09.12.2015 Einflussfaktoren der Proteinbildung beim Weizen Kontakt Dr. Helge Stephan, Landwirtschaftskammer S-H Abteilung: Pflanzenbau, Pflanzenschutz, Umwelt Tel. 04331/9453330, E-Mail: [email protected] 05.11.2015 Dr. H. Stephan Gliederung • Einführung • Physiologische Grundlagen • Einflussfaktoren auf die Proteinbildung • Fazit Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 1 09.12.2015 Einführung Warum ist der Rohproteingehalt wichtig in der Winterweizenproduktion? • Rohproteingehalt ist ein entscheidender Faktor bei der (ersten) Qualitätsbewertung durch die aufnehmende Hand Beeinflusst den monetären Erlös für Weizen • Ist durch geeignete Methoden ein schnell zu bestimmendes Merkmal (NIR/NIT) • Korreliert mit der Volumenausbeute Indirektes Merkmal für „Backfähigkeit“ Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Einführung Eigentliches Qualitätskriterium „Backfähigkeit“ Aber: • Nur (zeit)aufwendig zu bestimmendes Merkmal (RMT) • Sortenreinheit/-anteile lassen sich nur aufwendig bestimmen Bis (kostengünstige) Schnellbestimmungsmethoden gefunden sind, wird der Rohproteingehalt als Qualitätsmerkmal erhalten bleiben Für die Weizenerzeuger daher weiter wichtiges Merkmal Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 2 09.12.2015 Physiologische Grundlagen Wie kommt Stickstoff ins Korn? Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Physiologische Grundlagen N Dr. Helge Stephan N N Datum: 09.12.2015 3 09.12.2015 Physiologische Grundlagen NO3- N N NH4+ Dr. Helge Stephan N Datum: 09.12.2015 Physiologische Grundlagen BBCH 65 200 kg N/ha gedüngt 189 kg N/ha aufgenommen 23 % 15 % 11 % 6% 28 % 17 % N Nach Barraclough et al. 2014 Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 4 09.12.2015 Physiologische Grundlagen BBCH 95 200 kg N/ha gedüngt 213 kg N/ha aufgenommen Ca. 11% N nach der Blüte aufgenommen N N N 89 % 2% 40-5 % laut Literatur 1% 1% 4% 3% Nach Barraclough et al. 2014 Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Physiologische Grundlagen Wurzelanlage Nährgewebe Keimling Blattanlage Scutellum/Keimblatt Endosperm (Mehlkörper) Aleuronschicht Frucht- und Samenschale Haarschopf Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weizenkorn.png#/media/File:Weizenkorn.png Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 5 09.12.2015 Physiologische Grundlagen Anteil am Rohprotein Keimling (6%) Endosperm (82%) Aleuronschicht (12%) Proteinarten (nach Osbourne 1907) Wasser lösliches Protein = Albumine und Globuline Wasser unlösliches Klebereiweiß = Prolamine Wasser lösliches Eiweiß = Albumine und Globuline Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weizenkorn.png#/media/File:Weizenkorn.png Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Status quo in der Praxis Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 6 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt 110 14 100 12 MV BRD 8 80 6 Rohprotein [% TS] Ertrag [dt/ha] 10 SH 90 70 4 60 2 50 0 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Dr. Helge Stephan Quelle: BEE 2000-2014 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt 15 MV SH 14 Rohprotein [% TS] y = -0,0546x + 17,437 R² = 0,6394 BRD 13 y = -0,0517x + 16,74 R² = 0,6397 12 y = -0,0438x + 16,203 R² = 0,4097 11 10 50 Dr. Helge Stephan 60 70 Datum: 09.12.2015 80 Ertrag [dt/ha] 90 100 110 Quelle: BEE 2000-2014 7 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Welche Witterungsereignisse beeinflussen den Rohproteingehalt? Datengrundlage: • Landessortenversuch Winterweizen 2008-2015 Futterkamp • Konstantes N-Niveau 220 kg N/ha • Wechselnde Sorten/Qualitätsgruppenanteile Rohprotein als Mittelwert der B-Sorten Dr. Helge Stephan Quelle: BEE 2000-2014 Datum: 09.12.2015 Rohproteingehalt (%i. TS) Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Ertrag (dt/ha) Dr. Helge Stephan Nach Triboi et al.2006 Datum: 09.12.2015 8 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 16 14 Rohprotein (% i. TS) 12 y = 0,0066x + 5,6599 R² = 0,71 10 8 6 4 2 0 600 700 Dr. Helge Stephan 800 900 1000 1100 Summe Temperatur ab BBCH 65 bis Ernte (°C) 1200 1300 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 16 14 Rohprotein (% i. TS) 12 2008 2015 2013 2014 2012 2011 2010 2009 10 8 6 4 2 0 600 Dr. Helge Stephan 700 800 900 1000 1100 Summe Temperatur ab BBCH 65 bis Ernte (°C) 1200 1300 Datum: 09.12.2015 9 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Rohproteingehalt (%i. TS) Hohe Temperatur/ Wasserdefizit Ertrag (dt/ha) Dr. Helge Stephan Nach Triboi et al.2006 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 14 14 Rohprotein (% i. TS) 13 13 12 y = 0,0007x + 3,1556 R² = 0,5068 12 11 11 10 10000 10500 11000 11500 12000 12500 13000 13500 14000 14500 Summe Strahlung ab BBCH 65 bis Ernte (W/m²) Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 10 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Rohproteingehalt (%i. TS) Hohe Temperatur/ Wasserdefizit Hohe Strahlung/ Hohe CO2-Konzentration Ertrag (dt/ha) Dr. Helge Stephan Nach Triboi et al.2006 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Weizenertrag Deutschland 1961-2013 90 80 70 Ertrag (dt/ha) 60 50 40 30 20 10 0 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Quelle: FAO Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 11 09.12.2015 50 14 40 13 Sedimentationswert [mL] Proteingehalt [% TS] Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt 30 12 20 11 0 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 Quelle: Münzing. MRI Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Rohproteingehalt (%i. TS) Hohe Temperatur/ Wasserdefizit Niedriger Sink Unter N-Defizit Ertrag (dt/ha) Dr. Helge Stephan Hohe Strahlung/ Hohe CO2-Konzentration Nach Triboi et al.2006 Datum: 09.12.2015 12 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Was kann der Landwirt tun? Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 Durchschnittliche Rohproteingehalte LSV Futterkamp 2008-2015 16 15 Rohprotein in % TM 14 13 E 12 A B 11 C 10 9 8 2008 Dr. Helge Stephan 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Datum: 09.12.2015 13 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 15 14 Rohprotein in % TM 13 12 11 10 y = -0,0534x + 18,924 R² = 0,3423 9 8 90 100 Dr. Helge Stephan 110 120 130 Ertrag 86% TM [dt ha-1] 140 150 160 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 15 E 14 A Rohprotein in % TM 13 B C 12 11 10 9 8 90 Dr. Helge Stephan 100 110 120 130 Ertrag 86% TM [dt ha-1] 140 150 160 Datum: 09.12.2015 14 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW LSV Futterkamp 2008-2015 290 270 N-Entzug (kg N/ha) 250 230 E A 210 B 190 C 170 150 90 100 Dr. Helge Stephan 110 120 Ertrag 86% TM [dt/ha] 130 140 150 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt Schossen Ährenschieben Blattentwicklung Bestockung Blüte Keimung Ährenschwellen Milchreife Teigreife 2.N-Gabe N-Aufnahme 3.N-Gabe 1.N-Gabe Ährentragende Halme Zunahme Körner je Ähre 4.N-Gabe? TKG Dr. H. Stephan 0 10 Dr. Helge Stephan 20 30 40 50 BBCH-Stadium 60 70 80 90 Datum: 09.12.2015 15 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt N-Steigerungsversuch Futterkamp 2008-2015 120 14 12 80 10 8 60 Ertrag 6 Nmin Ernte Rohprotein (% i.TS) Ertrag (dt/ha)/ Nmin (kgN/ha) 100 40 Protein 4 20 2 0 0 0 50 Dr. Helge Stephan 100 150 Düngung (kg N/ha) 200 250 300 Datum: 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW Futterkamp N-Versuch 2005-2014 (A/B-Weizen) 16 Rohprotein in % TM 15 14 13 12 220 kg N/ha 11 260 kg N/ha 10 9 8 70 Dr. Helge Stephan 80 90 100 110 120 Ertrag 86% TM [dt ha-1] (Parzellenertrag minus 15%) 130 Datum: 09.12.2015 16 09.12.2015 Einflussfaktoren auf den Rohproteingehalt WW Futterkamp N-Versuch 2005-2014 (A/B-Weizen) Dr. Helge Stephan 220 kg N/ha 260 kg N/ha Differenz Ertrag [dt ha] 102,2 103,3 1,1 Rohprotein [%TM] 12,7 13,3 0,7 N-Bilanz [kg N ha] 24,8 52,3 27,5 Datum: 09.12.2015 Fazit • Der Proteingehalt wird von den Umweltfaktoren maßgeblich bestimmt Einfluss auf die Kornfüllungsphase • Zwischen Proteingehalt und Ertrag besteht ein „Verdünnungseffekt“ • Ziel des Weizenerzeugers muss es sein, die Balance zwischen Ertrag und Qualität zu finden Sortenwahl, NDüngung • Unterstützende Maßnahmen zur Verbesserung der N-Effizienz sollten ausgenutzt werden Dr. Helge Stephan Datum: 09.12.2015 17
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