Pflanzenzüchtung

Was ist Pflanzenzüchtung?

Seit mehr als 10.000 Jahren wählen Menschen Pflanzen mit bestimmten Merkmalen aus um sie weiter zu vermehren. Pflanzen, die besonders viel Ertrag bringen, wenig Krankheitssymptome zeigen, besonders schmackhafte oder große Früchte tragen oder andere Vorzüge haben, werden für die weitere Zucht ausgewählt und vermehrt. Das nennt man Selektionszüchtung. Durch diese Selektion sind unsere heuten Kulturpflanzen entstanden.
Die Wildformen von Gurken, Melonen und Kürbisssen haben ungenießbares, bitteres Fruchtfleisch und sind nicht eßbar. Die Stammformen der meisten Zierpflanzen bilden nur wenig und verhältnismäßig kleine Blüten.
Weder Kartoffeln, noch Tomaten oder Äpfel und Birnen würde es heute in der uns bekannten Form geben, wenn der Mensch nicht selektiert hätte, was für ihn von Vorteil ist.

Weizen ist eine Kulturpflanze, die aus Kruezung verschiedener Arten entstand.

Weizen ist zum Beispiel ein typische Kulturpflanze. Er hat einen dreifachen Chromosomensatz, der sich aus dem Genmaterial von drei verschiedenen Wildweizenarten zusammensetzt. Es wird vermutet, dass sich erst aus einer Kreuzung von wildem Einkorn (Triticum boeoticum) und wildem Spelzweizen (Triticum speltoides) der wilde Emmer (Triticum dicoccoides) entwickelt hat. Durch Einkreuzung von einem weiteren Wildweizen (Triticum tauschii) sind daraus Dinkel (Triticum spelta) und Kulturweizen (Triticum aestivum) entstanden.
Kultiviertes Getreide wie der Weizen hat deutlich größere Körner als wilde Gräser. Durch Züchtung und verbesserte Kulturführung hat sich der Ertrag bei Weizen pro Hektar von etwa 2,4 t im Jahr 1960 auf rund 6 t 1990 gesteigert. 2009 waren es durchschnittlich 8 t. Spitzenerträge bis 12 t sind bei guter Witterung und optimaler Kulturführung möglich.


Mit der Zeit entstanden durch Selektionszüchtung auch Sorten, die in bestimmten Regionen besonders erfolgreich angebaut werden können. Sorten mit weit verzweigtem und tief reichendem Wurzelsystem sind beispielsweise in trockeneren Regionen besser in der Lage sich ausreichend mit Wasser und Nährstoffen zu versorgen als Sorten mit weniger Wurzelmasse. Die Kartoffelsorte "Astrid" ist "Bodenkraft" unter den entsprechenden Bedingungen überlegen. Auf nährstoffarmen Böden setzten sich Sorten durch, die auch bei geringem Nährstoffangebot sicher wachsen und fruchten. In Regionen mit kurzer Vegetationszeit und hoher Frostgefahr halten sich nur besonders kältetolerante Pflanzen.
Durch gezielte Vermehrung kann man die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass die Qualität der Sorte erhalten bleibt. Bei der Erhaltumngszucht fÖrdert man die Bestäubung von Pflanzen der gleichen Sorte untereinander, um dann wieder Saatgut für Pflanzen mit den gleichen Eigenschaften zu erhalten.
Bei der Sortenzucht versucht man Sorten so weiter zu entwickeln, dass bessere Pflanzen entstehen als in der vorangegangenen Generation. Durch das Kreuzen bestimmter Pflanzen werden Nachkommen erzeugt, die Merkmale beider Eltern aufweisen und so beispielsweise die Resistenz gegen einen Pilz und Anpassung an Trockenheit in sich vereinen. Beispielsweise kann man eine Kultursorte mit großen schmackhaften Früchten, aber einer geringen Resistenz gegen Schädlinge mit einer Wildart kreuzen, die wenig Ertrag bringt, dafür aber gesund wächst. Die Nachkommen haben im Idealfall die positiven Eigenschaften der Eltern und werden weiter vermehrt und wieder in Bezug auf die besten Eigenschaften selektiert. Dieser Vorgang zieht sich über mehrere Jahre und viele Pflanzengenerationen hin, bis man wieder eine neue samenfeste Sorte hat. In der Regel dauert die Entwicklung einer neuen Sorte etwa 10 bis 15 Jahre. Oder noch viel länger. Beispielsweise geht orangefarbener Blumenkohl auf eine Mutante zurück, die 1970 in Kanada auf einem Feld entdeckt wurde. Eine Marktfähige Sorte wurde aber erst 30 Jahre später daraus. Die ersten orangen Blumenkohl-KÖpfe kamen etwa 2003 in den Gemüsehandel. Auf dem Weg dahin sind zehntausende von Pflanzen herangezogen und tausende von untauglichen Kreuzungsprodukten aussortiert worden. Dieses doch etwas merkwürdig anmutende Gemüse enthält 25-mal mehr Carotin (Vitamin-A Vorstufe) als weißer Blumenkohl.

F1-Hybriden

Eine F1-Hybride ist eine Kreuzung aus zwei samenfesten Sorten.
Die Züchtung von samenfesten Sorten dauert in der heutigen schnell-lebigen Zeit viel zu lange. Niemand hat die Zeit, den Platz und das Geld um sie in 15 bis 30 Jahre Züchtungsarbeit zu stecken. Am Ende stellt man womöglich fest, dass gerade zur Markteinführung besonders zarter Grünkohl oder roter, krauser Salat völlig out sind. Sehr viel schneller kommt man mit Hybriden zum Ziel. Zwei Hauptbedingungen dafür, dass eine Sorte vom Sortenamt anerkannt wird - das ist die Voraussetzung für das Inverkehrbringen. Das sind die Einmaligkeit und die Einheitlichkeit. Das bedeutet, dass eine Sorte in mindestens einem relevanten Merkmal anders sein muss als alle anderen schon vorhandenen Sorten. Außerdem müssen alle Pflanzen einer Sorte einheitlich sein. Es darf innerhalb einer Sorte keine größere Variationsbreite geben als zwischen Sorten, sonst wären sie ja nicht voneinander unterscheidbar.
Bei der Kreuzung von zwei unterschiedlichen Pflanzen ist das Ergebnis in der ersten Generation immer eine F1-Hybride. Der Begriff geht auf Mendel zurück, der alle seine Kreuzungsergebnisse ale Hybriden bezeichnete. Das "F" ist eine Abkürzung von "Filialgeneration". Das ist Latein und bedeutet Tochtergeneration. Die Zahl dahinter gibt an, um die wievielte Generation es sich seit der ursprünglichen Kreuzung handelt. Also F1, F2, F3, F4,....
Die Pflanzen der ersten Generation (F1) sind sehr einheitlich. Kreuzen sich die Nachkommen dann aber untereinander ist es damit vorbei. (Aufspaltungsregel nach Mendel). Nun müssen über Generatioen hinweg immer mehr Variationen aussortiert werden, um die gewünschte Einheitlichkeit zu erreichen. Dadurch wird auch die Genbasis der Sorte immer kleiner. Es ist schwer Farbe, Geschmack, Fruchtgröße und Resistenzgene zusammen zu erhalten. Je einheitlicher die Sorten werden, desto beschränkter ist ihre genetische Vielfalt. Ihr Ertrag wird geringer und die Krankheitsanfälligkeit durch die ständige inzucht größer.
Es ist möglich die erste Tochtergeneration, die aus der ursprünglichen Kreuzung hervorgegangen ist als Sorte anzumelden. Diese F1-Hybriden vereinen die meisten Merkmale ihrer Eltern in sich und bringen das volle Potential an Resistenzen und Inhaltstoffen mit.
Hybridsaatgut kann nicht sortenrein vermehrt werden, da sich ja die zweite Generation aufspaltet. Darum wird es jedes Jahr wieder aus einer Kreuzung der zwei ursprünlichen Elternarten neu gewonnen. Dazu müssen auch die Stammeltern jedes Jahr neu herangezogen werden. Das ist aufwendig und teuer und schlägt sich im Preis für das Saatgut nieder.

Die Sache mit dem Sortenrecht und dem Saatgutverkehrsgesetz

Das Sortenrecht steht zurzeit sehr in der Kritik, weil Bio-Verbände und Vereine, die alte Sorten erhalten wollen, dagegen Sturm laufen.
Nach ihrer Auffassung schränkt die Anforderung an die Einheitlichkeit der Sorten die biologische Vielfalt, die Biodiversität, ein. Das erscheint auf den ersten Blick einleuchtend. Allerdings sollte man dabei bedenken, dass es nicht im Interesse der Gärtner ist Pflanzen groß zu ziehen, die bunten Wundertüten gleichen. Die Anforderungen an eine samenfeste, alte Sorte sind genauso wie an eine moderne F1-Hybride. Man möchte bei einer Sorte das ernten, was man erwartet. Es ist auch bei alten Tomaten-Sorten inakzeptabel von einer Pflanze rote Früchte mit 15 g und an einer anderen gelbe Früchte mit 200 g Gewicht zu ernten.
Auch mit der vielgerühmten Widerstandskraft der alten Sorten und ihrer angeblich so herausragenden Qualität ist es auch nicht weit her. Sie haben oft große Grünkragen, neigen zum Platzen und zu Blütenendfäule, die Anfälligkeit für Pilze ist oft groß und der Ertrag ist im Vergleich zu neueren Züchtungen gering. Das sind die Gründe, warum ständig weiter gezüchtet wurde.
Geschmacklich ist eine reif geerntete F1-Hybrid-Tomate aus dem eigenen Garten auch nicht schlechter. Der Vergleich mit den teilweise grün geernteten Tomaten aus dem Supermarkt ist unzulässig und sagen nichts über den eigentlichen Geschmack einer Sorte aus. Würde man eine Traditionssorte so früh ernten, wäre sie auch nur ein "Wasserball". Der Geschmack, den Viele vermissen, ist der von reifen Tomaten, nicht der von alten Sorten.
Das Sortenrecht bietet auch keinen Vorteil für "die Großen". Auch große Saatgut-Konzerne müssen sich an das Saatgutverkehrsgesetz halten. Gäbe es das Sortenrecht und das Saatgutverkehrsgesetz nicht, könnten ein großer US-Konzern einfach so sein Saatgut - auch gentechnisch verändertes - ohne jede Hürde und ohne jede Kennzeichnung in Deutschland verkaufen.
Es ist übrigens nicht verboten Pflanzen zu kreuzen, Saatgut für den Hausgebrauch selbst zu gewinnen und daraus Pflanzen zu ziehen. Man darf auch die Ernte von diesen Pflanzen verkaufen. Man darf auch Jungpflanzen von der Haussorte großziehen und die verkaufen. Nur das Saatgut von nicht registrierten Sorten darf man nicht in den Handel bringen.
Die Vielfalt der alten Sorten hochzuhalten ist erstrebenswert. Tomaten, Rote Beete, Möhren, Kohl und viele andere Kulturpflanzen bieten erstaunlich viele verschiedene Farben, Formen und auch die eine oder andere besondere Geschmackserfahrung. Die bleibt uns allerdings nicht versagt, weil das Sortenamt das Inverkehrbringen von weiß-rot geringelter Rote Beete oder gelber Tomaten verbietet, sondern weil wie als Verbraucher sie nicht wollen! Es sind besondere - auch bis zu 150 Jahre alte Sorten - im Handel zu bekommen.
Was wollen denn aber die Kritiker am Sortenrecht ändern? Sie wollen, dass alte, kulturell wichtige Sorten grundsätzlich einen Bestandsschutz bekommen, damit sie auf unbegrenzte Zeit gehandelt werden können. Die Eintragung im Sortenregister ist nämlich zeitlich begrenzt und kostet Geld. Aber das Geld, um eine alte Sorte immer wieder zu registrieren, haben die Verbände nicht. Auch der Verwaltungsaufwand ist sehr hoch. Darum wollen sie eine vereinfachte Zulassung für ihre Sorten. Das inzwischen eingeführte Verfahren geht ihnen noch nicht weit genug. Durch diese Einschränkungen können die Verbände nicht unbegrenzt viele Sorten anmelden. Das schränkt dann die Vielfalt im Sortenangebot ein - was eben bemängelt wird.

Wie funktioniert Züchtung praktisch?

Um Selbstbestäubung bei Bohnen zu vermeiden, müssen die Staubfäden aus der Blüte entfernt werden bevor sie reif sind. Dabei dürfen Narbe und Fruchtknoten nicht beschädigt werden.

In der Natur setzen Pflanzen ständig Samen an und es wachsen quasi überall ohne unser Zutun neue Pflanzen. Es ist also ganz leicht Pflanzen zu vermehren. Pflanzen gezielt zu züchten ist dagegen schwer. Zunächst einmal muss man wissen wie eine gewünschte Eigenschaft vererbt wird. Wird sie durch ein Gen bestimmt oder durch mehrere? Ist das Merkmal dominant oder rezessiv? Oder wird es mit einem anderen Merkmal zusammen vererbt?
Wenn wir wissen welche Pflanzen zu kombinieren sind, um eine bestimmtes Ergebnis zu erzielen, reicht es nicht die zwei zusammen auf eine Fensterbank zu stellen. Um zu vermeiden dass sich die Pflanzen selbst bestäuben müssen bei zwittrigen Blüten die männlichen Blütenteile entfernt werden. Danach werden die Blüten mit Papier oder Plastiktütchen abgedeckt um eine ungewollte Bestäubung durch Insekten zu vermeiden. Ist die Narbe bereits für die befruchtung wird sie mit einem Pinzel oder durch Bestreichen mit einem Pollensack der Vatersorte gezielt bestäubt. Bei Pflanzenarten, bei denen es rein männliche und rein weibliche Zuchtstämme gibt ist der Aufwand geringer. Hier kommen die Pflanzen zusammen in ein Gewächshaus und dann lässt man die Hummeln los. Bei der Erhaltunsgzucht von samenfesten Sorten muss man nur viele Pflanzen der Sorte zusammen auf einem Feld anbauen und ausreichend Abstand zu anderen Sorten halten. Das ist nicht immer einfach. Erbsen sind fast ausschließlich Selbstbefruchter, so dass ein Abstand zwischen den Sorten nur rund 15 m betragen muss. Bei Feldsalat reichen etwa 30 bis 50 m Abstand. Bei Kürbisgewächsen sollten es schon etwa 250 m sein. Bei Mais, der durch den Wind bestäubt wird, sollte sich um Umkreis von 1 bis 2 km besser keina nderes Maisfeld befinden.

Pflanzenzüchtung und Industrialisierung

Mit der Industrialisierung veränderten sich die Möglichkeiten und Ansprüche an die Landwirtschaft und die Pflanzenzüchtung. Künstliche Düngemittel machten es möglich ertragreiche Sorten mit hohem Nährstoffbedarf auch auf ärmeren Böden zu kultivieren. Chemischer Pflanzenschutz erleichterte den großflächigen Anbau in Monokulturen. Es wurden verstärkt Sorten selektiert, die den Ansprüchen der Industrie genügen. Weizen mit besonders guten Backeigenschaften, Kartoffeln und Mais, deren Stärke sich besonders gut verarbeiten lässt und Zuckerrüben mit besonders hohem Zuckergehalt wurden nun ohne Rücksicht auf ihre natürliche Widerstandsfähigkeit selektiert. Die Zahl der Sorten und die genetische Vielfalt nahm dadurch ständig ab.
Im Handel findet man heute zum Beispiel etwa 20 Apfelsorten, die als Frischobst und für alle Arten Apfelprodukten (Mus, Saft,Apfelkuchen etc.) verwendet werden. Weltweit gibt es aber etwa 20.000 Apfelsorten. In Europa sollen es über 1600 sein. Allein bei einer Erhebung des Verbandes der Gartenbauvereine Saarland /Rheinland-Pfalz e. V. wurden 190 Apfelsorten im Saarland und der Westpfalz sicher bestimmt und weitere 117 gefunden, die keinem Namen zugeordnet werden konnten. Teilweise sind von solchen Sorten nur wenige Bäume vorhanden.
In Indien gab es vor rund 100 Jahren 30.000 lokale Reissorten. Seit den späten 1970ern stehen auf etwa 75% der Anbauflächen nur noch 12 Sorten.
Die gesetzlichen Regelungen zur Sortenzulassung engen die Wahl bei der Verwendung von Pflanzen für die Anbauer ein. Nicht zugelassenes Saatgut darf nicht in den Handel gebracht werden. Das bedeutet, dass Kartoffelsorten, die nicht im Sortenregister des Bundessortenamtes stehen zwar als Speisekartoffeln verkauft werden dürfen, aber nicht als Pflanzkartoffeln.
Leider haben wir mit den Pflanzenschutzmitteln auch eine Selektion bei den Schaderregern bewirkt. Es bilden sich ständig neue Resistenzen, so dass immer neue Pflanzenschutzmittel mit anderen Wirkmechanismen entwickelt werden mussten. Da Pflanzenschutzmittel die Umwelt stark belasten und oft auch "Nicht-Zielorganismen" (z. B. Bienen) schädigen nahm die Bedeutung der Resistenzzüchtung bald wieder zu. Die resistenten Sorten können aber teilweise den technischen Anforderungen der Industrie nicht gerecht werden.
Inzwischen werden vor allem für den Frischmakrt und für den Biolandbau wieder mehr regionale und alte Sorten angebaut. Die Sortenvielfalt steigt wieder. Aber die breite Masse der Bundesbürger ist daran eher weniger interessiert. Altes Gemüse wie Pastinaken, Scheerkohl, Melde oder Mangold oder ungewöhnlich gefärbte Sorten wie gelbe Tomaten fristen ein Schattendarsein. Was der Bauer nicht kennt, frisst er nicht. Tomaten müssen rot sein. Basta!

"Grüne Gentechnik"

Mit Hilfe von technischen Verfahren können heute Gene von einem Organismus auf einen anderen übertragen werden. Die Gene enthalten die Information zur Bildung bestimmter Eiweiße (Proteine) und beeinflussen den Stoffwechsel des transgenen Organismus. Dann produzieren Hefepilze zum Beispiel Insulin für Diabetiker. In der Theorie klingt das Verfahren zunächst recht plausibel. Aber nicht alles was theoretisch möglich ist klappt dann auch in der Natur.
Seit Jahrzehnten werden biologische Präperate mit Stämmen von Bacillus thuringiensis erfolgreich gegen Raupen eingesetzt. Der Bacillus poduziert einen Protein-Kristall, der sich im Verdauungstrakt der Raupen auflöst und ein Toxin freisetzt, das die Schädlinge tötet. Andere Insekten werden nicht geschädigt. Auch der mensch ist nicht gefärdet, weil sich der Kristall im menschlichen darm nicht auflöst. Er wird einfach wieder ausgescheiden. Etwa 20 Mal muss man während einer Kultur so ein Päperat ausbringen, damit es immer auch auf den jüngsten Blättern haftet und auch nach einem Regen noch ausreichend Schutz gewährleistet ist.
Transgene Sorten von Mais und Baumwolle haben auf künstlichem Wege das Gen aus dem Bacillus bekommen und produzieren das toxische Protein selbst. Leider funktioniert das System nicht richtig. In der Pflanze liegt das bt-Toxin nicht als Kristall vor, sondern als reines Toxin. Dadurch kann es auch von anderen Organismen aufgenommen werden und verursacht möglicherweise Schäden. Tatsächlich sit die Konzentration in der Pflanze aber sehr gering. Sie tötet nicht alle Schädlinge. überlebende Tiere werden zwar mehr oder weniger stark geschädigt, können sich aber oft fortpflanzen. Es kommt zur Resistenzbildung. Der Maiswurzelbohrer und der Baumwollwurm sind trotz transgener Bt-Pflanzen weiter auf dem Vormarsch. Es gibt bereits resistente Stämme und die lassen sich auch mit der konzentionellen Bt-Spritzung nicht mehr bekämpfen.

Ein weiteres Problem in der Landwirtschaft sind Beikräuter, diemit Herbiziden bekämpft werden. Ein sehr wirksames Herbizid ist Glyphosat (Roundup). Es hemmt ein wichtiges Enzym (EPSP-Synthetase), ohne das Pflanzen nicht leben können. Nach dem Kontakt mit dem Mittel sterben sie innerhalb von 3 bis 7 Tagen ab. Leider gilt das für alle Pflanzen. Um also Das Herbizid in Kulturen einsetzen zu können, wurde in einige Pflanzen eine andere Variante der EPSP-Synthetase eingebaut, die nicht durch Glyphosat gehemmt wird. Ein Plasmid (Stück ringförmige DNA) aus dem Bodenbakterium Agrobacterium tumefasciens wurde mit dem Code für dieses Enzym in die Pflanze eingeschleust. Das neue Enzym aus dem Bakterium übernimmt die Funktion in der Pflanze und sie kann von dem Herbizid nicht zerstört werden. Dadurch kann ein Feld mit Rundup-resistenten Pflanzen flächendeckend mit dem Herbizid besprüht werden und nur die unerwünschten Beikräuter gehen ein. Leider hat sich herausgestellt, dass hier eine horizontaler Gentransfer zwischen Kultur- und Wildpflanzen stattfindet. Das Trägerplasmid und mit ihm das Resistenzgen wird durch saugende Insekten von einer Pflanze zur anderen getragen. Sie infizieren die Unkräuter quasi mit der Resistenz. In Nord- und Südamerika sind bereits 14 Arten von Roundup-Resistenten Ackerunkräutern bekannt. Darunter ist auch Ambrosia artemisiifolia, eins sehr invasives Unkraut, dessen Pollen starke Allergien und Asthma auslösen können. Die Pflanze ist auch bei uns verbreitet.
Unklar ist auch wie sich die fremden Proteine und die Plasmide bei Verzehr der Pflanzen auf den Menschen und auf Nutztiere auswirken.
Es gibt außer bei Baumwolle, Raps, Mais, Kartoffel (für die Industrie-Stärkeproduktion) und Soja keine genveränderten Pflanzen auf dem Markt. Es wurden zwar in der Vergangenheit viele Versuche auch mit Gemüsepflanzen gemacht, aber keine dieser Pflanzen wird heute angebaut. Der Grund dafür ist recht banal: Die Zulassungsverfahren sind teuer und der Markt für Gemüsesaatgut kleiner als der für landwirtschaftliche Kulturen. Es ist schlichtweg nicht rentabel, zumal die Verbraucherakzeptanz sehr gering ist. Während sich nur wenige Gedanken darüber machen wo mit das Rind für ihr Steak gefüttert wurde oder wie die Baumwolle für ihr T-Shirt angebaut wurde, achten doch sehr Viele heute darauf, was sie selber essen.
Es gab bereits 1994 erste genveränderte "Anti-Matsch-Tomaten" in den USA im Supermarkt. In den Tomaten wurde ein Gen deaktiviert, dass den Abbau des Stützgewebes steuert. Die Tomaten konnten länger reifen und entwickelten so mehr Aroma als andere Tomaten die zur besseren Haltbarkeit vor der Vollreife geernetet werden müssen. Wegen fehlender Akzeptanz von Seiten der Verbraucher verschwand die Sorte bereits 1997 wieder vom Markt. 2010 stellen zwei indische Forscher eine genveränderte Tomate vor, die nach dem selben Prinzip bearbeitet wurde und dadurch bis zu 45 Tage lang haltbar ist. Diese und andere genveränderte Gemüsesorten sind aber nicht im Handel.
Gentechnisch veränderter Soja ist in unseren Läden degegen tägliche Realität.

Literatur:

H. Becker (1993): Pflanzenzüchtung.- UTB, Stuttgart

Onlinequellen:


Wurzelwerk.at

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