Festigkeit von Zuckerrüben – Ursachen für Sortenunterschiede und die Auswirkungen auf Beschädigung und Lagerungsverluste

Kleuker, Gunnar

dc.contributor.advisor	Hoffmann, Christa M. Prof. Dr.
dc.contributor.author	Kleuker, Gunnar
dc.date.accessioned	2022-11-16T13:51:18Z
dc.date.available	2022-11-23T00:50:09Z
dc.date.issued	2022-11-16
dc.identifier.uri	http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14341
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9515
dc.language.iso	deu	de
dc.subject.ddc	630	de
dc.title	Festigkeit von Zuckerrüben – Ursachen für Sortenunterschiede und die Auswirkungen auf Beschädigung und Lagerungsverluste	de
dc.type	cumulativeThesis	de
dc.title.translated	Tissue strength of sugar beet – Causes for varietal differences and effects on damage susceptibility and storage losses	de
dc.contributor.referee	Hoffmann, Christa M. Prof. Dr.
dc.date.examination	2022-07-14	de
dc.description.abstractger	Eine Verlängerung der Verarbeitungskampagne kann zu einer Effizienzsteigerung in der Zu-ckerproduktion führen, da die Fixkosten der Zuckerfabriken gesenkt werden. Dies erfordert jedoch eine verlängerte Lagerungsdauer der Zuckerrüben zwischen Ernte und Verarbeitung, was unvermeidbar mit Lagerungsverlusten verbunden ist. Da diese Lagerungsverluste maßgeblich von Beschädigungen während der Ernte beeinflusst werden, sind neben angepassten Rodereinstellungen auch Sorten mit verringerter Beschädi-gungsempfindlichkeit erforderlich. Es wird erwartet, dass sich Sorten mit einer geringeren Beschädigungsempfindlichkeit von Sorten mit einer hohen Beschädigungsempfindlichkeit in der Festigkeit unterscheiden. Daher war das Ziel dieser Arbeit, die Festigkeit von Zuckerrüben zu untersuchen und Ursachen für mögliche Sortenunterschiede zu bestimmen. Zudem sollte der Zusammenhang zwischen der Festigkeit, der Beschädigungsempfindlichkeit und den La-gerungsverlusten erforscht werden. Für Zuckerrüben gab es bisher keine einheitlich detaillierte Methodenbeschreibung zur Erfas-sung der Festigkeit. Deshalb wurden im Manuskript I die Auswirkungen des Waschens, des Erdanhanges, der Lagerungsdauer vor der Messung, der Messorte und der Stichprobengröße auf Penetrations- und Kompressionstests untersucht. Zusätzlich wurden Biegeversuche durchgeführt, um Empfehlungen zur Versuchsdurchführung abzuleiten. Dazu wurden im Jahr 2017 zwei Zuckerrübensorten im Gewächshaus und vier Beta-Genotypen in Feldversu-chen angebaut. Mit dem Penetrationstest konnten zwei Festigkeitsparameter bestimmt werden. Die Kraft, die erforderlich ist, um das Periderm der Zuckerrübe zu durchdringen, wurde als Penetrationswiderstand definiert und die durchschnittliche Festigkeit des darunter liegenden Gewebes bis zu einer Tiefe von fünf Millimeter als Gewebefestigkeit. Durch den Kompressi-onstest wurde die Druckfestigkeit bestimmt, welche die Kraft beim Bruch des Probenzylin-ders darstellt. Aufgrund des geringen Erdanhanges hatte das Waschen keinen Einfluss auf den Penetrationstest, doch insbesondere bei höherem Erdanhang sollten die Rüben vor der Messung per Hand gewaschen werden. Nach der Wäsche sollte die Messung innerhalb von 48 Stunden durchgeführt werden, da danach ein signifikanter Einfluss auf das Messergebnis auftritt. Die Messposition beeinflusste das Ergebnis des Penetrations- sowie Kompressions-tests ebenfalls und muss somit vor der Messung definiert werden. Während die Messergeb-nisse bei Penetrations- und Kompressionstests auch bei einer geringen Stichprobengröße stabil waren und Sortenunterschiede zwischen den Beta-Genotypen erfasst wurden, zeigte der Biegeversuch aufgrund der intensiven Probenvorbereitung eine hohe Messvariabilität. Für eine effiziente züchterische Veränderung der Festigkeit von Zuckerrüben sind Kenntnisse über die genotypische Variation und den Einfluss der Umwelt auf die Festigkeit relevant. Daher wurde in Manuskript II die Bedeutung von Sorte, Umwelt und deren Interaktion auf die Festigkeit von Zuckerrüben bestimmt. Außerdem wurde die Bandbreite der Festigkeit der in Deutschland verfügbaren Zuckerrübensorten untersucht. Hierfür wurden in den Jahren 2018 und 2019 sechs unterschiedliche Zuckerrübensorten in sieben Umwelten in Deutsch-land angebaut und im Jahr 2020 ein Genotypenscreening mit zwölf marktverfügbaren Sorten in einer Umwelt in Deutschland durchgeführt. Der Effekt der Sorte auf die Festigkeit war deutlich höher als auf die Ertrags- und Qualitätsparameter. Da die Interaktion zwischen Geno-typ und Umwelt unbedeutend war, ist eine züchterische Selektion auf Basis von wenigen Umwelten möglich. Die marktverfügbaren Sorten zeigten ebenfalls große Unterschiede in der Festigkeit, wobei Sorten mit einem höheren Zuckergehalt in der Tendenz eine höhere Festig-keit aufwiesen. Diese Unterschiede lassen vermuten, dass sich die Festigkeit auf die Beschä-digungsempfindlichkeit und damit auf die Lagerungsverluste auswirkt und in der Konsequenz die Verarbeitung in der Zuckerfabrik beeinflusst. Daher wurde in Manuskript III der Einfluss der Festigkeit auf die Beschädigungsempfindlich-keit und Lagerungseigenschaften überprüft und ihre Veränderungen während der Lagerung erfasst. Zudem sollten Ursachen für genotypische Unterschiede in der Festigkeit untersucht werden. Dazu wurden in den Jahren 2018 und 2019 Feldversuche mit sechs Zuckerrübensor-ten in sieben Umwelten in wichtigen Regionen des deutschen Zuckerrübenanbaus angelegt und im Anschluss am Institut für Zuckerrübenforschung in Göttingen in Klimacontainern unter kontrollierten Bedingungen gelagert. Zusätzlich wurden zwölf marktverfügbare Sorten in einer Umwelt im Jahr 2020 angebaut. Eine Ursache für die genotypischen Unterschiede in der Festigkeit war der alkoholunlösliche Zellwandgehalt (AIR). Dieser bestimmte mit einem Bestimmtheitsmaß von bis zu 0,97 die Druckfestigkeit, während sich die Zusammensetzung der Zellwand zwischen den Sorten kaum unterschied. Während der Lagerung stiegen der Pe-netrationswiderstand und die Druckfestigkeit unabhängig von der Sorte an. Daher können die Auswirkungen auf die Prozesse nach der Lagerung im Voraus durch eine Analyse der fri-schen Zuckerrüben abgeschätzt werden. Sorten mit einer höheren Festigkeit wiesen tendenziell einen geringeren Wurzelbruch nach der Ernte und daraus folgend geringe Lagerungsverluste auf. Jedoch traten genotypische Unter-schiede in den Lagerungsverlusten nur in Umwelten mit hohen Lagerungsverlusten auf. Unter den Faktoren, die während des Anbaus beeinflusst werden können, haben die Stick-stoffdüngung und die Wasserverfügbarkeit den größten Einfluss auf die Zusammensetzung der Zuckerrüben. Der Einfluss dieser Faktoren auf die Festigkeit und die Zusammensetzung der Zuckerrübensorten sowie die Auswirkungen auf Wurzelbruch und Lagerungsverluste sollten im Manuskript IV untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden 2018 und 2019 Feld-versuche mit drei Zuckerrübensorten und drei Stickstoffversorgungsstufen in den Niederlan-den und Belgien sowie mit drei Bewässerungsvarianten in Schweden durchgeführt. Der Ein-fluss von Stickstoff- und Wasserversorgung auf die Festigkeit war deutlich geringer als der Einfluss der Sorten. Auch auf den Zellwandgehalt hatten die Umwelten und die Sorten den größten Einfluss, während die Zellwandzusammensetzung nur geringe Unterschiede aufwies. Während eine steigende Stickstoffversorgung keine Auswirkung auf den Wurzelbruch und Zuckerverlust nach der Lagerung hatte, war der Invertzuckergehalt nach der Lagerung bei hoher Stickstoffdüngung etwas geringer. Die Wasserverfügbarkeit hatte keinen Effekt auf den Wurzelbruch. Jedoch hatten Rüben aus Parzellen, die über das Jahr mehrmals beregnet wurden, einen deutlich höheren Lagerungsverlust. Dies ist möglicherweise durch einen erhöh-ten Krankheitsdruck verursacht worden. Im Rahmen dieser Arbeit war es möglich, eine detaillierte Methode zur Bestimmung der Fes-tigkeit von Zuckerrüben zu entwickeln und zu zeigen, dass sich Zuckerrübensorten signifi-kant in der Festigkeit unterscheiden. Diese Sortenunterschiede treten dabei unabhängig von der Umwelt auf und erlauben eine Bestimmung der Festigkeit von Sorten anhand von weni-gen Umwelten. Für Zuckerrübensorten scheint zu gelten, dass ein höherer Zellwandgehalt zu einer höheren Festigkeit führt und damit zu geringerer Beschädigung bei der Ernte, was wie-derum zu geringeren Lagerungsverlusten führen kann. Eine Einführung der Festigkeit als Sor-tenmerkmal für die Züchtung und in die amtliche Sortenprüfung könnte somit dazu beitragen, Ernte- und Lagerungsverluste von Zuckerrüben in Zukunft zu verringern und damit auch zu einer Effizienzsteigerung der Zuckerproduktion beizutragen	de
dc.description.abstracteng	Extending the processing campaign can increase efficiency in sugar production by reducing sugar factories' fixed costs. However, this requires an extended storage period for the sugar beet between harvest and processing, which inevitably involves storage losses. Since these storage losses are significantly influenced by damage during harvest, varieties with reduced damage susceptibility are required in addition to adapted harvester settings. It is expected that varieties with low damage susceptibility will differ from varieties with high damage susceptibility in their tissue strength. Therefore, the objective of this work was to investigate sugar beet tissue strength and determine causes for possible varietal differences. In addition, the relationship between tissue strength, damage susceptibility and storage losses should be investigated. For sugar beet, there has been no uniform detailed method description for measuring texture properties. Therefore, in Manuscript I, the effects of washing, soil tare, storage time before measurement, measurement position, and sample size on puncture and compression tests were investigated. In addition, bending tests were conducted to derive recommendations on test procedure. For this purpose, two sugar beet varieties were grown in the greenhouse and four Beta varieties were grown in field trials in 2017. The puncture test determined two tex-ture parameters. The force required to penetrate the sugar beet periderm was defined as punc-ture resistance, and the average strength of the underlying tissue to a depth of five millimeters was defined as tissue firmness. The compression test was used to determine the compressive strength, which is the force at rupture of the sample cylinder. Due to low soil tare, washing had no effect on the puncture test, but especially in the case of higher soil tare, the roots should be washed by hand before measurement. After washing, the measurement should be performed within 48 hours, because after that time a significant influence on the measure-ment result occurred. The measurement position also influenced the result of the puncture as well as compression test and thus has to be defined before the measurement. While the measurement results of the puncture and compression test were stable with a small sample size and variety differences between the Beta varieties were determined, the bending test showed a high measurement variability due to the intensive sample preparation. For efficient breeding modification of sugar beet tissue strength, knowledge of genotypic variation and the influence of environment on tissue strength is relevant. Therefore, the im-portance of genotype, environment and their interaction on sugar beet tissue strength was determined in Manuscript II. Furthermore, the range of tissue strength of sugar beet varieties available in Germany was investigated. For this purpose, six different sugar beet genotypes were grown in seven environments in Germany in 2018 and 2019, and a genotype screening with 12 commercial genotypes was conducted at one location in Germany in 2020. The ef-fect of genotype on tissue strength was significantly higher than on yield and quality parame-ters. Since the interaction between genotype and environment was negligible, breeding selec-tion based on a few locations is possible. Commercial genotypes also showed large differ-ences in tissue strength, with genotypes with higher sugar content tending to have higher tis-sue strength. These differences in tissue strength suggest that tissue strength affects damage susceptibility and thus storage losses and, as a consequence, influences processing in the sug-ar factory. Therefore, in Manuscript III, the influence of tissue strength on damage susceptibility and storage characteristics was examined and its changes during storage were recorded. In addi-tion, reasons for genotypic differences in tissue strength should be investigated. Therefore, field trials with six sugar beet genotypes were established in seven environments in important regions of German sugar beet cultivation in 2018 and 2019 and subsequently stored in cli-mate containers under controlled conditions at the Institute of Sugar Beet Research in Göttin-gen. In addition, 12 commercial genotypes were grown at one location in 2020. One reason for the genotypic differences in tissue strength was the alcohol-insoluble cell wall content (AIR). This determined compressive strength with a coefficient of determination of up to 0.97, while cell wall composition differed little between genotypes. During storage, puncture resistance and compressive strength increased regardless of genotype. This characteristic al-lows to estimate the effects on the post-storage processing by analyzing the fresh sugar beets in advance. Genotypes with higher tissue strength tended to have lower postharvest root tip breakage and resulting in lower storage losses. However, genotypic differences in storage losses occurred only in environments with high storage losses. Among the factors that can be influenced during cultivation, nitrogen application and water availability have the greatest influence on sugar beet composition. The influence of these factors on the tissue strength and composition of sugar beet varieties, as well as the effects on root tip breakage and storage losses, should be investigated in Manuscript IV. For this pur-pose, field trials were conducted in 2018 and 2019 with three sugar beet varieties and three nitrogen doses in the Netherlands and Belgium and with three irrigation treatments in Sweden. The influence of nitrogen and water supply on tissue strength was significantly lower than the influence of varieties. Environments and varieties also had the greatest influence on cell wall content, while cell wall composition showed only minor differences. While increasing nitro-gen supply had no effect on root tip breakage and sugar loss after storage, invert sugar con-tent after storage was slightly lower under high nitrogen fertilization. Water availability had no effect on root tip breakage, but plots irrigated several times throughout the year had signif-icantly higher storage loss, possibly due to increased disease pressure. In this work, it was possible to develop a detailed method for determining the tissue strength of sugar beets and to show that sugar beet varieties differ significantly in tissue strength. These varietal differences occur independently of the environment and allow determination of the tissue strength of varieties based on a small number of locations. For sugar beet varie-ties, it appears that higher cell wall content leads to higher tissue strength and thus less dam-age at harvest, which in turn may lead to lower storage losses. Introducing tissue strength as a variety characteristic for breeding and official variety testing could thus help to reduce stor-age losses of sugar beet in the future and also contribute to an increase in the efficiency of sugar production.	de
dc.contributor.coReferee	Pawelzik, Elke Prof. Dr.
dc.contributor.thirdReferee	Mahlein, Anne-Katrin Prof. Dr.
dc.contributor.thirdReferee	Neugart, Susanne Prof. Dr.
dc.subject.ger	Zuckerrüben	de
dc.subject.ger	Textur	de
dc.subject.ger	Gewebefestigkeit	de
dc.subject.ger	Lagerfähigkeit	de
dc.subject.ger	Kompression	de
dc.subject.ger	Penetrationstest	de
dc.subject.ger	Lagerung	de
dc.subject.ger	Mechanische Eigenschaften	de
dc.subject.ger	Beschädigung	de
dc.subject.eng	Sugar beet	de
dc.subject.eng	Texture	de
dc.subject.eng	Tissue strength	de
dc.subject.eng	Storability	de
dc.subject.eng	Compression	de
dc.subject.eng	Puncture	de
dc.subject.eng	Storage	de
dc.subject.eng	Mechanical Property	de
dc.subject.eng	Damage	de
dc.subject.eng	B	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14341-1
dc.affiliation.institute	Fakultät für Agrarwissenschaften	de
dc.subject.gokfull	Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791)	de
dc.description.embargoed	2022-11-23	de
dc.identifier.ppn	1822727014
dc.notes.confirmationsent	Confirmation sent 2022-11-16T14:15:03	de