Q U A L I T Ä T S Z Ü C H
T U N G B E I R A P S
Seminararbeit im Rahmen der Vorlesung Ölpflanzen - Züchtung,
Anbau, Verwertung im Wintersemester 2002/2003
Wien, 12. Dezember 2002
Einleitung
Raps (Brassica napus) gehört zusammen
mit den mit ihm verwandten kreuzblütigen Kulturarten, wie Rübsen (Brassica
rapa) und Sarepta- bzw. Braunsenf (B. juncea) zu der sogenannten
Rapssaat (engl. rapeseed, franz. colza). Weltweit nimmt Rapssaat nach Sojabohnen,
Baumwollsaat den dritten Platz in der Ölproduktion ein. In Mittel- und Nordeuropa
ist Raps die wichtigste ölliefernde Pflanze.
Nimmt man den Ertragsanstieg als Maß für den
Zuchtfortschritt, so war dieser in den letzten Jahren deutlich geringer
als bei unseren selbstbefruchtenden Getreidearten und auch beim Mais. Gründe hierfür liegen im über die Jahre stark
wechselnden Interesse am Raps und an den zuchtmethodischen Unsicherheiten,
die sich aus der partiellen Fremdbefruchtung ergeben. Lange Zeit haben wenige Sorten, beispielsweise
„Lembke´s Winterraps“ (seit 1921) den Anbau bestimmt.
Zuchtmethoden
Der übliche Zuchtgang bei Raps ist die klassische
Stammbaummethode. Raps ist ein
„Selbstbefruchter mit partieller Fremdbefruchtung“, die je nach Sorte und
Literatur zwischen 5 - 15 bzw. 15 – 35 % und bis zu drei Viertel angegeben
ist, wobei zwischen den einzelnen Pflanzen und Linien beinahe jeder Wert
zwischen 0 und 100 % Fremdbefruchtung erreicht werden kann. Reine Liniensorten sind neben Populationssorten
möglich, da Raps bei Selbstung oft keine Inzuchtdepression zeigt. Die Liniensorten können aus einem einzigen
homozygoten Genotyp bestehen und sich durch große Homogenität und Unterscheidbarkeit
auszeichnen. Erzwungene Selbstungen
können jedoch in verschiedenem Ausmaße Inzuchtdepression hervorrufen und
so nach anschließender Kreuzung Heterosiseffekte erwarten lassen.
Voraussetzung für die Qualitätszüchtung ist
das Auffinden bestimmter Mutanten, wie es beispielsweise die spontan entstandenen
Genmutationen für Erucasäure und Glucosinolatarmut waren. Die Qualitätszüchtung begann mit der Entdeckung
der erucasäurefreien Mutante „Liho“ 1960 in Kanada und der glucosinolatfreien
Rapssorte „Bronowski“ 1967. Beide
Merkmale wurden in Sommerrapsformen gefunden, sie mussten also noch durch
systematische Rückkreuzung mit Winterraps in die bei uns üblichen Winterformen
übertragen werden.
Ziele der Qualitätszüchtung:
- 0-Sorten
Durch das Einkreuzen der erucasäurefreien Mutante
konnten die sogenannten „0 – Sorten (zero – erucic) geschaffen werden. Diese
Erucasäurefreiheit geht auf zwei Gene zurück. So konnte der Anteil der langkettigen
Erucasäure (C22:1) von über 50 auf 0,3 % des Fettsäuregehaltes gesenkt werden.
Dies ist der Grund für die ernährungsphyisologisch
hohe Qualität des heutigen Rapsöles, haben doch Fütterungsversuche bei Ratten
in den 50er Jahren ergeben, das hohe Erucasäuregehalte im Rapsöl verminderte
Futteraufnahme, gehemmtes Wachstum und histopathologische Veränderungen
in verschiedenen Organen verursachen.
Mithilfe eines umfangreichen „Screeningprogramms“
(systematisches Selektieren in vielen verschiedenen Sorten und Herkünften)
konnten 1960 in der deutschen Sorte „Liho“ einige
Körner, welche erucasäurefreies Öl aufwiesen, gefunden werden. Diese wurden
mithilfe der Halbkorntechnik analysiert und weiter zu vollständigen Pflanzen
herangezogen.
Die Züchtung dieser erucasäurefreien „0 – Sorten“
hat den Anbau von Raps revolutioniert.
- 00-Sorten
Rapsextraktionsschrot enthält rund 40 % Protein
in der Trockensubstanz, das eine ernährungsphysiologisch gut ausgewogene
Aminosäurezusammensetzung aufweist. Begrenzend für die Verwendung als Futter
war in den alten Sorten der hohe Glucosinolatgehalt der Samen von bis zu
3 % der TS. Dieser hohe Gehalt kann zu einer schlechten Futternutzung und
gesundheitlichen Schäden der Tiere führen.
Die Entwicklung glucosinolatarmer, sogenannter
„00-Sorten“ bedeutete das zweite große Screeningprogramm für die Rapszüchtung.
1967 konnte man an der Universität Göttingen und in Saskatoon, Kanada zeitgleich
die Ausgangsform für die Glucosinolatarmut aus der polnischen Sommerrapssorte
„Bronowski“ selektieren. Dies geschah mit einer einfachen, für große Serien
geeigneten Selektionsmethode: die Abspaltung der Glucose (Zuckerrest der
Glucosinolate) wurde in wässriger Lösung mit Hilfe eines Glucoseteststäbchens
analysiert.
Der in Kanada für 00-Qualität geprägte Begriff
„Canola“ erhält zunehmend weltweite Verbreitung.
- Öl und Protein
Zwischen Öl- und Proteingehalt besteht eine
signifikante negative Beziehung. Der Ölgehalt liegt bei 40 -44, der Eiweißgehalt
bei 20 – 25 % in den Samen. Durch
eine gleichzeitige Selektion auf Öl und Eiweiß ist ein weiterer Zuchtfortschritt
möglich. Aufgabe des Züchters ist es hier, Korrelationsbrecher zu finden.
Mittels der Nahinfrarot (NIR)
– Spektroskopie können beide Gehalte in kurzer Zeit bestimmt werden, so
können Samen mit einem hohen gemeinsamen Anteil an Protein und Öl selektiert
werden.
- Ölgehalt
Der Ölgehalt unterliegt einer starken Umweltvariation,
wobei Düngungsmaßnahmen, Saatzeitverschiebung und die Temperatur während
der Abreife wichtig sind. Die
Erucasäure ist um 4 C- Atome länger als die Hauptfettsäure Ölsäure (C18:1).
Aufgrund dieses stöchiometrischen Effektes war der Ölgehalt in den älteren,
erucasäurehältigen Sorten um 2 – 4 % höher als im erucasäurefreien Qualitätsraps.
Der Ölgehalt von 00-Sorten liegt
im Mittel bei 40 – 44 % der TS, in ölreichen bei 46 -48 % der TS. Als Zuchtziel
wird ein Gehalt von 48 – 50 % genannt.
Da Ölgehalt und Samenertrag nicht negativ korrelieren,
ist mit einer weiteren Erhöhung des Samenertrages zu rechnen. Die Selektion auf hohen Ölgehalt ist sehr einfach.
Zur Abtrennung der ölreichen Samen kann auch ihr Auftrieb in einer Saccharoselösung
oder in einer anderen Lösung von geeigneter Dichte genutzt werden. Vor allem wird der Ölgehalt von Einzelpflanzen
mithilfe eines Kernresonanz (NMR) – Spektrometers gemessen. Diese Analyse
benötigt nur 2 -4 g Samen, benötigt nur wenige Sekunden und beeinträchtigt
die spätere Aussaat nicht.
- Veränderung der Fettsäurezusammensetzung:
Linol- und Linolensäure
Rapsöl für die Ernährung benötigt ein verbessertes
Polyenfettsäureverhältnis. Es muss der Anteil an Linolsäure (C18:2) erhöht
werden, Linolensäure (C18:3) muss vermindert werden, da diese leicht oxidierbar
ist. Die Linolensäure ist zwar
als Bestandteil der Chloroplastenlipide unentbehrlich, eine Reduktion hat
aber keinen ungünstigen Effekt auf die Samenentwicklung und den Ertrag gezeigt.
Durch die Reduzierung der Erucasäure
wurde der Anteil der ernährungsphysiologisch
wichtigen Linolsäure (Vitamin F) bereits von 15 auf 20 % und auch der Anteil
dreifach ungesättigter Linolensäure von 8 auf 12 % erhöht. Ziel war es nun, den Linolsäureanteil möglichst
zu steigern und den Linolensäureanteil auf unter 3% zu bekommen, um Haltbarkeit
und die thermische Stabilität beim Frittieren sicher zu stellen. Voraussetzung
dafür wäre ein genetisches Ausgangmaterial gewesen, in dem die Linol- und
Linolensäure unabhängig voneinander variieren. Da beide aus der Ölsäure
entstehen, wären zwei voneinander unabhängige Desaturasen notwendig. Das war erst nach chemischen Mutationsversuchen
an vorgequollenen Samen mit einem Ethylmethansulfat (EMS) bzw. nach Behandlung
mit Röntgenstrahlung möglich. Durch
Kreuzung von Mutanten konnte in Australien nahezu linolensäurefreie Linien
mit nur 1,6 – 1,8 % Linolensäure und 30 % Linolsäure entwickelt werden.
High - Oleic Acic Rapeseed
(HOAR)
Die Steigerung des Ölsäuregehaltes (C18:1)
von 11 auf 80 % und somit die Erzeugung von „high oleic rapeseed“ (HOAR)
war ebenfalls durch chemische Mutation möglich. Die Ölsäure gilt als ernährungsphyiologisch
neutrale Fettsäure und genießt im Olivenöl hohes Ansehen.
Ein weiterer Weg ist die Gentechnik mittels
der Hemmung der Desaturierung. Die Ölsäure –und Linolsäuredesaturierung wird
durch verschiedene Gene reguliert. Es liegt daher der Schluss nahe, dass
die mutagene Veränderung Gene betrifft, die die Desaturierung der Ölsäure
zu Linolsäure regulieren.
High Erucic Acic Rapeseed (HEAR)
Eine neuerer Züchtungsansatz ist die Züchtung von
Raps mit einem hohen Anteil an Erucasäure, high – erucic acic rapeseed (HEAR)
für die Verwendung in der Oleochemie. Der natürliche Erucasäuregehalt liegt
bei 45 - 50 %, was für die industrielle Nutzung zu wenig ist. Die biologische Grenze liegt hier bei 66 %
Gehalt Erucasäure am Ölspektrum, da das Erucyl-CoA vom dazugehörenden Enzym
nicht in die mittlere Position des Triglycerids eingebaut wird. Durch die
Übertragung eines Genes aus der Wildpflanze Limnanthes douglasii hofft
man jedoch, den Eurcasäuregehalt über 66 % steigern zu können.
- Gelbsamiger
Raps
Die bereits vorher besprochene gleichzeitige
Selektion auf Öl und Eiweiß geht vor allem zu Lasten der Rohfaser. Der Rohfaseranteil
ist bei gelbsamigen Rübsenformen beispielsweise um 4,5 % niedriger. Der Schalenanteil von hellsamigen Rapssamen
ist, verglichen mit schwarzsamigen, im Mittel um zwei Prozent geringer.
Dadurch erhöht sich nicht nur der
Gehalt an wertbestimmenden Inhaltsstoffen, sondern auch gleichzeitig die
Qualität des Schrotes. Die Vererbung
dieses Merkmales ist sehr komplex. Gelbe Samen entstehen nur, wenn an den
drei dafür zuständigen Genloci der homozygot - rezessive
Zustand vorliegt. Um hier
schnell eine Reinerbigkeit zu erlangen, wird mit doppelhaploiden Linien (DH
– Linien) und mit Inzuchtmaterial gearbeitet.
- Rohfaser
Rund 15 % des ölfreien Schrotes besteht aus
Rohfasern, von denen der Großteil aus der Samenschale stammt, der wiederum
aufgrund der geringen Größe des Samens 10 – 20 % des Samengewichtes ausmacht.
Der hohe Gehalt an Rohfasern verringert
die Verdaulichkeit. Sojamehl hat beispielsweise nur 7 % Rohfaseranteil.
- Tocopherol
Tocopherol wirkt als natürliches Antioxidant
und schützt in seiner Eigenschaft als Vitamin die Membranlipide vor Schädigung
durch freie Radikale. So kann die Lagerfähigkeit und Haltbarkeit von Fetten
und Ölen maßgeblich beeinflusst werden. Die Oxidierbarkeit von Fetten nimmt
mit der Menge und dem Grad von ungesättigten Polyenfettsäuren zu. Ist nicht genügend antioxidativer Schutz vorhanden,
führt dies zu einem Mangel an Vitamin E. Der Gehalt an Tocopherol im Öl ist sowohl genetisch
determiniert, kann aber auch in erheblichem Maße durch die Umwelt determiniert
werden. Bis dato wurde der Züchtung
auf einen höheren Tocopherolgehalt wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Die Züchtung auf höhere Gehalte kann mittels
klassischer Pflanzenzüchtung, in Form von Vererbungsstudien und der Schaffung
von divergentem Ausgangsmaterial (es gibt a-, d- und g- Typen) und mittels
Gentechnik erfolgen.
- Antinutritive Substanzen
Im Schrot befinden sich wertmindernde Inhaltsstoffe,
wie Tannine (Polyphenole), Phytate und Sinapine, die die Verwendung für
die tierische und menschliche Ernährung einschränken. Tannine beispielsweise
mindern die Proteinverdaulichkeit und verursachen einen bitteren Geschmack.
Literatur:
Busch, H. (1994), Methoden für die Qualitätsanalyse in der OO-Winterrapszüchtung,
Vortr. Pflanzenzüchtg. 30, S. 32-43.
Frauen, M. (1996), Öl- und Hülsenfruchtbau, in: Heyland, K.-U. (Hrsg.), Spezieller Pflanzenbau, Stuttgart.
Lühs, W., Baetzel, R. und
W. Friedt (2000), Zur Kombinierbarkeit von hoher Saatgutqualität
und wertvollen Korninhaltsstoffen bei Raps (Brassica napus): Möglichkeiten
und Grenzen, Bericht über die 51. Arbeitstagung 2000 der
Vereinigung österreichischer Pflanzenzüchter, BAL Gumpenstein, 21.-23. November 2000,
S. 1-11.
Murphy, D. J.
(1993), Designer Oil Crops – Breeding, Processing and Biotechnology,
Weinheim.
Röbbelen, G. (1985), Raps (Brassica napus L.), in: Fischbeck, G., W. Plarre und W. Schuster (Hrsg.), Lehrbuch der Züchtung landwirtschaftlicher Kulturpflanzen, Band 2, Spezieller Teil, Zeite, neubearbeitete Auflage, Berlin, S. 289-303.
Rücker, B. und G. Röbbelen
(1994), Züchterische Veränderungen der C18-Fettsäurezusammensetzung
im Samenöl von Winterraps, Vortr. Pflanzenzüchtg 30, S. 45-57.
Seehuber, R. (1988), Gegenwärtiger Stand und Perspektiven der Körnerrapszüchtung,
Landbauforschung Völkenrode, 38: 42-48.
Thies, W. (1994), Die wertbestimmenden
Komponenten des Rapsschrotes, Vortr. Pflanzenzüchtg. 30,
S 89-97.
Töpfer, R. (1994), Züchtung von Raps mit maßgeschneidertem Öl für neue Märkte,
Vortr. Pflanzenzüchtg. 30, S. 58-68.