Genetic means and cultural methods for improving nutritional value of crops

Abstract

Concern for refining nutritional values of food is a contemporary pre-occuptation of middle- and upper-income groups of affluent societies. For the underdeveloped world, and those caught within poverty traps in advanced economies, the problem is different. Besides not having sufficient to eat, their dependence on plant products, sometimes from a single crop, signifies that essential ingredients are often below acceptable thresholds.

In accordance with a reasonable order of priorities, plant breeders have in the past concentrated on reducing disease and on improving the response of varieties to fertility and to management. Interest in food quality is recent, and the subject is considered here in respect of the amount and quality of proteins and fats, mineral composition and the elimination of anti-nutritional products.

Increased protein in cereals can be derived by nitrogen fertilisation and by using high-protein genotypes in variety production. Negative correlations between yield and protein content, and yield and lysine in protein is common but new genotypes are available in which this correlation has been broken. Protein research was stimulated by the discoveries of mutant genes in maize regulating protein fractions low in lysine. This work has generated research in other cereals, as well as the search for legumes high in sulphur amino acids. Possibilities are discussed whereby the value of proteins in some of the grain legumes may be improved. Interest in the quantity and quality of dietary proteins has overshadowed the importance of quality of the fat content of diets. Plants can make a substantial contribution to the balance between saturated and unsaturated fatty acids. Improvements inBrassica oils through elimination of erucic acid is an outstanding example of the success of genetical techniques in enhancing nutritional value of plants.

Anti-nutritional factors such as those causing lathyrism, favism and coeliac disease are discussed with a view to their elimination by genetical means. Provided the chemical agents can be specified, genetical techniques could raise the nutritional status of varieties and eliminate the widespread suffering that is caused.

Zusammenfassung

Bemühungen um Verbesserungen der ernährungsphysiologischen Qualität der Nahrung ist zur Zeit ein wichtiges Ziel der mittleren und oberen Einkommens-Schichten der Wohlstands-Gesellschaften.

Für die unterentwickelten Länder und solche, bei denen trotz Fortschritten noch Armut herrscht, muss das Problem differenzierter gesehen wirden: Man hat nicht genügend zum Essen, man ist angewiesen auf pflanzliche Produkte—zeitweilig nur auf ein einziges Erzeugnis, dies bedeutet, dass essentielle Nahrungsstoffe oft unterhalb eines akzeptablen Niveaus zur Verfügung stehen.

Um in dieser Hinsicht zu einem vertretbaren Aufwand bei den Prioritäten zu kommen, haben sich Pflanzenzüchter in der Vergangenheit auf die Resistenzzüchtung gegenüber Krankheiten und auf die Verbesserung der Anpassung von Arten und Sorten an Düngung und an das gesamte Farm-Management überhaupt konzentriert. In letzter Zeit wächst das Interesse für die Nahrungs-Qualität, in erster Linie in Bezug auf Quantität und Qualität von Proteinen und Fetten, Zusammensetzung des Mineralstoff-Spektrums und Verminderung von Schadstoff-Gehalten.

Höhere Protein-Gehalte der Cerealien können durch Stickstoff-Düngung und durch Verwendung eiweissreicher Protein-Genotypen gewonnen werden.

Negative Korrelationen zwischen Ertrag und Eiweissgehalt sowie Ertrag und Lysin im Protein sind bekannt, aber neue Genotypen sind vorhanden, bei denen diese negativen Korrelationen nicht mehr bestehen. Die Protein-Forschung wurde durch die Entdeckung von Genen in Mais stimuliert, die als Regulatoren für Lysinarme Protein-Fraktionen fungieren. Diese Forschung war sehr förderlich für die Arbeit mit anderen Gerealien, vergleichbar mit der Suche nach Leguminosen mit hohem Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren.

Es werden weitere Möglichkeiten erörtert, wodurch der Wert der Proteine von Körner-Leguminosen verbessert werden könnte.

Das Interesse für die Quantität und Qualität essentieller Proteine hat die Bedeuting der Qualität von Nahrungsfetten in den Hintergrund gestellt. Pflanzen können einen substantiellen Beitrag in der Balance zwischen gesättigten und ungesättigten Fettsäuren leisten. Verbesserungen bei Brassica-Olen durch Eleminierung der Erucasäure ist ein bemerkenswertes Beispiel genetischer Möglichkeiten, den ernährungsphysiologischen Wert von Pflanzen aufzuwerten.

Ernährungsbedingte Faktoren, die z. B. Lathyrismus, Favismus und Zoeliakie hervorrufen, werden diskutiert, zugleich mit Möglichkeiten ihrer Einschränkung durch züchterische Massnahmen.

Vorausgesetzt, dass die verursachenden chemischen Verbundungen identifiziert werden können, könnte die Züchtung den ernährungs-physiologischen Wert von Arten und Sorten aufwerten und weitverbreitete Probleme aus der Welt schaffen.