Investigations on the effects of harvest methods and storage conditions on yield, quality and germination of evening primrose (Oenothera biennis L.) seeds

Abstract

Evening primrose has a good potential to become a commercial agricultural plant for GLA production, some disadvantages such as indeterminate inflorescence, high seed shattering during ripening, length of life cycle, lack of uniformity in seed germination are still problems to be overcome for this to happen. Although several studies have carried out to find ways of removing the seed shattering as well as reducing the flowering heterogeneity, seed shattering still posses the biggest problem in the production of evening primrose. This project was an agronomic procedure aimed at optimising the appropriate harvest time and harvest method that will lead to higher quality and quantity seed (in aspect of seed yield, oil and γ-linolenic acid percentage). Experience has shown that defoliation before harvest usually accelerates seed ripening and increases the homogeneity of seed maturation. The harvest method used in these experiments was defoliation by means of flame and by chemical. To date our knowledge is still limited about the effect of fertilizers (especially nitrogen) on seed yield and the percentage of oil of evening primrose seed. In this project, the effect of nitrogen under different harvest methods was studied by using some pot experiments. The effect of storage conditions on the seed oil percentage and fatty acid composition of evening primrose were also investigated. In addition to these seed germination ability of evening primrose was also studied. For field experiments seed yield, thousand seed weight, oil percentage, raw protein percentage, fatty acid composition, plant dry matter, seed dry matter were measured. The parameters measured in the pot experiments were seed yield, thousand seed weight, oil and raw protein percentage, fatty acid composition, number of side shoots per pot, number of capsules per side shoot, number of capsules per main stem and total number of capsules per pot. Both in field and pot experiments it was observed that harvest time had influence on the seed yield of evening primrose. Due to low maturity, a significant reduction in the seed yield of early harvested plants was observed. Similar pattern of seed yield was observed in plants that were harvested late. Contrary to early harvest high seed shattering is the main reason of low seed yield in the plants that were harvested at the late date. Oil and γ-linolenic acid percentage of the seed were significantly influenced by different harvest times. Low seed maturity at the early time and advance senescence of the seed during the over ripened period are the main reasons for the low percentage of oil. Regardless of the sowing time, in both field as well as pot experiments, it was observed that in most cases the maximum seed quantity and quality was achieved during the middle harvest time. Despite the above interpretation of results, it is not easy to say how many days after flowering can be recommended as harvest time. The parameters such as plant variety, climate conditions, soil fertility, sowing time, etc. strongly influence harvest time. Generally, according to this study the average of the period after flowering to harvest in autumn and spring sown plants is different. In addition, nitrogen can influence this period. In total, 70-75 days after flowering is the recommended harvest time of the spring sown Oenothera biennis L. cv. Anothera in Germany. In autumn sown plants, the duration between flowering and harvest is longer than spring-sown plants (90-95 d after flowering). Study on the effect of nitrogen on the evening primrose in pot experiments showed that although nitrogen had negative influence on the percentage of seed oil, there was positive relationship between nitrogen and most measured parameters especially seed yield, linoleic and γ-linolenic acid percentage. There is a need to carry out further investigation on the effect of nitrogen as well as other plant nutrients on evening primrose in the field conditions. In general based on obtained results it can be concluded that in both field and pot experiments no clear effect of defoliation was observed on the different measured parameters like seed yield, the percentage of oil and γ-linolenic acid. The observations of these experiments in most cases do not confirm the hypothesis in which defoliation reduces the heterogenity of seed ripeness and effects seed yield and seed quality. In most cases no interaction between method of harvest and harvest time as well as nitrogen fertilizer was observed. The hypothesis in which effect of defoliation depends on harvest time and nitrogen application is different was not agree with the results obtained. the results of experiments, it can be concluded that there is not a big difference in the seed yield and seed oil quality of spring and autumn evening primrose. Thus, the hypothesis that the performance of spring-sown evening primrose is equal to autumn sown plants was confirmed with the obtained results. results showed that the quality of newly harvested seeds of evening primrose gradually decrease during storage. The free fatty acid percentage and the peroxide value of stored seeds strongly increased with the storage time. It was observed that the increase was lower in the seed samples that were stored at low temperature than under room temperature and higher. A negative relationship between storage time and the percentage of oil was observed in this study. Based on the results obtained from the present study, it may be said that for oil quality and quantity the fresh seeds of evening primrose can be stored for a period of 4-6 months. Temperature is the main factor affecting the germination of evening primrose seeds. A synergetic effect between light and temperature on evening primrose seed germination was observed in this study. Depending on harvest time a gradual increase in the seed germination percentage of newly harvested seed could be achieved by removing the physiological dormancy of embryo during storage. The reduction of germination with increasing storage time could be due to some stimulation of secondary dormancy in the embryo. Die Nachtkerze besitzt als Nutzpflanze ein großes Potential für die kommerzielle Produktion von Gamma-Linoleinsäure. Bei der Kultivierung dieser Pflanze müssen jedoch einige Probleme wie indeterminiertes Wachstum, hoher Samenausfall während der Reife, langer Lebenszyklus und ungleichmäßige Samenabreife gelöst werden. Obwohl sich bereits einige Studien mit der Verminderung des Samenausfalls wie auch der Reduzierung der Blühheterogenität beschäftigt haben, ist der Samenverlust immer noch das größte Problem in der Nachtkerzenproduktion. Das Ziel der Arbeit bestand deshalb darin, in Feld- und Gefäßversuchen den Einfluss unterschiedlicher Erntetermine und -Methoden auf den Samenertrag und die Samenqualität von Nachtkerze zu klären. Als Erntemethoden wurden dabei die chemische Sikkation und die thermische Behandlung der Pflanzen angewandt. Parallel zu den Feld- und Gefäßversuchen mit Nachtkerze wurde der Effekt der Lagerungsbedingungen auf den Ölgehalt und die Fettsäurezusammensetzung untersucht. Zusätzlich wurden Experimente durchgeführt, in denen Einflüsse der Erntemethode und der Lagerung auf die Keimfähigkeit der Samen untersucht wurden. In den Feldversuchen wurden die Prüfmerkmale Samenertrag, Tausendkornmasse, Ölgehalt, Proteingehalt, Fettsäurezusammensetzung sowie Ganzpflanzen- und Samentrockenmasse ermittelt. In den Gefäßversuchen wurden die Prüfmerkmale Samenertrag, Tausendkornmasse, Ölgehalt, Proteingehalt und Fettsäurezusammensetzung sowie Anzahl der Seitentriebe pro Gefäß, Anzahl der Kapseln pro Seitentrieb, Anzahl Kapseln pro Haupttrieb und Anzahl Kapseln pro Gefäß bestimmt. Ergebnisse der Feld- und Gefäßversuche bringen zum Ausdruck, dass der Erntezeitpunkt einen gesicherten Einfluss auf den Samenertrag der Nachtkerze hat. Auf Grund der verringerten Zeit für die Samenreife war der Samenertrag der früh geernteten Pflanzen stark reduziert. Eine Verminderung des Samenertrages wurde auch bei den Pflanzen der letzten Erntezeit gefunden. Im Gegensatz zur frühen Ernte ist bei der späten Ernte der hohe Samenausfall der Hauptgrund für den geringen Samenertrag. Öl- und Gamma-Linoleinsäuregehalt der Samen wurden ebenfalls signifikant durch die verschiedenen Erntetermine beeinflusst. Geringe Ausreife der Samen bei früher Ernte und erhöhte Seneszenz der Pflanzen während der Überreife sind die Hautursachen für den geringen Ölgehalt. Sowohl in den Feld- als auch in den Gefäßexperimenten wurde unabhängig von Frühjahrs- oder Herbstaussaat festgestellt, dass in den meisten Fällen die höchsten Samenerträge und die beste Samenqualität bei mittlerer Erntezeit erzielt wurde.Der Reifetermin der Pflanzen wird durch Faktoren wie Sorte, Witterung, Nährstoffversorgung und Saatzeit signifikant beeinflusst. In den durchgeführten Versuchen wurde festgestellt, dass die Zeitspanne von der Blüte bis zur Ernte bei Frühjahrs- und Herbstaussaat der Nachtkerze verschieden ist. Auch die Stickstoffversorgung hat einen Einfluss auf diese Zeitspanne. Bei einer Aussaat im Frühjahr erreichte die Nachtkerze etwa 70 -75 Tage nach der Blüte die Samen- und Erntereife. Bei der Herbstaussaat betrug dieser Zeitraum etwa 90 - 95 Tage. Die Erntemethode hatte in den meisten Fällen keinen gesicherten Einfluss auf die gemessenen Parameter. In der Tendenz scheint die Sikkation der Pflanzen, speziell mit einem Herbizid, die Samenreifung zu stimulieren und die Anzahl reifer Samen zu erhöhen. Somit kann diese Maßnahme indirekt den Samenertrag und die Samenölqualität beeinflussen. Die Untersuchungen zur Stickstoff-Düngung in Gefäßversuchen zeigten, dass dieser Nährstoff einen negativen Einfluss auf den Samenölgehalt, jedoch einen positiven Einfluss den Samenertrag sowie auf den Linolsäure- und Gammalinoleinsäuregehalt der Samen hatte. Zur Validierung dieser Effekte sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich. Die Ergebnisse der Nachernteexperimente zeigen, dass die Qualität der frisch geernteten Samen der Nachtkerze während der Lagerung allmählich abnimmt. Die Säure- und Peroxidwerte der gelagerten Samen steigen während der Lagerung stark an. Es wurde festgestellt, dass der Anstieg dieser Werte in den Samen bei kühler Temperatur niedriger war als bei Raumtemperatur oder noch höheren Temperaturen. Zwischen Lagerungsdauer und Ölgehalt wurde ein negativer Zusammenhang gefunden. Basierend auf den ermittelten Ergebnissen und im Hinblick auf den Ölgehalt und die Ölqualität kann gesagt werden, dass frisch geerntete Samen der Nachtkerze unter kühlen Bedingungen 4-6 Monate gelagert werden können. In Anlehnung an die Ergebnisse der Versuche zur Keimfähigkeit kann festgestellt werden, dass die Temperatur den Haupteinflussfaktor auf die Keimfähigkeit der Nachtkerzensamen darstellt. Zwischen Licht und Temperatur wurde ein synergistischer Effekt auf die Samenkeimung der Nachtkerze beobachtet. In Abhängigkeit von der Erntezeit konnte ein gradueller Anstieg im Anteil gekeimter Samen während der Lagerung festgestellt werden. Diese wird auf eine Verminderung der Dormanz des Embryos während der ersten Monate der Lagerung zurückgeführt. Bei Langzeitlagerung (Raumtemperatur) von mehr als 6 Monaten nahm die Keimfähigkeit der Samen dagegen ab.