Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 148 (2011)
Evaluierung der Kühletoleranz bei Sorghum während der
Jugendentwicklung
Karin Fiedler 1 , Arndt Zacharias 2 , Hartmut Stützel 1 und Ralf Uptmoor 1
1 Institut für Biologische Produktionssysteme, FG Systemmodellierung Gemüsebau, Hannover; 2 KWS
Saat AG, Einbeck. E-Mail: fiedler@gem.uni-hannover.de
Einleitung
Der im Wesentlichen limitierende Faktor für die Etablierung von Sorghum in gemäßigten
Breiten als Alternative zu Energiemais ist die geringe Adaption an kühle Temperaturen im
Frühjahr, die eine verzögerte Jugendentwicklung zur Folge hat. Niedrige Temperaturen wirken
sich sowohl auf die Blattentwicklung als auch auf die Effizienz des Photosyntheseapparates
negativ aus. Blatterscheinungs- und Blattstreckungsraten können eine Folge der
niedrigen Photosyntheseleistung ausgelöst durch das geschädigte Photosystem II aufgrund
einer Pigmentänderung der Chloroplasten (Haldimann 1998) und der reduzierten Enzymaktivität
im Carbonzyklus sein (Kingston-Smith et al. 1997). Verschiedene Studien bei Mais
zeigen eine hohe genetische Variabilität hinsichtlich der Photosyntheseleistung bei kühlen
Temperaturen. Messungen der Chlorophyllfluoreszenz zur Quantifizierung der Effizienz des
Photosystems II wurden als Selektionskriterium auf Kühletoleranz bei Mais verwendet
(Fracheboud et al. 1999). Ziel dieses Projektes ist die Erfassung von Genotypen mit hohen
Wachstumsraten bei niedrigen Temperaturen sowie die Identifizierung von Marker-
Merkmals-Assoziationen für die Kühletoleranz beeinflussende Merkmale während der
Jugendentwicklung.
Material und Methoden
Ein Diversitätsset bestehend aus 194 Linien wurde in einem Klimakammerversuch mit 8
Temperaturstufen hinsichtlich der Jugendentwicklung evaluiert. Die mittlere Lufttemperatur
betrug zwischen 9,4 und 20,8 °C. Blattzahl, Blattfläche und Trockenmassen wurden 7 Tage
nach Aussaat und am Ende des Experimentes gemessen, um Blatterscheinungsraten,
Blattflächen- und Trockenmassen-wachstumsraten zu berechnen. Chlorophyllgehalt (Spad)
und Chlorophyllfluoreszenz wurden im 3-Blattstadium gemessen. Mithilfe von Regressionen
wurden für die Merkmale in Abhängigkeit der Temperatur genotypspezifische Parameter
ermittelt, mit denen die Basistemperatur und Wachstumsraten berechnet wurden. Auf Basis
der genotypspezifischen Parameter und der Mittelwerte über alle Umwelten wurden Assoziationsstudien
durchgeführt. Dafür wurde das Diversitätsset mit 171 DArT-Markern und 31
SSR-Markern molekular charakterisiert. Die Populationsstruktur wurde mit der Software
„Structure“ berechnet und die Assoziationsstudien wurden mit „Tassel 2.1“ durchgeführt.
Ergebnisse und Diskussion
Das Diversitätsset zeigte in dem Klimakammerversuch eine große Variabilität hinsichtlich der
Jugendentwicklung. Viel versprechende Marker-Merkmals-Assoziationen für die einzelnen
Parameter konnten auf den Chromosomen 1, 4, 6 und 10 detektiert werden. Relativ häufig
scheint es Regionen zu geben, in denen sowohl QTLs für das Blattwachstum als auch für
Chlorophyllgehalt bzw. Fluoreszenz identifiziert werden, so dass eine unterschiedliche
Photosyntheseleistung der Sorghumgenotypen eine Erklärung für die Variabilität in den
Wachstumsraten sein könnte. In den interessanten Regionen sollen Feinkartierungen und
Kandidatengen-Assoziationsstudien vorgenommen werden.
Literatur
Haldimann, P. 1998: Low growth temperature-induced changes to pigment composition and photosynthesis
in Zea mays genotypes differing in chilling sensitivity. Plant Cell Environ. 21:200-208.
Kingston-Smith, A.H., Harbinson, J., Williams, J., Foyer, C.H. 1997: Effect of chilling on carbon
assimilation, enzyme activation, and photosynthetic electron transport in the absence of
photoinhibition in maize leaves. Plant Physiol. 114:1039-1046.
Fracheboud, Y., Haldimann, P., Leipner, J., Stamp, P. 1999: Chlorophyll fluorescence as a selection
tool for cold tolerance of photosynthesis in maize (Zea mays L.). J. Exp. Bot. 50:1533-1540.