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NuNuÖk Nutzpflanzenkunde: -

Nutzpflanzen… o sind Organismen verschiedener systematischer Stellung (z.B. Pilze, Algen, Höhere Pflanzen), o o

die aufgrund ihrer biochemischen Merkmale (z.B. Kohlenhydrate, Eiweiße, Fette, Aromastoffe, Milchsaft) oder aufgrund anatomischer Merkmale (z.B. Fasern, Holz)

o o

einer unmittelbaren (z.B. Ernährung, Medizin) oder mittelbaren (z.B. Tierfutterpflanzen, Insektizide) …Nutzung durch den Menschen unterliegen.

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Kulturpflanzen… o Sind durch gezielte Auslese aus wildwachsenden Nutzpflanzen hervorgegangen o Sind durch Zucht den Bedürfnissen des Menschen vielfältig angepasst o

Werden zur Optimierung der Nutzungsmöglichkeiten angebaut  Aus einer Pflanzenart gehen durch Zucht verschiedene SORTEN hervor  Aus einer Tierart gehen durch Zucht unterschiedliche RASSEN hervor

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Bonitur: Züchter beobachtet Entwicklung eines erfolgreichen Pflanzensortenkandidaten von Aussaat bis Ernte im Schnitt 10 bis 15 Jahre und vergibt Jahr für Jahr Noten, z.B. für: Feldaufgang/Pflanzengesundheit, Winterhärte, Ährenschieben, Blütenbeginn und –ende, Reife, Ertrag, Qualität

Kulturpflanzen im Gegensatz zu wildwachsenden Nutzpflanzen o Kulturpflanzen sind vom Menschen angebaut o Vom Menschen abhängig im Hinblick auf Aussaat, Pflege und Ernte o o o

Ohne Einflussnahme des Menschen in der freien Landschaft oft nicht überlebensfähig In Inhaltsstoffen und Geschmack dem Menschen zuträglicher Wegen des höheren Ertrages lohnender für den Menschen

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Mit größeren, zahlreicheren, durch den Menschen effizienter nutzbare Organe ausgestattet

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Morphologie: Lehre von der äußeren Gestalt der Organismen und ihrer Funktionen Anatomie: Lehre vom inneren Aufbau der Organismen und der Funktion der Gewebe

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Grundorgane: Wurzel, Sprossachse, Blatt Weiter pflanzl. Organe: Blüte, Blütenstand, Frucht, Same Metamorphosen: Knolle, Rübe, Rhizom, Ranken/Winden Metamorphosen der verschiedenen Organe:  Wurzel: Hauptwurzel und Nebenwurzel  Sprossachse: Nodien, Internodien, Hypokotyl, Epikotyl  Blatt: Blattgrund (Ansatz des Blattes an der Sprossachse), Blattscheide, Nebenblätter, Blattstiel, Blattspreite

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Frucht = Blüte im Zustand der Reife

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Tomaten sind Beeren Erdbeere = Sammelnussfrucht Himbeere = Sammelsteinfrüchte

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Klimakterische Früchte = nachreifende Früchte (z.B. Banane, Apfel, Tomate, Kiwi, Pflaume) Nicht klimakterische Früchte = nicht nachreifende Früchte (z.B. Zitrusfrüchte, Kirsche, Himbeere, Brombeere, Erdbeere)

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Same = schützend umhüllter pflanzlicher Embryo, ausgestattet mit Reservestoffen Größter Same = Same der Seychellennuss

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Teilweise ist ein großer Teil von Rüben Hypokotyl, nicht Wurzel!!

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Biodiversität bedeutet eine Vielfalt der Ökosysteme, der Arten und der Gene. Begriff der Biodiversität hat in Folge der Rio-Konferenz 1992 stark an Bedeutung gewonnen und ist heute fest im politischen Jargon verankert.

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Biodiversität ist die Mannigfaltigkeit o …der Ökosysteme…

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…der Arten und höherer systematischer Einheiten… …der Individuen, ihrer Erbanlagen/Gene

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…sowohl in der Naturlandschaft!, als auch in der Kultur-/Agrarlandschaft!

Beitrag vom Handelsblatt als Vergleich: Clevere Anleger setzen niemals auf nur ein Pferd. Eine optimale Struktur kann Risiken bei der Geldanlage reduzieren. In möglichst viele verschiedene Anlageklassen investieren! Wozu Biodiversität aus Sicht des Menschen? Deutlich höherer Ertrag bei Mischsaat gg. Reinsaat Biodiversität und Artenzahlen: o 400.000 Pflanzenarten bekannt o Ca. 20.000 als Nutzpflanzen genutzt o Ca. 4.900 als Kulturpflanzen angebaut (ca. 1,3%) o o

Ca. 660 feldmäßig angebaut Ca. 160 in größerem Umfang (ca. 0,04%), der Rest nur auf Kleinst-Anbauflächen

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Verantwortlich für mehr als 60% der globalen Kalorienversorgung sind nur 6 Arten 1. Weizen 2. Reis 3. Mais 4. Kartoffel 5. Süßkartoffel 6. Maniok

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Entwicklung der Kulturpflanzen seit der Eiszeit o Sammeln oder Anlage von Vorräten aus Wildpflanzen o Zufällige Entstehung siedlungsnaher Populationen o Förderung und Anpflanzung o o o

Entwicklung der Hackkultur (Folge der Beseitigung konkurrierender Wildpflanzen) Auswahl ohne Förderung spezieller Eigenschaften (Schon hier entwickeln sich vom Normaltypus auffallend abweichende Individuen durch Mutation und zufällige Hybridisation) Gezielte Förderung (Durch Auswahl von Individuen (Selektion) mit wertvollen Eigenschaften und deren Anbau auf eigenen Feldern (Isolation) werden die für eine Nutzung wertvollen Eigenschaften gezielt gefördert)

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Domestikation spontan mutagener oder hybridogener Pflanzen (Durch Verdrängung der Merkmale eines Elters durch wiederholte Rückkreuzung (Introgression) werden gezielt neue „Pflanzentypen“ (Kulturpflanzen) mit wertvollen Eigenschaften entwickelt. Neuerdings werden auch gentechnische Verfahren zur Schaffung neuer Merkmale eingesetzt.) Anbau in neuen Arealen (Infolge der Mitnahme von Kulturpflanzen entstehen unter wechselnden klimatischen Bedingungen und infolge der Einkreuzung bisher getrennt lebender Arten weitere neue und leistungsfähige „Pflanzentypen“ (Sorten!) Wildpflanze  primäre Nutzpflanze  Unkraut  sekundäre Nutzpflanze (In den Anbaukulturen finden sich unerwünschte, angepasste Unkräuter, die ebenfalls Kulturpflanzenmerkmale entwickeln, also ebenfalls (unabsichtlich) domestiziert werden. Hieraus entwickeln sekundäre Nutzpflanzen wie Roggen, Hafer, Linse u.a.)  ZUCHT!

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Im Laufe der Domestikation verlieren die Kulturpflanzen Eigenschaften, die bei den Wildpflanzen noch vorhanden, aber für eine Nutzung durch den Menschen ungünstig und unerwünscht sind: o Verlust von Abwehrmechanismen (z.B. Brombeerstacheln) o Verlust der Samenbildung (z.B. Banane, Zitrusfrüchte, Rosine) o o

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Im Lauf der Domestikation verstärken sich bei den Wildpflanzen schon vorhandene, für eine Nutzung durch den Menschen günstige und erwünschte Eigenschaften der Kulturpflanzen: o Intensiverer Geschmack o Größere Nutzbare Teile o o

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Höhere Erträge Intensiverer Geruch

Im Laufe der Domestikation erwerben die Kulturpflanzen neue, für eine Nutzung durch den Menschen günstige und erwünschte Eigenschaften: o Ausbildung von Schließfrüchten statt der üblichen Öffnungsfrüchte (zur verbesserten Erntefähigkeit) o o

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Verlust einer zeitlichen differenzierten Keimung (z.B. Wintergetreide, Sommergetreide)  witterungsunabhängige Bestandssicherung Verlust des zeitlich differenzierten Ausfallens der Samen

Bruchfestigkeit der Ährenspindel (Verhinderung des Ährenzerfalls bei der Ernte) Synchrone Keimung (optimale Terminierung der Einsaat in der Abstimmung auf Klima und Witterung = synchrone Ernte)

Durch die Domestikation… o wird die Konkurrenzfähigkeit der kultivierten Pflanzen in der freien Natur geschwächt o

ist der Fortbestand der Kulturpflanzen vom Eingriff des Menschen abhängig

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Wildlebende Vorfahren und nahe Verwandte der Kulturpflanzen sind zur Einkreuzung neuer Merkmale bei sich ändernden Umweltbedingungen für die weitere Züchtung und Selektion essentiell

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Doppelte Abhängigkeit des Menschen von der pflanzlichen Photosyntheseleistung o Grundlage für die Nahrungskette bzw. Nahrungsnetze, Produktion der energiereichen Nahrungsstoffe  Ernährung von Pflanzenfressern und daher auch von Fleischfressern o Schaffung der rezenten Stickstoff-Sauerstoff-Atmosphäre, Produktion von Sauerstoff für den oxidativen Abbau dieser Substanzen

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Chemische Fabrik Pflanze & ernährungsrelevante Synthese Produkte o Kohlenhydrate  Energiestoffwechsel

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 Zucker (Basis für alle pflanzlichen Syntheseleistungen)  Stärke (Reservekohlenhydrate)  Cellulose (Baustoff der Zellwand) Fette  Energiestoffwechsel  Fette: Veresterungen von Glycerin und langkettigen, überwiegend gesättigten Fettsäuren  bei Zimmertemperatur fest!  Fette Öle: Veresterungen von Glycerin und kurzkettigen, überwiegend ungesättigten Fettsäuren, bei Zimmertemperatur flüssig! Proteine  Baustoffwechsel  

Polypeptide zur Deckung des menschlichen Proteinbedarfes Konzept biologischer Wertigkeit

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Nutzung von Pflanzen zu direkten und indirekten (Nektarpflanzen, Futterpflanzen, Düngepflanzen) Ernährung des Menschen oder auch für technische Zwecke (Hanffasern, Holt, Gerbstoff, Kautschuk, Harze, Wachs, Farbstoffe, Energie (Energie lässt sich durch Erzeugung von Alkohol durch Vergärung aus allen kohlenhydratreichen Pflanzen gewinnen)

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Die derzeitige Welternte von jährlich 2 Mrd. Tonnen Getreide könnte durchaus 10 Mrd. Menschen ernähren. Sie dürften davon aber nur 200 kg pro Kopf und Jahr verzehren, so viel wie ein durchschnittlicher Inder, der vorwiegend vegetarisch lebt, in einem Land, in dem nur wenig Korn an Tiere verfüttert wird. Bei italienischer Lebensweise reicht die Welternte nur noch für fünf Mrd. Menschen. Bei US-amerikanischer Lebensweise nur noch für 2,5 Mrd.

Kohlenhydrate liefernde Pflanzen -

Grüne Pflanzen können Kohlenhydrate aufgrund der Fähigkeit zur Photosynthese selbst erzeugen  autotroph Mensch und Tier müssen Kohlenhydrate aufgrund fehlender Photosynthese mit der Nahrung aufnehmen  heterotroph

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Kohlenhydrate finden sich in Pflanzen… o als Stützsubstanz o als Reservesubstanz: in pflanzlichen Speicherorganen wie Rüben, Knollen, Rhizomen zur eigenen Nutzung in ungünstigen Jahreszeiten  in Früchten zur Belohnung der tierischen „Spediteure“  in Samen als „Starthilfe“ für die nächste Generation NIE zum Vorteil oder Nutzen des Menschen! 

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Kohlenhydrate sind Verbindungen von Kohlenstoff und Wasser mit der Summenformel Cn (H20)n, häufigstes biogenes Molekül ist das Polysaccharid Zellulose

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Ernährungsphysiologische wichtigste Kohlenhydrate o Zucker  wichtigste schnell verwertbare Energiequelle o Stärke  Bevorratung von energieliefernden Brennstoffen o

Zellulose  Baustoff für wachsende pflanzl. Organe, aber für Tiere auch ernährungsphysiologisch erschließbare Energiequelle und Ballaststoffe für den Menschen

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Monosaccharide  

Biologisch von Bedeutung: Glukose, Fruktose, Ribose, Desoxyribose Summenformel: Ein Vielfaches von Cn (H2O)n (z.B. Glukose C6H12O6), aus der Anzahl der CAtome folgt: 3 C = Triosen, 4 C = Tetrosen, 5 C = Pentosen, 6 C = Hexosen

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Strukturmerkmale: Funktionelle Gruppen – WICHTIG, Z.B. sind Glucose und Galaktose beide Hexosen, unterscheiden sich aber in den funktionellen Gruppen!  Carbonylgruppe (= Ketogruppe):

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Vorkommen wichtiger biologischer Zucker o Glukose (GL): Wichtigster Träger leicht mobilisierbarer, organisch gebundener Energie, Baustein in Di-, Oligo- und Polysacchariden o Fruktose (FR): In Früchten, im Haushaltszucker an Glukose gebunden, ebenfalls Baustein in Di-, Oligo- und Polysacchariden o Galaktose (GA): Bestandteil der Muttermilch o Ribose: Adenin + Ribose  Adenosin + 1-3 Phosphate  AMP, ADP, ATP, RNA o o

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Saccharose Laktose

Biologisch bedeutsame Polysaccharide: o Amylopektin = verzweigtes Stärke-Molekül. leicht löslich o Amylose = lineares Stärke-Molekül, schwer löslich o Cellulose der Pflanzen, unlöslich o

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Disaccharide: Aus 2 Monosacchariden Oligosaccharide: Aus 3-8 Monosacchariden Polysaccharide: Mehr als 9 Monosaccharide

Biologisch bedeutsame Disaccharide: o Maltose o o

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Desoxyribose: Grundbaustein der Desoxyribonucleinsäuren (DNA = DNS) Glycerinaldehyd: In der aktivierten Form Glycerinaldehyd-3-Phosphat als Zwischenprodukt bei: Glycolyse, Gluconeogenese, CO2-Assimilation im Calvin-Zyklus

Vom Mono- zum Polysaccharid (Monosaccharide verbinden sich immer unter Abspaltung von H2O!): o Monosaccharide: Aus 1 Monosaccharid o o o

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Hydroxylgruppe:

Chitin der Tiere, v.a. Insekten sowie Pilze, unlöslich

Photosynthese des Monosaccharids Glukose in den Chloroplasten: Zwischenspeicherung der Glukose in Form von transitorischer Stärke im Stroma der Chloroplasten, spätere Umwandlung und nächtlicher Transport des Disaccharids Saccharose (Glukose + Fruktose) im Phloem, danach Speicherung der Kohlenhydrate wegen der geringeren osmotischen Belastung meist als Reservestärke (C6) in den Amyloplasten der SpeicherorganParenchyme nach Polykondensation. Danach Verwendung als Cellulose (Polymerisation) oder Speicherung als Inulin, oder wieder enzymatische Spaltung der Stärkemoleküle zu Glukosemolekülen  Energiebereitstellung Getreide als bedeutsame Stärke liefernde Pflanzen speichern diese in den Karyopsen (= Früchte der Gräser)

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Andere Stärkelieferanten, die keine Getreide sind, speichern die Stärke in Rüben, in Wurzelknollen, in Speicherwurzeln, in Sprossknollen in Rhizomen, im Spross, in den Früchten oder in den Blüten. Zuckerpflanzen liefern als Zucker das Disaccharid Saccharose(Glukose (Aldose) + Fruktose (Ketose)) (=Rohrzucker = Rübenzucker = Synonyme) Zu wissen, wo die gewünschten Substanzen (Kohlenhydrate, Proteine, Fette) im Pflanzenkörper gespeichert werden, gibt den Landwirten die Möglichkeit, die betreffenden Grundorgane durch geeignete Anbaumethoden gezielt zu fördern, um auf diese Weise Menge und Qualität der Feldfrüchte zu optimieren Ipomoea batatas: Süßkartoffel (Convolvulaceae = Windengewächse) o Windende Staude mit kräftigen Wurzelknollen, sprossbürtige Wurzeln, die zu spindelförmigen

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Manihot esculenta: Maniok (Euphorbiaceae – Wolfsmilchgewächse): o Mehrjährig, strauchartig, Bildung zylindrisch-kegelförmiger sprossbürtiger Wurzeln, 30-50 cm, 2-4 kg, alle Pflanzenteile mit Milchröhren o Anbau ebenfalls im feucht-warmen Klima, braucht viel Licht, aber geringe Bodenansprüche o Inhaltsstoffe: giftiges Blausäureglykosid Linamarin, aus dem bei Verletzung enzymatisch Blausäure o

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freigesetzt wird. Nutzung daher roh nicht möglich! Stärkeherstellung zum Export. Am ende des Prozesses steht Tapioka.

Solanum tuberosum: Kartoffel (Solanaceae – Nachtschattengewächse) o Herkunft: Anden Südamerikas, heute dort noch zahlreiche verwandte Arten vorhanden. Um 1555 nach Europa als Zierpflanze, aber erst 200 Jahre später erste wirtschaftliche Bedeutung, und Durchbrich durch Friedrich den Großen. o Biologie: Austrieb aus den Sprossknollen, Bildung plagiotroper Ausläufer, sekundäres, medulläres Dickenwachstum der letzten Internodien der Ausläufer, Ersatz der Epidermis durch ein sekundäres Korkgewebe. o Anbau: heute weltweit in den gemäßigten Zonen bis in die Subtropen, kühl-gemäßigtes Klima, aber nicht

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Speicherknollen anschwellen, in Kultur vegetative Vermehrung, optimale Kulturbedingungen bei 26-30 °C, Anbau in den Tropen und Subtropen der gesamten Erde Inhaltsstoffe:  Stärke: 16-20 %  Zucker: 1-5 %  süßer Geschmack  Ungiftiger Milchsaft Vielfältige Nutzung, als Mehl, gekocht, Vergärung zu Alkohol etc.

zu trocken und nicht zu nass. Vermehrung vegetativ, Pflanzung der Saatkartoffeln im Frühjahr nach den letzten Frösten, häufeln nach dem Austrieb zur Förderung der Stolonenbildung (Stolo = Ausläufer) Inhaltsstoffe:  Solanin (Alkaloid)  nur die Knollen sind genießbar, Früchte ungenießbar  Stärke  Protein (wenig)  aber durch veiele essentielle Aminosäuren biologisch besonders wertvoll!  Vitamin C! Nutzung: Ernährung des Menschen, Ernährung von Nutztieren, technische Nutzung = Nachwachsende Rohstoffe  Stärkeproduktion, Textilappretur, biologisch abbaubare Werkstoffe, Bindemittel in Papieren und Pappen, Alkohol

Was ist ein Getreide?  Getreide sind vom Menschen als Stärke-Lieferanten genutzte Gräser (Poaceae). Die weltweit wichtigsten Getreide sind: Reis, Weizen, Mais, Hirse, Roggen, Hafer, Gerste Ableitung der Gräserährchen durch Blätter, die zu Deckspelzen, Vorspelzen, Schwellkörpern, Tragblättern etc. geworden sind. (Diagramm auf Folie 33 & 34, der 5. Vorlesung Nutzpflanzenkunde) Einteilung der Blütenstände der Sügräser in Kolben, Ähren, Ährenrispen, Trauben, einseitswendige Trauen und Rispen

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Karyopse = „Getreidekorn“ o Teilt sich ein in Getreidekeim, Innenkörper, Samenschale und Fruchtschale (die sich in Epidermis, äußere sowie innere Fruchtschale ausfteilt). Am „oberen“ Ende befinden sich „Bärtchen“

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Getreide als wichtigste Lieferanten von Kohlenhydraten o Zunächst: Sammlung kohlenhydratreicher Pflanzenteile durch Nomaden, allgemein zur Verfügung stehende Nutzpflanzen o Später: beginnender Feldanbau mit der Sesshaftwerdung Entwicklung der  Kulturpflanzen o Schließlich bis heute: Steigerung der Erträge durch Auslese und Zucht sowie weltweite Verbreitung einzelner Arten  moderne Weltwirtschaftspflanzen

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Triticum div. Spec. (Weizen): o Herkunft: vmtl. Eurasien o Verschiedene Ploidiegrade bei verschiedenen Weizenarten:  Diploide: Wild-Einkorn, Einkorn  Tetraploide: Hartweizen, Rauhweizen, Emmer  Hexaploide: Saatweizen (T. aestivum), Dinkel, Spelz o Diese Weizensorten entstanden durch Kreuzungen von wilden Arten der „Einkorn-Reihe“ miteinander o

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Secale cereale: Roggen o Herkunft: vmtl. aus dem Kaukasus als Getreideunkraut nach Mitteleuropa o Anbau: vor allem im nördlichen Europa, da wenig anspruchsvoll auch auf nährstoffarmen, sandigen Böden, meist als Winter-Roggen o Triticale: Kreuzung aus Weizen und Roggen, also Gattungsbastard (2-3 % mehr Protein!) o o

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Eigenschaften verschiedener Weizenarten:  Dinkel, Spelz (T. Spelta): wenig anspruchsvoll, langhalmig, spindelbrüchig  Kornverluste! Milchreif geerntet  Grünkern  Hartweizen (T. durum): wärmebedürftig und trockenheitstolerant, deshalb Anbau im Mittelmeerraum und Vorderasien. Wenig elastischer Teig  Nudeln etc.  Saatweizen: weltweit dominierende, anspruchsvolle Art. Auf schweren, nährstoffreichen, gut wasserversorgten Böden. Aussaat als Sommer- und Winterweizen, eine der wichtigsten Weltwirtschaftspflanzen. Inhaltsstoffe: Stärke 58 %, Protein 10-13 % (durch Eiweißstoffe wie Gliadin und Glutenin klebend!  backfähig) Ballaststoffe: 10 % des essbaren Anteils. Nutzung: Brot u.a. Teigwaren, Stärke, Bierbrauen, Korn-Branntwein

Inhaltsstoffe: Stärke, jedoch kaum Protein (Kleberarm) Nutzung: Brotgetreide (Vorratsbrot, bleibt länger feucht), Kaffee-Ersatz, Korn-Branntwein, Viehfutter

Hordeum vulgare: Gerste o Herkunft: Vorderasien o Anbau: weltweit in den gemäßigten Zonen, bis in die Subtropen und die Hochländer der Tropen. Als Wintergerste in wärmeren und als Sommergerste in kühleren Gebieten o Inhaltsstoffe: v.a. Stärke, Proteine o Nutzung: Brot, Graupen, Viehfutter, als Braugerste für die Malzproduktion: wenn möglichst unter 9 % Protein und mind. 65 % Stärke

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Avena sativa: Hafer o Herkunft: Eurasien, sekundäre Kulturpflanze als Zuchtform des Unkrautes Avena fatua (Flughafer/Windhafer) o Anbau: in nördlichen, gemäßigten Zonen: feuchtkühles Klima, regelmäßige Wasserversorgung o Inhaltsstoffe: Stärke, Klebermangel, hoher Ballaststoffgehalt

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Oryza sativa: Reis o Herkunft: nicht genau bekannt

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Anbau: Asien, Südeuropa, USA, Südamerika, Afrika, bis 2000 m ü. NN möglich, wenn ausreichende Wasserversorgung sicher. Meist als Bewässerungs- oder Nassreis, seltener als Berg- oder Trocke...