Im Wettlauf mit dem Klimawandel arbeiten Getreidezüchter und Agrarforscher Hand in Hand. Das Ziel sind Sorten, die im wetterwendischen Europa der Zukunft gedeihen.
Peter Greif betrachtet den Kandidaten von allen Seiten. Ein Buch unter den Arm geklemmt, geht er tief in die Hocke, um den Auftritt des Jungstars einzuschätzen. Er fährt mit der Hand über seinen Kopf, um zu prüfen, ob er auch standfest genug ist. „Er muss straff dastehen, darf nicht rumlümmeln”, kommentiert er mit ruhiger Stimme. Zeigen sich auf den Blättern Flecken, Löcher oder Verfärbungen? „Präsentiert sich klasse”, murmelt der Züchter, schlägt das Buch auf, zieht einen Bleistift aus der Hemdtasche und schreibt Noten in eine Liste.
Nur jeder vierte Kandidat kommt in die nächste Runde, der Rest fliegt raus. Wer sich beim Casting im Saatzuchtbetrieb Streng durchbeißt, hat gute Chancen, auch auf anderen deutschen Bühnen zu bestehen. Der Familienbetrieb steht in Uffenheim in Mittelfranken. Die Region gilt unter Züchtern und Landwirten als schwieriger Standort: Die Winter sind frostig und die Böden nur selten mit einer schützenden Schneeschicht bedeckt. Im Frühsommer warten die Menschen oft vergeblich auf Regen. Und immer häufiger setzen heftige Gewitterschauer den Pflanzen zu. In Uffenheim nahe Würzburg bestehen nur die Harten, die „Stressresistenten”.
Das große Vorbild zieht sich den Hügel hinauf bis unter den dunkelgrau verhangenen Himmel: die Braugerste „Streif”, der Superstar, wie sie ihn hier augenzwinkernd nennen. Benannt ist er nach seinen geistigen Vätern Peter Greif und dessen Chef Stefan Streng, der das Familienunternehmen in vierter Generation leitet. Die Keimlinge der Braugerste liefern den Grundstoff zur Bierherstellung, das Malz. Die Braugerstengemeinschaft hat im Frühjahr Streif nach bundesweiten Mälzungs- und Brauversuchen als einzige Sorte ihres Jahrgangs für die Verarbeitung in Mälzereien und Brauereien empfohlen. Zusätzlich gab es Bestnoten für den Anbau von Rumänien bis Norwegen, von England bis Russland. „Die Sorte kommt mit den unterschiedlichsten Klimabedingungen zurecht und bleibt dabei in ihren Erträgen stabil”, erzählt Agraringenieur Stefan Streng sichtlich stolz.
WER ERNÄHRT KÜNFTIG DIE WELT?
Der Saatzuchtbetrieb Streng ist einer von rund 30 kleinen und mittelständischen Getreidezüchtern in Deutschland. Anders als bei den Agrarriesen in den USA, Kanada und Australien ist die Getreidezüchtung in Westeuropa in privater Hand. Jahrzehntelang waren Ertragssteigerungen in der Landwirtschaft eine Selbstverständlichkeit. Die Züchter kreuzten und selektierten zurückgezogen in ihren Zuchtgärten – ohne allzu große öffentliche Beachtung. Das änderte sich, als die Ertragszuwächse schrumpften, und gipfelte im vergangenen Jahr in einer weltweiten Nahrungsmittelkrise: Mit aller Deutlichkeit wurde nun die Frage gestellt, wie eine wachsende Weltbevölkerung in Zukunft ernährt werden kann. Da der Beitrag der Gentechnologie nach wie vor umstritten ist, ruht die Last der Verantwortung auf den Schultern der Züchter.
Als wäre das nicht Herausforderung genug, wird seit Beginn des Jahrtausends die Forderung immer lauter, die heimischen Kulturpflanzen an den Klimawandel anzupassen. Denn Wetteraufzeichnungen zeigen, dass er in Deutschland bereits Realität ist, auch wenn er sich regional sehr unterschiedlich auswirkt. Klimaforscher bestätigen, dass die Jahresmitteltemperatur in den letzten hundert Jahren um bis zu ein Grad Celsius zugenommen hat. Besonders seit den 1970er-Jahren beobachten sie einen rapiden Anstieg. Seit damals ist es in den Wintermonaten um 2,3 Grad, in den Sommermonaten um 0,7 Grad wärmer geworden. Der Weltklimarat geht von einem weiteren Anstieg der Mitteltemperatur hierzulande um bis zu 3,5 Grad bis zum Jahr 2100 aus. Dazu kommt, dass die Sommer trockener, die Winter feuchter werden. Immer häufiger treten in ganz Deutschland sogenannte Klimaextreme wie Hitzewellen oder Starkregen auf.
Für die Landwirtschaft sind die Folgen erheblich: Sehr hohe Temperaturen und länger anhaltende Trockenheit bedeuten Ertragseinbußen. Bei den extremen Wetterschwankungen, die uns hierzulande blühen, werden die Erträge noch stärker variieren als bisher. In der Studie „Klimawandel in Deutschland” warnen die Wissenschaftler vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung, dass „die Landwirtschaft im Agrarland Deutschland nur in gewissem Umfang an die Folgen des Klimawandels angepasst” sei. Noch können die Klimamodelle keine präzisen Voraussagen für einzelne Regionen Deutschlands machen. Als besonders gefährdet gelten jedoch die von Dürren bedrohten Regionen Ostdeutschlands mit ihren oft kargen Böden.
UFFENHEIM IST HEUTE SCHON EXTREM
Gefragt sind Stefan Streng und Kollegen. „Natürlich wollen die Landwirte nach wie vor nur die ertragsstarken Sorten”, bestätigt Streng. Doch die Zuchtziele haben sich verschoben. „Wichtiger ist heute die Ertragssicherheit. Das bedeutet, dass unsere Sorten unter den unterschiedlichsten Stressbedingungen in der Lage sein müssen, gute Erträge zu erzielen.” Im mittelfränkischen Uffenheim mit seinen extremen Wetterbedingungen lässt sich die Zukunft vorwegnehmen. „An unserem Standort selektieren wir schon lange hinsichtlich des Klimawandels.”
An diesem trüben Märzmorgen sind die Grashalme vor dem Gewächshaus der Saatzucht Streng mit Raureif überzogen, während drinnen bei 24 Grad Celsius die ersten Ähren blühen. 2500 Gerstenpflanzen stehen auf Schiebetischen, in Reih und Glied. Züchter Peter Greif hat seine Favoriten mithilfe von Computer und Zuchtbuch aus der Streng’schen Gen-Datenbank ausgelesen: Saatkörner, die in sorgfältig nummerierten Pappschälchen in großen Holzschränken im Nebengebäude lagern. Das sind die am meisten versprechenden Sorten des eigenen Zuchtgartens und aus vielen Teilen der Welt, die er auf Tagungen entdeckt oder bei Kollegen eingetauscht hat. „Um erfolgreich zu züchten, brauchen wir einen großen Gen-Pool, in den wir auch ständig neues Material hineinzüchten”, sagt Peter Greif.
Die aus Körnern gewachsenen Pflanzen sind jetzt bis zu einem halben Meter hoch und in unterschiedlichen Reifestadien. Einige wachsen buschig, andere karg, mit ganz unterschiedlichen Ährenformationen. Im Topf jeder Pflanze stecken Schilder mit Nummern, auch die einzelnen Ähren sind mit Zahlenkombinationen markiert. Schon vor zwei Tagen haben Stefan Streng und Peter Greif die „Mütter” kastriert, indem sie von einigen Ähren den Pollenstaub entfernten. Eigentlich ist die Gerste ein Selbstbestäuber, männlich und weiblich zugleich: Sie bildet Pollen und hat gleichzeitig eine Blütennarbe. Doch bei der Kreuzung greifen die Züchter in die Natur ein, indem sie das Erbgut zweier unterschiedlicher Pflanzen gezielt zusammenbringen. Damit die Ähren der Mütter nicht unbemerkt durch einen unbekannten „Vater” befruchtet werden, haben sie über jede einzelne Ähre eine Pergamenttüte gezogen. Nun zupfen die Züchter mit Pinzetten den gelben Pollenstaub aus den zu Vätern bestimmten Gerstenpflanzen und bestäuben damit die Blüten der Mütter. Jede Narbe wird einzeln befruchtet, eine langwierige Handarbeit. Am Schluss wird im Zuchtbuch hinter jeder Zahlenkombination, die für eine ganz bestimmte Mutterpflanze steht, das genaue Datum der Kreuzung notiert: Dies ist die Geburtsstunde einer neuen Sorte.
FRÜHER BLÜHEN – BESSER REIFEN
„Uns interessieren besonders die frühblühenden Sorten”, erklärt Stefan Streng. „Damit versuchen wir dem Trockenstress im Frühsommer auszuweichen.” Denn setzt die Trockenheit zur Blüte Anfang Juni ein, bleiben die Pollen steril und können nicht befruchten. So bildet sich entsprechend weniger Korn. Tritt der Trockenheitsstress während der anschließenden Kornfüllphase auf, wird das Getreide notreif, es ist kleiner und schrumpeliger. „Das kann zu Qualitätsverlust und Ertragseinbußen von bis zu 50 Prozent führen”, sagt Stefan Streng. Die Züchtung einer neuen Sorte dauert bis zu 15 Jahre, die Kosten belaufen sich auf etwa 1,2 Millionen Euro. Eine immense Investition, die sich für den Züchter erst nach einigen Jahren durch die Lizenzeinnahmen rentiert.
In Deutschland arbeiten Züchtung und Wissenschaft traditionell eng zusammen. Die mit öffentlichen Mitteln gewonnenen Erkenntnisse der Forschung stehen allen Züchtern zur Verfügung. „ Dadurch können auch die mittelständischen Züchter an wissenschaftlichen Fortschritten teilhaben”, sagt Friedel Cramer, Referatsleiter für Acker- und Pflanzenbau am Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV). „So erhalten wir unsere breit aufgestellte und leistungsfähige Züchterlandschaft.”
DER TRICK MIT DEN MARKERN
Auch der Wettlauf gegen den Klimawandel kann nicht allein in den Zuchtgärten entschieden werden. Erwünschte Blüheigenschaften und Resistenzen gegen Trockenheit, gegen bestimmte Schädlinge oder Erkrankungen, die sich durch die Klimaveränderungen zu einer Gefahr für einheimisches Getreide entwickeln können, müssen innerhalb möglichst kurzer Zeit in die heimischen Sorten eingekreuzt werden. Aufgabe der Wissenschaft ist es, die entscheidenden Erbinformationen der Pflanzen zu entschlüsseln und molekulare Marker zu entwickeln – kleine DNA-Bausteine, die helfen, das Erbgut zu charakterisieren. Mithilfe von fluoreszierenden Farbstoffen können sie zum Leuchten gebracht werden, wenn das gesuchte Gen vorhanden ist. So können Züchter kleinste genetische Unterschiede feststellen und sie den Eigenschaften einer Pflanze zuordnen – eine wichtige Technik beim Smart Breeding (bild der Wissenschaft 12/2007, „Trotz Turbozucht – geschmacklich eine Wucht”). Die Nutzung solcher biotechnologischer Methoden verschafft den Züchtern einen entscheidenden Zeitvorsprung: Damit haben sie Werkzeuge in der Hand, mit denen sie effizient selektieren können.
Antje Kunert von der Technischen Universität München gehört zu den ersten Wissenschaftlern in Deutschland, die in einem öffentlich finanzierten Projekt zur Anpassung von Winterweizen an den Klimawandel forschen. Es wird immer deutlicher, dass in der deutschen Weizenproduktion derzeit deutlich geringere Ertragssteigerungen zu verzeichnen sind als früher. Eine mögliche Ursache ist der Klimawandel. Die Mitarbeiterin am Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung des Wissenschaftszentrums Weihenstephan sucht deshalb nach den Genen für den frühen Blühzeitpunkt im Weizen und versucht, deren exakten Ort auf den Chromosomen zu identifizieren. Seit drei Jahren forscht sie im Rahmen des Projekts „Anpassung an den Klimawandel durch pflanzenzüchterische Maßnahmen in der Weizenproduktion in Deutschland”. Gemeinsam mit Michael Schmolke, dem Leiter des Münchener Projekts, leistet sie die wissenschaftliche Vorarbeit für die Züchtung einer Winterweizensorte, die zehn Tage früher blüht und so der immer häufigeren Frühsommertrockenheit ein Schnippchen schlägt.
Die Wissenschaftler haben dafür 174 Weizentypen aus aller Welt zusammengetragen, die zu sehr unterschiedlichen Zeitpunkten blühen. „Damit haben wir eine große Variation im genetischen Material. Das hilft uns, die Unterschiede zu identifizieren”, erklärt Antje Kunert. Problematisch ist, dass alle Typen Sommerweizen sind. Da aber in Deutschland nahezu flächendeckend Winterweizen angebaut wird, müssen die Wissenschaftler die ausländischen Väter in die deutschen Mütter einkreuzen. Das Team beobachtet, selektiert und vermehrt im Gewächshaus und auf Versuchsfeldern. Doch der größere Teil ihrer Arbeit findet im Labor statt. Das Forscherteam untersucht derzeit zwei Gruppen von Genen, die erheblichen Einfluss auf den Blühzeitpunkt bei Weizen haben: Das sind zum einen die Vernalisationsgene, die dafür sorgen, dass die Pflanze erst im Frühjahr, nach dem Kältereiz im Winter, weiter wächst. Zum anderen sind die Gene für „ Photoperiodismus” interessant: Sie bewirken, dass die Pflanzen auch an kürzeren Tagen blühen können.
GEN-FAHNDERIN IM LABOR
Für die Laboruntersuchungen sammelt Antje Kunert Blattmaterial der unterschiedlichen Weizentypen. Sie friert es mit Flüssigstickstoff ein und mörsert es dann zu Pulver. Mit einem Cocktail aus verschiedenen Chemikalien extrahiert sie die DNA. Als sie das Reagenzglas schließlich vorsichtig schüttelt, schwebt die DNA in der Flüssigkeit wie der Hahnentritt im Hühnerei. Den Faden kann Kunert nun an einem Stäbchen herausziehen.
Mit der isolierten DNA lassen sich im Labor die molekularen Marker identifizieren, die bei der Suche nach den richtigen Genen helfen. Entscheidend für Kunert sind die Vernalisations- und Photoperiodismus-Gene: Nach ihnen fahndet sie in den Erbinformationen der 174 Weizentypen. Ein computergestütztes Analysegerät hilft der Wissenschaftlerin, die Marker detailliert auszuwerten. Kunert gibt über die Tastatur Befehle ein, darauf beginnen sich die verschwommenen Streifen auf dem Monitor zu einem Bild zu formen. „Das sind die Markerbanden. Sie zeigen mir, ob ein bestimmtes Gen vorhanden ist”, sagt sie. „Diese Ergebnisse vergleiche ich mit Beobachtungen aus dem Gewächshaus und den Feldversuchen.” Stößt sie dabei auf einen Weizen, der früh blüht und dessen Gen-Sequenz sich von den anderen unterscheidet, hat sie einen Ort gefunden, an dem die genetische Information für den Blühzeitpunkt liegt.
Das Forschungsprojekt von Antje Kunert endet im Herbst 2009. Neben der Entwicklung von Markern hatte es als Ziel, Empfehlungen an Züchter zu geben. Für Projektleiter Michael Schmolke steht jetzt schon fest, dass die Blühzeitverfrühung bei Winterweizen zwar für bestimmte Regionen wie beispielsweise Ostdeutschland sinnvoll ist, aber nicht für alle Gegenden in Deutschland. Denn der Klimawandel wirkt sich regional sehr unterschiedlich aus, und gerade die Ertragsleistung beim Weizen – im Gegensatz zu der von Gerste – würde zu stark variieren. „Es ist keine generelle Lösung, der Trockenheit bloß auszuweichen”, sagt Michael Schmolke. Deshalb wird der Wissenschaftler im Oktober seine Forschungen am Winterweizen im Rahmen eines EU-Projekts fortsetzen und sich dabei auf die Toleranz gegenüber Trockenheit konzentrieren. Eine ungleich schwierigere Aufgabe.
TROCKENSTRESS-TOLERANZ: EIN PUZZLE
„Den Blühzeitpunkt können wir über Beobachtung und molekulare Marker relativ leicht untersuchen”, sagt Michael Schmolke. „Bei der Trockenstress-Toleranz sind wir davon aber noch sehr weit entfernt.” Wenn eine Pflanze in der Trockenperiode abstirbt, kann das an unzähligen Faktoren liegen. Die Ausprägungen der Trockentoleranz werden entsprechend durch eine Vielzahl von Genen bestimmt, und die sind noch keineswegs alle identifiziert. Somit gibt es auch noch keine geeigneten Marker. „Wir sind auf der Suche nach solchen Markern und nach Messverfahren, die auch für die Züchter sinnvoll sind”, sagt Schmolke. Dabei werden sie auch auf die Grundlagenforschung von Pflanzenphysiologen zurückgreifen müssen.
Auf dem Versuchsgelände in Weihenstephan montieren die Arbeiter ein Gewächshaus auf Schienen. Hier sollen ab Herbst die Weizenpflanzen unter möglichst naturnahen – und zugleich extrem trockenen – Bedingungen wachsen: Bei Regen fährt das Gewächshaus automatisch über das Versuchsfeld und wirkt wie ein Schirm. Auch Züchter aus Ungarn, Österreich und Deutschland werden auf ihren Feldern die Weizentypen aussäen und begutachten. Eines der Versuchsfelder liegt im fränkischen Uffenheim. Stefan Streng und Züchter Peter Greif freuen sich auf die neue Zusammenarbeit. „Für kleinere Betriebe ist der Kontakt zur Wissenschaft wichtig. Denn so kommen wir schneller an die Forschungsergebnisse”, sagt Stefan Streng. Durch den Austausch mit den neuen Kollegen werden die Züchter ihren Gen-Pool erweitern. Denn es steht fest: Der Wettlauf gegen den Klimawandel lässt sich nur gemeinsam gewinnen. ■
MICHAELA LUDWIG (links) staunte über das Wissen um Mütter, Väter und Nachkommen, das die Saatzüchter im Kopf haben. Fotografin KARIN DESMAROWITZ bewunderte deren ruhige Hand beim Bestäuben.
Von Michaela Ludwig (Text) und Karin Desmarowitz (Fotos)
MEHR ZUM THEMA
LESEN
Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung im Auftrag des Umweltbundesamtes: KLIMAWANDEL IN DEUTSCHLAND (Kurzfassung, 12 Seiten:) www.umweltdaten.de/publikationen/fpdf-k/k2947.pdf
Gesellschaft für Pflanzenzüchtung (GFP): DIE ENTWICKLUNG DER PFLANZENZÜCHTUNG IN DEUTSCHLAND (1908–2008) Verlag Liddy Halm, Göttingen 2008, € 25,– Zu beziehen über Saatgut-Treuhandverwaltungs-GmbH, Kaufmannstr. 71, 53115 Bonn
INTERNET
Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung der Technischen Universität München: www.wzw.tum.de/plantbreeding
Verbundprojekt „Anpassung an den Klimawandel durch pflanzenzüchterische Maßnahmen in der Weizenproduktion in Deutschland”: www.klimazwei.de
Bundesverband deutscher Pflanzenzüchter: www.bdp-online.de/de/ Pflanzenzuechtung/
KOMPAKT
· Extreme Witterungsverhältnisse, die zu Missernten führen, werden sich nach den Prognosen der Klimaforscher künftig häufen.
· Pflanzenzüchter arbeiten an neuen Sorten, die unter widrigen Bedingungen möglichst stabile Ernten garantieren sollen.
· Aufgabe der Wissenschaft ist es, Werkzeuge wie molekulare Marker zu entwickeln, um den Züchtungsprozess zu beschleunigen.
RUSSISCHE WEIZENLAUS AUF DEM VORMARSCH
Dem Getreide setzen nicht nur die veränderten Klimabedingungen zu, sondern auch in unseren Breitengraden neu auftretende Schädlinge wie Insekten, Viren, Bakterien und Pilze, die vom Klimawandel profitieren. Bei einem Anstieg der Durchschnittstemperatur um 3 bis 6 Grad Celsius können Insekten ihren Lebensraum um bis zu 1000 Kilometer nach Norden verschieben. Frank Ordon, Direktor des Instituts für Resistenzforschung und Stresstoleranz im Julius Kühn-Institut in Quedlinburg, nennt als Beispiel die Russische Weizenlaus, die Temperaturen bis minus 10 Grad Celsius überleben kann. Auch der Schwarzrost, ein wärmeliebender Pilz, kann bei uns heimisch werden. Er sorgt in der Fachwelt für Aufsehen, seit sich von Ostafrika eine resistenzbrechende Art nach Norden ausbreitet. An Weizen wurde er bisher nur vereinzelt nachgewiesen, aber den Roggen in Brandenburg befällt er in heißen Sommern regelmäßig.
Auch einheimische, bislang eher unbedeutende Schädlinge wie Getreidewanzen dürften sich stark vermehren und dadurch Ertragsverluste verursachen, ebenso Zikaden oder Blattläuse, die zudem Viren übertragen. Bei höheren Temperaturen entwickeln sie sich schneller und ihr Aktivitätszeitraum verlängert sich. „ Ertragsverluste von bis zu 40 Prozent sind die Folge”, warnt Ordon.
Angesichts des Klimawandels muss deshalb seiner Ansicht nach die Resistenzforschung intensiviert werden. „Unsere Aufgabe ist es, resistente Typen im Gen-Pool einer Kulturart zu identifizieren, ihre Genetik aufzuklären und die entsprechenden molekularen Marker zu entwickeln”, sagt Frank Ordon. Diese Resistenz-Gene können dann von den Züchtern gezielt in neue Sorten eingekreuzt werden. Es ist Eile geboten, denn, so Ordon: „ Bis heute sind nur relativ wenige wirksame Resistenzen gegenüber Insekten bekannt.”
