Die Sorte der Zukunft: nährstoffeffizient, trockentolerant und hoch ertragreich?

Studie belegt: Deutlicher Zuchtfortschritt auch bei niedriger Düngung und reduziertem chemischen Pflanzenschutz

 

Die zukünftig eingeschränkte Verfügbarkeit von Dünger- und Pflanzenschutzmitteln erfordert die Optimierung aller Produktionsfaktoren, um Umweltschutz und Wirtschaftlichkeit profitabel zu verbinden.

Im Rahmen eines integrierten Resistenzmanagements kommt dem Eigenschaftsprofil einer Sorte eine zunehmend größere Bedeutung zu, auch wenn sie den Einsatz chemisch-synthetisierter Mittel nicht vollständig ersetzen kann. Die Sorte der Zukunft muss also gesund, nährstoffeffizient und unter Trockenstress ertragsstark sein.

Andreas Stahl	Dr. Andreas Stahl		Dr. Benjamin Wittkop	Rob Snowdon	Prof. Rod Snowdon
Die Wissenschaftler (alle Justus-Liebig-Universität Gießen)

 

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Welchen Beitrag leistet die Weizenzüchtung?

Es wird oft behauptet, dass fehlender Zuchtfortschritt zu den stagnierenden Weizenerträgen in der Praxis führt. Zudem sollen ältere Sorten widerstandsfähiger sein und sich daher besonders gut für den Anbau unter suboptimalen Bedingungen eignen. Im letzten Jahr widerlegte eine der umfassendsten Studien1 diese oft gestellten Behauptungen. In dieser sind fast 200 Sorten, die in den Jahren zwischen 1966 und 2013 zugelassen wurden, in den Anbaujahren 2014–2015 und 2015–2016 an verschiedenen Standorten in Deutschland unter praxisüblichen Anbaubedingungen nebeneinander geprüft worden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Erträge der Sorten kontinuierlich im Mittel um mehr als 30 kg pro Hektar und Jahr verbessert wurden und über den gesamten Betrachtungszeitraum ein Mehrertrag von rund 1.500 kg bzw. 15 dt pro Hektar allein durch bessere Genetik erzielt wurde! Diese Ergebnisse belegen einen bis heute anhaltenden Zuchtfortschritt, der sich jedoch so in der Praxis nicht wiederfindet. D. h. dass ohne diesen Züchtungsfortschritt mit hoher Wahrscheinlichkeit sogar größere Ertragsrückgänge durch witterungsbedingte oder pflanzenbauliche Einschränkungen zu verzeichnen gewesen wären.

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Der Mythos „Alte Sorten sind gesünder.” ist widerlegt

Das Besondere an der sehr ausführlichen Studie war, dass alle Sorten in jeder Feldprüfung sowohl in einer intensiven pflanzenbaulichen Variante als auch in einer Variante ohne Fungizid- und Insektizideinsatz sowie in einer weiteren Variante mit zusätzlich halbiertem Stickstoffinput (110 kg N/ha) geprüft wurden. In den extensiver geführten Varianten war der erfasste Zuchtfortschritt verglichen mit der intensiven Feldprüfung sogar noch größer. Das äußert sich in allen Qualitätsgruppen (außer C-Weizen) in einem höheren durchschnittliche jährliche Ertragsanstieg (Tab. 1).

Dies weil …

1. neue Sorten eine verbesserte Resistenz gegen die hier untersuchten Krankheiten aufweisen und
2. die Nährstoffeffizienz der neuen Sorten am höchsten ist.

Zusätzlich wurden alle Sorten unter Trockenstress geprüft. Dieser führte im Vergleich zu einer bewässerten Nachbarvariante zu einer durchschnittlichen Ertragsreduktion von rund 2 t/ha. Auch unter diesem spezifischen Frühsommertrockenstress erwiesen sich neuere Sorten als ertragsstärker. Alte Sorten sind also weder gesünder noch unter Trockenstress leistungsfähiger – dies ist ein Mythos!

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Herausforderung: Kombination vieler Einzelmerkmale zu besseren Genotypen

Keine Sorte kann in allen Merkmalen die beste Ausprägung erreichen. Das liegt unteranderem daran, dass viele Eigenschaften durch eine Vielzahl von Genen bestimmt werden. Eine ideale Sorte zeichnet sich immer durch eine ausgewogene Kombination von erwünschten Merkmalen aus. Aber je mehr Zuchtziele im Fokus stehen, desto schwieriger ist der Selektionsgewinn für die Einzelmerkmale. Die Forscher beschäftigt daher die Frage, wie hunderte Erbgutabschnitte der 42 Weizen-Chromosomen durch Kreuzung so miteinander kombiniert werden können, dass zeitnah noch bessere Genotypen erreicht werden. Die theoretisch mögliche Anzahl der Kombinationen übersteigt dabei jedoch die tatsächlich realisierbaren Kreuzungen und Feldprüfungen um ein Vielfaches.

Molekular-diagnostische Labormethoden und computerbasierte Vorhersagemodelle sollen die Pflanzen­züchtung dabei unterstützen, der Praxis zukunftstaugliche Weizensorten zur Verfügung zu stellen.

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Verzahnung von Forschung und Züchtung – so sehen das Getreidezüchter:

Martin Kirchhoff I „Auch in Zukunft gibt es keine ‚eierlegende Wollmilchsau’ – Sorten müssen vielfältig sein.” Der Züchter: Dr. Martin Kirchhoff Nordsaat Saatzucht GmbH

 

Die Erkenntnisse aus diesem Projekt können uns Züchtern auch in Folgeprojekten weiterhelfen. So ist die Nordsaat ein Partner bei dem Forschungsvorhaben HaploSelekt. Dieses hat zum Ziel, Genomabschnitte (Haploblöcke) zu identifizieren, die einen positiven Einfluss auf Ertragsleistung und Trockentoleranz haben. Im Anschluss werden dann im Rahmen dieses Forschungsprojektes besonders positive Haploblöcke mithilfe der genomischen Selektion in Elitematerial angereichert, um so neue, umweltstabile Hochleistungssorten zu entwickeln.

Aber bei allem Fortschritt: Die „eierlegende Wollmilchsau“ wird es auch zukünftig nicht geben. So vielfältig unsere Umweltbedingungen sind, so vielfältig müssen auch unsere Sorten sein.

 

Es gibt nicht die eine optimale Sorte für die eine zukünftige Umwelt. Die letzten beiden Jahre haben gezeigt, dass vermeintlich geringe Unterschiede zwischen den Jahren – 2018 extrem trocken, 2019 trocken und dazu ungewöhnlich heiß – ganz unterschiedliche Sortentypen begünstigen.

Für uns Züchter heißt das, wir müssen in unserer Genetik breit aufgestellt sein, um unter den zukünftigen, im Detail noch unbekannten Umweltbedingungen die besten Sorten zu selektieren. Sicher ist schon jetzt: Diese Sorten müssen möglichst umweltstabil und hoch leistungsfähig sein.

Das dieser Ansatz erfolgreich ist, hat das Projekt BRIWECS gezeigt: Unter allen Umweltbedingungen waren immer die neuen Sorten die besten.

Matthias Rapp Ulrike Avenhaus II „Trotz intensiver Züchtung ist die genetische Vielfalt in modernen Sorten vorhanden.” Die Züchter: Matthias Rapp                                                     Ulrike Avenhaus W. v. Borries-Eckendorf GmbH & Co. KG

 

Große Stellschrau­ben in der Pflanzen­züchtung, sind die Auswahl geeigneten Ausgangsmaterials (Kreuzungseltern) und die Art der Selektion. Die Studie zeigte, dass trotz intensiver Auslese und Selektion die genetische Vielfalt in modernen Sorten nicht zurückgegangen ist.

Der Erhalt der genetischen Vielfalt basiert unter anderem auf der großen Durchmischung von Zuchtmaterial unterschiedlicher Züchterhäuser. Mit Blick auf die zunehmend milden niederschlagsreichen Winter und heißen trockenen Sommer kann man z. B. französische Weizensorten einkreuzen. Ein anderer Ansatz ergab sich in einem Forschungs­projekt², bei dem in einer chinesischen Weizensorte mit verbessertem Wurzelwachstum eine dafür verantwortliche Genregion detektiert werden konnte. Unter Zuhilfenahme von genetischen Markern wird nun in einem Folgeprojekt³ versucht, dieses Merkmal in moderne Weizensorten zu übertragen.

Die Art der Selektion während des Zuchtprozesseses ist ebenfalls relevant. Dass moderne Sorten auch unter Stressbedingungen deutlich überlegen waren, liegt auch daran, dass wir Züchter unser Zuchtmaterial europaweit an Stressstandorten testen. Unser europaweites Testnetzwerk ist so ausgelegt, dass wir möglichst viele Stressbedingungen erfassen.

In der Studie wiesen alte Weizensorten im Schnitt einen leicht höheren Proteingehalt auf, die Proteinqualität jedoch war bei den modernen Sorten deutlich besser! Diesen Zuchtfortschritt gilt es weiter fortzusetzen, denn durch die reduzierte N-Düngung (Düngeverordnung) ist in Zukunft mit einem Rückgang der Proteingehalte bei Weizen zu rechnen. Wir beteiligen uns daher an dem Forschungsprojekt „Betterwheat“⁴. Hier wird unter anderem die Proteinzusammensetzung von Weizen an unterschiedlichen Anbauorten in einer noch nie zuvor erreichten Tiefe analysiert und nach Möglichkeiten gesucht, die Proteinqualität weiter zu optimieren.

Die Basis zukünftigen Zuchtfortschritt liegt in der genetischen Vielfalt!

 

Wessam Akel III „Neue Techniken als praktikable und leistungs­fähige Ansätze in den Zuchtprogrammen” Der Züchter: Dr. Wessam Akel Strube Research

Genomische Selektion auf Krankheitsresistenz

Die Resistenz von Sorten wird immer wichtiger, denn gegen viele Krankheitserreger stehen immer weniger Wirkstoffe zur Verfügung, diese verlieren an Wirksamkeit oder ihre Wirksamkeit ist eher begrenzt (z. B. Fusarium). Die Züchter arbeiten intensiv daran, die genomische Selektion als Instrument in ihrem Zuchtprogramm zu etablieren. Mit der Einführung der genomischen Selektion für den Ertrag und andere agronomische Merkmale werden ganze Genom-Markerprofile für den gesamten Satz von Zuchtlinien zur Verfügung stehen. Diese Technik stellt auch mit Blick auf die Selektion auf Resistenzgenotypen einen praktikablen und leistungsfähigen Ansatz in den Zuchtprogrammen dar.

Frühzeitige Warnung vor Weizenrost

Darüber hinaus ist Strube Partner des Projekts „Getreide­Protekt”, das assoziiert ist mit dem EU-Projekt „Rustwatch”. Diese Frühwarnkampagne hat zum Ziel, vorrangig den Status von Gelb-, Braun- und Schwarzrost in Weichweizen, Hartweizen und Triticale in Europa zu ermitteln. So sollen u. a. schnellere und effizientere Diagnosemethoden entwickelt werden, um neue Rostrassen und Genotypen aufzuspüren. Zur Vermeidung bzw. Vorhersage von Epidemien ist es wichtig zu wissen, wie sich diese Schaderreger an veränderte Umwelten (z. B. Temperatur, Veränderungen in der Landwirtschaft) anpassen und wie aggressiv sie sind. Mithilfe der Analysen sollen die Auswirkungen der Diversifizierung der Roste erkannt werden, um neue Resistenzgene in der Züchtung einzusetzen.

So werden zukünftig die Sorten dazu beitragen, Rostepidemien zu verhindern bzw. einzugrenzen.⁵

 

Weitere Verweise und Informationen zu genannten Forschungsprojekten finden Sie hier:

Die Ergebnisse entstammen dem vom BMBF geförderten BRIWECS-Konsortium (www.briwecs.de). 1 Originalpublikation: Kai P. Voss-Fels, Andreas Stahl, Benjamin Wittkop, Carolin Lichthardt, Sabrina Nagler, Till Rose, Tsu-Wei Chen, Holger Zetzsche, Sylvia Seddig, Mirza Majid Baig, Agim Ballvora, Matthias Frisch, Elizabeth Ross, Ben J. Hayes, Matthew J. Hayden, Frank Ordon, Jens Leon, Henning Kage, Wolfgang Friedt, Hartmut Stützel and Rod J. Snowdon (2019): Breeding improves wheat productivity under contrasting agrochemical input levels. doi:10.1038/s41477-019-0445- 2 Verbundprojekt: Genombasierte Analyse des Weizen/Fusarium Pathosystems für die Entwicklung von gesunden Nahrungs-und Futtermitteln (FUSRESIST); Projekt des PTJ/BMBF; Projektnummer: G 150/14BMBF 3 Verbundprojekt: Weizen in effizienten Fruchtfolgen im Zusammenspiel einer idealen Erschließung von Nährstoffen (WinEffizient) – Teilprojekt 4; Projekt des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (ptble); Förderkennzeichen 281B201716, https://service.ble.de/ 4 Verbundprojekt: Genomisch-proteomische Grundlagen und Umweltabhängigkeit der qualitäts- und gesundheitsrelevanten Eigenschaften bei Weizen für innovative neue Sorten und Produkte (BETTERWHEAT) - Teilprojekt 3; Projekt des BMEL, betreut durch den Projektträger BLE (ptble); Förderkennzeichen 2818405C18, https://service.ble.de/ 5 https://agro.au.dk/forskning/projekter/rustwatch/wheat-rust-early-warning/