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Das Korn von morgen

Im Wettlauf mit dem Klimawandel arbeiten Getreidezüchter und Agrarforschung Hand in Hand.

Fotos: Karin Desmarowitz | Text: Michaela Ludwig

Peter Greif betrachtet den Kandidaten von allen Seiten. Das Buch fest unter den Arm geklemmt, geht er tief in die Hocke, um dessen Auftritt einzuschätzen. 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 den Bleistift aus der Hemdtasche und schreibt eine Note in jede Kategorie.

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Der Züchter am Werk: Stefan Streng bestäubt eine junge Gerstenpflanze. Die Pollen hat er einer anderen Pflanze entnommen, die er zwischen Zeige- und Mittelfinger hält. Aus der Kreuzung entsteht möglicherweise eine neue Sorte, die dem Klimawandel statthält.

Nur jeder vierte Kandidat kommt in die nächste Runde, der Rest fliegt hinaus. Wer sich beim Casting auf dem Saatzuchtbetrieb Streng durchbeißt, hat gute Chancen, auch auf den anderen deutschen Bühnen zu bestehen. Der Familienbetrieb steht in Mittelfranken und gilt unter Züchtern und Landwirten als schwieriger Standort: Die Winter sind frostig und die Böden nur selten mit einer schützenden Schneedecke bedeckt. Im Frühsommer warten sie oft vergeblich auf Regen. Und immer häufiger setzen heftige Gewitterschauer den Pflanzen zu. Dazu kommt die in Süddeutschland ohnehin hohe Globalstrahlung, die soll noch weiter zunehmen. In Uffenheim nahe Würzburg bestehen nur die Harten, die „Stressresistenten“.

Klassenprimus von Rumänien bis Norwegen

Das große Vorbild zieht sich den Hügel hinauf bis unter den dunkelgrau verschleierten Himmel: die Braugerste Streif, der Superstar, wie sie ihn hier augenzwinkernd nennen. Ihre Keimlinge liefern das Malz, den Grundstoff zur Bierherstellung. Im Frühjahr wurde Streif als einzige Sorte ihres Jahrgangs für die 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, der das Familienunternehmen in vierter Generation leitet, sichtlich stolz.

Saatzuchtbetrieb Streng ist einer von rund 30 klein- 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 jedoch, als die Ertragszuwächse schrumpften, und gipfelte im vergangenen Jahr während der weltweiten Nahrungsmittelkrise: Mit aller Deutlichkeit stellte sich nun die Frage, wie eine wachsende Weltbevölkerung in Zukunft ernährt werden kann. Da der Beitrag der Gentechnologie nach wie vor umstritten ist, ruhte die Last der Verantwortung auf den Schultern der Züchter. 

Als wäre das nicht Herausforderung genug, wurde seit Beginn des Jahrtausends die Frage nach der Anpassung der Kulturpflanzen an den Klimawandel lauter. Denn Wetteraufzeichnungen zeigen, dass dieser 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 1 Grad Celsius zugenommen hat. Insbesondere seit den 1970er Jahren beobachten sie einen rapiden Anstieg. In diesem Zeitraum betrug die Erwärmung in den Wintermonaten 2,3 Grad Celsius, in den Sommermonaten 0,7 Grad Celsius. Der Weltklimarat geht von einem Anstieg der Mitteltemperatur um bis zu 3,5 Grad Celsius bis zum Jahr 2100 aus. Dazu kommt, dass die Sommer trockener, die Winter feuchter werden. Immer häufiger treten so genannte Klimaextreme auf wie Hitzewellen oder Starkniederschläge.

Für die Landwirtschaft sind die Folgen erheblich: Sehr hohe Temperaturen und länger anhaltende Trockenheit bedeuten Ertragseinbußen. Bei so extrem unterschiedlichen Klimabedingungen werden die Erträge noch stärker schwanken. 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. Als besonders gefährdet sehen sie die von Dürren bedrohten Regionen Ostdeutschlands mit ihren oft armen Böden.

Die Zukunft vorwegnehmen

Gefragt sind Stefan Streng und Kollegen. „Natürlich wollen die Landwirte nach wie vor nur die ertragsstarken Sorten“, bestätigt Stefan 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 mit Hilfe von Computer und Zuchtbuch aus der Gendatenbank ausgelesen, die in sorgfältig nummerierten Pappschälchen in großen Holzschränken im Nebengebäude lagert. Das sind die vielversprechendsten Sorten aus dem eigenen Zuchtgarten und aus vielen Teilen der Welt, die er auf Tagungen entdeckt oder bei Kollegen eingetauscht hat. „Um erfolgreich zu züchten, brauchen wir einen großen Genpool, in den wir auch ständig neues Material hinein züchten“, sagt Peter Greif.

Die Pflanzen sind jetzt bis zu einem halben Meter hoch, in unterschiedlichen Reifestadien. Einige buschig, andere karg, mit unterschiedlichsten Ährenformationen. Im Topf jeder Pflanze stecken Schilder mit Nummern, auch die einzelnen Ähren sind mit Zahlenkombinationen gekennzeichnet. Schon vor zwei Tagen haben Stefan Streng und Peter Greif die Mütter kastriert, indem sie den Pollenstaub entfernt haben. Eigentlich ist die Gerste ein Selbstbestäuber - sie bildet Pollen und hat gleichzeitig eine Blütennarbe. Durch die Kreuzung greifen die Züchter jedoch in die Natur ein, indem sie mütterliches und väterliches Erbgut zusammen bringen. Damit die Ähren nicht unbemerkt durch einen unbekannten Vater befruchtet werden, haben sie anschließend über jede einzelne Ähre eine Pergamenttüte gezogen. Nun zupfen die Züchter mit Pinzetten den gelben Pollenstaub aus den Vätern und bestäuben damit die Blüten der Mütter. Jede Narbe wird einzeln befruchtet, eine langwierige Handarbeit. Am Schluss notieren sie im Zuchtbuch hinter jeder Zahlenkombination, die für eine andere Mutterpflanze steht, das Datum der Kreuzung: Dies ist die Geburtsstunde einer neuen Sorte.

Langwierige Handarbeit

„Uns interessieren besonders die frühblühenden Sorten“, erklärt Stefan Streng. „Damit versuchen wir dem Trockenstress im Frühsommer auszuweichen.“ Denn wenn die Trockenheit zur Blüte Anfang Juni einsetzt, bleiben die Pollen steril und können nicht befruchten. So bildet sich entsprechend weniger Korn. Tritt der Trockenheitsstress während der anschließenden Kornfüllphase auf, wird es hingegen nur notreif, ist kleiner und schrumpeliger. „Das kann zu Qualitätsverlust und Ertragseinbußen von bis zu 50 Prozent führen“, so 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 in den darauf folgenden 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. „Durch dieses Verfahren 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, leistungsfähige Züchterlandschaft.“

Auch der Wettlauf gegen den Klimawandel kann nicht allein in den Zuchtgärten entschieden werden. Entsprechende Blüheigenschaften, 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. Die Nutzung derartiger biotechnologischer Methoden, die die Pflanzenforschung erarbeitet hat, verschafft den Züchtern einen entscheidenden Zeitvorsprung: Denn damit erhalten sie Werkzeuge, mit denen sie effizient selektieren können.

Geringere Ertragsteigerungen beim Weizenanbau

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. Denn es kristallisiert sich heraus, dass in der Weizenproduktion in Deutschland 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 Projektes „Anpassung an den Klimawandel durch pflanzenzüchterische Maßnahmen in der Weizenproduktion in Deutschland“. Gemeinsam mit Projektleiter Michael Schmolke möchte sie die wissenschaftliche Vorarbeit für die Züchtung einer Winterweizensorte leisten, die zehn Tage früher blüht und so der immer häufiger auftretenden Frühsommertrockenheit ausweicht.

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 sie die ausländischen Väter in die deutschen Mütter einkreuzen. Das Team beobachtet, selektiert und vermehrt – wie Stefan Streng und Peter Greif  im Gewächshaus und auf Versuchsfeldern. Der größere Teil ihrer Arbeit findet jedoch im Labor statt.  Das Forscherteam untersucht insbesondere zwei wichtige Gruppen von Genen, die erheblichen Einfluss auf den Blühzeitpunkt bei Weizen haben: Das sind die Vernalisationsgene, die dafür sorgen, dass die Pflanze erst im Frühjahr, nach dem Kältereiz im Winter, weiter wächst. Die Gene für Photoperiodismus bewirken, dass die Pflanzen auch an kürzeren Tagen blühen können. 

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 Antje Kunert nun an einem Stäbchen herausziehen. Mit dieser  isolierten DNA lassen sich über bestimmte biotechnologische Methoden molekulare Marker identifizieren. Solche Marker machen eine bestimmte Sequenz der Erbinformation sichtbar.  Entscheidend für Antje Kunert sind die Vernalisations- und Photoperiodismus-Gene: Daraufhin untersucht sie die Erbinformationen der 174 Weizentypen.

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Ein computergestütztes Analysegerät hilft der Wissenschaftlerin, die Marker detailiert auszuwerten. Antje Kunert gibt über die Tastatur kurze Befehle ein, darauf beginnen sich die verschwommenen Streifen auf dem Monitor zu einem Bild zusammenzusetzen. „Das sind die Markerbanden. Sie zeigen mir, ob ein bestimmtes Gen vorhanden ist“, sagt sie. „Diese Ergebnisse vergleiche ich dann mit den Beobachtungen aus dem Gewächshaus und den Feldversuchen.“ Sollte sie dabei auf einen Weizentypen stoßen, der früh blüht und dessen Gensequenz sich von den anderen unterscheidet, hat sie einen weiteren Ort gefunden, an dem die genetische Information für den Blühzeitpunkt liegt.

Das Forschungsprojekt von Antje Kunert endet in diesem Herbst. Neben der Entwicklung von Markern war es Ziel des Projektes, Empfehlungen an Züchter zu geben. Für Projektleiter Michael Schmolke steht jedoch bereits vor Projektende fest, dass die Blühzeitverfrühung bei Winterweizen zwar für bestimmte Regionen wie beispielsweise in Ostdeutschland sinnvoll ist, aber nicht für alle Gegenden in Deutschland eine Lösung darstellt. Denn der Klimawandel wirkt sich regional zu unterschiedlich aus und gerade die Ertragsleistung beim Weizen – im Gegensatz zur Gerste – würde zu stark variieren. „Es ist keine generelle Lösung, der Trockenheit bloß auszuweichen“, sagt Michael Schmolke. 

Forschung intensivieren

Deshalb wird der Wissenschaftler im Oktober seine Forschungen am Winterweizen im Rahmen eines EU-Projekts fortsetzen und sich dabei auf die Eigenschaft der Toleranz gegenüber Trockenheit konzentrieren. Eine ungleich schwierigere Aufgabe. „Den Blühzeitpunkt können wir über Beobachtung und molekulare Marker relativ leicht untersuchen“, sagt Michael Schmolke. „bei der Trockenstresstoleranz sind wir davon noch sehr weit entfernt.“ Wenn eine Pflanze in der Trockenperiode abstirbt, kann das an unzähligen Faktoren liegen.

Die Ausprägungen der Trockentoleranz werden durch eine Vielzahl von Genen bestimmt, die noch nicht identifiziert wurden. So gibt es auch noch keine geeigneten Marker. „Wir sind auf der Suche nach solchen Markern und Messverfahren, die auch für die Züchter sinnvoll sind“, so Michael Schmolke. Dabei werden sie auch auf die Grundlagenforschung der 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.

Auch Züchter aus Ungarn, Österreich und Deutschland werden auf ihren Feldern die Weizensorten und Linien aussähen 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, so kommen wir schneller an die Forschungsergebnisse“, sagt Stefan Streng. Durch den Austausch mit den neuen Kollegen werden sie ihren Genpool erweitern. Denn eines steht fest: Den Wettlauf gegen den Klimawandel können sie nur gemeinsam gewinnen.

Der Saatzuchtbetrieb von Getreidezüchter Stefan Streng liegt in Mittelfranken

Am Wissenschaftzentrum Weihenstephan forschen Wissenschaftler der TU München zum Thema Getreidezucht und Klimawandel


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