Årsaker til variasjoner i glutenkvaliteten i norsk hvete Korn 2016 16.-17. feb. 2016 Shiori Koga, Nofima As shiori.koga@nofima.no
Bakgrunn (Uthayakumaran et al., 1999) Korn 2016 16.-17. feb 2016 2
Bakgrunn Høyde av brød (mm) Korn 2016 16.-17. feb 2016 3 Proteininnhold (%) (Uthayakumaran et al., 1999)
Protein innhold 13.2 % Protein innhold 12.9 % Sterk gluten Svak gluten (Aamodt et al., 2004) Glutenkvalitet er viktig for brødbaking! Korn 2016 16.-17. feb 2016 4
Motstand (N) Reologisk analyse av gluten R max Sterk R max Svak Avstand (mm) Høy og positiv korrelasjon mellom R max og brødvolum (Kieffer et al. 1998) Korn 2016 16.-17. feb 2016 5
Glutenkvalitet Arv Dyrkingsmiljø Korn 2016 16.-17. feb 2016 6
R max (N) 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 Veldig bra Bra Dårlig 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 2005 2006 2007 2008 År - lokasjon (Moldestad et al.,2011) Korn 2016 16.-17. feb 2016 7
R max (N) R 2 =0.52 < 18 C Gjennomsnitts temperatur ( C) (Moldestad et al.,2011) Korn 2016 16.-17. feb 2016 8
Hypotese 1 Variasjon i temperatur forårsaker variasjon i glutenkvalitet Lav temperatur forårsaker dårlig kvalitet? <18 C Korn 2016 16.-17. feb 2016 9
Hypotese 1 Material og metoder Forsøk i klimakammer Sort: Avle, Bjarne, Berserk og Zebra Temperatur under kornfylling (dag/natt, C) 13/10 18/15 23/20
Forsøk i veksttunnel Sort: Bjarne og Zebra 4 Rad 1 2 3 Plot 1 2 3 4 5 6 7 8 Stengt N
Temperatur ( C) 26 24 22 20 Gjennomsnitt dag (7:00-20:00) temperatur ( C) 2010 1 2 3 4 5 6 7 8 Plot 26 24 22 21.6-23.4 C 20 2011 23.5-25.4 C 1 2 3 4 5 6 7 8 Plot Rad 1 Rad 2 Rad 3 Rad 4 Rad 1 2 3 4 2-2.5 C Plot 1 2 3 4 5 6 7 8 N
Feltforsøk i Norge og USA Sort: Norsk; Bastian, Berserk, Bajass-5, Bjarne, Avle, Quarna, Zebra, Demonstrant og Vinjett Amerikansk; RB07, Sabin og Tom (Hard red spring (HRS) wheat) 21.5-24.2 C 14.3-16.9 C (2009-2011) (2011)
R max (N) Hypotese 1 Resultater Resultater fra forsøk i klimakammer 1.2 1.0 0.8 0.6 Avle Berserk Bjarne Zebra Lav temperatur ga høy R max 0.4 0.2 0.0 13/10 13-13 18-18 18/15 23-23 23/20 Temperature (dag/natt) Lav temperatur forårsaket ikke dårlig kvalitet (Koga et al., 2015)
R max (N) Resultater fra forsøk i veksttunnel Zebra 2010 Bjarne 2010 Zebra 2011 Bjarne 2011 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 20 22 24 26 Dag temperatur ( C) (Moldestad et al.,2014) R max verdi økt med temperatur Lav temperatur forårsaket dårlig kvalitet
Resultater fra feltforsøk Sort Protein innhold (%) R max (N) Norge N (n=110) HRS (n=28) 12.8 b 0.62 b 17.0 a 0.52 b Norway USA USA N (n=48) 16.4 a 0.78 a HRS (n=12) 17.2 a 0.84 a (Uhlen et al., 2015) Hvete som var dyrket i USA hadde høyere gjennomsnitt R max Variasjoner i glutenkvalitet i begge lokaliteter Hvete dyrket i noen dyrkingsmiljø i Norge hadde høy R max
Oppsummering Klimakammer (Koga et al., 2015) Veksttunnel (Moldestad et al., 2014) Feltforsøk (Uhlen et al., 2015) Forårsaker lav temperatur dårlig glutenkvalitet? Lav temperatur under kornfylling forårsaket ikke dårlig glutenkvalitet Lavere R max ved lav temperatur og R max økte med temperatur Gjennomsnitt R max var høyere i hvete dyrket i USA (høyere temperatur) Hvete dyrket i Norge hadde også høy R max (Lavere temperatur) Glutenkvaliteten ble dårlig når temperaturen under kornfylling var lavere, men lav temperatur i seg selv forårsaket ikke dårlig kvalitet
Hypotese 1 Lav temperatur Hypotese 1 Dårlig glutenkvalitet Korn 2016 16.-17. feb 2016 18
Hypotese 2 Lav temperatur Andre miljøfaktor Fusarium? Hypotese 2 Protease fra Fusarium (eller andre organismer) forårsaker dårlig glutenkvalitet Dårlig glutenkvalitet Korn 2016 16.-17. feb 2016 19
Motstand (N) Hypotese 2 bakgrunn 0.7 Force (N) 0,7 0,6 Finans Olivin 4t 16t 4t 16t C 0,5 0.4 0,4 0,3 0,2 0.1 0,1 0,0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Distance (mm) -0,1 Avstand (mm) Dårlig glutenkvalitet Korn 2016 16.-17. feb 2016 20
Motstand (N) Patogen infisert korn (%) Hypotese 2 bakgrunn 0.7 Force (N) 0,7 0.4 0.1 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Distance (mm) -0,1 Avstand (mm) 70 60 50 40 30 20 10 0 Finans Olivin 4t 16t 4t 16t C M.nivale Fus. spp Fus. gram Østafjells/ Buskerud Graminor Rød Dårlig glutenkvalitet Korn 2016 16.-17. feb 2016 21
Lav temperatur Nedbør Gunstig miljø for Fusarium Økning i forekomst av Fusarium Fusarium infisert Protease aktivitet Dårlig glutenkvalitet Korn 2016 16.-17. feb 2016 22
Hypotese 2 Analyse av hvete som var smittet med F. graminearum 2D gel separasjon av total proteiner (urea ekstrakt) Normal (Finans) Fusarium infisert Korn 2016 16.-17. feb 2016 23
Størrelsesfordeling av glutenproteiner vha. SE-Kromatografi SDS-løselige proteiner mau 300 250 200 150 100 mau 300 250 200 150 100 50 Normal (Bjarne) Fusarium infisert SDS-uløselige proteiner 50 0 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 ml Korn 2016 16.-17. feb 2016 24 0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 ml
Hypotese 2 Resultater Zymografi: metode som kan måle protease-aktivitet i hvete korn/mel Normal Bj Ze Fusarium Bj Ze Mi Su infisert Bj: Bjarne Ze: Zebra Mi: Mirakel Su: Sumai 3 Korn 2016 16.-17. feb 2016 25
R max (N) R max (N)-Årets kvalitet 2015 (Høsthvete) 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Sort: Ellvis Finans Kuban Magnifik Olivin Skagen Korn 2016 16.-17. feb 2016 26
Protease-aktivitet i prøve fra Romerike og Apelsvoll Fin Oli Fusarium Viken Romerike Oppland Apelsvoll Rød Korn 2016 16.-17. feb 2016 27
R max (N) R max (N)- Finans og Olivin fra Årets kvalitet 2015 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Fin Oli Fin Oli Fin Oli Fin Oli Fin Oli Viken (Vestfold) Romerike Oppland Apelsvoll Graminor - Rød Korn 2016 16.-17. feb 2016 28
Oppsummering Lav temperatur i seg selv forårsaket ikke dårlig glutenkvalitet Andre miljøfaktorer sammen med lav temperatur påvirker trolig glutenkvalitet Fusarium? Analyse av korn som var smittet med F. graminearum viste at glutenproteiner var nedbrutt i kornet/mel og hadde høy protease-aktivitet som brøt ned glutenproteiner Analyse av høsthvete fra 2015-forsøket viste dårlig glutenkvalitet (lav R max ) i prøver fra Romerike Disse prøvene hadde protease-aktivitet Videre arbeid Identifisere proteaser (type, kilde, osv ) Korn 2016 16.-17. feb 2016 29
Samarbeidspartnere NMBU Anne Kjersti Uhlen Nofima Ulrike Böcker Ellen F. Mosleth Anette Moldestad NIBIO Bernt Hoel Ingerd S. Hofgaard Heidi U. Aamot Graminor Jon Arne Dieseth Rothamsted Research Peter Shewry Paola Tosi Takk til Konsortium i prosjektet «Future Wheat» og «Quality Wheat» Morten Lillemo for Fusarium infiserte prøver Forskningsprosjekter er finansiert av Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter (FFL) og Forskningsmidler over jordbruksavtalen (JA) Korn 2016 16.-17. feb 2016 30
Takk for oppmerksomheten www.nofima.no