Planteavlskongressen - Planteproduktion Session 1,4 Planteavlskongressen - Planteproduktion Session 1,4 DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Målrettet dyrkning af korn - optimering af protein- og stivelsesindholdet 1,4,1 - Balancen mellem protein og stivelse, hvordan styres den i planten? Baggrund Dyrkningsforsøg Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten Balancen mellem protein og stivelse

Baggrund - Fornyet fokus på foderkorn DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Dansk landbrugsproduktion skal fremover kunne imødekomme skærpede og differentierede krav til både afgrødernes råvarekvalitet og om reduceret ressource-forbrug og miljøbelastning Vi skal blive bedre til at lave kvalitetsprodukter, som er målrettet mod anvendelsen f.eks. styringen af indholdet af protein og stivelse i korn Restriktioner i landbrugets kvælstofanvendelse (VMII) har haft stor indflydelse på udbytte men der er ikke gennemført mange undersøgelser, der belyser konsekvenserne af reducerede N- normer for kvaliteten i korn VMPIII også kan have konsekvenser i den retning Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Anvendelse af korn i Danmark (2001) DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Vidensyntese - Fornyet fokus på foderkorn DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Der mangler for korn til foder en forskningsindsats til bestemmelse af kornets næringsværdi i forhold til næringsbehov Dyrkning af kvalitetsafgrøder - målrettet produktion af korn, raps og bælgsæd til foderbrug DJF Rapport 74 (2002) Konklusioner - der er behov for: at undersøge det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvalitetsparametre i korn og at identificere de faktorer som begrænser forbedringer at definere de muligheder og problemer som dyrknings-strategier har på kvalitetsparametre i korn at vurdere foderets effekt på husdyrsundhed Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Påvirkning af miljø og drift på udbytte og kvalitet DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber næringsstoffer temperatur fotoperiode jordfugtighed sol indstråling sort art udsåning gødskning vanding ernæring fennologi udvikling biomasse oplagring udbyttekvalitet Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Balancen mellem protein og stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Næringsværdien af den modne kerne afhænger af den relative akkumulering af energi (kulhydrater) og protein Dyrkningsmæssige og ernæringsmæssige begrænsninger vil påvirke de relative forhold mellem disse forbindelser og dermed kornkvaliteten En reduceret kvælstoftildeling resulterer i et lavere proteinindhold i kernen Som følge heraf er der konstateret en stigning i kernens stivelsesindhold i nogle sorter Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

N-tilførslens indflydelse på råprotein og stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Vinterhvede (23 forsøg) Vårbyg (14 forsøg) Oversigt over Landsforsøgene 2001 Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

N-tilførslens indflydelse på stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Pedersen JB og Højby M, Planteavlsorientering (2000) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Markforsøg - Baggrund DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber N-tilførslen har stor betydning for både det kvantitative og kvalitative udbytte af korn til foder De reducerede kvælstofkvoter har øget interessen for, om nogle kornsorter klarer sig bedre end andre ved et lavere kvælstofniveau Forudsigelser om reduceret udbytte og lavere proteinindhold i korn under disse betingelser er blevet påvist i praksis Konsekvenserne for kvalitetsparametrene i nyere sorter dyrket til fodring er dårligt belyst Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Markforsøg - Formål DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Variation i sorternes udnyttelse af næringsstoffer er afhængig af bl.a. jordegenskaber, gødnings-form, -mængde og –tildeling (tidspunkt) Vinterhvede: Stakado: højt stivelsesindhold og et lavt proteinindhold Shamrock: lavt stivelsesindhold og et højt proteinindhold Vårbyg: Cork: lavt proteinindhold Meltan: højt proteinindhold Cindy: waxy-byg Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Vårbyg - protein DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber lav protein høj protein Waxybyg Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Vårbyg - stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber lav protein høj protein Waxybyg Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Markforsøg - Resultater DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber En reduceret kvælstoftildeling resulterer i et lavere proteinindhold i kernen Som følge heraf er der konstateret en stigning i kernens stivelsesindhold Koncentrationen af protein i kernen bestemmes af balancen mellem protein og stivelse Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Akkumuleringen af protein og stivelse i oplagringsvæverne afhænger i høj grad af: den fotosyntetiske fiksering af kulstof (CO 2 ) i bladet translokationshastigheden (flux) af fotoassimilater den samtidige forsyning med relevante kvælstof- forbindelser I det voksende forrådsorgan vil forskellige metaboliske processer konkurrere om disse substrater, og dette fører til sidst til, at der deponeres en karakteristisk sammensætning af oplagringsstoffer Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Meget protein i kernen stammer fra N optaget i de vegetative vækstfaser og den efterfølgende transport fra aldrende plantedele Koncentrationen af protein i kernen bestemmes af balancen mellem protein og bl.a. stivelse, som dannes ved kernefyldning og/eller transporteres fra reserver i skuddene Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Op til 30% af CO 2 oplagres i form af stivelse I kerner optræder stivelse i granuleret form i cellerne i endosperm Stivelsegranulat indeholder en blanding af amylose og amylopectin Forholdet mellem amylose : amylopectin er ca. 1 : 3 Waxy majs, byg, ris og den nyligt udviklede waxy-hvede har et amylopectin-indhold på næsten 100% Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Deponering af stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber De fleste kulhydrater i kernen stammer fra CO 2, der fikseres i løbet af kernefyldningsperioden Da der er grænser for, hvor hurtigt stivelse kan deponeres, medfører det en balancegang mellem: plantens evne til at producere substrat (source-begrænsning) og kernens evne til at udnytte det (sink-begrænsning) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Stivelse syntese DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber CO 2 organiske syrer kulhydrater stivelse(fraktioner) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Protein syntese DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber NO 3 - NH 4 + aminosyrer protein(fraktioner) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Proteinfraktioner DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Proteinsammensætning under kernefyldningen DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Stenram et al., 1990 Vinterhvede (Hildur, Sverige) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Proteinsammensætning under kernefyldningen DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Vinterhvede (Hildur, Sverige) Stenram et al., 1990 Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Proteinfraktioner DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Aminosyrer DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Boisen, 2002 Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

N tildeling og aminosyrer i byg DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber lavt protein højt protein Waxybyg Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

N-tildeling og proteinfraktioner i byg DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

N-tildeling og Lysin-indhold i proteinfraktioner i byg DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Proteinfraktioner DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Indlejring af de forskellige proteinfraktioner forløber asynkront og dermed varierer både mængden og koncentrationen af disse komponenter gennem kernernes modningsperiode Sene N-tildelinger vil øge indholdet af prolamin-fraktionen, fordi syntesen af albumin/globulin er afsluttet tidligere i kornkernernes udvikling Den mindre koncentration af essentielle aminosyrer i denne fraktion vil resultere i en lavere næringsværdi Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Balancen mellem protein og stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber CO 2 NO 3 - NH 4 + organiske syrer aminosyrer kulhydrater stivelse(fraktioner) protein(fraktioner) Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

Balancen mellem protein og stivelse DJF DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Koncentrationen af protein i kornkernen er et resultat af balancen mellem oplagring af henholdsvis protein og stivelse I kernen vil forskellige metaboliske processer konkurrere om disse substrater, og dette fører til sidst til, at der deponeres en karakteristisk sammensætning af oplagringsstoffer På grund af mangel på tilgængelige amino-grupper vil en mindre mængde C-skeletter blive brugt til syntese af aminosyrer, mens dannelsen af kulhydrater vil være begunstiget Fysiologiske gradsforskelle i oplagring af henholdsvis stivelse og protein er dermed grundlæggende i forklaringen af den effekt, agronomi og miljø har på proteinindhold i kernen Balancen mellem protein og stivelse Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi