Effects of climatic conditions on wheat quality - adaption to the future

Formidling: Sluttseminar med alle konsortiedeltagerne i prosjektet er gjennomført. Dagen ble delt i to, med en åpen del der vi hadde invitert eksterne foredragsholdere, Prof. Peter Shewry (Rothamsted Research) og Dr. Jon Arne Dieseth (Graminor), for å bel yse aspekter ved hvete og hveteforskning. Den siste delen av dagen var lukket for prosjektet. Her ble alle viktige forskningsresultater gjennomgått og veien fremover diskutert. Spesielt ble problematikken rundt en enzymatisk nedbrytning av glutenproteinen e viet stor oppmerksomhet. Temaet har stor interesse blant brukerne i prosjektet og viktigheten av å finne ut av hva som er årsaken og hvordan man kan forebygge ble presisert. Etter sluttseminaret har arbeidet i prosjektet hatt fokus på å utarbeide vitens kapelige artikler basert på resultatene fra prosjektet. En artikkel er klar for innsendelse nå og en blir klar i desember. Feltforsøkene, norske og amerikanske sorter (HRS) dyrket i norsk klima og i Minnesota, USA: Forsøk er avsluttet i sesongen 2011, o g alle kvalitetsanalyser er gjennomført. Resultatene viser at glutenkvaliteten i de norske sortene er godt på høyde med sorter av HRS fra Minnesota, og noen av de norske sortene er sterkere (har høyere resistens mot strekking). Det betyr at det genetiske potensialet for å gi en svært sterk glutenkvalitet er tilstede i norsk sortsmateriale. Forsøkene viser konsistent variasjon i glutenkvalitet mellom de norske sortene (som alle er klassifisert som sterk hvete) over dyrkingsmiljø. Dette er informasjon som e r viktig for klassifisering av sorter i de ulike kvalitetsklassene i det norske systemet. Forsøkene viser stor variasjon mellom dyrkingsmiljøene. Prøvene som ble dyrket i Minnesota har i gjennomsnitt høyere proteininnhold og sterkere glutenkvalitet. Det e r imidlertid stor variasjon mellom lokaliteter både i Norge og i Minnesota. Det beste forsøket i Norge (Vollebekk 2011) har gitt kvalitet som er på høyde med forsøkene fra Minnesota. En publikasjon om disse resultatene er klar for innsendelse. Forsøk i tunnel: Forsøkene ble utført i 2009-2011, og prøvematerialet er nå ferdig analysert. Resultatene viser at det er oppnådd en tydelig temperaturgradient i tunnelen i dyrkingssesongene 2010 og 2011. Resultater fra 2010 viser positiv sammenheng mellom tempera tur i kornfyllingsfasen og glutenkvalitet (resistens mot strekking). Disse resultatene viser også samspill med sort. En publikasjon om disse resultatene er sendt inn til Journal of Cereal Science. Forsøk i klimaveksthus: Det er gjennomført forsøk i klima veksthus med ulike temperaturer gjennom kornfyllingsperioden etter planen, og med to sorter, Bjarne og Cadenza. Prøvene er analysert med Kieffer extensograf (modent korn), SE-FPLC (modent og korn under utvikling) og 1D gel elektroforese med kvantifisering av ulike typer av polypeptider. Resultatene viste samspill mellom temperatur og sort, og det ble derfor gjennomført et ekstra forsøk med flere sorter i 2012 (Bjarne, Cadenza, Zebra, Berserk og Avle). Analysene er gjennomført, og artikkelskriving er påbeg ynt. Forsøksmaterialet fra klimaveksthus danner grunnlaget for PhD-utdanning for stipendiat Shiori Koga som er finansiert av IPM, UMB og knyttet til dette prosjektet. Stipendiaten er nå i barselpermisjon. Det jobbes med 2 artikler fra disse forsøkene. PhD arbeidet skal være ferdig januar 2015 (dvs. etter at dette prosjektet er ferdig). Analysering av prøver fra felt med ekstremt svak glutenkvalitet: Gjennom et prosjekt kalt «Årets hvetekvalitet» som er finansiert av Omsetningsrådet analyseres prøver fra felt (offisielle verdiprøvingsfelt, opparbeidet av forsøksringer for Bioforsk) for glutenkvalitet. I 2011 kom vi over prøver med ekstremt lav motstand mot strekking som var på nivå med enkelte prøver fra 2007 sesongen. I begge disse sesongene hadde vi per ioder med lave temperaturer og hyppig nedbør. Disse prøvene har blitt videre analysert for å finne årsak til dårlig glutenkvalitet. Vi har en hypotese om at værforhold i de to sesongene kan være årsak til den dårlige glutenkvaliteten. I dette materialet b le det også oppdaget sortsvariasjon. Resultater viser at årsaken til ekstremt lav motstand mot strekking i disse prøvene er tilstedeværelse av proteindegraderende enzymer. Om disse enzymene er eksogene eller endogene er foreløpig ikke kjent, men mykologis ke analyser av prøvene indikerer at det kan ha en sammenheng med mengde sopp tilstede (Fusarium ssp og andre). Dette er et nytt fenomen som vi har sett i Norge og som det er viktig å få mer kunnskap om. En slik dramatisk nedgang i glutenkvalitet vil påvir ke klassekvaliteten man forventer skal være der etter sortering på kornmottak. Per i dag finnes ingen analyser som kan oppdaget dette ved levering av korn. Det er ferdigstilt en artikkel på dette arbeidet.

Whereas the genetic effects on gluten quality can be handled by suitable sorting system at the grain elevator, effects of climatic conditions is more challenging and difficult to handle for the industry. There is a significant gap in knowledge on understa nding the effect of climatic conditions on wheat gluten quality. With the predicted changes in climatic conditions involving higher year-to-year variation, improved knowledge on the environmental effects is considered crucial for maintaining a high share of Norwegian grown wheat for the future. Knowledge on how the climatic changes will affect the wheat quality will put the industry and the wheat growers in position to have knowledge-based debate on adjustment of wheat production to ensure suitable quali ty for the future. Furthermore, early prediction of the quality of the year based on knowledge on the climatic conditions of the season and its effect on the quality would help the industry to handle the climatic variations. Enhanced knowledge on the envi ronmental effects and the interactions between genotype and environment may enable the plant breeders to breed for cultivars of stronger and more stable quality. The aim of the present project is to achieve knowledge on the effects of temperature at diffe rent time intervals during the grain filling period on the structure of gluten proteins and thereby its rheology and baking quality. Observations on gluten structure as measured by spectroscopic microscopy and quality related measurements will be conducte d during grain development, in mature flour and in gluten and dough exposed to stretching and relaxation. The research will contribute to improve the understanding of the basis for functionality of the gluten proteins and the effect of the climatic condit ions.