Verbundprojekt: Entwicklung von Linien mit höherem Ertrag und Ätherischölgehalt für sommerannuellen und winterannuellen Kümmel (Carum carvi) (BIOKUE-Linie); Teilvorhaben 1: Erhöhung des Ertrages und des Ätherischölgehaltes von einjährigem Kümmel für den sommerannuellen und winterannuellen Anbau

Abstract

Zentrales Ziel des Projektes war die Verbesserung der Anbauwürdigkeit von einjährigem Kümmel (Carum carvi) und damit langfristig die Ausdehnung der Anbauflächen in Deutschland, auch und insbesondere in Zeiten des Klimawandels. Dafür ist die Entwicklung leistungsstarker und ätherischölreicher Sorten für die pharmazeutische Anwendung erforderlich. Es sollte sowohl Zuchtmaterial für den sommerannuellen als auch den winterannuellen Anbau (Herbstaussaat) entwickelt werden. Sowohl der sommerannuelle als auch der winterannuelle Anbau erlauben eine einfache Integration in die Fruchtfolgen. Die Herbstaussaat ermöglicht zudem die Nutzung der Niederschläge zwischen Herbst und Frühjahr für Keimung und vegetatives Wachstum und führt zu einer früheren Blüte und Reife, wodurch der negative Einfluss von Trockenheitsperioden im Sommer reduziert wird. Die partielle Umstellung auf einen winterannuellen Anbau stellt somit eine wesentliche Anpassung an die klimatischen Veränderungen dar und senkt das Anbaurisiko für die Landwirte. Vorläufig nur für die Züchtung sommerannueller Sorten sollten Synthetische Populationen entwickelt werden, um den 2019 erstmals für Kümmel festgestellten Heterosiseffekt zu nutzen. Im Projekt sollte die Vorselektion von Zuchtmaterial mit geeignetem Vernalisationsbedarf, einer guten Winterhärte, festem Kornsitz und einem hohen Ätherischölgehalt für den winterannuellen Anbau erfolgen. Dieses Zuchtmaterial sollte die Grundlage legen, um in einer möglichen nächsten Phase Zuchtlinien mit fixierten genetischen Eigenschaften zu entwickeln, die zu ertragreichen Synthetischen Populationen zusammengestellt werden können. Projektergebnisse: Züchtung für den winterannuellen Anbau: Bei einem Vergleich von Septemberaussaat mit einer Märzaussaat im Leistungstest konnte erstmalig das Potential zur Reduktion des Anbaurisikos durch die Herbstaussaat gezeigt werden. Während die Märzaussaat im trockenen Jahr 2022 sehr geringe Erträge lieferte, konnten bei der Herbstaussaat hohe Erträge erzielt werden. In Jahren mit guten Niederschlägen wie 2023 waren dagegen Winterung und Sommerung annähernd gleichwertig. Durch Kreuzung von ätherischölreichen Linien mit einer winterharten Sorte konnten erfolgreich 19 Populationen erzeugt werden, die beide Merkmale kombinieren. Zum derzeitigen Zeitpunkt haben vier Selektionen auf Winterhärte und drei Selektionen auf höheren Ätherischölgehalt stattgefunden. Eine Population erreicht für beide Merkmale bereits das angestrebte Selektionsziel. Im nächsten Schritt können aus diesen Populationen Linien mit fixierten genetischen Eigenschaften selektiert werden. Züchtung für den sommerannuellen Anbau: Es konnten einige Linien mit hohem Ätherischölgehalt und moderater Inzuchtdepression entwickelt werden. 10 Linien sind als besonders wertvoll einzuschätzen. Aus diesen Linien wurden Synthetische Populationen aufgebaut, die 2022 als Syn1 und 2023 als Syn2 getestet wurden. Diese zeigten höhere Erträge (min > 10% Mehrertrag) sowie einen höheren Ätherischölgehalt (3,1 bis 4,6 ml/100 g) als die aktuellen Sorten im sommerannuellen Anbau Sprinter und Ines (2,5 ml/100 g) in 2023. In der Folge werden diese Synthetischen Populationen die alten Sorten ersetzen. The central goal of the project was to improve the cultivability of annual caraway (Carum carvi) and thus to expand the cultivation area in Germany in the long term, especially in times of climate change. This requires the development of high-performance varieties rich in essential oils for pharmaceutical use. Breeding material should be developed for summer annual and winter annual cultivation (autumn sowing). Both summer and winter annual cultivation allow easy integration into crop rotations. Autumn sowing also allows the use of rainfall between autumn and spring for germination and vegetative growth and leads to earlier flowering and maturity, reducing the negative impact of summer droughts. The partial switch to winter annual cultivation represents a significant adaptation to climatic changes and reduces the cultivation risk for farmers. For the time being, synthetic populations should only be developed for the breeding of summer annual varieties in order to take advantage of the heterosis effect that was first discovered for caraway in 2019. The aim of the project was to pre-select breeding material with suitable vernalization requirements, good winter hardiness, firm grain seating and a high essential oil content for winter annual cultivation. This breeding material should lay the foundation for developing breeding lines with fixed genetic characteristics in a possible next phase. Finally, these lines can be assembled into high-yield synthetic populations. Project results: Breeding for winter annual cultivation: When comparing sowing in September with sowing in March, the potential for reducing the cultivation risk through autumn sowing was shown for the first time. While sowing in March in the dry year of 2022 delivered very low yields, autumn sowing achieved high yields. In years with good rainfall, such as 2023, wintering and summering were almost equivalent. By crossing essential oil-rich lines with a winter-hardy variety, 19 populations combining both traits were successfully created. At the moment, four selections have been made for winter hardiness and three selections for higher essential oil content. A population already achieves the desired selection goal for both characteristics. In the next step, lines with fixed genetic characteristics can be selected from these populations. Breeding for summer annual cultivation: Some lines with high essential oil content and moderate inbreeding depression were developed. 10 lines are considered particularly valuable. Synthetic populations were built from these lines, which were tested as Syn1 in 2022 and as Syn2 in 2023. These showed higher yields (min > 10% additional yield) and a higher essential oil content (3.1 to 4.6 ml/100 g) than the current varieties in summer annual cultivation, called Sprinter and Ines (2.5 ml/100 g) in 2023. As a result, these synthetic populations will replace the old varieties.