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Veränderte Qualitätseigenschaften von Braugerste
Dr. Markus Herz, Dr. Jennifer Groth, Dr. Wouter Vahl und Rudolf Cais von der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung in Freising, haben diese Auswirkungen genauer untersucht und konnten zeigen, dass moderne Sorten in der Summe der agronomischen Merkmale bereits eine gute Toleranz gegenüber Trockenstress besitzen. In der Praxis sollte die Wahl daher auf eine ertragsstabile Sorte mit guter Malzqualität fallen [1].
Alte Sorten oder exotische Gersten sind insgesamt schlechter an unsere Anbaubedingungen angepasst und zeigen über alle Merkmale betrachtet eine schwächere Stresstoleranz als die modernen Sorten.
Einzelne Gerstentypen zeigen allerdings in bestimmten Einzelmerkmalen, wie beispielsweise der Wassereffizienz, eine deutliche Überlegenheit. Daher kann dieses gut charakterisierte Pflanzenmaterial sehr gut in der Züchtung genutzt werden, um ganz gezielt diese Merkmale in überlegene Sorten einzuführen und auf diese Weise deren Stresstoleranz noch weiter zu verbessern. Hier kann auch der Einsatz molekulargenetischer Marker zur Beschleunigung des Prozesses beitragen.
Winterbraugerste wäre zudem eine gute Alternative für Trockenstandorte.
Hitze und Trockenheit setzen der Sommerbraugerste besonders zu (Foto: Andrius, Pexels)Hitze, Trockenheit, Extremwetterlagen
Dass der Klimawandel bei uns angekommen ist, ist mittlerweile unbestritten. Klimabeobachtungen und Modelle für die Zukunft zeigen deutlich, dass die Bedingungen für den Pflanzenbau in Deutschland schwieriger werden. Besonders deutlich wird dies anhand des Anstiegs der CO2-Konzentration in der Atmosphäre und der Temperatur, die durch langjährige Messungen belegt sind. Die Globalstrahlung zeigt besonders in Süddeutschland in den letzten Jahren eine deutlich ansteigende Tendenz und erhöht damit den Stress bei den Kulturpflanzen.
Hitze und Trockenheit sowie unvorhersehbare regionale Extremwetterlagen machen es schon heute schwer, zuverlässig ausreichend Braugerste mit den notwendigen guten Qualitätseigenschaften zu erzeugen.
Aus Versuchen im Freiland und unter kontrollierten Stressbedingungen lassen sich Tendenzen ablesen, welche Änderungen in der Malzqualität und in der agronomischen Leistung der Gerste zu erwarten sind.
An der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft beschäftigt man sich seit 2009 in mehreren Projekten mit der Reaktion von Sommergerste auf Trockenstress. Bei Sommergerste geht es hierbei nicht nur um den Ertrag, sondern auch um die Entwicklung bzw. Erhaltung der Brauqualität unter den sich ändernden klimatischen Voraussetzungen.
Hitze und Trockenheit beeinflussen die Braugerste auf unterschiedliche Weise (Foto: BRAUWELT)Braugerste im Klimastress
Klimastress bei Pflanzen genau zu definieren, ist nicht einfach. Die Pflanze wird auf unterschiedliche Weise von Hitze und Trockenheit beeinflusst. Diese Auswirkungen reichen von Störungen des Wasser- und CO2-Haushaltes durch die Schließung der Spaltöffnungen bis hin zur Ansammlung von unerwünschten Stoffwechselprodukten in der Pflanze. Folglich treten verschiedene Reaktionen auf Stress auf, je nach Ursache beispielsweise durch Trockenheit oder Hitze und dies auch zu unterschiedlichen Zeitpunkten der Vegetation.
Um eine möglichst exakte Aussage zur Reaktion der Pflanze auf Stress treffen zu können, bleibt also nichts anderes übrig, als mit einem Modell zu arbeiten, das eine bestimmte Art von Stress zu einem bestimmten Zeitpunkt der Vegetation simulieren kann.
Es hat sich gezeigt, dass Trockenstress während des Ährenschiebens bei Getreide einen großen Einfluss auf den Ertrag und vor allem die Qualität der Körner hat, die für die Verarbeitung zu Malz eine wichtige Rolle spielt. Daher wurde in den Versuchen der LfL im Rollgewächshaus und im Glashaus das Auftreten von Trockenstress während des Ährenschiebens der Sommergerste simuliert.
Welche Auswirkungen hat Trockenstress auf die Qualität der Braugerste?
Wie verhält sich die Sommergerste allgemein unter Trockenstress? Dazu wurden in einem speziellen Gewächshaus, das bei Regen auf Schienen über den Versuchsbestand rollen kann, verschiedene Sorten unter Trockenheit und Bewässerung untersucht.
Zugleich war es die Absicht herauszufinden, ob einzelne Sorten Trockenheit besser als andere Sorten vertragen. Insgesamt zeigt sich in allen Versuchen, dass unter Trockenstress der Ertrag zurückgeht und dabei tendenziell auch die Kornqualität in Form des Vollgerstenanteils leidet.
Im Versuchsmodell scheinen sich die Pflanzen demnach über eine Reduzierung der ährentragenden Halme an die simulierte Trockenheit anzupassen. Daraus resultiert immerhin noch eine akzeptable Kornqualität.
In der Praxis wird hingegen an trockenen Standorten häufig eine schwächere Kornsortierung beobachtet. Bei ausreichenden Frühjahrsniederschlägen und folgender Trockenheit können die Pflanzen viele Bestockungstriebe und Ähren ausbilden. Später reicht allerdings das Wasser im Boden nicht mehr aus, um diese große Anzahl von Körnern ausreichend auszubilden.
Untersuchungen des Wurzelwachstums an einem sehr diversen Sortiment von Sommergersten konnten belegen, dass die Pflanzen unter Trockenstress das Wurzelwachstum sehr schnell und deutlich reduzieren und nicht wie vielleicht erwartet durch verstärktes Wurzelwachstum versuchen, in tieferen Bodenschichten Wasser zu finden.
Die Sorten zeigen bezüglich des Wurzelwachstums durchaus Unterschiede in der Reaktion auf Trockenstress, jedoch lässt sich anhand der vorliegenden Daten nicht bestätigen, dass ältere Sorten mehr Wurzeln ausbilden als aktuelle Hochleistungszüchtungen.
Die Verarbeitungsqualität der Braugerste spielt in der Mälzerei eine entscheidende Rolle (Foto: BRAUWELT)Beurteilung der Braugersten-Sorten mit Hilfe des Genotype Stability Index (GSI)
Um möglichst viele der untersuchten Merkmale in die Beurteilung der Sorten bezüglich Trockenstress einzubeziehen, wurde der Genotype Stability Index (GSI) errechnet, der für jede Sorte die Merkmale zusammenfasst und als eine einzige Zahl ausgibt [3].
Je kleiner diese Zahl, desto besser ist die genetisch festgelegte Toleranz gegen Trockenstress. Hier zeigt sich, dass die neueren Sorten und Zuchtstämme der am Projekt beteiligten mittelständischen Unternehmen über alle Merkmale besser abschneiden als alte Sorten oder exotische Herkünfte aus ariden Gebieten.
Bei der Verarbeitungsqualität überrascht zunächst, dass der Rohproteingehalt im Korn unter Trockenstress über alle geprüften Sorten hinweg sinkt. Dies wäre für die Brauqualität sogar eine positive Entwicklung.
Vermutlich nehmen die Pflanzen unter Stress weniger Stickstoff aus dem Boden auf und verlagern auch weniger ins Korn. Hier scheint sich also unter Trockenstress der Verdünnungseffekt im Verhältnis zum Ertrag nicht zu manifestieren.
Unter den Versuchsbedingungen scheint sich demnach die Verarbeitungsqualität der Gerste trotz eines niedrigeren Rohproteingehaltes insgesamt eher zu verschlechtern. Vermutlich spielt dabei die Änderung im Aufbau der Stärke bei der Kornfüllung eine Rolle. So hat sich beispielsweise in anderen Studien gezeigt, dass sich bei Trockenheit die Verkleisterungstemperatur der Gerste erhöht [4].
Winterbraugerste könnte eine Alternative darstellen – erste Versuche deuten darauf hin (Foto: BRAUWELT)Wintergerste als Alternative?
Die Versuche mit Wintergerste unter Trockenstressbedingungen sind noch nicht abgeschlossen. Es deutet sich aber an, dass die Wintergerste unter Trockenstress in den Qualitätseigenschaften ähnlich reagiert wie die Sommergerste, wie sich am Beispiel des Friabilimeterwertes ablesen lässt. Zusammen mit der höheren Ertragsstabilität unter kritischen Bedingungen könnte die Wintergerste in betroffenen Regionen also durchaus eine Alternative zur Erhaltung der regionalen Braugerstenerzeugung darstellen.
Über Sommergerste im Herbstanbau liegen derzeit noch keine neutralen, abgesicherten Ergebnisse vor. Im Rollgewächshaus der LfL werden derzeit neben Wintergerstensorten auch Sommergersten im Herbstanbau unter Trockenstress geprüft.
Es ist gut möglich, dass Sorten mit entsprechend guter Resistenzausstattung und Qualität in Gebieten mit milden Wintern bei Ertrag und Qualität sowohl mit Wintergerste als auch mit im Frühjahr gesäter Sommergerste mithalten können. Für eine amtliche Empfehlung liegen allerdings derzeit noch nicht genügend Daten vor.
Literatur
1. Herz, M.; Groth, J.; Vahl, W.; Cais, R.: „Welchen Einfluss hat der Klimawandel auf die Braugerste?“, BRAUWELT Nr. 19, 2020, S. 494–497.
2. Zingaretti, S. M.; Cascaes Inácio, M.; de Matos Pereira, L.; Antunes Paz, T.; de Castro França, S.: Water Stress and Agriculture, 2014, http://dx.doi.org/10.5772/53877.
3. Crossa, J.; Gauch, H.G.; Zobel, R.W.: „Additive main effects and multiplicative inter-actions analysis of two international maize cultivar trials”, Crop Sci 30, 1990, S. 493–500.
4. Schüll, F.: „Einfluss spezifischer Eigenschaften der Stärke auf den Brauprozess“, Dissertation TUM, München, 2012.
