Forschungs- und Innovationsprojekt
Genpool Körnerleguminosen - Basis für neue Programme zur Sortenentwicklung

weiß-blühende Lupinen-Pflanze im Zuchtgarten

Weiße Lupine (Lupinus albus)

Projekt zur Förderung der Sortenentwicklung bei Körnerleguminosen mit Schwerpunkt Weiße Lupine

Körnerleguminosen sind aufgrund ihres hohen Eiweißgehaltes weltweit ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Ernährung und Fütterung von Nutztieren. Derzeit wird der Bedarf an Eiweißfuttermitteln zum großen Teil durch Importe aus Übersee gedeckt. In Deutschland steigt neben der Nachfrage nach regional produziertem Futter parallel die Nachfrage nach pflanzlichem Eiweiß in Nahrungsmitteln. Positive pflanzenbauliche Aspekte für den Landwirt ist unter anderem der hohe Vorfruchtwert durch die pflanzeneigene Stickstofffixierung in den Knöllchenbakterien, wodurch Leguminosen vor allem im Ökologischen Landbau ein unverzichtbarer Bestandteil der Fruchtfolge sind.

Hintergrund und Ziele

Die mangelnde Wirtschaftlichkeit durch unsichere Erträge infolge mangelnder klimatischer Anpassung und Anfälligkeit gegenüber Krankheiten hat dazu geführt, dass die Anbauflächen von Soja, Lupine, Ackerbohne und Erbse in Deutschland/Bayern trotzdem vergleichsweise gering ist. Durch den resultierenden geringen Saatgutbedarf gibt es kaum Züchtungsaktivitäten, die die Anpassung dieser Kulturen vorantreiben.
Ziel dieses Projektes ist es einen gut beschriebenen Genpool von Körnerleguminosen mit aktuellem genetischem Material aufzubauen, der den bayrischen Pflanzenzüchtern für ihre Arbeit zur Verfügung gestellt und für die Forschung der LfL genutzt wird. Dafür wird nationales und internationales Sorten- und Genbankmaterial zusammengestellt, beschrieben und im Feld geprüft.
Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Weiße Lupine (Lupinus albus) gelegt, die im Vergleich zu den anderen bekannten Lupinen-Arten besser an bayrische Boden- und Klimabedingungen angepasst ist, allerdings im Ertrag stark durch die Pilzkrankheit Anthraknose (Colletotrichum lupini) gefährdet ist. Lupinen haben ähnlich hohe Kornerträge und Eiweißqualitäten wie die Sojabohne, erreichen aber derzeit eine höhere Akzeptanz in der Bevölkerung, wodurch sie in der Nahrungsmittelindustrie stärker nachgefragt werden.
Sojapflanze mit deutlich ausgebildeten grünen Hülsen

Soja-Hülsen

Lupinenfeld mit Ruhstorfer Kirche im Hintergrund

Lupinenfeld

Blütenstand einer Lupine mit blauen Blüten

Lupinen Blüte

Blütenstand einer weißblühenden Lupine

Lupinen Blüte

Parzellen mit grünen Sojabohnen-Pflanzen

Sojaversuch

Inhalte des Projektes/Methode

Sojabohne

Ausbau des bestehenden Genpools
Der bereits vorhandene Genpool, der in einem vorangegangen Projekt zur Sojazüchtung aufgebaut wurde, wird durch weitere internationale Sorten und voraussichtlich Material aus der chinesischen Genbank ausgebaut werden. Das Genbankmaterial wird beobachtet, selektiert und interessante Genotypen intensiv evaluiert. Das Sortenmaterial, welches v.a. durch Kontakte über Donau Soja e.V. von Züchtern aus verschiedenen EU-Staaten & Osteuropa bereitgestellt wird, an mehreren Versuchsstandorten in Bayern geprüft.
Qualitätsparameter für Futter
Als wichtiges Parameter für Soja für die Tierfütterung werden die Genotypen des Genpools auf ihren Protein- und Fettgehalt hin untersucht und die Anteile der essentiellen Aminosäuren, sowie die Trypsininhibitor-Aktivität bestimmt.

Weiße Lupine

Aufbau eines Genpools
Die Anzahl an in Deutschland zugelassenen Sorten der Weißen Lupine ist sehr gering, daher wird national und international Sortenmaterial gesammelt und zusätzlich genetische Ressourcen aus Genbanken genutzt. Das Material wird unter bayrischen Bedingungen beobachtet und selektiert. Züchterisch vielversprechendes Material wird in Parzellenversuchen an mehreren Versuchsstandorten in Bayern geprüft.
Untersuchung von Lebensmittelparametern
Identifizierung sortenspezifischer Unterschiede hinsichtlich Proteingehalten und -zusammensetzung, Fettgehalte, Enzymaktivitäten zur Definition von Zuchtzielen. Z.B. können eine unterschiedliche Gewichtung der Proteinfraktionen (Conglutine alpha, beta, gamma, omega) u.a. die Gelier- und Emulgiereignung beeinflussen. Abhängig davon ist die Sorteneignung für verschiedene Einsatzmöglichkeiten im Nahrungsmittelbereich wie z.B. zur Herstellung von vegetarischer Wurst und veganem Eis. Analysen beim Projektpartner Fraunhofer-Institut IVV.
Anthraknose-Resistenz
Sorten und Genbankmaterial wird unter natürlichem und künstlichem Befallsdruck durch Anthraknose im Feld bzw. im Gewächshaus angebaut um so gegebenenfalls resistente bzw. tolerante Genotypen zu identifizieren.
Entwicklung molekularer Marker
Im Gegensatz zu Soja stehen für die Weiße Lupine keine öffentlich zugänglichen Marker zur Verfügung. Im Projekt sollen vor allem die Vorarbeiten für die Entwicklung molekularer Marker geleistet werden, wie die Etablierung einer Methode zur Extraktion der Lupinen-DNA, sowie die Erstellung erster SNP-Datensätze.

Ackerbohne und Körnererbse

Aufbau eines Basis-Genpools
Beobachtung, Selektion, Vermehrung und Prüfung interessanter Genotypen und Sorten in kleinem Umfang ab 2019.

Erste Ergebnisse/Arbeiten

Sortenversuche Weiße Lupine 2018

Im Sortenversuch 2018 konnten 17 Sorten bzw. Zuchtmaterial an drei Standorten in Bayern (Niederhummel, Straß, Ruhstorf/Rott) im Parzellenversuch mit drei Wiederholungen angebaut werden. Das Pflanzenmaterial stammt von Züchtern bzw. Saatguthändlern aus D, F, CZ, CL (Chile). Als Vergleichssorte dient die in Deutschland zugelassenen Sorte `Feodora´. Die Aussaat fand mit Anfang bis Mitte April etwas später statt als üblich. Die Großteil der Sorten begann Anfang Juni mit der Blüte, einige ander bis zu drei Wochen später. Bis Juni zeigten sich, vermutlich aufgrund der trockenen Witterung, noch keine eindeutigen Symptome von Anthraknose an den Pflanzen. Durch die teils starken Regenfälle ab Anfang Juni gehen die ersten Parzellen ins Lager und z.T. treten erste typische Anthraknose-Symptome wie verdrehte Stängel und rötlich-braune
Intensiver Trockenstress insbesondere am Standort Straß zum Ende der Blütezeit führte bei spätblühenden/reifenden Sorten zu einer verminderen Hülsenausbildung. Wegen des trocknen und heißen Sommers wurden bis zur Ernte leichte Symptome von Anthraknose beobachtet, die keinen Einfluss auf den Ertrag hatten. Die verschiednen Sorten zeigten eine sehr breite Spanne in der Abreife (30. Juli bis 7.Sept) und im Kornertrag (45 - 0 dt/ha).
Weitere Ergebnisse Lupine
Zur Analyse des vorliegenden Genpools bei Weißer Lupine wurde 2018 ein Set aus 146 Sorten und Genbank-Herkünften in einer GBS-Studie (Genotyping by Sequencing) analysiert und mit den ca. 5000 identifizierten SNP (Single Nucleotid Polymorphism) eine Clusteranalyse durchgeführt. Erste Ergebnisse zeigen eine Untergliederung der untersuchten Genoypen in drei Gruppen, die z.T. mit der Herkunft in Verbindung gebracht werden können. Die Daten werden laufend ergänzt und sind die Grundlage für weitere Analysen und die zukünfige Entwicklung von molekularen Markern zur Beschleunigung der Sortenentwicklung.

Sortenversuche Sojabohne 2018

Ein Großteil der 35 Sorten (bzw. Zuchtmaterial), die 2018 in einem gemeinsamen Parzellenversuch an drei Standorten in Bayern (Frankendorf, Straß, Rotthalmünster) angebaut wurden (Blockanlage mit drei Wiederholungen), stammt aus der Zusammenarbeit mit der Donau Soja Organistation. Das Saatgut kam aus 8 verschiedenen Ländern. Als Vergleich für Reife und Kornertrag dienen die Sorten Merlin, ES Mentor, Amarok, Galice und SY Eliot. Unter den Sorten befinden sich sowohl weißblühende als auch welche mit einer lanzettlichen Blattform. Die Aussaat fand in der vierten Aprilwoche statt und die Bestände entwickelten sich nach anfänglichen Zögern durch die Frühjahrstrockenheit sehr üppig.
Die Reife einzelner osteuropäischer Sorten war deutlich später als der spätesten Vergleichssorte ES Mentor (00), daher konnten diese nicht für den Anbau in Bayern empfohlen werden. Einzelne Sorten haben Potential im Ertrag. Leider zeigten die viele Sorten aus Osteuropa eine sehr stark verzögerte Strohreife und waren damit nur schwer zu ernten. Dies konnte allerdings 2018 auch verstärkt an eigenen Zuchtmaterial beobachtet werden und ist somit eindeutig jahres-/witterungsabhängig. Die Daten wurden den entsprechenden Züchtern zur Verfügung gestellt.

Versuche 2019

Im gleichem Umfang, aber z.T. mit anderen Sorten finden die Feldversuche im zweiten Jahr mit Sojabohne und Weißer Lupine statt.
Ein parallel an drei Orten angelegter Kleinversuch zur Anthraknose zeigte eine hohe Anfälligkeit der meisten Sorten beim Anbau neben Infektionsreihen.

Versuche 2020

Die Sortenversuche Sojabohne und Weiße Lupine finden im dritten Jahr mit leicht verändertem Sortiment weiter an 3 Orten statt.
Das Sortiment für die Anthraknose-Feldprüfung wird in einem parallelem Forschungsprojekt (LupiSmart) stark erweitert und umfasst nun neben Sorten der Weißen Lupine auch Genbankmatieral und Zuchtstämme.

Aktuelle Beobachtungen in den Versuchen am Standort Ruhstorf a.d.Rott

Anthraknose Prüfung 2020 - Zusammenlegung mit LupiSmart-Projekt
Die bisherige Anthraknose-Prüfung der Sorten wurde in einen größer angelegten Anthraknoseversuch des Projektes LupiSmart integriert. Seit Ende Juni sind hier an den LfL-Standorten Kleeberg/Ruhstorf und Frankendorf/Freising deutliche Symptome zu beobachten. In den nächsten Wochen werden anfällige Sorten und Stämme weitgehend absterben. Ziel ist es Genotypen mit erhöhter Widerstandsfähigkeit zu identifizieren und parallel genetisch zu charakterisieren für eine zukünftige Nutzung in der Lupinenzüchtung.

Projektwebsite: Lupismart – Weiße Lupine von der Nische in die Praxis

Jungpflanzen in kurzen Einzelreihen am Feld

Anthraknose Prüfung 2020

blühende Lupinepflanzen mit verdrehten Trieben

Symptome zur Blüte

Pflanzenstengel mit brauner Stelle

Stengel-Nekrose

Projektinformation
Projektleitung: Dr. J. Eder (Arbeitsbereich IPZ 4a: Züchtungsforschung bei Mais und Körnerleguminosen)
Projektbearbeitung: Dr. C. Riedel (4a), Dr. G. Schweizer (IPZ 1b: Genomanalysen, Genquellen), M. Großhauser (4a)
Laufzeit: März 2018 bis Februar 2022
Finanzierung: Bay. Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Förderkennzeichen: A/18/08

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