Analytik von Faserkomponenten der Rapssaat (Brassica napus L.) als Basis für die züchterische Optimierung der Schrotqualität

Abstract

In den letzten Jahren ist eine gesteigerte Anbaufläche von Raps (Brassica napus), begründet durch eine Nachfragesteigerung nach Rapsöl für die Biodieselproduktion, in Deutschland und innerhalb der EU erkennbar. Dadurch stellen sich neue Herausforderungen für die Pflanzenzüchtung bezüglich Ölertrag und -qualität und insbesondere der Schrotqualität, um vor allem das Rapsschrotes, als Rückstand der Ölextraktion, als hochwertiges Eiweißfuttermittel in der Tierernährung vollwertig zu nutzen. Rapsschrot enthält ca. 40% Protein mit einer günstigen Aminosäuren-Zusammensetzung und hohen Anteilen essentieller Aminosäuren, wie z.B. Methionin und Cystein. Aufgrund eines relativ hohen Rohfasergehaltes und der Präsenz weiterer antinutritiver Sameninhaltsstoffe, wie z.B. Sinapin und kondensierte Tannine, kann herkömmliches Rapsschrot aber nur bedingt in der Fütterung von Nutztieren eingesetzt werden. Um nun die Verwendungsmöglichkeiten weiter zu steigern, müssen die Gehalte der wertmindernden Inhaltsstoffe, wie Rohfaser (u.a. Lignin, Hemicellulose und Cellulose) und anderer wertmindernder phenolischer Substanzen (u.a. Tannine und Sinapine), reduziert werden. Hinsichtlich der Reduktion solcher wertmindernder Inhaltsstoffe wird aus Sicht der Pflanzenzüchtung der Entwicklung gelb- bzw. hellsamiger Rapsgenotypen eine große Bedeutung beigemessen, indem die Rohfaser reduziert und die innere Samenqualität dadurch deutlich verbessert wird.In diesem Zusammenhang ist aber in der praktischen Pflanzenzüchtung die Erfassung möglichst vieler relevanter und antinutritiver Sameninhaltsstoffe, wie z.B. Rohfaser, mittels Hochdurchsatz-Analysemethoden eine notwendige Voraussetzung für die erfolgreiche Selektion neuer Rapsgenotypen mit verbesserter Schrotqualität. Das wesentliche Ziel der Arbeit bestand darin, durch die Entwicklung von Kalibrationen für die Nahinfrarot-Reflektionsspektroskopie (NIRS) der Faserfraktionen NDF (neutral detergent fibre), ADF (acid detergent fibre) und ADL (acid detergent lignin) für verschiedene Samenvolumina (10ml und 1ml) in intakten B. napus Samen, solche umfassenden Analysemethoden bereit zu stellen. Es konnte gezeigt werden, dass die NIRS-Kalibrationen für die Faserkomponenten, speziell für die ADL-Bestimmung, hinreichend genau sind und ein großes Potential für die züchterische Selektion von neuen Linien und Sorten, sowohl in jungen als auch in fortgeschrittenen Zuchtmaterial, mit verbesserter Schrotqualität aufweisen. Weiterhin wurden die neu entwickelten NIRS-Kalibrationen genutzt, um einerseits die vorhandene genetische Variation für die Faserkomponenten in unterschiedlichen für Samenfarbe bzw. Schrotqualität spaltenden Winterrapspopulationen zu analysieren. Andererseits dienten die erzielten phänotypischen Daten als Grundlage für quantitativ- und molekular-genetische Untersuchungen, um genauere Kenntnisse über die Vererbung sowie die genetischen Assoziation mit anderen Samenschalenmerkmalen, wie z.B. der Samenfarbe und den kondensierten Tanninen, in der Rapssaat zu erlangen.Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass ein starker Zusammenhang zwischen der Samenfarbe und den verschiedenen Faserkomponenten in B. napus existiert, und dass die niedrigsten Fasergehalte in hellsamigen Genotypen zu finden sind. Bemerkenswert sind aber auch die zu beobachtende breite Variation für, beispielsweise ADL, in schwarzsamigen Rapsgenotypen einerseits und die Identifizierung eines gemeinsamen Genombereiches auf dem B. napus-Chromosom A9, der die genetischen Zusammenhänge der verschiedenen Samenschalenmerkmale erklärt, andererseits. Die in dieser Arbeit erstellten Analysemethoden für die Faserfraktionen der Rapssaat und die gewonnenen Erkenntnisse über die genetischen Zusammenhänge von Sameninhaltsstoffen, die einen maßgeblichen Einfluss auf die Schrotqualität haben, stellen wertvolle Informationen für die Züchtung von in der Schrotqualität verbesserten Rapssorten dar, mit denen eine Steigerung der dualen Verwertbarkeit von Körnerölraps für die Ölgewinnung und die Tierfütterung realisierbar ist. Oilseed rape (Brassica napus) meal or cake is an important product for livestock nutrition. With constantly rising seed production in Europe due to higher demands for vegetable oil and biodiesel, an improvement of the seed meal quality is an increasingly important breeding aim in order to increase the overall economic value of the crop. Oilseed rape meal possesses about 40% protein with a favorable composition of amino acids, and high contents of essential amino acids like methionin and cystein. However the utilisation of rapeseed meal in animal nutrition is limited by its high content of undigestible and antinutritive fibre components and additionally high quantities of other phenolic compounds, such as sinapine and condensed tannins. Until now most efforts to select for improved meal quality have concentrated on the use of the yellow seed trait as a selection marker for reduced contents of fibre and condensed tannins. In modern breeding programs the use of high-throughput analysis for all relevant valuable and antinutritive seed compounds, such as fibre, is necessary for a successful selection of oilseed rape genotypes with an improved meal quality. In this regard the development of near infrared reflection spectroscopy (NIRS) calibration for fibre fractions NDF (neutral detergent fibre), ADF (acid detergent fibre) and ADL (acid detergent lignin) in different seed volumes (10ml and 1ml) of intact B. napus seeds was the main aim of this study. It could be shown that accurate calibrations were obtained for ADL, the major antinutritional fibre fraction in oilseed rape meal, and adequate calibrations for NDF and ADF in both seed volumes. The new developed calibrations demonstrate the power of NIRS for the selection of genotypes with an improved meal quality in early and advanced breeding generations.Evaluation of diverse B. napus germplasm with the new calibrations revealed a surprisingly broad variation of ADL content in dark-seeded oilseed rape, whereas the lowest fibre contents could be observed in yellow-seeded genotypes. Furthermore the obtained phenotypic data were used for genetic studies to investigate the inheritance and the association of seed fibre components with other seed coat traits, such as seed coat colour and other phenolic compounds. The results demonstrate that a major genome region on B. napus chromosome A9 is simultaneously influencing a number of seed coat traits.The new developed NIRS-calibrations for NDF, ADF and ADL as well as the obtained information about the inheritance of seed fibre and the genetic association of several antinutritive seed components represents an important breakthrough in breeding for improved nutritional quality of seed extraction meals from oilseed rape.