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| << Zurück zur Startseite | | Nummer | 100196 | | Akronym | Physiol. Fingerprint | | Titel (deutsch) | Ein Physiologischer Fingerprint für den Qualitätsweinbau in Österreich | | Titel (englisch) | Physiological Fingerprinting for Grapes as Quality Indicator in Austrian Vineyards | | Projektstart | 05.12.2007 | | AuftragnehmerIn | Universität für Bodenkultur - Department für Angewandte Pflanzenwissenschaften und Pflanzenbiotechnologie | | WissenschaftlicheR ProjektleiterIn | Prof. Dr. Astrid Forneck | | Finanzierungsstellen | Verband Österreichischer Rebveredler
Raiffeisen Ware Austria
Landwirtschaftskammer Niederösterreich
Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft | | Zielstellung | Ziel des Projektes ist es, der österreichischen Weinwirtschaft ein System zur Verfügung zu stellen, das den physiologischen Status der Rebe messbar und Einflüsse von Qualitätsmanagement oder Stress auf die Pflanzenvitalität und Traubenqualität und in weiterer Folge auf die Weinqualität quantifizierbar macht. Die Entwicklung dieses Messsystems umfasst die simultane Erfassung mehrerer physiologischer Komponenten, die zu einem „Physiologischen Fingerprint“ kombiniert werden.
Das hier vorgestellte Projekt „Physiologischer Fingerprint“ gliedert sich in vier Zielpakete, die teilweise parallel oder kontinuierlich bearbeitet werden. Jedes Ziel wird in „workpackages“ (WPs) aufgeteilt, die von den Antragstellern interdisziplinär bearbeitet werden.
Ziel I umfasst die Erfassung der Pflanzen- und Feldvariabilität als Grundlage und Kalibrationsstandard für alle weiteren Analysen. Ziel II umfasst die Differenzierung von Indikatoren für die Erfassung der Vitalität von Blatt und Frucht der Rebe. Ziel III fokussiert auf die Entwicklung und Ziel IV Evaluierung des physiologischen Fingerprints und inkludiert physiologische, biochemische Analysen (Zuckertransporter, Zuckermetaboliten; Anthocyane) und „Metabolic Profiling“. Im Zuge der Kommunikation mit der Praxis und der scientific Community werden sowohl Daten erhoben wie auch erforschtes Wissens gezielt weitergegeben. | | Wissenschaftszweig | LAND- U. FORSTWIRTSCHAFT, VETERINÄRMEDIZIN / Gartenbau, Obstbau / Weinbau |
| 2. Zwischenbericht (Zwischenbericht) | | Kurzfassung (deutsch) | Im Berichtszeitraum (1.7.2008 – 30.6.2009) wurden folgende Forschungsarbeiten durchgeführt und Ergebnisse erzielt:
1. Die Evaluation der natürlichen Variabilität zwischen Reben wurde unter kontrollierten Umweltbedingungen im Glashaus anhand von vier experimentellen Ansätzen untersucht. Analysiert wurde der Einfluss des Blattalters, der Blattinsertion von gestressten (UV-B-Stress, Trockenstress) vs. nicht gestresster Pflanzen. Basis für genetische Vergleiche ist die Einbeziehung von min. 2 Klone pro Experiment:
- Einfluss des Klons
Von den gemessenen physiologischen Parametern zeigen folgende Parameter einen signifikanten Einfluss des Klons bei Pinot noir: Evaporationsrate, stomatäre Leitfähigkeit, sub-stomatäre CO2-Konzentration (Gaswechsel) und Fs und Fm´ (Chlorophyllfluoreszenz) im lichtadaptierten Zustand.
- Einfluss der Blattinsertion
Die Blatttemperatur zeigte weder innerhalb der Pflanzen, noch zwischen den Pflanzen oder der untersuchten Klone signifikante Unterschiede auf.
-Einfluss von Strahlungsstress
Sechs von 27 gemessenen physiologischen Parametern zeigen einen signifikanten Einfluss zwischen den Stressvarianten, unabhängig der verwendeten Rebsorte (Pinot noir, Rheinriesling) und Klons auf. Diese sind: GS, Fv/Fm, Fs, Fm‘, ΦPSII, ETR.
- Einfluss von Trockenstress
Dieser Versuch wurde an einem Pinot noir Klon (basierend auf Ergebnissen des Vorjahres) durchgeführt. Signifikante physiologische Parameter für die Differenzierung zwischen Stressvarianten waren Wasserpotentialparameter, Ψpredawn, Ψmidday und Ψstem. Eine Korrelation zur Bodenfeuchte zeigten folgende Parameter: Photosyntheseleistung, Transpiration, Respiration in der Nacht, Steady-state Fluoreszenz (Fs), das photochemische Quenching (qP) und die Elektronentransportrate (ETR).
2. Die Entwicklung des physiologischen Parameters Blatttemperatur von Rebenblättern durch ein Thermo Imagery Verfahren wurde etabliert und kann in der heurigen Versuchsperiode im Freiland angewandt werden.
3. Die Feldvariabilität wurde in der Vegetationsperiode 2008 an den Standorten Sooß und Wien-Cobenzl untersucht. Zum Stadium der Schrotkorn- und Erbsengröße der Beeren, zur Veraison und zur Lesereife wurde an Weinreben in einem definierten Raster Wasserpotentiale, Gaswechsel und Chlorophyll-Fluoreszenz in zwei- bis dreifacher Wiederholung gemessen (bis zu 75 Probepunkte/ha). Die Rebfläche wurde mit DGPS vermessen und die Position der einzelnen Rebstöcke bestimmt.
4. Eine Methode zum Metabolic Profiling von Rebenblättern aus Vitis vinifera L. wurde auf Basis einer HS-SPME-GC-MS - Methode etabliert. Ein ausführliches Protokoll wird vorgestellt. Ein Rebenblatt-Chromatogramm resultiert in ca. 450 Peaks, deren automatisierte Auswertung etabliert wurde.
5. Eine Subdatenbank für ca. 700 in Vitis ssp. vorkommende flüchtige Substanzen wurde erstellt und dient als Grundlage für die Identifizierung von unbekannten Metaboliten in Rebenblättern, die potentielle Funktionen als Biomarker haben.
6. 71 Substanzen (unterschiedlicher Substanzklassen) konnten aus Pinot noir Rebenblättern identifiziert werden. Diese umfassen die Aldehyde, Alkane, Carbonsäuren, Ketone, Alkohole, Terpene. 32 dieser Substanzen wurden erstmalig in Vitis vinfera beschrieben.
7. Die entwickelte Metabolic Profiling Methode hat sowohl stabile wie auch veränderbare Metabolite (im Kontext intraklonal und intrapflanzlich). Selektierte Metabolite zeigen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Pflanzen bzw. Klonen, während ein Set von 50 Metaboliten ausgewählt wurde, dass sich zur Differenzierung dreier Pinot noir Klone (auf Basis von Rebenblättern) eignet.
8. Die Methode der Polyphenol-Analytik wurde mittels HPLC mit Massenspektrometrie (MS)-Detektion etabliert. Das Set wurde auf 13 Standards vergrößert, eine 13-schrittige Extraktionsmethode für Rebenblätter entwickelt und auf die LC-MS/MS Methode abgestimmt. Ein detailliertes Protokoll wird vorgelegt.
9. 13 Polyphenole (Cumarsäure, Kaffeesäure, Ferulasäure, Caftarsäure, Resveratrol, Catechin, Epicatechin, Epicatechin gallate, Quercetin, Kaempferol, Quercetin-glucoside, Kaempferol-glucoside, Cyanidin-glucoside) konnten als potentielle Biomarker, auf Basis kontrollierter Bio-assays, differenziert werden.
10. Eine Methode zur Trennung und Quantifizierung von Mono- und Oligosaccharidgemischen mittels GC/MS nach Derivatisierung mit Bis-(trimethylsilyl)-trifluoracetamid (BSTFA) in Gegenwart von DMF wurde zur simultanen Analyse von Zuckern und von Zuckerphosphaten etabliert. 35 Zucker und Zuckerderivate können nun analysiert werden.
11. Mindestens 11 potentielle Biomarker (aus der Substanzklasse der Zucker, Zuckerderivate und organischen Säuren) können in einer ungestressten Rebenblattprobe nachgewiesen werden. Weitere Optimierungsschritte werden zurzeit durchgeführt.
12. Analysen der Trauben (Mostanalysen) zur Korrelation mit physiologischen Daten wurden durch das Bundesamt für Wein- und Obstbau, Klosterneuburg durchgeführt. Insgesamt wurden in den Jahren 2007 und 2008 141 Rebstöcke im randomisierten Raster in zweifacher, technischer Wiederholung untersucht. Die Trauben wurden entsaftet und die Mostinhaltsstoffe (FTIR), Mineralstoffe (AAS) und Aminosäuren (HPLC) analysiert.
13. Die weitere Entwicklung des Physiologischen Fingerprints auf Basis der gewonnenen Daten aus Versuchen unter kontrollierten Umweltbedingungen findet im Freiland statt. UV-B Stress- und Trockenstressversuche sind auf den Versuchsflächen in Langenlois und Retz initiiert und werden in der Versuchsperiode 2009/2010 durchgeführt. Alle Versuche finden auch parallel im Glashaus (zur Kalibrierung der Daten) statt. Weiterhin werden sowohl Jungfeld als auch Ertragsanlagen untersucht.
14. Ein Verfahren zur Zonierung von Qualitäts- vs. Vitalitätszonen im Weingarten wurde entwickelt und ist am Beispiel der Versuchsfläche Wien-Cobenzl dargestellt. Neu an diesem Verfahren ist, dass die Zonierungen auf Basis mehrerer physiologischer Parameter und Qualitätsparameter basieren. Die Validierung der einzelnen Parameter wurde aufgrund von statistischen Vergleichen durchgeführt. Ein Modell zur Zonierung und die geeigneten Parameter werden dargestellt.
15. Die Projekthomepage wurde kontinuierlich aktualisiert und modernisiert.
| | Kurzfassung (englisch) | Within the second experimental year (1.7.2008 – 30.6.2009) the following results have been achieved:
1. Four environment controlled experiments have been performed to evaluate the within and among plant variation of grapevine. We have used stress assays (UV-B, drought) to further challenge the plant's physiology. All experiments include at least two clones/grapevine cultivars.
- Influence of clone (non stressed)
From the physiological measurements taken the following parameters show significant influences of the cultivar clone: evaporation, stomatal conductance, sub-stomatal CO2-concentration, Fs and Fm´ as measured in light adapted state.
- Influence of leaf insertion
Leaf temperature gradients did not significantly change within or among plants or clones. These results complete the assay of all other physiological parameters in the 2007 year.
- Influence of UV-B stress
Six of 27 physiological measurements taken show significant differences among the stress treatments, regardless of the grapevine cultivar or clone: GS, Fv/Fm, Fs, Fm‘, ΦPSII, ETR.
- Influence of drought stress
Significantly affected parameters among the stress treatments were Ψpredawn, Ψmidday, Ψstem. Correlation of soil moisture and photosynthetical activity, transpiration and respiration measured in the night, Fs, qP and ETR were found.
2. The Thermo imagery method for measuring leaf temperature gradients was developed for application under field conditions.
3. The intra vineyard variation was throughly studied in two vineyards Vienna and Sooß. The results were further analysed and modelled to develop a vineyard zone model for vitality and quality zones. Measurements taken followed a stringent sampling grid up to 75 dots/ha on four measurement dates. All data points were confirmed DGPS.
4. Metabolic Profiling of volatile leaf-based metabolites deriving from Vitis vinifera L. was developed by means of HS-SPME-GC-MS generating averages of 450 peaks per chromatogram. A protocol is presented.
5. A sub database for 700 volatiles occuring in Vitis ssp. was generated and serves as base for the further identification of unknown metabolites in grapevine with potential as biomarkers.
6. 71 metabolites were successfully analysed from Pinot noir leaves, covering aldehydes, alcanes, carbonacids, cetones, alcohols, terpens. 32 of these metabolites are firstly discovered in Vitis ssp.
7. The metabolic profiling method includes stable and dynamic metabolites. As such they offer potential for both selection for stress markers and selection for genomic differentiation.
8. A method for polyphenol analysis was developed and subsequentially modified using HPLC-MS techniques to detect 13 standards substance, which equally serve as potentially biomarkers. These were Coumaric acid, Caffeic acid, Ferulic acid, Caftaric acid, Resveratrol, Catechin, Epicatechin, Epicatechin gallate, Quercetin, Kaempferol, Quercetin-glucoside, Kaempferol-glucoside and Cyanidin-glucoside.
9. A method to separate and quantify of mono- und oligo-saccharid mixes by GC/MS analysis was developed and modified. The derivatisation was performed and optimized with bis-(trimethylsilyl)-trifluoroacetamide (BSTFA) with DMF. This method was further modified to allow the simultane analysis of sugar and sugar phosphates. 35 sugars and sugar metabolites are now to be analysed.
10. A minimum of 11 potential biomarkers may be detected in not stressed Grapevine leaves. Further optimization steps are conducted.
11. Fruit analyses of grapes to serve as data for the correlation of vitality and quality clusters in vineyards are conducted by the Bundesamt für Wein- und Obstbau, Klosterneuburg. In total 141 yields of vines have been analysed throughout the years 2007 and 2008 in two replications.
12. Further experimental steps to gain biomarker information for the development of the "physiological fingerprint" are conducted both in field and greenhouse trials. Stress bioassays (UV-B, drought) have been set up in the fields of Langenlois and Retz and will be carried out in the seasons of 2009/2010. All trials will be similarly conducted in the greenhouse in Vienna.
13. A model to quantify vineyard vitality zones has been developed. Using the vineyard "Cobenzl-Vienna" as an example, the zoning was performed based on a set of physiological measures instead of single stress parameters. Validation of the fusion of measurements and parameters was performed employing statistical methods. The model will now be applied to further vineyards, years and combined with soil and climate zones.
14. The project website (www.physiological-fingerprint.com) was updated and continuously modified.
| | Berichtsdokumente/Anlagen | | BerichtsautorInnen: Astrid Forneck, Manuel Becker, Katharina Schödl, Georg Weingart, Falk Liebner, Rainer Schuhmacher |  2. Zwischenbericht_09_06_30.doc (18819 kB) |
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