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Nr. 93, 27.01.2018  voriger  Übersicht  weiter  REIHEN  SUCHE 

Anderes Brot für die Welt

Die ungleiche Verteilung von Nahrungsmitteln ist ein wesentlicher Grund für den Hunger in der Welt. Um die Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung zu sichern, braucht es aber auch andere Nutzpflanzen.


Weizen, Reis und Mais – diese drei Kulturpflanzen decken 50 Prozent des Kalorienbedarfs der Weltbevöl­kerung. Um die Welternährung auch in Zukunft zu sichern, muss die Vielfalt auf den Feldern zunehmen. Foto: Thomas Lohnes / Brot für die Welt

»Hunger beenden, Ernährungssicherheit und eine bessere Ernährung erreichen und eine nachhaltige Land­wirtschaft fördern.« Dieses Ziel rangiert im Weltzukunftsvertrag der Vereinten Nationen (Nach­haltigkeitsziele) an vorderster Stelle. Bis 2030 soll neben 16 anderen Zielen für eine nachhaltige Entwicklung die Überwindung von Hunger erreicht werden. Dazu müssen nicht nur alle Menschen Zugang zu ausreichend Nahrungsmitteln haben, es muss auch mehr produziert werden, um die prognostizierten 8,5 Milliarden Menschen im Jahr 2030 auf der Erde zu sättigen. Die Ernährung der Welt ist eine Herausforderung für Landwirtschaft und Pflanzenforschung.

»Mit den jetzigen Anzuchtmethoden und den derzeitigen Nutzpflanzen werden wir es nicht schaffen, in 20 Jahren die Welt noch zu ernähren. Wir müssen immer weiter züchten.« Dieses Fazit für die Pflan­zen­forschung zog die Kieler Professorin Karin Krupinska bei einer Podiumsdiskussion anlässlich der Botanikertagung 2017 in Kiel, der sie als Kongresspräsidentin vorstand. Das Problem ist nicht nur die wachsende Weltbevölkerung, sondern auch die durch den Klimawandel verschlechterten Anbaubedingungen.

»Die landwirtschaftlich nutzbaren Böden werden weniger, deshalb muss man auch in Randbereiche gehen.« Das bedeutet, es müssen zunehmend Flächen bewirtschaftet werden, die sich eigentlich nicht gut eignen, etwa weil sie zu trocken oder zu salzig sind, häufig überflutet werden oder extremen Temperaturen ausgesetzt sind. Nutzpflanzen der Zukunft müssen mit diesen äußeren Stressoren umgehen können.

»Wir müssen besser verstehen, wie sich Nutzpflanzen an Umweltstress anpassen«, sagt die Leiterin der Arbeitsgruppe Biologie der Pflanzenzelle an der CAU. Reis zum Beispiel kommt aufgrund anatomischer Besonderheiten auch mit einer Überflutung der Felder klar, während »normale« Pflanzen unter Wasser verfaulen, weil sie keinen Gasaustausch machen können. Wie funktioniert das bei Reis? Welche Gene werden aktiv, damit das gelingt? Diese Kenntnisse sind der Schlüssel dafür, andere Pflanzen unempfindlich gegenüber Überflutung zu machen.

Ein anderer Stressor ist Licht. Pflanzen brauchen zwar Licht für die Photosynthese, aber auf das richtige Maß kommt es an. Wenn Pflanzen zu wenig Licht bekommen, können sie ihr Potenzial nicht ausnutzen. »Aber zu viel Licht kann dazu führen, dass reaktive Sauerstoffspezies entstehen, die den Photosyntheseapparat zerstören. Das muss daher gut kontrolliert werden.« Wie Pflanzen mit diesem Lichtstress umgehen, erforscht Krupinskas Arbeitsgruppe.

Ein möglicher Ansatz, um die Stressresistenz von Nutzpflanzen zu erhöhen, sei das sogenannte »Rewilding«, also das Wiederherstellen von wichtigen Eigenschaften der ursprünglichen Wildpflanzen, den Vorfahren der heutigen Nutzpflanzen. Im Zuge der Züchtung von ertragreichen Kulturpflanzen sind wichtige Eigenschaften dieser Wildpflanzen verloren gegangen, zum Beispiel die Resistenz gegenüber Pflanzenkrankheiten.

»Man kreuzt und kreuzt, durchmischt das Genom und selektiert immer nur nach Ertrag oder einer bestimmten Qualität, andere Eigenschaften gehen dabei verloren. Da muss ich nur schauen, was hat die Wildpflanze, um sich zu wehren. Häufig gehen diese Funktionen durch einzelne Punktmutationen verloren. Darauf hat Professor Michael Broberg Palmgren von der Universität Kopenhagen in einem Vortrag hingewiesen.« Mit der sogenannten Crispr/Cas9-Methode, einem neuartigen und präzisen biochemischen Verfahren, lassen sich solche Mutationen im Genom gezielt korrigieren.

Benötigt werden aber nicht nur Pflanzen, die widerstandsfähig gegenüber widrigen Umweltbedingungen sind. Mindestens genauso wichtig ist, ertragreiche Pflanzen zu kultivieren. Eine nennenswerte Steigerung des Ertrags pro Quadratmeter lässt sich laut Krupinska vor allem durch den Anbau von C4-Pflanzen (siehe Kasten) erreichen, die eine effizientere Photosynthese betreiben. C4-Pflanzen, wie Mais oder Zuckerrohr, bilden in kürzerer Zeit mehr Biomasse als C3-Pflanzen, zu denen die meisten unserer Nutzpflanzen zählen.

Ein weiterer Vorteil von C4-Pflanzen ist, dass sie sich an wärmere Regionen mit höherer Lichtein­strah­lung angepasst haben. Aufgrund dieser Vorteile suchen weltweit Forschungsgruppen nach Möglich­keiten, klassische C3-Kulturpflanzen so zu verändern, dass sie wie eine C4-Pflanze Photosynthese betreiben. »Es wäre super, Weizen oder Reis zu einer C4-Pflanze zu machen«, so Krupinska. Dieses Ziel hat sich ein großes Forschungsinstitut auf den Philippinen für Reis vorgenommen, das international Rice Research Institute (IRRI).

Für die landwirtschaftliche Produktion der Zukunft ist außerdem wichtig, die Auswahl der Pflanzen besser als bisher an die jeweiligen Standorte anzupassen. Krupinska: »Man müsste analysieren, welche Pflanzen mit welchem Klima am besten klarkommen. Einerseits könnte man daraus lernen, wie man die Pflanzen, die man anbauen möchte, verändern muss. Anderseits hilft das dabei, die richtigen zu selektieren. Da lässt sich noch viel machen.«

Kerstin Nees
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