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Trockene Sommer
So kommen Pflanzen besser mit Hitze und Trockenheit klar
Getreide und Kartoffeln leiden unter trockenen und heißen Sommern. Neue Sorten müssen her, damit Nahrungsmittel nicht knapp und teuer werden.
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Inhalt
- Darum geht's: Durch trockene und heiße Sommer leiden Pflanzen
- Wie schützen Pflanzen sich vor Hitze und Trockenheit?
- Welche Folgen hat Dürre für die Landwirtschaft?
- Was bedeutet das für uns Verbraucher?
- Warum passen sich die Pflanzen nicht an die klimatischen Veränderungen an?
- Können Pflanzenzüchter stresstolerante Nutzpflanzen erschaffen?
- Wie entstehen neue Pflanzensorten?
- Wie funktioniert Gentechnik in der Pflanzenzucht?
- Und jetzt? Die Gentechnikfronten bleiben verhärtet
- Darum geht's: Durch trockene und heiße Sommer leiden Pflanzen
- Wie schützen Pflanzen sich vor Hitze und Trockenheit?
- Welche Folgen hat Dürre für die Landwirtschaft?
- Was bedeutet das für uns Verbraucher?
- Warum passen sich die Pflanzen nicht an die klimatischen Veränderungen an?
- Können Pflanzenzüchter stresstolerante Nutzpflanzen erschaffen?
- Wie entstehen neue Pflanzensorten?
- Wie funktioniert Gentechnik in der Pflanzenzucht?
- Und jetzt? Die Gentechnikfronten bleiben verhärtet
Artikel Abschnitt: Darum geht‘s:
Darum geht‘s:
Durch trockene und heiße Sommer leiden Pflanzen
Aber nicht nur Mensch und Tier ächzen unter den Temperaturen, auch Pflanzen stehen mächtig unter Stress. Für Landwirte bedeutet das Ernteausfälle, für Verbraucher steigende Preise. Da sie nicht vor Hitze und Trockenheit davonlaufen können, haben Pflanzen Strategien entwickelt, um sich gegen Wassermangel und pralle Sonneneinstrahlung zu wehren. Nur bringen die in ungewöhnlich heißen und trockenen Sommern nicht viel.
Artikel Abschnitt: Wie schützen Pflanzen sich vor Hitze und Trockenheit?
Wie schützen Pflanzen sich vor Hitze und Trockenheit?
Ohne Wasser läuft es nicht
Wasser ist für Pflanzen lebensnotwendig, denn es ermöglicht Stabilität, Nährstofftransport und Fotosynthese. Um bei Trockenheit Wasser zu sparen, schließen Pflanzen beispielsweise ihre Spaltöffnungen an der Blattunterseite. Über diese verdunstet Wasser, tritt aber auch für die Fotosynthese notwendiges Kohlenstoffdioxid ein. Pflanzen rollen bei Trockenheit außerdem ihre Blätter ein oder werfen sie gleich ganz ab. Die Pflanze lebt quasi auf Sparflamme.
Gleichzeitig versuchen die Pflanzen, mit vermehrtem Wurzelwachstum in tiefere wasserführende Bodenschichten vorzudringen. Auf diese Weise können sie kurzfristigen Wassermangel gut verkraften. Bei lang anhaltender Dürre verringert sich jedoch das gesamte Pflanzenwachstum – im schlimmsten Falle stirbt der Organismus ab.
Artikel Abschnitt: Welche Folgen hat Dürre für die Landwirtschaft?
Welche Folgen hat Dürre für die Landwirtschaft?
Blühen etwa Obstbäume früher im Jahr, weil es bereits warm ist, kann ein Spätfrost die gesamte Ernte zerstören. Zudem können sogenannte Stressblüten entstehen, so Friedrich Kragler. "Das heißt, wenige oder sterile Blüten werden ausgeformt." Aus sterilen Blüten entstehen keine Früchte. Dadurch fällt die Ernte spärlicher aus: Der Landwirt erntet weniger Pflanzen von schlechterer Qualität.
Pflanzenphysiologe Kragler erforscht, wie Pflanzen wachsen und wie sie sich gezielt verändern lassen. So reagieren Pflanzen besonders während der frühen Entwicklungsstadien von Blüte und Samen empfindlich auf Hitze- und Trockenstress.
Bei Blüten führen Hitze und Trockenheit zu Schäden an den Pollen, die dann im schlimmsten Fall keine Blüten mehr befruchten können. "Wirkt der Stress auf frühe Samenstadien, kommt es vor allem zu qualitativen Schäden", sagt Dirk Hincha. Das bedeutet, dass nach erfolgreicher Befruchtung zwar Getreidekörner entstehen, diese aber kleiner sind.
Konkret heißt das: Maiskolben bleiben leer, Gerstenähren tragen kleinere Körner, Kartoffelpflanzen können nur weniger oder kleinere Knollen versorgen.
Artikel Abschnitt: Was bedeutet das für uns Verbraucher?
Was bedeutet das für uns Verbraucher?
Artikel Abschnitt: Warum passen sich die Pflanzen nicht an die klimatischen Veränderungen an?
Warum passen sich die Pflanzen nicht an die klimatischen Veränderungen an?
Unsere Nutzpflanzen wie Weizen, Gerste, Mais oder Kartoffeln aber werden in Deutschland einjährig angebaut. Das bedeutet, dass der Landwirt jedes Jahr frisches Saatgut ausbringt und die Pflanzen nach der Fruchternte zum Beispiel unterpflügt. Eine natürliche Selektion findet nicht statt.
Es gibt viele unterschiedliche Sorten von Getreide und Kartoffeln, aus denen der Landwirt auswählen kann. Dabei berücksichtigt er Kriterien wie etwa Bodenbeschaffenheit, Anfälligkeit für bestimmte Pflanzenschädlinge oder aber auch den zukünftigen Verwendungszweck. Das bedeutet: "Den" Weizen oder "die" Kartoffel gibt es nicht. Allein über 200 unterschiedliche Kartoffelsorten sind in Deutschland für den Ackerbau zugelassen, und Pflanzenzüchter bringen jedes Jahr neue Sorten auf den Markt: ertragreicher, resistenter, besser. Aber eine Sorte, die alles kann, gibt es nicht. Stresstolerante Sorten sind meist weniger ertragreich, Hochleistungssorten hingegen anfällig für Trockenstress oder Schädlinge.
Wissenschaft sucht nach Wirkstoffen
Eine Möglichkeit ist es, Pflanzen zum Beispiel mit Pestiziden zu behandeln. Dies bietet den Pflanzen einen Wachstumsvorteil, weil Schädlinge und Unkräuter in Schach gehalten werden. Für die Umwelt sind solche Ansätze allerdings schädlich.
Pflanzenforscher sind deshalb auf der Suche nach "Medikamenten" für Pflanzen, die ihnen in Dürreperioden gezielt helfen. Eine Forschergruppe von der University of California etwa hat einen Wirkstoff entwickelt, der dem Pflanzenhormon Abscisinsäure nachempfunden ist: Opabactin. Dies sorgt dafür, dass sich bei Wassermangel die Spaltöffnungen schließen.
Das synthetisch hergestellte Opabactin bindet deutlich besser an Abscisinsäure-Rezeptoren und verlängert zudem den Wasserspareffekt. Allerdings: Es handelt sich um Grundlagenforschung. Viele Jahre sind nötig, um offene Fragen zu beantworten, ähnlich wie bei Medikamenten für Menschen: Wie stabil sind mögliche Wirkstoffe auf dem Feld? Gibt es Nebenwirkungen oder Langzeitfolgen? Wie teuer wird so ein Wirkstoff sein und wie oft muss er angewendet werden?
Artikel Abschnitt: Können Pflanzenzüchter stresstolerante Nutzpflanzen erschaffen?
Können Pflanzenzüchter stresstolerante Nutzpflanzen erschaffen?
Pflanzenzucht ist komplex
Prof. Claus Schwechheimer von der Technischen Universität München sieht weitere Schwierigkeiten der modernen Pflanzenzucht und -forschung: "Bei unterschiedlichen Pflanzen gelten unterschiedliche Parameter als ertragsrelevant." So sind bei Getreide zum Beispiel viele und große Samen, also Getreidekörner wichtig, denn nur sie werden nachher zu Brot verarbeitet. Bei Tomaten oder Kartoffeln spielen die Samen für uns Verbraucher keine Rolle. Dort kommt es auf ansprechende Früchte oder Knollen an.
Der Systembiologe erforscht mit seiner Arbeitsgruppe, wie Pflanzen akut auf etwa Salz- oder Kältestress reagieren.
Pflanzenzucht ist also eine sehr komplexe Angelegenheit, denn es gibt viele Faktoren, die berücksichtigt werden müssen.
Artikel Abschnitt: Wie entstehen neue Pflanzensorten?
Wie entstehen neue Pflanzensorten?
Klassische Pflanzenzüchtung dauert lange
Auch wenn sich die klassische Züchtung inzwischen moderner molekularbiologischer Methoden bedient, kann der Züchter nicht vorhersagen, ob überhaupt und welcher der Nachkommen die gewünschten Merkmale in sich vereint. Zudem ist nicht auf den ersten Blick erkennbar, ob sich durch spontane Mutationen nicht noch andere Eigenschaften geändert haben.
"Die klassische Züchtung braucht sehr lange Zeiträume, um geeignete stresstolerante Sorten bereitzustellen, für Weizen beispielsweise über zehn Jahre", sagt Friedrich Kragler. So vergeht bis zur Zulassung einer neuen Sorte unter Umständen viel Zeit. Zeit, welche die Landwirtschaft angesichts bereits stattfindender klimatischer Veränderungen möglicherweise nicht hat. So fordert Claus Schwechheimer: "Es wäre wichtig, dass Züchter und auch Grundlagenforscher schnell reagieren können. Aber rechtliche Einschränkungen bremsen Züchter aus, wenn es darum geht, Wissen aus der Grundlagenwissenschaft gezielt auf ihre Elitesorten anzuwenden."
Artikel Abschnitt: Wie funktioniert Gentechnik in der Pflanzenzucht?
Wie funktioniert Gentechnik in der Pflanzenzucht?
Gentechnik und Genom-Editierung
Bei gentechnischen Verfahren werden Gene oder Teile davon künstlich in eine Pflanze eingebracht. Auf diese Weise werden Nutzpflanzen zum Beispiel resistent gegen Unkrautvernichtungsmittel. Das Genom, also das Erbgut der Pflanze, wird dabei nicht verändert.
Bei Genom-Editierung oder Gene Editing hingegen werden punktgenau Mutationen am Genom der Pflanze vorgenommen. Dies machen Forscher etwa mit der Genschere CRISPR/Cas. Mutieren sie ein Gen, das bei der Hitzetoleranz eine Rolle spielt, kommt die Pflanze danach im Idealfall besser mit Hitze klar.
Gene Editing ist zielgerichtet und schnell
Gezielt genomeditierte Pflanzen sind nach der Prozedur nicht von klassisch gezüchteten Sorten zu unterscheiden. "Umso weniger verständlich ist die politische Entscheidung, moderne Verfahren wie Gene Editing in der Pflanzenzucht nicht anzuwenden. Denn diese Verfahren beschleunigen und optimieren nicht nur Zuchterfolge; sie sind auch wesentlich genauer als konventionelle Methoden, die auf unvorhersehbaren Zufallsmutationen beruhen", meint Friedrich Kragler.
Der Europäische Gerichtshof (EuGH) sieht das anders: 2018 entschied er, dass auch genomeditierte Pflanzen als "gentechnisch veränderte Organismen" (GVO) zu handhaben sind, deren Anbau außerhalb eines Labors besonderen Regulierungen und gesetzlichen Vorschriften unterliegt. Faktisch werden seit 2012 auf deutschen Äckern keine GVO kommerziell angebaut. "Für Wissenschaftler, die die genetischen Grundlagen verstehen sowie die molekularen Methoden kennen, ist das nicht nachvollziehbar", sagt Claus Schwechheimer.
Artikel Abschnitt: Und jetzt?
Und jetzt?
Die Gentechnikfronten bleiben verhärtet
Etliche Langzeitstudien zur Biosicherheit von GVO zeigen allerdings, dass diese nicht gefährlicher für die Umwelt oder menschliche Gesundheit sind als konventionell gezüchtete Pflanzen. Die Akzeptanz gentechnisch veränderter Pflanzen ist in Deutschland und Europa aber weiterhin gering; zu verhärtet sind die Fronten zwischen Gegnern und Befürwortern der Gentechnik. Deshalb ist zurzeit nicht vorhersehbar, in welche Richtung sich die moderne kommerzielle Pflanzenzucht in Deutschland bewegen wird.
Die rechtliche Situation hingegen ist eindeutig: Ein kommerzieller Anbau gentechnisch erzeugter sowie genomeditierter Nutzpflanzen ist nicht erwünscht. Das gilt auch für Sorten, die Trockenheit und Hitze besser aushalten könnten.
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