Einfluss der Schwefelversorgung auf Gehalt und Qualität der Samenproteine von Pisum sativum L. und Glycine max L. und Eignung verschiedener Methoden zur Diagnose der Schwefelversorgung
Final Report Abstract
Im Rahmen des Projekts wurden im Zuge des Verlängerungszeitraumes folgendes Ergebnisse erzielt: In Gefäßversuchen zeigte Sojabohne nur eine schwache, wenn auch signifikante, Reaktion auf ein niedriges Schwefelangebot hinsichtlich Samenertrag und vegetativer Trockenmasse. Dies steht in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der ersten Projektphase, in denen neben Sojabohne auch Erbse als Testpflanze diente. Überraschenderweise war die Proteinkonzentration in den Samen bei niedrigem S-Angebot sogar erhöht. Offensichtlich kompensieren Sojabohnen ein unzureichendes S-Angebot durch die Synthese S-ärmerer Samenproteine. In der Tat war der S-Konzentration im Samenmehl bei S-Mangel auf etwa 1/3 vermindert. Die Bildung S-ärmerer Samenproteine geht hierbei nicht auf die Synthese S-ärmerer Varianten derselben Proteine zurück, sondern auf eine Verschiebung in der relativen Abundanz von Proteinen oder deren Untereinheiten, die sich im S-Gehalt unterscheiden. In Proteinen liegt S gebunden als Methionin oder Cystein vor. Folgerichtig war die Konzentration dieser S-haltigen Aminosäuren signifikant vermindert. In Leguminosen gilt die Konzentration an S-haltigen Aminosäuren gemeinhin als begrenzender Faktor für die ernährungsphysiologische Qualität des Proteins. Zu dessen Bestimmung wurde eine Reihe von Indikatoren entwickelt, von denen sich heute der PDCAAS (‚protein digestibility-corrected amino acid score’) international durchgesetzt hat. Hierbei wird die Anteil essentieller Aminosäuren im Testprotein zum Aminosäurebedarfsmuster eines 2-5-jährigen Kindes ins Verhältnis gesetzt. Durch Anpassung des Aminosäureanalysators konnten nun das gesamte Aminosäuremuster der Proteinhydrolysate erfasst werden. Es zeigte sich, dass lediglich im Bereich niedriger S-Versorgung die Proteinqualität durch die Konzentration an S-haltigen Aminosäuren limitiert war, während bereits bei mittlerem S-Angebot (75 mg S pro Gefäß) andere Aminosäuren, namentlich Leucin und Lysin, limitierend wirksam wurden. Unten den Samenproteinen verdienen die schwefelreicheren 2S Albumine aufgrund ihrer besonderen biologischen Aktivität besondere Beachtung. Zu ihnen zählen u.a. die Proteinase-Inhibitoren der Kunitz- und der Bowman-Birk-Familie, welche die Aktivität proteolytischer Enzyme wie Trypsin und Chymotrypsin hemmen. In Übereinstimmung mit der ersten Projektphase zeigte sich bei der Sorte ‚Maple Arrow’ eine starke Zunahme der Aktivität der Trypsininhibitoren (TI) mit steigendem S-Angebot. In der ersten Projektphase ergab sich hierbei jedoch keine lineare Beziehung zwischen TI-Protein (abgeschätzt mittels HPLC) und dessen Aktivität. Es war vorgesehen mittels ELISA die Bestimmung des TI-Proteins zu präzisieren. Leider gelang es nicht die in der Arbeitsgruppe von Prof. Brandon (USDA, Albany, CA, USA) Methode eines kompetetiven ELISA zur Bestimmung der Konzentration an BBI (Bowman-Birk-Inhibitor) im Sojamehl zu etablieren. In Anlehnung an parallel durchgeführte Untersuchungen zur Bedeutung der S-Versorgung für Ertragsbildung und Proteinzusammensetzung bei Weizen wurde geprüft, inwieweit eine S-Spätdüngung zur Blüte geeignet ist, den S-Bedarf sicherzustellen und das Proteinexpressionsmuster von Pflanzen guter S-Versorgung zu erreichen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine S-Spätdüngung hinsichtlich nahezu aller geprüften Parameter geeignet ist, eine adäquate S-Versorgung sicherzustellen. Für den Freilandanbau kann somit abgeleitet werden, dass auch eine S-Spätdüngung eine wirksame Maßnahme darstellt.
