innerhalb der spaltenden F2-Generation von vier Kreuzungen mit Hilfe von NIRS auf Protein- und Glucosinolatgehalt selektiert. Bei jeder dieser vier Kreuzungen wurden vier Ramsche (Hoch/Niedrig Proteingehalt und Hoch/Niedrig Glucosinolatgehalt) gebildet. Im Jahr 2002/2003 wurden die vier Ramsche je Kreuzung mit zwei Wiederholungen an drei Standorten (Göttingen, Einbeck, Teendorf) angebaut. Die sechs Elternlinien wurden ebenfalls geprüft.Im ersten Experiment zeigten sich signifikante Korrelationen zwischen den Pollen-Eltern und den F1-Generationen im Gehalt an Indol-Glucosinolaten, Sinapoylglucose und Total-Sinapinsäureester. Bei der statistischen Analyse wurden signifikante Polleneinflüsse bei den Merkmalen Öl, Indol-Glucosinolate, Indol/Aliphatische-Glucosinolate, Fettsäuren (außer Linolensäure), Sinapoylglucose, γ-Tocopherol und α/γ-Tocopherol festgestellt.Im zweiten Experiment wurde der Erfolg einer Selektion von Einzelsamen innerhalb der spaltenden F2-Generation untersucht. Zunächst wurden NIRS Kalibrierungen für den Öl-, Protein- und Glucosinolatgehalt in Einzelsamen entwickelt. Die Kalibrierungsstatistiken zeigten eine hohe Korrelationen für Ölgehalt (R2=0.98), Proteingehalt (R2=0.99) und Glucosinolate (R2=0.97) zwischen den Referenzmethoden und den NIRS-Werten. Die Variation zwischen den auf hohe beziehungsweise auf niedrige Gehalte an Öl, Protein und Glucosinolate selektierten Populationen war signifikant. Der Ölgehalt der Samen von offen abgeblühten Pflanzen war höher (+2.2%) als der von Samen aus Selbstbefruchtung der Eltern-Linien. Im allgemeinen waren der Proteingehalt (-2%) und der Glucosinolatgehalt (-3.9 µmol/g) niedriger bei offen abgeblühten Pflanzen als bei Samen aus Selbstbefruchtung. Aufgrund der Ergebnisse der Untersuchungen ergab sich ein Einfluss des Pollen-Genotyps nicht nur auf den Fettsäuregehalt, sondern auch auf die Gehalte an Öl, Sinigrin, Gluconapoleiferin, 4-Hydroxyglucobrassicin, Indol-Glucosinolate, Aliphatische-Glucosinolate, Indol/Aliphatische-Glucosinolate, Total-Glucosinolate, Sinapoylglucose, Sinapinsäureester, γ-Tocopherol und α/γ-Tocopherol. Daher muß damit gerechnet werden, daß der Pollen-Genotyp die Inhaltsstoffe der Samen von offen abgeblühten Pflanzen beeinflussen kann. Anderseits ist es möglich, bereits an Einzelsamen von F2 Pflanzen erfolgreich zu selektieren.