Inlagring av protein i stråsäd. Göran Bergkvist Institutionen för växtproduktionsekologi

Transkript

1 Inlagring av protein i stråsäd Göran Bergkvist Institutionen för växtproduktionsekologi

2 Syfte Öka förståelsen för vad som bestämmer proteinhalten i stråsäd (fokus vete)

3 Innehåll Frövitans proteinsammansättning Några generella sanningar angående proteinhalter Vad bestämmer det sena kvävebehovet? Proteininlagringen Strålängdens betydelse

4 Frövitan innehåller ca 80% och 72% av kärnans stärkelse respektive protein = 99% av vitt mjöl Ett cellager (utom korn) Ingen programmerad celldöd under mognadsförloppet α-amylas Skydd mot skadegörare. Hög halt av näringsrikt protein och mineraler

5 Vetefrövitans proteinsammansättning 1 Upp till 80% gluten Varav: %, α-, β-, γ och ω- gliadin (prolamin). Enkla proteiner. Rika på aminosyrorna glutamin och prolin, speciellt ω- gliadin. Lösliga i alkohol. Ger elasticitet och seghet. Lågt näringsvärde. Personer med celiaki är känsliga mot α-, β-, γ-gliadin Prolin Glutamin Dupont och Altenbach, 2003

6 Frövitans proteinsammansättning 2 Upp till 80% gluten Varav: % LMW (low molecular weight)-gluteniner. Små polymerer % HMW-gluteniner. Stora polymerer. Mest relaterade till bakningskvalitet=degstyrka Gluteniner är svåra att extrahera. Stabiliseras av disulfidbindningar från cystein. Dessutom innehåller gluten 5-10 % lipider och en del kolhydrater. Cystein

7 Frövitans proteinsammansättning 3 Förutom gluten innehåller frövitan: % albuminer och globuliner. Vattenlösliga. Näringsrikare än gluten. Mindre glutamin och prolin, mer lysin, arginin och asparagin. Funktion = första näring till embryo och skydd mot skadegörare. Asparagin Arginin Lysin

8 Effekt av N och S Protein/kväve-kvot Vete = 5,7 (glutamin) Andra spannmålsslag = 6,25 N-gödsling medför att gluten ökar (bättre bakningsegenskaper) Ökning gliadin/glutenin (mer ω- gliadin, sämre bakningsegenskaper) Ökning HMW-glutenin/LMW-glutenin (bättre bakningsegenskaper) Andelen albumin och globulin minskar. Svavelbrist medför att svavelfattiga ω- gliadin och HMW-glutenin ökar relativt övriga glutenfraktioner och att albumin och globulin minskar Hög temperatur medför mindre kolhydratinlagring, medför högre proteinhalt, medför mer HMW-glutenin, medför bättre bakningskvalitet. Mer ω- gliadin motverkar förbättringen.

9 Utgångspunkt 1 Det finns ett generellt negativt samband mellan kärnskörd och proteinhalt. 47 sorter Medel WGIN Rothamsted, UK M.J. Hawkesford / Journal of Cereal Science 59 (2014) 276e283 Data tillgängliga:

10 Utgångspunkt 2. Andelen kväve i växten som omlagras till kärnan är mycket mer stabil än inlagringen av stärkelse i kärnan. Proteinhalten sjunker med ökad stärkelseinlagring Triboi & Triboi-Blondel, 2002

11 Utgångspunkt 3. Växter reglerar generellt fröproduktionen genom att reglera antalet frön i förhållande till tillgången på kväve för att uppnå tillräcklig proteinhalt

12 Vegetativ fas Fogelfors 2003; bild efter F. Stendahl Kärnfyllnadsfas Reproduktiv fas

13 Låga temperaturer under en utvecklingsfas innebär att: - fasen blir långvarig - mycket tillväxt hinner ske - många strukturer (sidoskott, blomanlag) blir stora nog att överleva - det används mycket kväve Korta dagar samma effekt. Fotosyntes och respiration Utvecklingshastighet Porter & Semenov, 2005

14 Kritiska perioder för kärnantal - höstvete Antal blomanlag/småax Antal bladoch småaxanlag Tillväxtpunktens position Skott/ planta Efter Hay & Kirby, 1991 Daggrader Daggrader= (T max +T min )/2-T bas T bas =0 C

15 Antalet småax per ax i vårkorn Stråskjutningen börjar Ca 90% av reduktionen Sådd 1:a småax DC13 Sista småax/ax DC31-32 Borst synliga DC49 Axgång Blomning Skörd Omgjort efter: Alqudah & Schnurbusch, 2014

16 Det finns ett starkt positivt samband mellan kärnantal och avkastning (fyllda symboler) och negativt mellan kärnvikt (öppna symboler) och avkastning. Många kärnor = stort N- behov Symboler indikerar olika beskuggnings, täthets-, gödslingsoch temperaturbehandlingar. Fischer et al, 1977

17 Skördepåverkan vid +5 C - genomsnitt över år och art (vete, korn och rågvete) -46% -27% -15% Färre och mindre kärnor

18 Brist på kväve leder till färre kärnor och mindre kvävebehov under kärnfyllningen Stråskjutning Flaggblad Axgång Sidoskottsreduktion Småaxreduktion, färre blomanlag differentieras hos vete Småaxreduktion hos korn Blomreduktion hos vete Krävs mer för att småax ska reduceras Slutsats: Vete reglerar kärnantalet bättre än korn vid sen kvävebrist.

19 Fler småax reduceras i sexrads- än i tvåradskorn Möjliga anledningar - Fler småax per ax leder till större konkurrens inom ax - Mindre storlek på småaxanlag i sexradskorn - Synkroniseringen i utveckling hos småaxanlag är mindre utpräglad i tvåradskorn än i sexradskorn. - Lägre prioritet för sidosmåaxen i sexradskorn. Slutsats: Sexradskorn reglerar kärnantalet bättre än tvåradskorn vid sen kvävebrist.

20 Kärnornas tillväxt från pågående fotosyntes respektive omlagring Trianglar = fotosynteshastighet av det som hamnar i kärnan Cirklar = kärnornas tillväxthastighet Kortvarig mellanlagring % Långvarig mellanlagring Torra förhållanden Många/få kärnor

21 Kärnfyllnadsperioden i vete Friskvikt Torrvikt Vatteninnehåll 24/17 C dag/natt Dupont and Altenbach (2003), Altenbach et al. (2003)

22 Temperatur påverkar inlagringshastigheten: Slutlig storlek på kärnan i förhållande till tillväxt per dag beroende på temperatur och position i axet Sofield et al., 1977

23 Kärnfyllnadsperioden i vete Programmerad celldöd påbörjas (frövita) Tid till maximalt vatteninnehåll Tid till maximal kärnbiomassa (ts) Tid till mognad Dupont and Altenbach (2003), Altenbach et al. (2003)

24 Kvävets väg till kärnan i ett högavkastande vete M.J. Hawkesford / Journal of Cereal Science 59 (2014) 276e283

25 X= reglering Självdestruktion % Litet N-upptag efter blomning, många kärnor, snabb kärnfyllning snabb omfördelning av N från skott till kärna fotosyntesen avstannar Få kärnor, stort N-upptag efter blomning, långsam kärnfyllning liten omfördelning av N från skott till kärna fotosyntesen pågår längre E. 164 Triboi, A.-M. Triboi-Blondel / Europ. J. Agronomy 16 (2002)

26 Hay, 1995

27 kg/ha Avkastning i sortförsöken för mätarsorterna Starke Starke II Holme Kosack Olivin Kandidatarbete: Amanda Andersson, 2014

28 Strålängd, cm Strålängd hos mätarsorter plus Olivin, Ellvis och Harnesk (sortförsöken) Starke II Holme Kosack Olivin Ellvis SW Harnesk 60 Kandidatarbete: Amanda Andersson, 2014

29 Sorten: Moderna sorter har fler kärnor per ax

30 Kvoten mellan N avkastningsindex och avkastningsindex beroende på år för introduktion av vårvetesort i Argentina

31 När blir proteinhalten hög? Lagringsproteiner bildas när det finns kväve kvar efter att alla bildade kärnor fått vad de behöver för sin funktion. Överskott på kväve kan inträffa tack vare att mognadsprocessen fortgår trots överskott på kväve och att kärnorna har en maxstorlek.

32 Slutsatser Det finns ett generellt negativt samband mellan avkastning och proteinhalt. Säkrare att uppnå tillräcklig proteinhalt med sorter med litet avkastningsindex eller som mognar snabbare. Mycket kväve behövs under kärnfyllningen om många blomanlag befruktas. Många blomanlag befruktas om beståndet växer mycket (i absoluta tal) runt axgång. Tidig start på säsongen och låga temperaturer runt stråskjutningens början fram till blomning leder till stor tillväxt och stort kvävebehov under kärnfyllningen.

33 Säby majs och höstvete, R Foto: Göran Bergkvist Tack för mig!