Genetic Variation for Nitrogen Efficiency in Oilseed rape (Brassica napus L.) | Genetische Variation der Stickstoff-Effizienz bei Winterraps (Brassica napus L.)

Raps wird heute üblicherweise mit hoher mineralischer N-Düngung angebaut. Allerdings ist die N-Effizienz relativ gering, vor allem da zwar im zeitigen Frühjahr eine hohe N-Aufnahme stattfindet. aber nur relativ wenig N in die Samen verlagert wird. Dies resultiert in einem niedrigen N-Ernteindex und hohen N-Mengen, die im Stroh zurückbleiben und nach Mineralisation auswaschungsgefährdet sind und zu erheblichen Umweltbelastungen führen können.Die N-Effizienz kann in zwei Komponenten aufgeteilt werden, nämlich die Aufnahmeeffizienz, mit der der im Boden verfügbare Stickstoff von der Pflanze aufgenommen wird, und die Nutzungseffizienz, also der je Einheit aufgenommenem Stickstoff produzierte Samenertrag. Genetische Variation in der N Effizienz kann grundsätzlich auf Unterschieden in der Aufnahmeeffizienz und/oder auf Unterschieden in der Nutzungseffizienz beruhen. Ein besseres Verständnis der Ursachen für genetische Unterschiede in der N-Effizienz würde die Entwicklung gezielter Selektionsverfahren wesentlich erleichtern.Daher wurden in dieser Arbeit eine große Zahl von morphologischen und agronomischen Eigenschaften untersucht. die möglicherweise mit der N-Effizienz in Beziehung stehen und daher als indirekte Selektionsmerkmale dienen könnten. Es wurden drei unterschiedliche Experimente durchgeführt, die jeweils an mehreren Orten in ein bis drei Jahren in zwei N-Stufen (ohne Düngung und mit 240 kg N/ha) angebaut waren. Das Material bestand aus verdoppelten haploiden (DH) Linien aus drei Kreuzungspopulationen: Apex x Mohican, Bristol x Lirajet und Express x Mansholt. Außerdem wurden divergente Ramsche untersucht, die durch gezielte Mischung von DH-Linien aus diesen Populationen hergestellt wurden.Im ersten Experiment wurden 54 DH-Linien aus der Kreuzung Apex x Mohican (Kreuzung 1) in drei Jahren an insgesamt sieben Umwelten angebaut. Die Genotyp-Stickstoff (G x N) Interaktion war hochsignifikant und die Größe der Varianzkomponente betrug etwa 40 % der genetischen Varianz und war damit fast genauso groß wie die Interaktion zwischen Genotypen und Umwelten (G x E). Die Linien mit den höchsten Erträgen unter optimaler N-Versorgung zeigten sehr unterschiedliche und teilweise eher niedrige Erträge in der Variante ohne N-Düngung. Bei niedriger N-Versorgung beruhte etwa 62 % der genetischen Variation in der N-Effizienz auf Unterschieden in der Aufnahmeeffizienz, während bei hoher N-Düngung nur 36 % der genetischen Varianz durch Unterschiede in der N-Aufnahme erklärt werden konnte, und die Nutzungseffizienz eine größere Bedeutung hatte.Im zweiten Experiment wurden 99 DH-Linien aus der Kreuzung Mansholt x Express (Kreuzung 2) in zwei Jahren an insgesamt vier Umwelten angebaut. Es traten für alle Merkmale signifikante Interaktionen zwischen Genotypen und N-Stufen auf, außer für Beginn und Ende der Blüte, N-Gehalt in den abgeworfenen Blättern und N-Ertrag der Samen. Die Erträge auf den beiden N-Stufen waren hoch korreliert (R² = 0.53), aber nach Ausschluss von drei sehr schwachwüchsigen Linien, die auf beiden N-Stufen sehr niedrige Erträge erbrachten, war diese Korrelation deutlich reduziert (R² = 0.35).Im dritten Experiment wurden 44 divergente Ramsche aus Linien der drei Kreuzungen (Kreuzung 3: Bristol x Lirajet) in einem Jahr an 5 Umwelten angebaut. Diese divergenten Ramsche wurden so zusammengestellt, dass je etwa 10 Linien mit extrem unterschiedlicher Merkmalsausprägung gemischt wurden und als ein Prüfglied in den Feldversuchen getestet wurden. Die Ramsche der Kreuzung 1 zeigten signifikante Variation für alle Merkmale außer N-Aufnahme bis Blühende und Samen-Stickstoffertrag. Die Ramsche der Kreuzung 2 unterschieden sich dagegen signifikant nur im Ölgehalt und die Ramsche der Kreuzung 3 nur in der Wuchshöhe und dem Öl- und Proteingehalt. Die wichtigste, in allen drei Kreuzungen bestätigte Beobachtung war, dass in aller Regel ein hoher Kornertrag mit einem niedrigen Proteingehalt assoziiert ist.Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass eine große Variation in der N-Effizienz beim Raps nachgewiesen werden konnte. Allerdings wurde auch deutlich, dass die N-Effizienz ein sehr komplexes Zuchtziel ist, für das keine einfach zu selektierenden Hilfsmerkmale gefunden werden konnten. Somit ist die Verbesserung der N-Effizienz beim Raps zwar ein Zuchtziel mit großem Stellenwert, dass aber nur durch sehr hohe züchterische Anstrengung zu lösen sein wird.

Oilseed rape is produced today under high N fertiliser application. However, the crop is known to be having a low N efficiency mainly due to low translocation into the seed during the reproductive growth phase, despite the high N uptake early in the season until flowering. This results in a low N harvest index leaving behind a high N content in the strew which following mineralisation finds its way to ground water and thus contribute to environmental hazards.N efficiency can be splitted into two components, namely N uptake (the efficiency with which the soil N can be taken up by the plant) and N utilisation (the seed dry weight produced pro unit of absorbed N fertiliser). Genotypic variation in N efficiency could generally be attributed to high N uptake and/ or high utilisation. A better understanding of the physiological basis for genetic variation in N efficiency would be very helpful to develop selection strategies to improve N efficiency. Therefore a large number of traits were measured which are thought to be related to N efficiency and could eventually serve as traits of indirect selection in improving N efficiency in oilseed rape.In the first experiment 54 DH lines from the cross Apex x Mohican (cross 1) were tested in three years at seven environments. The genotypes x nitrogen interaction (G x N) was highly significant and the size of their variance components was about 40% of the genetic variance. which is nearly the same size as the genotype x environment (G x E) interaction. The lines with highest yield at high N supply showed sometimes rather low yields at the reduced N supply. At low N supply 62% of the variation in N efficiency was contributed by differences in N uptake efficiency, whereas at high N supply only 36% was contributed by differences in N uptake and N utilisation was more important.In the second experiment 99 DH lines from the cross Mansholt x Express (cross 2) were tested in two years at four environments. There was significant G x N interaction for all the traits except days to begin of flowering, end of flowering, N in dropped leaves and seed N uptake. The correlation between the two N levels for yield was R2 = 0.53 but after excluding three very low yielding lines the correlation was only R2 = 0.35. Yield/flowering interval and yield/end of flowering were significantly correlated at the reduced N supply but not at the high N supply.In the third experiment 44 divergent bulks of cross 1, cross 2 and cross 3 (Bristol x Lirajet) were tested in one year in 5 locations. The divergent bulks were composed from about 10 lines each which differed extremely for performance in morphological or agronomic traits. The bulks of cross 1 differed significantly for all the traits except N uptake at end of flowering and seed N uptake. the bulks of cross 2 differed significantly only for oil content, the bulks of cross 3 showed significant genetic variation for plant height. oil and protein content. There was a clear relationship between protein content and high yield throughout the three crosses, the low protein containing lines proved to be high yielding.