SPREAD: SilphiumPerfoliatum Resource Evaluation and Development - Elena Pestsova Fachgespräch "Durchwachsene Silphie" - Thüringer ...
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SPREAD: Silphium Perfoliatum
Resource Evaluation and Development
Photos: C. Wever
Elena Pestsova
Fachgespräch “Durchwachsene Silphie”
10.07.2018 Dornburg
Durchwachsene Silphie in der Landwirtschaft
Biomasseertrag der Silphie / Mais Anbaufläche in Deutschland (ha)
1500
1200
900
Dt TM/ha
600
300
0
Year: 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2009 2012 2015 2016 2017
FNR project report 2013 (Thüringer Landessanstalt für Landwirtschaft - TLL)
Ziel des SPREAD-Projektes
Anbau von Silphie profitabler zu machen
• Das Potential der Silphie als
nachwachsendem Rohstoff für
neue industrielle
Anwendungen zu erforschen
• Einen Grundstein für die
Etablierung eines
Zuchtprogramms zu legen
Potential für die stoffliche Nutzung
Martin Höller, Ralf Pude
Leichtbeton und Schüttdämmung
Substitution of expanded polystyrene (EPS)
by Silphium particles.
The 37,5% Silphium sample shows a similar
compressive strength with a 19% improvement of
the thermal conductivity
compared to the 100% EPS standard.
0%
Lightweight and air-
entrained lightweight
concrete 37,5%
Silphium : cement (2:3)
6
Martin Höller, Ralf Pude
Papier aus Silphie
Paper from 100% Silphium cellulose has a higher tensile
strength (650-1750 N m-1) compared to recycled paper (490 N m-1).
Martin Höller
Schematischer Bioraffinerie-Ablauf
Kaskadennutzung
der Silphie
Fraktionierung,
Wertvolle chemische Raffination und
Verbindungen Höherveredlung
der Biomasse
Anne Lunze, Antje Spieß
Wertvolle Komponente aus Silphie
Silphie ist eine Heilpflanze der
Indianer
• antioxidant
• entzündungshemmend Flavonoide
• antibakteriell
• antiallergisch
• krebshemmend
Quercetin
Rutin
Kaempferol-3-o-rutinosid
Anne Lunze, Antje Spieß
Zusammensetzung der Pflanze
Silphium biomass
harvested in February
Silphie und Buche haben ähnliche Zellulosegehalte
Anne LunzeSPREAD – Verbreitung
der Silphie in Europa
• Im 18. Jahrhundert von Nordamerika als
Zierpflanze nach Europa gebracht
• Mitte des 20. Jahrhunderts – Bewertung
als Futter- und Silage Pflanze in der
UdSSR
• Beginn des 21. Jahrhunderts – Benutzung
als Bioenergiepflanze
Nur einige Herkünfte / Cultivaren mit
unklaren Verwandschaftsverhältnissen
sind in Europa bekanntSammlung der “europäischen”
Becherpflanzen
Silphium perfoliatum L. Place Country no.
1 „USA“ (TLL) Jena USA / Germany 11
2 „East Germany“ (TLL) Jena Germany 11
3 „Russia“ (TLL) Jena Russia / Germany 11
4 „North Europa“ (TLL) Jena North Europe / Germany 11
5 „Ukraine“ (TLL) Jena Ukraine / Germany 11
6 Botanic Garden, Loci-Schmidt-Garten Hamburg Germany 6
7 Botanic Garden, HHU Düsseldorf Germany 6
Schau- und Sichtungsgarten Hermannshof Weinheim Germany 6
8
e.V. (C. Schmidt)
9 SILP1, IPK Genebank Gatersleben Germany 5
10 SILP2, IPK Genebank Gatersleben Germany 4
11 „Wisconsin x Arkansas“ (K. Albrecht) Jülich / Bayreuth USA / Germany 8
12 Ontario Native Scape Ontario Canada 2
13 Botanic Garden, Basel Pennsylvania USA / Switzerland 3
14 „ssp. connatum“ (I. Kaczmarek) Hamburg USA / Germany 1Phänotyp der ausgewählten Herkünften
“Ukraine” (TLL) “Russia” (TLL)
“Ukraine” “Russia”Feldexperimente am Klein Altendorf (Uni Bonn)
Phänotypische Variationen zwischen Herkünften
Flowering Height
2,5 240 a, b, d, e
b-e 230
2 220 b-e
a-c, e a, c a, c a, c
1,5 210
a, b, d a-b, d 200
1
a, d-e 190
0,5 180
0 170
Stalk number Stem diameter
22 b, d, e
14 d, e
21
12 20
19 c a, c a, c
10 18
8 17
a b c d e 16
6 15
4
2
0 Node number
12 USA East a, d, e Northern Ukraine
Russia
a, d, e
Germany a, b, c a, b, c
Europe
10 b-e
8 No. of accessions 5
6
4 No. of clones/genotypes 60 12 per accession
No. of plants 180 3 per genotype
No. of stalks 540 3 per plant
11.07.2017 CKAPhänotypische Variationen (innerhalb der Herkünfte)
Height
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
Flowering
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
-0,5
-1
USA East Germany Russia Northern Europe Ukraine 11.07.2017 CKAGenomgröße der Silphie
Arabidopsis thaliana 0.1 GB
Orysa sativa 0.4 GB
Helianthus annuus 2.4 GB
Zea mays 2.5 GB
Silphium perfoliatum 8 GB
Triticum aestivum 16 GB
Tunable Genotyping by
Sequencing tGBS®
is the cost effective method of choice for
genome wide SNP discovery without prior
knowledge of the genome sequence.Genetische Distanzen zwischen 55 Pflanzen
der fünf Herkünfte
Principal Component Analysis
Ukraine (TLL)
East Germany (TLL)
USA (TLL)
Northern Europe (TLL)
Russia (TLL)
PC3
PC1
PC2
Lukas BeckerPhylogenetischer Baum
USA (TLL)
Northern Europe (TLL)
Ukraine (TLL)
East Germany (TLL)
Russia (TLL)
Lukas BeckerPhänotyp – Genotyp Assoziationen
Plant height (cm) Node number Flowering (no. flower levels)
Silphium_51173, p < 0.0001 Silphium_417033, p < 0.0001 Silphium_570147, p < 0.001
12 3
200
10
150 2
8
100
1
50 6
0 4 0
GG AA AG TT CC TC AA TT AT
Plant height (cm) Node number Flowering (no. flower levels)
Silphium_1010791, p < 0.001 Silphium_85186, p < 0.001 Silphium_1116226, p < 0.0001
250 12 3
200
10 2
150
100 8
1
50 6
0 4 0
AA TT AT AA GG AG AA GG AGEntwicklung der molekularen Marker
P46
-PstI
PCR fragment mit VspI geschnitten mit TaiI geschnitten
Northern Europe
Northern Europe
S. integrifolium
S. integrifolium
East Germany
East Germany
Ukraine
Ukraine
Russia
Russia
4.10
800 bp
339 bp
3% Agarose
Anton KraegeSPREAD
Acknowledgements
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