Effects of Varying Nitrogen Rates on Pre‐Harvest Sprouting and α‐Amylase Activity in Cereals

Abstract

AbstractIn many parts of the world pre‐harvest sprouting, induced by unfavourable ecological conditions, can affect the grain grower's success considerably. Positive correlations are reported between resistance to pre‐harvest sprouting and primary dormancy. Genotypes with a short dormancy period have a high pre‐harvest sprouting risk. In the case of a premature germination of caryopses in the head of grain, a hydrolysis of intact starch granules caused by the endoenzyme α‐amylase takes place in the endosperm.In some publications negative correlations between falling number and protein content are reported, however, it is unknown if a varying N‐application influences pre‐harvest sprouting rates, dormancy periods and amylase activity. For this reason, both greenhouse and field trials were conducted with different N‐fertilization rates and (additionally in the greenhouse) a rain simulation treatment.With regard to α‐amylase the results show that high amounts of the enzyme a few days post anthesis are opposed to small enzyme activities in mature kernels. Stratificating temperatures and germination inducing precipitation at the same time are inducing pre‐harvest sprouting and a high α‐amylase activity, especially in rye and triticale. Varying N‐rates had a significant influence on the α‐amylase activity in the milk ripeness stage and also — in the case of pre‐harvest sprouting — at harvest time. It seems as if N‐deficiency reduces the possibility of pre‐harvest sprouting, on the other hand high N‐rates increase the enzymes' activity and promote germination processes in the kernel. Significant effects of N‐fertilization on dormancy under field conditions could not be found.In the discussion of reasons for an increase of α‐amylase activity in sprouted grain caryopses, changes in the relation of the phytohormones gibberellic acid (promoter of enzyme activities) and abscisine acid are presumed to be the main factor.ZusammenfassungWirkung variierter Stickstoff‐Gaben auf das Auswuchsverhalten und die α‐Amylase‐Ak‐tivität bei GetreideDurch ungünstige ökologische Bedingungen induzierter Auswuchs kann den Anbauerfolg in der Getreideproduktion wesentlich beeinträchtigen. Zwischen der Auswuchsresistenz und der primären Dormanz werden positive Korrelationen nachgewiesen. Genotypen mit gering ausgeprägter Dormanz sind danach besonders auswuchsgefährdet. Kommt es zum vorzeitigen Auskeimen von Karyopsen in der Ähre, setzt gleichzeitig die Hydrolyse intakter Stärkepartikel im Endosperm durch das Endo‐enzym α‐Amylase ein.Obwohl negative Korrelationen zwischen Fallzahl und Proteingehalt bereits beschrieben wurden, herrscht Unklarheit darüber, ob eine variierte N‐Düngung Einfluß auf Auswuchsverhalten, Dormanzausprägung und Amylase‐Entwicklung ausübt. Aus diesem Grund wurden mit winterannuellen Sorten von Weizen, Roggen und Triticale Gewächshaus‐ und Feldversuche angelegt, die mit unterschiedlichen N‐Gaben behandelt wurden und im Gewächshausversuch zusätzlich eine Regenbehandlung erfuhren.Hohen α‐Amylase‐Werten wenige Tage nach der Anthesis stehen unter normalen Bedingungen minimale Aktivitätswerte in erntereifen Karyopsen gegenüber. Stratifizierende Temperaturen und gleichzeitig keimungsför‐dernde Praezipitationen führen besonders bei den Roggen‐ und Triticalesorten zu hohen Auswuchsraten mit entsprechend angestiegenen Enzymaktivitäten. N‐Mangel scheint die Auswuchsneigung zu mindern, ein hohes N‐Düngungsniveau erhöht hingegen die α‐Amylase‐Werte und fördert den Auswuchs. Dor‐manzbeeinflussende N‐Wirkungen sind nicht nachweisbar.In der Diskussion von Ursachen für eine Zunahme von Enzymaktivitäten im Zusammenhang mit der Auswuchsproblematik werden primär Veränderungen im Verhältnis der antagonistisch wirkenden Phytohormone Gib‐berellinsäure (Promoter von Enzymaktivitäten) sowie Abscisinsäure angeführt.