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Projektverbund BayKlimaFit - Strategien zur Anpassung von Kulturpflanzen an den Klimawandel

Bild: Thomas Freudenberg, PICT GmbH

Der Klima-Report Bayern 2015 zeigt auf, dass sich der Klimawandel direkt auf das Wachstum und die Erträge von Pflanzen in Bayern auswirken wird. Daher müssen wir frühzeitig reagieren und Nutzpflanzen bereits jetzt an durch das Klima bedingten Stress anpassen.
Finanziert durch das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz hat der Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung der Technischen Universität München den Projektverbund BayKlimaFit entwickelt. Der Projektverbund hat wichtige Erkenntnisse für die Züchtung von an das Klima angepassten Kulturpflanzen geliefert und somit direkt zur Bayerischen Klimaanpassungsstrategie beigetragen. Es waren Forscher aus Bayreuth, Erlangen, Freising, München, Regensburg und Würzburg beteiligt. Im Rahmen des Projektverbunds wurden zehn Einzelprojekte bearbeitet, bei denen die Entwicklung von gentechnisch veränderten Pflanzen fürs Freiland explizit ausgeschlossen war.

Video "Aufgaben und Ziele des Projektverbunds BayKlimaFit"

Teilprojekte

Der Projektverbund lief vom 01.02.2016 bis zum 31.01.2019 und bestand aus drei Schwerpunkten mit insgesamt neun Projekten und einem Vorhaben, das den Verbund koordinierte..

Schwerpunkt: Staunässe und Kälte – Anpassungsstrategien für Jungpflanzen an die Folgen des Klimawandels

• Verbesserung der Kältetoleranz von Mais, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Lehrstuhl für Pflanzenzüchtung, Prof. Dr. Schön.

Ergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes wurde eine neuartige Methode zur Züchtung entwickelt. Mit ihr können bisher nicht genutzte Eigenschaften aus dem Erbgut von Mais Landrassen in Elitematerial eingebracht werden. Damit wird die genetische Vielfalt im Zuchtmaterial erweitert. Es konnten Bereiche im Erbgut ausgewählter Landrassen gefunden werden, welche die Fähigkeit besitzen, Kälte zu ertragen und das frühe Wachstum zu beeinflussen. Über bioinformatische Untersuchungen sind nun Abschnitte im Erbgut auffindbar, mit denen weniger gegen Kälte empfindliche Maissorten gezüchtet werden könnten. Langfristig kann so die Entwicklung an das Klima angepasster Sorten gesichert werden.

Abbildung: Luftbild eines Feldes; Fotograf: Manfred Mayer

Toleranz gegenüber Staunässe und Überflutung bei Raps, Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Pflanzenphysiologie, Prof. Dr. Mustroph

Ergebnisse

Häufig in Bayern angebaute und asiatische Rapssorten zeigten keine deutlichen Unterschiede in ihrem Verhalten gegenüber Stress. Für eine bayerische und eine asiatische Sorte wurde erstmalig beschrieben, wie deren Zellen genau auf Nässe und Überflutung reagieren. Beide Sorten zeigten unter Stress sehr ähnliche Antworten, es gab aber auch Unterschiede. So wurden wichtige Grundlagen geschaffen, um Faktoren für weniger gegen Nässe empfindliche Pflanzen zu finden. Sorten können dann darauf untersucht und für die Zucht genutzt werden. Das Projekt belegt, dass die genetische Vielfalt bei Kulturpflanzen für deren Anpassung an den Klimawandel wichtig ist.

Schwerpunkt: Klimabedingte Hitzeereignisse und Trockenheit – Stressbewältigung durch Stoffwechselanpassung

Hitzetoleranz bei der Pollenentwicklung von Mais und Weizen, Universität Regensburg, Lehrstuhl Zellbiologie und Pflanzenbiochemie, Prof. Dr. Dresselhaus

Ergebnisse

Zwischen australischem und bayerischem Weizen zeigten sich große Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber Hitze. Für Mais wurde die Ausstattung von Zellen, die diese Hitze besser ertragen lässt, weiter aufgeklärt. Es wurden die Zeitpunkte bei der Bildung von Pollen bestimmt, die bei Hitze dazu führen, dass die Pflanzen unfruchtbar werden. Weiterhin wurde festgestellt, dass sich der Stoffwechsel ändert während Pollen bei Hitze wachsen. Ein Beispiel sind Regulatoren, die durch Hitze beeinflusste Abschnitte im Erbgut kontrollieren.

Abbildung: Gemäßigter Hitzestress für zwei Tage bei 35°C führt während bestimmter Stadien der Ent-wicklung von Pollen zu deutlich weniger Körnern.

Hitze- und Trockentoleranz bei Gerste, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl Biochemie, Department Biologie, Prof. Dr. Sonnewald

Ergebnisse

Im Projekt wurden Strategien zur Züchtung besser an Stress angepasster Gersten entwickelt. Es wurde untersucht, wie Pflanzen ihren Stoffwechsel anpassen, um besser mit Hitze oder Trockenheit umzugehen. Es wurden Unterschiede im Erbgut unterschiedlich empfindlicher Gerstensorten gefunden. Mit diesem Wissen wurden erste Marker für die Züchtung entwickelt, welche helfen die Qualität der Pflanzen, zum Beispiel deren Gehalt an Vitamin E, zu verbessern. Das gesammelte Wissen wird Züchtern helfen, um die bayerische Gerste schneller fit für den Klimawandel zu machen.

Validierung praxisrelevanter Marker für die Züchtung klimaangepasster und gesunder Gerstensorten, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Arbeitsgruppe Züchtungsforschung Winter- und Sommergerste (IPZ 2b), Dr. Herz

Ergebnisse

Eine Sammlung von Sommergersten wurde jeweils bewässert und trocken angebaut und auf ihr Wachstum, ihren Ertrag und ihre Qualität untersucht. Die Sorten unterschieden sich sehr gut für die verschiedenen Merkmale und zwischen den Behandlungen. Dadurch konnten in einem vorhergehenden Projekt entwickelte Marker zur Züchtung von an Trockenheit angepassten Gersten näher erforscht werden. Dabei gab es Marker, die gleichzeitig mehrere Merkmale in die gewünschte Richtung beeinflussten und somit für die Züchtung besonders interessant sind. Moderne Sorten und Stämme der beteiligten bayerischen Pflanzenzüchter schnitten in den Feldversuchen am besten ab, was zeigt, dass die bayerischen Züchter schon auf einem guten Weg sind. Durch das Projekt wurde zudem notwendiges Material für die anderen Gerstenprojekte produziert.

Validierung praxisrelevanter Marker für die Züchtung klimaangepasster und gesunder Gerstensorten, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Arbeitsgruppe Züchtungsforschung Winter- und Sommergerste (IPZ 2b), Dr. Herz

Ergebnisse

Eine Sammlung von Sommergersten wurde jeweils bewässert und trocken angebaut und auf ihr Wachstum, ihren Ertrag und ihre Qualität untersucht. Die Sorten unterschieden sich sehr gut für die verschiedenen Merkmale und zwischen den Behandlungen. Dadurch konnten in einem vorhergehenden Projekt entwickelte Marker zur Züchtung von an Trockenheit angepassten Gersten näher erforscht werden. Dabei gab es Marker, die gleichzeitig mehrere Merkmale in die gewünschte Richtung beeinflussten und somit für die Züchtung besonders interessant sind. Moderne Sorten und Stämme der beteiligten bayerischen Pflanzenzüchter schnitten in den Feldversuchen am besten ab, was zeigt, dass die bayerischen Züchter schon auf einem guten Weg sind. Durch das Projekt wurde zudem notwendiges Material für die anderen Gerstenprojekte produziert.

Abbildung: Die gleiche Sorte (RGT Planet) im Rollgewächshaus mit und ohne Wasser.

Klimaabhängige Steuerung des Wasserverlustes in Blättern, Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Julius von Sachs Institut für Biowissenschaften, Prof. Dr. Hedrich

Ergebnisse

Pflanzen verlieren Wasser über Spaltöffnungen in den Blättern, deren Weite durch die beiden beteiligten Schließzellen bestimmt wird. Im Projekt wurde gezeigt, dass der das Schließen der Spaltöffnungen bei Gerste anders als bei der Modellpflanze Ackerschmalwand funktioniert. Gersten sind auf das Zusammenspiel von Schließ- und Nebenzellen angewiesen. Bei Gerste wurden die Abschnitte im Erbgut gefunden, welche speziell in Schließ- oder Nebenzellen genutzt werden. Dadurch konnte ein Modell zur Natur und Regulation der Spaltöffnungen bei Gerste aufgestellt und an Zuchtlinien bestätigt werden. Über einen Vergleich von besonders gegenüber Trockenheit empfindlichen und unempfindlichen Pflanzen können nun Marker gefunden und Züchtern zur Verfügung gestellt werden.

Trockenresistente Pflanzen, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Lehrstuhl für Botanik, Prof. Dr. Grill

Ergebnisse

Untersuchungen zeigten, dass Mais bei der Nutzung von Wasser bereits sehr gut ist. Im Gegensatz zu Weizen führt eine Abnahme der Verdunstung an Maisblättern zu deutlich geringerem Wachstum. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse haben große Bedeutung für die praktische Anwendung. Sie weisen darauf hin, dass bei der Zucht von an Trockenheit angepasstem Mais eine andere Strategien als für Weizen gewählt werden muss.

Abbildung: Messungen des Gaswechsels an einer Maispflanze

Schwerpunkt: Symbionten und Schaderreger – Toleranz gegenüber Umweltstress in Zeiten des Klimawandels

Verbesserte Stressresistenz und Phosphataufnahme durch Symbiose, Ludwigs-Maximilians-Universität München, Fakultät für Biologie, Bereich Genetik / Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Professur für Pflanzengenetik, Prof. Dr. Gutjahr

Ergebnisse

Es gelang, die untersuchten Pflanzensorten umfassend zu beschreiben und Linien zu finden, welche insbesondere bei Trockenheit mit natürlichen Pilzen immer noch leistungsfähig waren. Die in diesem Projekt erzielten Daten bilden eine sehr wichtige Grundlage für weitere Untersuchungen.

Abbildung: Mais mit und ohne natürliche Pilze (arbuskuläre Mykorrhiza: AM).

Krankheitsresistenz klimaangepasster Gerstensorten, Technische Universität München, Wissenschaftszentrum Weihenstephan, Lehrstuhl für Phytopathologie, Prof. Dr. Hückelhoven

Ergebnisse

Der Pilzbefall von Gerste nimmt immer mehr zu. Das zeigten Ergebnisse mit Proben von Gersten aus den letzten 50 Jahren. Dies ist ein deutlicher Hinweis, dass hier Veränderungen des Klimas eine große Rolle spielen. Insgesamt zeigte sich ein starkes Zusammenspiel zwischen Trockenheit und dem Auftreten und der Schwere von Pflanzenkrankheiten. Es wurden gegen Krankheiten unempfindliche Gersten gefunden, die eine gute Grundlage für den Anbau unter sich verändernden Bedingungen gerade in Bezug auf den Klimawandel darstellen.

Die detaillierten Ergebnisse des Projektverbunds sind auf der Internetseite BayKlimaFit dokumentiert.

Fördersumme

2,4 Millionen Euro

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