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dc.contributor.advisorSnowdon, Rod
dc.contributor.advisorFrisch, Matthias
dc.contributor.authorSchaffasz, André Marcel
dc.date.accessioned2021-06-14T10:15:50Z
dc.date.available2021-06-14T10:15:50Z
dc.date.issued2020-05
dc.identifier.urihttps://jlupub.ub.uni-giessen.de//handle/jlupub/74
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.22029/jlupub-22
dc.description.abstractSorghum (Sorghum bicolor L. Moench) ist eine vielversprechende Alternative zum Mais (Zea mays). Obwohl Sorghum weltweit eine sehr große Anbaubedeutung aufweist und ebenfalls in vielen Ländern Europas bekannt ist, ist die Anbaubedeutung in Deutschland eher untergeordnet. Durch die diversen Nutzungsmöglichkeiten, wie Grünschnitt-und Silagenutzung ist ein Anbau in gemäßigten Regionen Europas möglich. Darüber hinaus ist Sorghum tolerant gegenüber dem Westlichen Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera), weist eine hohe Toleranz gegenüber Trockenheit auf und verfügt über eine hohe Nährstoffnutzungs-Effizienz. Die hohe Anfälligkeit gegenüber Kälte im Jugendstadium, als auch während der frühen reproduktiven Phase sind die größten Nachteile von Sorghum. Grund hierfür ist die im Vergleich zum Mais relativ späte Adaptation an gemäßigte Regionen. Im Hochland der Ursprungsregionen existieren Sorghum Genotypen, die eine erhöhte Toleranz gegenüber Kältestress in der Jugendentwicklung, als auch im frühen reproduktiven Stadium aufweisen. Auf genomischer Ebene wurden verschiedene Bereiche gefunden, die mit einer verstärkten Kältetoleranz assoziiert sind. Der Versuch, genetische Marker zu entwickeln und für die kommerzielle Züchtung einzusetzen, ist jedoch schwierig, da das Merkmal einen starken quantitativen Charakter aufweist. Zukünftig könnte die genomische Selektion und Hochdurchsatz-Phänotypisierungs Plattformen hilfreich sein und zu einer Steigerung des Zuchtfortschritt führen. Die Züchtung von Sorghum für die gemäßigten Regionen in Mitteleuropa benötigt frühreife und kälte- tolerante Genotypen. Hierfür wurde ein Diversitäts-Set von n = 338 Genotypen zusammengestellt, das zu etwa zwei Dritteln aus Konversions-Linien besteht. An verschiedenen Standorten in Deutschland wurde über zwei Jahre die Jugendentwicklung unter Kältestress bonitiert. Spross- und Wurzeltrockenmasse, sowie Aufgang, Aufgangs-Index und Blattfarbe wurden ausgewertet. Darüber hinaus wurden wichtige agronomische Merkmale, wie Blühbeginn, Wuchshöhe, Halmdurchmesser, Trockenmasse-Substanz und der Zuckergehalt (Brix) dokumentiert. Die Genotypen unterscheiden sich hinsichtlich der bonitierten Merkmale signifikant voneinander. Vielversprechende Akzessionen, welche eine hohe durchschnittliche Toleranz, verbunden mit einer zufriedenstellenden Toleranzstabilität (Ökovalenz) zeigen, wurden identifiziert. Eine genomweite Assoziationsstudie für die Kältestressmerkmale zeigte, wie in der bestehenden Literatur beschrieben, dass es sich um ein hoch quantitatives Merkmal handelt. So wurden in dieser Studie nur wenige schwach signifikante Marker-Merkmals-Assoziationen für die Kältestress-Merkmale gefunden. Für die untersuchten agronomischen Merkmale konnten durchaus signifikante Marker-Merkmals-Assoziationen gefunden werden. Besonders für die Wuchshöhe konnten die bekannten Genorte auf den Chromosomen SB-06, SB-07 und SB-09 bestätigt werden. Für die Trockenmasse-Substanz konnte gezeigt werden, dass diese in enger Assoziation mit dem Merkmal Blühbeginn steht. Des Weiteren zeigt die Studie, dass 78 Zusammenfassung Genotypen existieren, die durchaus an gemäßigte Regionen angepasst sind und eine ausgeprägte Kältetoleranz, sowie hervorragende agronomische Eigenschaften aufweisen und somit wertvolles Ausgangsmaterial für die Züchtung von Sorghum in Europa darstellen. Die reproduktive Kältetoleranz ist für die gemäßigten Regionen Europas als auch für das tropische Hochland ein wichtiges Zuchtziel. Hierbei handelt es ich um eine, durch Kältestress induzierte, männliche Sterilität, die zu hohen Ertragsverlusten führen kann. Um dieses Merkmal besser zu verstehen, wurde ein Diversitäts-Set bestehend aus n = 328 diversen Akzessionen an sechs Standorten über zwei Jahre getestet. Verschiedene Korn- und Rispenmerkmale wie Korngewicht, Kornanzahl, Rispengewicht und der Panicle Harvest Index (PHI) wurden dokumentiert. Zudem wurde neueste Technologie eingesetzt, um die Pollen-Viabilität von ausgewählten „extremen“ Genotypen zu erfassen und den genauen Zeitpunkt des kritischen Stadiums besser zu bestimmen. Ausgehend von den Feldversuchen konnte gezeigt werden, dass Variation für das Merkmal reproduktive Kältetoleranz besteht. Darüber hinaus wurden neue hochtolerante Akzessionen identifiziert und für die Sorghum- Züchtung ausgewählt. Zudem wurden faktorielle Hybriden erstellt, die verschiedene Toleranzniveaus aufweisen. Diese wurden ebenfalls über zwei Jahre an den ausgewählten Standorten geprüft. Die untersuchten Merkmale Korngewicht, Kornanzahl und PHI weisen einen heterotischen Charakter auf. Für das Merkmal PHI wurden starke GCA-Effekte, vorherrschend von der mütterlichen Komponente, festgestellt. Zudem wurde in vielen Fällen eine starke mid-parent Heterosis gefunden und nur in wenigen Fällen eine better-parent Heterosis, was auf eine dominante Vererbung des Merkmals hinweist. Die vorherrschenden, starken GCA-Effekte erleichtern die Hybridzüchtung auf reproduktive Kältetoleranz. Insbesondere die Entwicklung neuer, an die gemäßigten Regionen Zentral Europas angepasster Mutter-Linien ist eine wichtige Aufgabe der Zukunft. Sorghum bicolor stellt eine vielseitige und anspruchslose Kulturart dar, die besonders im Hinblick auf sich verändernde klimatische Bedingungen eine alternative Sommerung in Mitteleuropa und in Deutschland sein kann. Die Tatsache, dass nur wenige bis keine Pestizide eingesetzt werden müssen und der Wasserbedarf im Vergleich zu anderen Kulturarten geringer ist, steigert die Attraktivität von Sorghum.de_DE
dc.description.sponsorshipFachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.de_DE
dc.language.isodede_DE
dc.relation.hasparthttp://dx.doi.org/10.3390/agronomy9090535
dc.relation.hasparthttp://dx.doi.org/10.3390/agronomy9090508de_DE
dc.subjectSorghum bicolorde_DE
dc.subjectreproduktive Kältetoleranz
dc.subjectjuvenile Kältetoleranz
dc.subjectHeterosis
dc.subjectKältestress
dc.subject.ddcddc:500de_DE
dc.titleUntersuchungen zur genetischen Architektur der Kältetoleranz bei Sorghum (Sorghum bicolor L. Moench)de_DE
dc.typedoctoralThesisde_DE
dcterms.dateAccepted2020-10-22
local.affiliationFB 09 - Agrarwissenschaften, Ökotrophologie und Umweltmanagementde_DE
local.project22008716, 22023515, 22006911, 22007011de_DE
thesis.levelthesis.doctoralde_DE


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