Planteavlskongressen - Planteproduktion Session 1,4

Præsentationer af emnet: "Planteavlskongressen - Planteproduktion Session 1,4"— Præsentationens transcript:

1 Planteavlskongressen - Planteproduktion 2004 - Session 1,4
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Planteavlskongressen - Planteproduktion Session 1,4 Balancen mellem protein og stivelse 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

2 Baggrund - Fornyet fokus på foderkorn
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Baggrund - Fornyet fokus på foderkorn Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

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

4 Vidensyntese - Fornyet fokus på foderkorn
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Vidensyntese - Fornyet fokus på foderkorn Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

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

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

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

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

9 DJF Plantebiologi Markforsøg - Baggrund
Bernd Wollenweber Markforsøg - Baggrund Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

10 DJF Plantebiologi Markforsøg - Formål
Bernd Wollenweber Markforsøg - Formål Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

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

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

13 Markforsøg - Resultater
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Markforsøg - Resultater Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

14 Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten Balancen mellem protein og stivelse Akkumuleringen af protein og stivelse i oplagringsvæverne afhænger i høj grad af: den fotosyntetiske fiksering af kulstof (CO2) 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

15 Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Det fysiologiske og biokemiske grundlag for kvaliteten Balancen mellem protein og stivelse 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 Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

16 DJF Plantebiologi Stivelse
Bernd Wollenweber Stivelse Balancen mellem protein og stivelse Op til 30% af CO2 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% Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

17 Deponering af stivelse
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Deponering af stivelse Balancen mellem protein og stivelse De fleste kulhydrater i kernen stammer fra CO2, 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) Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

18 DJF Plantebiologi Stivelse syntese CO2 organiske syrer kulhydrater
Bernd Wollenweber Stivelse syntese Balancen mellem protein og stivelse CO2 organiske syrer kulhydrater stivelse(fraktioner) Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

19 DJF Plantebiologi Protein syntese NO3- NH4+ aminosyrer
Bernd Wollenweber Protein syntese Balancen mellem protein og stivelse NO3- NH4+ aminosyrer protein(fraktioner) Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

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

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

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

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

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

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

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

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

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

29 Balancen mellem protein og stivelse
DJF Plantebiologi Bernd Wollenweber Balancen mellem protein og stivelse Balancen mellem protein og stivelse CO NO3- NH4+ organiske syrer aminosyrer kulhydrater stivelse(fraktioner) protein(fraktioner) Baggrund Dyrkningsforsøg Fysiologi

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