Untersuchung von Anzuchtsystemen und Selektionstechniken zur Züchtung von Trockenstressresistenz in Winterraps (Brassica napus L.)

Abstract

Die vorliegende Arbeit verfolgte das Ziel, Anzuchtsysteme und Selektionstechniken auf ihre Anwendbarkeit in der Züchtung auf Trockenstressresistenz bei Winterraps zu untersuchen. Ein wesentlicher Fokus lag hierbei auf der Untersuchung des sogenannten Containersystems. Durch das große Boden-Fassungsvolumen der Container war es möglich, feldnahe Wachstumsbedingungen im Gewächshaus zu erzeugen. Es konnten im Trockenstressjahr 2011 hohe Korrelationen zwischen den Kornerträgen der Feldversuche und der Containerversuche festgestellt werden. Dies war sowohl unter Trockenstress- als auch unter Kontrollbedingungen möglich. Des Weiteren war es möglich, verschiedenste Trockenstressszenarien (Dauer, Stärke, Zeitpunkt, etc.) im Containersystem zu applizieren. Dadurch konnten physiologische und morphologische Parameter, die für die Resistenzeigenschaften eines Genotypen wichtig waren, über die gesamte Vegetationsdauer untersucht werden. Diese feldnahen Bedingungen des Containersystems erzeugen aber auch eine Abhängigkeit vom vorherrschenden Außenklima. Diese Abhängigkeit bestand bei den zusätzlich durchgeführten Gefäß- und in vitro-Versuchen in der Klimakammer nicht. Diese Anzuchtsysteme zeichneten sich durch eine hohe Reproduzierbarkeit aus. Sie wurden primär dazu genutzt, empfindliche physiologische Untersuchungen durchzuführen. Die THz-Methode und das Chlorophyll Content Meter wurden als Selektionstechniken ausgewählt und im Containersystem als auch in Gefäß- und in vitro-Versuchen getestet. Für eine Validierung der Selektionstechniken wurden zunächst Versuche unter den kontrollierten Bedingungen der Klimakammer durchgeführt. Weiter wurde in den Containerversuchen überprüft, ob sich die Selektionstechniken zur Unterscheidung genotypischer Trockenstressreaktionen eignen. Mit beiden Selektionstechniken war es möglich, die unter den jeweiligen Trockenstressszenarien resistenteren Genotypen zu identifizieren. Es waren jedoch umfangreiche Voruntersuchungen notwendig, um eine Anwendbarkeit für das jeweilige Trockenstressszenarium und den passenden Resistenztyp zu validieren.Abschließend wird deutlich, dass Trockenstress durch eine genaue Charakterisierung der Zielumwelt auch unter kontrollierten Bedingungen feldnahe simuliert werden kann. Für das aktuell vorherrschende Klima in Deutschland scheint eine spezielle Züchtung auf Trockenstress noch nicht notwendig zu sein. Eine Fokussierung auf die Züchtung von ertragsstarken Sorten scheint für den noch milden Trockenstress ausreichend.

The aim of the present study was to investigate breeding systems and selection techniques for their applicability in drought resistance breeding in winter oilseed rape. A key focus here was on the investigation of a novel container system for controlled-environment phenotyping of drought stress. Due to the large volume of the containers (120 L), it was possible to simulate field-like conditions in the greenhouse. In the drought stress year 2011 in Germany, high correlations were found between the seed yields of the field trials and the container trials. This was possible under both drought stress and control conditions. Furthermore, it was possible to apply a wide variety of drought stress scenarios (duration, extent, time, etc.) in the container system. This allowed physiological and morphological resistance parameters to be studied throughout the entire growing season. The field-like conditions of the container system also create a dependence on the prevailing outdoor climatic conditions. This dependency did not exist in the additionally conducted pot and in vitro-experiments in the climate chamber. These growing systems were thus characterized by a high reproducibility and were primarily used to perform sensitive physiological examinations.The terahertz (THz) method and the chlorophyll content meter (CCM) were evaluated as potential selection techniques and were tested in the container system as well as in smaller pot experiments. To validate the selection techniques, experiments were first carried out under controlled conditions in a climate chamber. Furthermore, in the container experiments it was evaluated whether the selection techniques are suitable for distinguishing genotypic drought reactions. With both selection techniques it was possible to identify the more resistant genotypes under specific drought stress scenarios and time points. However, extensive preliminary studies were needed to validate applicability to the particular drought stress scenario and the appropriate type of resistance.In conclusion, the study made it clear that field-like drought stress can be simulated even under controlled conditions by accurate characterization of the target environment. For the currently prevailing climate in Germany, a special breeding for drought stress does not seem to be necessary yet. A focus on the breeding of high-yielding varieties seems sufficient to ensure yield stability under mild drought stress.