Arbeitspaket A3.1

Leiter

Prof. Dr. Hans R. Schultz

Weitere PIs

Prof. Dr. Helmut Dietrich

Prof. Dr. Ludger Grünhage

Prof. Dr. Otmar Löhnertz

Dr. Manfred Stoll

Prof. Dr. Jana Zinkernagel

Themen

Inhaltsstoffe & Produktqualität - Gemüse
Doktorand:

Inhaltsstoffe & Produktqualität - Reben
Doktorandin: Wohlfahrt

Hintergrund

Die globale Produktion von Gemüse und Früchten ist nach Schätzungen der FAO (2009) in den letzten 13 Jahren um ca. 65% gestiegen [12]. Die hohe Wertschöpfung dieser Produkte und deren Klimaabhängigkeit (ohne Gewächs- bzw. Folienhausproduktion) macht den Bereich besonders anfällig im Kontext sich ändernder Klimabedingungen. Die Analyse zusammengetragener Ergebnisse der Wirkung einer erhöhten CO2-Konzentration auf Qualitätsund physiologische Parameter (Tabelle 3) (nur Feldgemüse und Früchte) zeigt, dass viele Versuche bei Früchten und Gemüse aus Nachernteexperimenten stammen und nicht repräsentativ sind. Teilweise beruhen die Ergebnisse auf Untersuchungen an wenigen Pflanzen und lassen kaum Rückschlüsse auf die Zusammensetzung von Verarbeitungsprodukten zu und je nach experimentellem System kann es zu komplett gegenläufigen Resultaten kommen (Bsp. Anthocyane in Trauben, [22,23]). Systematische Untersuchungen zur Entwicklung von Inhaltsstoffen z.B. bei weißen Rebsorten oder wichtigen Wurzelgemüse- oder Fruchtgemüsearten (außer Kartoffel und Tomate) bzw. Obst fehlen vollkommen. Dabei sind die wichtigsten zu untersuchenden Inhaltsstoffgruppen der verschiedenen Kulturen vergleichbar, unterscheiden sich jedoch in Zusammensetzung und Konzentration (Bsp. Phenole, Carotinoide). Oft ist deren Bildung an Wachstumsparameter (N-Haushalt) gekoppelt, deren Auswirkungen sich aber, z.B. bei Reben, zwischen roten und weißen Sorten unterscheiden [69*]. Bei den Brassicaceen sind Auswirkungen der Stoffgruppe der Glucosinolate auf die Rhizosphäre belegt [13]. Die Zusammensetzung der pflanzlichen Biomasse im Grünland kann sowohl Auswirkungen auf die Futterqualität als auch auf den Biogasertrag haben [70-72]. Auswirkungen kombinierter Effekte von CO2 und Temperatur sind wahrscheinlich, aber nicht belegt.

Bei vielen Kulturen wird bei erhöhter CO2-Konzentration ein verringerter Gesamtstickstoffgehalt in der Pflanze bei identischer N-Zufuhr beschrieben [92]. Dies steht in Verbindung mit einer veränderten N-Dynamik im Boden und bei der N-Aufnahme, sowie veränderten N-Komponenten in der Pflanze, z.B. das Glutamat/Glutamin Verhältnis [93,94]. Diese Veränderungen stehen in direktem Zusammenhang mit den THG-Emissionen (AP A1) und den mikrobiellen Gemeinschaften in der Rhizosphäre (siehe AP A2.1). Die vermuteten Modifizierungen der N-Fraktionen in der Pflanze (Gehalt an anorganischem N, Aminosäuren, Amine, Proteine) können die Effekte verringerter Gesamt-N-Gehalte noch verstärken. Eine solche Verschiebung, z.B. von freien Aminosäuren zu Proteinen, kann die Produktqualität beeinflussen. In diesem Bereich liegen keine Ergebnisse für die vorgesehenen Spezialkulturen vor.

Wissenschaftliche Ziele

1. Analyse der kombinierten Effekte von CO2 x Wasserhaushalt auf die inhaltsstoffliche Zusammensetzung bei Feldgemüsearten (Core-Experiment II)
2. Erfassung von Ertragsdaten und analytischen Parametern sowie sensorische Untersuchungen an geerntetem Gemüse und Trauben bzw. Wein. An zwei wirtschaftlich wertvollen Rebsorten (Riesling (weiß), Cabernet Sauvignon (rot)) werden zusätzlich beteiligte physiologische Prozesse (Photosynthese, Transpiration) einschließlich der Frucht- und Inhaltsstoffentwicklung (Phenole (Anthocyane, Tannine), Carotinoidderivate, Thiole) untersucht. Bei Radieschen als Vertreter der Brassicaceen sollen schwefelhaltige Komponenten (Glucosinolate) bestimmt werden (mit assoziiertem Partner IGZ Großbeeren, siehe LoI)
3. Identifizierung einer möglichen Veränderung der physiologischen N-Effizienz (Ertrag/NAufnahme aus Dünger) und der Aufnahme-Effizienz (N-Aufnahme/Düngermenge) der untersuchten Kulturen mittels Quantifizierung der Nitratdynamik im Boden (in Kooperation mit A2.1) und der Nitratreduktaseaktivität im Pflanzenmaterial sowie der Bildung und Verteilung von Aminosäuren in ausgewählten Kulturen (Core Experiment II). Dabei wird ein Hauptaugenmerk auf N-Transport- und Speicherformen und die Glutamat- und Glutaminbildung gelegt. Durch regelmäßige Zeiternten werden der Verlauf und die Verteilung der anorganischen (NO3-, NH4+) und organischen N-Verbindungen (Aminosäuren) in einzelnen Pflanzenteilen untersucht
4. Quantifizierung der Elementgehalte (insb. C und N) in der Grünlandbiomasse und der Entzüge durch Mahd (Core-Experiment I) sowie Analyse futterbaulicher Kenngrößen und Ableitung des Biogasertragspotenzials (assoziiertes Projekt mit Prof. Dr. Harald Laser, FB Agrarwirtschaft, Fachhochschule Südwestfalen, Soest, siehe LoI im Anhang)