Agrartrend
Im Fokus
Mais

Rekordverdächtig

Mehr Ertrag bei weniger Wasser und auf geringerer Fläche: Rund um den Globus entwickeln Forscher ertragreichere und robustere Pflanzen, um die wachsende Weltbevölkerung satt zu bekommen.

Die Menschheit wächst und will versorgt sein: Auf der ganzen Welt steigt daher der Getreideverbrauch seit Jahren kontinuierlich an. Nicht nur als Nahrung, sondern auch als Tierfutter oder für Biokraftstoffe wird immer mehr Getreide benötigt. Allein in China stieg der Getreideverbrauch zwischen 2008 und 2013 um 30 Prozent. Um die Weltbevölkerung auch 2050 ernähren zu können, muss die Getreideproduktion um rund 50 Prozent steigen. Das bedeutet laut Welternährungsorganisation bei allen Getreidearten zusammen eine jährliche Mehrproduktion von 30 bis 40 Millionen Tonnen. Über ein Plus bei den Anbauflächen ist dies jedoch kaum zu schaffen: Weltweit lässt sich die landwirtschaftlich genutzte Fläche nur um wenige Prozent ausdehnen. Zu viele fruchtbare Böden gehen durch Erosion verloren, werden versalzen oder versiegelt. Das heißt, wir brauchen in Zukunft ertragreichere Sorten.
Auf diesem Feld forscht Albrecht Melchinger, Professor für Angewandte Genetik und Pflanzenzüchtung an der Universität Hohenheim. Melchinger gilt als international anerkannter Experte in der Maiszüchtung. Sein Institut engagiert sich rund um den Globus in Forschungsprojekten, vor allem in Afrika, Asien und Mittelamerika.

„Jede Maispflanze ist ein Individuum“, sagt Albrecht Melchinger. „Es gibt rote, braune oder gelbe Kolben, Pflanzen mit hohen und niedrigen Erträgen. Im Laufe der Zucht sind wertvolle Erbinformationen verloren gegangen. Deshalb beschäftigen wir uns viel mit alten Sorten, die nur noch in den Gen-Sammelbanken zu finden sind und kaum noch angebaut werden.“ Als genetische Ressource spielen die alten Sorten für die Pflanzenzüchtung eine wichtige Rolle. „Wir holen die Gen-Reserven aus dem Museum und bringen das Beste davon wieder aufs Feld.“
Doch wie lassen sich die Vorteile längst vergessener Maissorten auf neue Hoch-ertragssorten übertragen? Eine Möglichkeit ist die Hybridzüchtung. Ihr Vorteil: Sie ist schneller als die klassische Populationszüchtung. Dabei scheint der Weg dahin zunächst wie ein Umweg: Er führt ausgerechnet über die Inzucht. Die Pflanzenzüchter entwickeln Zuchtlinien, die über Generationen mit eigenen Pollen bestäubt werden. Das Ergebnis sind daher zunächst schwachwüchsige, degenerierte Pflanzen. Einige stehen in Melchingers Arbeitszimmer: Sie sehen aus wie abgenagte Restkolben, an denen nur noch wenige Körner hängen. „Kreuzt man zwei solcher Inzuchtlinien, entstehen Nachkommen, die robuster und ertragreicher sind als ihre Eltern und auch als ‚normale‘ Landsorten“, sagt der Forscher.
Heterosis-Effekt ist der wissenschaftliche Name für dieses Verfahren, das als Überlebensstrategie auch in der Natur vorkommt. Am stärksten tritt der Effekt bei Fremdbefruchtern auf, also Pflanzen, die durch den Pollen einer anderen Pflanze bestäubt werden, wie Mais, Raps oder Roggen. Bei Selbstbefruchtern wie Weizen oder Gerste ist er dagegen kaum vorhanden. Deshalb bringt die Hybridzüchtung hier bisher geringere Ertragsvorteile im Vergleich zur Kreuzungszüchtung. Leider verschwindet der Effekt nach einer Generation wieder, weshalb Landwirte neues Hybridsaatgut, also durch Hybridzüchtung erzeugte Sorten, einsetzen müssen. Erste Erfolge mit dieser Technik gab es in den 1930er-Jahren in den USA. Der Mais, der ursprünglich von einem Wildgras abstammt, war schneller reif, weniger empfindlich gegen Kälte und brachte größere Erträge. Heute werden weltweit kaum noch andere Maissorten angebaut.

Maistraktor auf Feld

Hybridsaatgut zu entwickeln, ist aufwendig und zeitraubend. Es kann Jahre dauern, bis geeignete Inzucht-Linien gefunden sind. Den Hohenheimer Forschern ist es gelungen, die Entwicklung von vier auf anderthalb Jahre zu verkürzen. Die beschleunigte Methode soll künftig auch in Kenia Erträge steigern. Wie in vielen afrikanischen Ländern ist Mais dort ein Grundnahrungsmittel und schon heute knapp. Die Wissenschaft ist sich aber einig, dass auch in Afrika die optimale Nutz-ung der Böden, der Einsatz modernster Technik und eine bessere Ausbildung der Landwirte zu deutlich gesteigerten Erträgen führen können. Deshalb veranstaltet die Uni Hohenheim Workshops für kenianische Maiszüchter, damit sie das Hybridsaatgut mit der neuen Methode selbst züchten können. Das Projekt könnte ein kleiner Beitrag gegen Hunger und Krankheiten sein: „Der so gezüchtete Mais kommt mit weniger Dünger und Wasser aus, ist robuster, enthält mehr Proteine und Vitamin A“, sagt Melchinger.
Szenenwechsel: Als das menschliche Genom entschlüsselt wurde, galt das als Sensation. Die DNA spielt aber auch in der Pflanzenzucht eine wichtige Rolle. Smart Breeding heißt das Stichwort. „Dabei schauen sich die Züchter mittels einer DNA-Analyse bestimmte Genabschnitte der Pflanzen an. So wissen sie, ob die Pflanze etwa trockenresistent ist und können sie gezielt kreuzen“, sagt Dirk Zimmermann, Biologe bei Greenpeace in einem Interview auf greenpeace.de. Anders als in der Gentechnik, in der oft artfremdes Material eingebracht wird, nutzt Smart Breeding genetische Marker. Das sind genau definierte Stellen im Genom, denen sich bestimmte Eigenschaften zuordnen lassen. Auf diesem Weg kann man nicht nur klassische Zuchtziele wie den Ertrag beeinflussen: Die Pflanzen sind auch widerstandsfähiger gegen Umwelteinflüsse.

Maiskörner

Die Erfolge der „smarten Sorten“ tragen weltweit dazu bei, die Erträge zu steigern und zu stabilisieren: In Nordindien wird bereits auf etwa 900.000 Hektar Hirse angebaut, die gegen Mehltau resistent ist. Da es aufgrund von Klimaveränderungen in Südostasien immer mehr Überschwemmungen in den klassischen Reisanbaugebieten gibt, haben Wissenschaftler des International Rice Research Institute in Manila Reis gezüchtet, der zwei Wochen Überflutung schadlos übersteht. Maniok, in tropischen Ländern eine der wichtigsten Nutzpflanzen, war bislang durch verschiedene Viren bedroht. Mithilfe von Smart Breeding wurde er virusresistent.

Ist das Potenzial der Forschung damit bereits ausgereizt? Albrecht Melchinger und seine Kollegen meinen: Nein. Was wir jetzt erleben, ist wohl nur ein Vorgeschmack auf künftige Fortschritte. Die Preise für Erbgutanalysen, die vor nicht allzu langer Zeit noch aufwendig und teuer waren, sind stark gefallen und erlauben es der Bioinformatik, ganz neue Wege zu gehen. Bislang konzentrierten sich Züchter darauf, für jedes Merkmal ein entsprechendes Gen zu finden. „Inzwischen wissen wir, dass komplexe Eigenschaften wie Ertrag und Trockentoleranz von sehr vielen Genen gesteuert werden“, sagt Melchinger.

Die Suche hat bereits begonnen. Statt wie bisher nach einem Königs-Gen zu forschen, setzen die Wissenschaftler auf Leistungen aus der Bioinformatik. Denn die richtige Auswahl aus Millionen möglicher Kreuzungen ist allein mit den Mitteln des Versuchsanbaus nicht mehr zu leisten. Deswegen übernehmen Roboter die Vorauswahl: Von jedem Samenkorn kratzen sie einen Splitter ab und untersuchen dessen Erbgut. Die Fülle der so gewonnenen genetischen Daten werden dann vom Computer analysiert und ausgewertet. Nur die aussichtsreichsten Kombinationen kommen in die Erde und werden im Feld getestet.
Albrecht Melchinger ist überzeugt, dass sich die Erträge mit dieser Methode künftig noch stärker steigern lassen. „Autobauer wollen vom Drei- zum Ein-Liter-Auto“, sagt der Genetiker. „Unser Ziel sind Pflanzen, die mehr Ertrag bringen – mit weniger Stickstoff, weniger Wasser und in kürzerer Zeit.“ Denn eines steht fest: Die wachsende Weltbevölkerung braucht diese Pflanzen dringender denn je.

Download PDF
Derzeit liegen noch nicht genügend Bewertungen vor.
Bewertung abgeben

Bodenqualität erhalten

Mehr Ertrag auf gleicher Fläche – eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, ist der Anbau von Zwischenfrüchten. Diese tragen dazu bei, die biologische Aktivität im Boden und dessen Fruchtbarkeit langfristig auch bei hohen Ernteerträgen zu erhalten. Geeignete und umfangreich geprüfte Saatgutmischungen für den Zwischenfruchtanbau bietet die BayWa unter der Eigenmarke Planterra den Landwirten an.

„Wir holen Gen-Reserven aus dem Museum und bringen das Beste davon wieder aufs Feld.“
Prof. Albrecht Melchinger

Lernen von der Tierzucht

Pflanzenzüchter setzen zunehmend auf Verfahren aus der Bioinformatik, um das genetische Potenzial von Pflanzen vorab zu untersuchen. In der Tierzüchtung werden solche Methoden bereits seit Jahren erfolgreich angewandt: So kann man den Zuchtwert eines Bullen schon vor dessen Geburt im Leib der Mutterkuh ermitteln und ihn schon zwei Jahre nach der Geburt, wenn er geschlechtsreif ist, als Zuchtbullen einsetzen. Sonst würde es sechs Jahre dauern, bis man den Zuchtwert einschätzen kann. Mit der übertragbaren Methode lassen sich enorme Kosten sparen.

Arbeitskräfte Landwirtschaft

Arbeitskräfte in der Landwirtschaft

40 Prozent

der erwerbstätigen Menschen weltweit arbeiten in der Land- und Forstwirtschaft, das sind etwa 1,3 Milliarden Menschen.

Quelle: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft, Stand 2014 für 2012

60 Prozent

der Arbeitskräfte in Afrika arbeiten in der Agrarwirtschaft.

Quelle: www.un.org (Special Edition on Agriculture 2014)

Ihr Meinung ist gefragt!

Ist Blockchain die Zukunft der Landwirtschaft?

Ja Nein