Die Suche nach den Supersorten - Pflanzenzüchtung - Strube Saatgut
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Pflanzenbau
Pflanzenzüchtung
Die Suche nach den
Supersorten
Mit einer Verlängerung des Schweizer Gentechnik-Moratoriums dürften weiterhin
keine gentechnisch veränderten Organismen in der Schweiz in Umlauf gebracht werden.
Die klassische Pflanzenzüchtung erschafft unermüdlich verbesserte Pflanzen – ohne
Gentechnik. Was kann sie mit ihren Methoden noch erreichen und worin liegen neue
Herausforderungen?
D
as Schweizer Gentechnik Mo- sich die Gene in dieser Umwelt aus- Feldversuche. Seit den 2000er-Jahren
ratorium verbietet seit 2005, wirken. Nachkommen dieser Pflanzen sind molekulare und statistische
dass Organismen in Verkehr sind eventuell schlechtere Biomasse- Methoden vorhanden, die den Züch-
gebracht werden, welche mit Hilfe produzenten, da sie die Gene gar terinnen und Züchtern die Arbeit
gentechnischer Methoden erschaffen nicht vererbt bekommen haben oder e twas erleichtern. Vor allem Eigen-
wurden. Der Bundesrat strebt an, es die Elternpflanze ein optimales Jahr schaften, die durch wenige, bekannte
2021 ein viertes Mal zu verlängern. «erwischt» hatte. Für mehr Sicherheit Gene gesteuert werden, sind im Labor
Bei den Beratungen werden auch die braucht es immer noch jahrelange recht sicher vorhersagbar.
«Neuen Pflanzenzüchtungsmetho-
den» diskutiert (Tabelle). Diese dür-
fen nur in der Forschung angewendet Beispiele «Neue Pflanzenzüchtungsmethoden»
werden. Ungeachtet dessen, arbeitet Methode Beschreibung Beispiele*
die klassische Pflanzenzüchtung Cisgene Pflanzen Übertragung isolierter Gene Apfelschorfresistenz aus
schon lange auf Ziele hin, welche von derselben Gattung. Wildäpfeln
durch diese Methoden effizienter er- RNAi Silencing Genutzt wird ein natürlicher Kartoffeln bilden weniger
reicht werden sollen. Abwehrmechanismus gegen Acrylamid
Viren. Gene werden ausge-
schaltet.
Gene sind immer beteiligt Bild oben:
Genomeditierung (CRISPR- Entspricht der Immun Erdnüsse ohne Allergene
Produziert eine Pflanze viel Biomasse, In der Weizenzüchtung
Cas9 und weitere) abwehr von Bakterien.
dann liegt das einerseits an einer bei Agroscope Changins
Zielgerichtete Mutationen,
werden jährlich bis
Vielzahl von Genen, deren Variatio- bei denen die DNA an
einer bestimmten Stelle
zu 25 000 Weizenlinien
nen und Kombinationen. Wie gut visuell vom Züchter
zerschnitten wird.
eine Pflanze auf dem Feld ist, hängt beurteilt.
*Oft sind mehrere Methoden möglich, um an dieses Ziel zu kommen
aber auch von der Umwelt ab und wie Bild: Carole Parodi, Agroscope.
UFA-REVUE 4|2021 27
Pflanzenbau
Züchterblick in die Zukunft
Linienzüchtung beim Weizen (DSP; Delley, FR) etwa neun Jahre.
Die ersten Jahre nach der Kreuzung Der Einsatz von verschiedenen Tech-
sucht der Weizenzüchter Pflanzen nologien hat riesige Steigerungen in
mit den besten Eigenschaften aus. In der Herstellung von Linien (Dop-
diesem Zeitraum sind sie Anbaume- pelhaploiden-Methode) und der
thoden unter örtlichen Bedingungen Durchführung von Ertragsprüfungen
ausgesetzt. Die zweite Phase dauert (Saatt echnik, Erntetechnik, Digita
fünf Jahre und mehr. Hier wird die lisierung) ermöglicht. Molekulare
Leistung der Linien dieser Pflanzen Methoden haben die Zucht noch wei-
Futterpflanzenzüchter
(Nachkommen aus Selbstbefruch- ter beschleunigt. Die kostenintensive Dr. Christoph Grieder
tung) schweizweit geprüft. Dabei genomische Selektion wird bei grös Agroscope in Zürich, Reckenholz (ZH)
werden Toleranzen gegen Stress wie seren Unternehmen vermehrt routi-
Trockenheit und Resistenzen, gegen nemässig eingesetzt. Wegen dem
Krankheiten und Insektenbefall ge- starken Wettbewerb und dem hohen Welche Klar die Trockentoleranz. Deshalb setzen
sucht. Beim Weizen werden zudem Technologieeinsatz, beschränkt sich Zuchtziele wir zum Beispiel Raigräser in Plastiktun-
werden in neln gezielt Trockenheit aus. Rohrschwin-
die Backqualität und der Ernährungs- heute die Maiszüchtung nur noch auf
der Zukunft gel und Knaulgras sind trockentolerantere
wert betrachtet. Agroscope setzt in wenige Unternehmen. wichtig? Arten. Diese versuchen wir besser verdau-
der Weizenzüchtung seit 2017 die lich zu machen und für den Schweizer
genomische Selektion ein (Selektion Klonzüchtung bei der Kartoffel Anbau anzupassen.
anhand eines Wertes, der aus der Kartoffeln werden vegetativ über die
Genomanalyse berech- Knollen vermehrt . Da-
net wurde). Wichtig durch sind alle Nachkom-
bleibt: Ohne genetische Die Kartoffel men Klone der Mutter-
Ist noch Bei Futterpflanzen berechneten wir eine
eine grosse Ertragssteigerung von drei bis vier Prozent
Vielfalt kann die Züch- wird immer pflanze. Die Kartoffel Leistungs pro Dekade. Bei diesem Wert bleibt es
tung nicht arbeiten. Um wird immer noch fast ge-
mehr Vielfalt zu haben,
noch fast nauso gezüchtet wie vor
steigerung
möglich?
wohl, obwohl die Sommertrockenheit
den Fortschritt bremsen könnte. Wir hof-
nutzt man auch ver- genauso hundert Jahren: Nach ei- fen aber, in Zukunft den Zuchtfortschritt
durch die Verwendung der genomischen
wandte Arten. Dies bie- gezüchtet ner Kreuzung werden aus Selektion steigern zu können.
tet sich bei Weizen an, den Samen Pflanzen ge-
da er aus drei Arten ent-
wie vor zogen und deren Knollen
standen ist. Beobachte- 100 Jahren. dann vegetativ vermehrt.
te oder provozierte Diese Nachkommen wer- Bei welchem Futtergräser weisen eine geringe Samen-
Mutationen, wie die Kurzstroh- den getestet und über Jahre immer Zuchtziel festigkeit auf, so fallen die reifen Samen
wären Gen schnell zu Boden. Würde das entschei-
Eigenschaft , sind auch hilfreich. wieder selektiert. Wichtige Eigen-
technik / die dende Gen ausgeschaltet oder modifi-
A ktuell dauert es mindestens zwölf schaften sind abhängig von den vier Neuen Zucht ziert, könnte die Samenfestigkeit und
Jahre von den ersten Schritten, bis Marktsegmenten Speise, Chips, Pom- methoden somit der Saatgutertrag schnell verbessert
eine Sorte beim Händler ist. mes und Stärkegewinnung. Je nach am relevan werden.
Segment spielen Verarbeitungs testen?
Hybridmaiszüchtung eignung, Optik, Inhaltsstoffe oder
Bei der Hybridmaiszüchtung werden Lagere ignung eine stärkere Rolle,
Linien der besten Hybride unterein- und je nach Anbaugebiet sind unter-
ander gezielt gekreuzt. Die Linien zu schiedliche Resistenzen relevant .
entwickeln ist zeitintensiv und auf- Tatsächlich gibt es mehr als 50 rele-
wendig, da Pflanzen immer wieder vante Merkmale, die Kartoffelzüch-
selbstbefruchtet werden müssen und ter bei der Selektion berücksichti-
Würde Gen Bei Futterpflanzen braucht es noch weite-
sich die Leistung dabei oft verschlech- gen. Es dauert etwa 15 Jahre von der technik / Neue re Grundlagenforschung. Es würde also
tert. Mais ist im Gegensatz zu Weizen Kreuzung bis zur Marktreife einer Züchtungs noch einige Jahre bis zur Anwendung
nämlich auf Fremdbefruchtung aus Sorte. Dieser langwierige Prozess ist methoden dauern.
gerichtet. Zuchtziel Nummer eins ist der geringen Vermehrungszahl ge- breit erlaubt,
würde das bei
der Ertrag, gefolgt von Reifezeitpunkt schuldet (etwa 10 Knollen pro Pflan-
Ihrer Kultur
und der Futterqualität der Silage bei ze) und dem grossen Aufwand zur eine schnelle
Silomais. Von der Erstellung der ers- Gesunderhaltung der Bestände. Das Anwendung
ten Kreuzungen bis zur Sorte braucht Risiko, Infektionen mit Viren oder finden?
es bei Delley Samen und Pflanzen Bakterien über die Knollen weiterzu-
28 UFA-REVUE 4|2021Pflanzenbau
Weizenzüchter Maiszüchter Kartoffelzüchterin Zuckerrübenzüchter
Dr. Dario Fossati Dr. Alexandre Strigens Dr. Vanessa Prigge (ehemals) Dr. Michael Stange
Agroscope in Changins (VD) Delley Samen und Pflanzen AG, SaKa Pflanzenzucht, Windeby (DE); Strube, Söllingen (DE)
Delley (FR) Im Verbund der Solana-Gruppe. Bereichsleiter Produktmanagement und
Agroservice Zuckerrübe; Dozent an der HAFL.
Die Anpassung an Trocken- und Hitze Ertrags-Stabilität sowie Hitze- und Mit Convenience Food ist ein neues Resistenzen gegen Vergilbungsviren und
stress gewinnt an Relevanz. Aber die Trockenheitstoleranz nehmen an Marktsegment entstanden. Toleranzen auch SBR (Syndrome Basses Richesses)
Klimaänderung hat auch Einflüsse auf die Wichtigkeit zu. Eine rasche Jugend gegen Trockenheit, Hitze und Über- sind gesucht. Die Relevanz von Hitze und
Qualität und auf den Stress durch neue entwicklung und Bodendeckung für schwemmung sowie Resistenzen gegen Trockenheit steigt, auch aufgrund des
Pathogene oder Veränderungen des den Anbau ohne Herbizid wird neue Krankheiten stehen im Fokus. einhergehenden, steigenden Befalls mit
Krankheitsdrucks bei existierenden zudem wichtig. Genauso wie Virus- und Insekten Cercospora und Rizomania. Es ist das
Krankheiten. resistenzen, da viele Pflanzenschutzmittel Ziel, stabile und hohe Erträge unter sich
wegfallen. ändernden Umweltbedingungen auch
ohne chemischen Pflanzenschutz, sicher-
zustellen.
Es gibt schon jetzt Regionen in der Welt, Zurzeit wachsen die Mais-Erträge um ein Durch die große Anzahl relevanter Merk- Der Zuchtfortschritt bei der Zuckerrübe
wo die negativen Effekte des Klimas Prozent pro Jahr und es scheint nicht male ist die Selektionsintensität je Merk- liegt aktuell bei etwa ein bis zwei Pro-
stärker sind als die erzielten genetischen abzunehmen. Ein Teil der Steigung be- mal recht gering und entsprechend auch zent Zuckerertragssteigerung pro Jahr. Es
Fortschritte. Die Getreideerträge in Euro- ruht auf der globalen Erwärmung, doch die Leistungssteigerung geringer als bei ist davon auszugehen, dass dieser auch in
pa stagnieren seit dem Jahr 2000. Mit der grösste Beitrag bleibt die Züchtung. anderen Kulturarten. Jahrzehntelange den nächsten Jahren auf dem hohen
dem Klima mitzuhalten und gleichzeitig Da dauert es noch, bis der Fortschritt Züchtung auf Frühreife und Krankheits Niveau bleibt, da gerade die intensive
die wachsenden Anforderungen der stagniert. Bei der Futter-Qualität sieht es resistenz ermöglichen heute hohe Knol- Toleranzzüchtung die Sorten weniger
Branche einzubeziehen, wird immer anders aus, da hier ein Optimum zwi- lenerträge schon nach deutlich kürzerer anfällig gegenüber Krankheiten macht.
schwieriger. schen Stängelstabilität, Kolben-Anteil Vegetationszeit sowie unter Krankheits- Beim Zuckergehalt wird sich langfristig
und Restpflanzen-Verdaulichkeit gesucht druck. ein Plateau einstellen, da dieser physio-
wird. logisch bedingt nach oben begrenzt ist.
Es könnten Merkmale eingebaut werden, Ich sehe Potenzial bei Qualitätsmerkma- Nur wenn ein einzelnes oder wenige Es wäre relevant bei Toleranzen oder Ei-
wie dies mit der klassischen Züchtung gar len wie der Verdaulichkeit und dem Gene eine Eigenschaft prägen und es die genschaften, die durch wenige Gene ver-
nicht oder fast nicht machbar ist. Sehr Nährstoffgehalt sowie bei Krankheitsre- gewünschte Variabilität im vorhandenen erbt werden. Daher läge der Fokus nicht
nützlich wäre es, negative Merkmale wie sistenzen zum Beispiel gegen Fusarium Material nicht gibt, kann die Gentechnik auf komplexen Merkmalen wie dem Er-
Allergene auszuschalten. Den Ertrag zu und Helminthosporium. Etwas schwieri- einen Fortschritt bringen. trag.
verbessern ist wahrscheinlich schwieriger, ger wegen der Merkmalkomplexität, aber Geringe Acrylamid-Gehalte bei den Verar-
weil er durch sehr viele Gene beeinflusst von hohem Interesse, wären Geneditie- beitungssorten sind eine Herausforde-
wird. rungen die für eine grössere Stresstole- rung, da Eingriffe in den Kohlenhydrat-
ranz gegenüber Hitze, Dürre, Stickstoff- und Aminosäurestoffwechsel nötig sind.
und Phosphorlimitation sorgen würden. Hier könnten gezielte Genomveränderun-
gen sehr hilfreich sein und werden in den
USA auch schon gemacht. Für eine dauer-
hafte Phytophthora-Resistenz durch Kom-
bination mehrerer Resistenzgene oder
dem Ausschalten von Anfälligkeitsfakto-
ren wäre es ebenfalls nützlich.
Es gibt im Ausland im Labor schon erfolg- In den USA steht schon eine ganze Palet- Durch Forschungskooperationen sind wir Die Neuen Züchtungsmethoden würden
reiche Beispiele für den Nutzen der Neu- te an entwickelten Gentech-Maissorten intensiv daran beteiligt, Züchtungstech- in der Zuckerrübenzüchtung schnell Ein-
en Zuchtmethoden im Weizen. Wahr- parat. Ob all diese eingefügten Merkma- niken wie die Genomdeditierung zu eta- zug halten, da sich diese auch ohne gros
scheinlich wird nächstes Jahr in England le einen Nutzen in der Schweiz hätten, blieren. Nach der rechtlichen Klärung sen Aufwand und Budgets für mittelgros
ein Weizen mit geringerem Acrylamid- mit unseren tendenziell weiten Fruchtfol- wären wir bereit, durch gezielte Mutatio- se Züchtungsunternehmen umsetzen
Risiko im Brot geprüft. Wenn ein Merk- gen, ist fraglich. Bei der Genomeditie- nen massgeschneiderte Kartoffelsorten lassen. Bis allerdings solche Sorten im
mal erstmal in einer Sorte drin ist, kann rung ginge es sicher noch etwas länger, zu entwickeln. konventionellen Anbau wären, würde
diese dann als Elter für klassische Kreu- bis nützliche Ziel-Gene mit effektiver dennoch einige Zeit vergehen.
zungen genutzt werden. Wir hätten das Wirkung gefunden würden. Es ist ein
nötige Know-how, diese Methoden rasch grosser Schritt zwischen Labor und Feld.
einzusetzen.
UFA-REVUE 4|2021 29Pflanzenbau
vergehen von der ersten Kreuzung
bis zur fertigen Sorte etwa zehn Jah-
re. Molekulare und biotechnologi-
sche Methoden sind Standard und
haben die Züchtung optimiert.
Populationszüchtung bei
Futterpflanzen
Bei Futterpflanzen werden aus einer
grossen Population die besten Pflan-
zen ausgewählt. Nur diese dürfen
sich gegenseitig befruchten und
Nachkommen erzeugen. Dieser
Schritt kann mehrfach wiederholt
Pollen einer Rotkleepflanze wird gesammelt, um damit eine andere Pflanze gezielt werden. Die Nachkommen bilden
von Hand zu bestäuben. Bild: Simone Günter, Agroscope dabei dann eine potenzielle neue
Sorte. Wichtig sind Futterertrag,
Ausdauer und Qualität der Biomasse
tragen, ist hoch. Es gibt Ansätze in Hybridzuckerrübenzüchtung (vor allem Verdaulichkeit). Resisten-
Richtung Hybridzüchtung. Die Ver- Beginnt die Arbeit an einer neuen zen gegen Rostpilze und Bakterielle
mehrung geschähe dann über Samen Zuckerrübensorte, wird ein soge- Welke (bei Gräsern) oder gegen den
und würde viele Nachteile ausmer- nannter Eliteelter mit einer Pflanze Südlichen Stängelbrenner und Klee-
zen. Molekulare Nachweismethoden, gekreuzt, die eine gewünschte Tole- krebs (bei Klee) sind zudem gesucht.
besonders von Resistenzen, haben ranz- oder Resistenzeigenschaft be- Der Saatgutertrag ist wirtschaftlich
die Selektion in der Kartoffelzüch- sitzt. Selbstbefruchtung wird durch sehr wichtig und daher schenkt Ag-
tung verbessert. ein System mit männlich sterilen rosocope diesem Merkmal vermehrt
Pflanzen verhindert. Die Nachkom- Beachtung. Es dauert gut und gerne
men werden auf die erwünschte Ei- 18 Jahre nach der ersten neuen Kreu-
genschaft mit Marker- und Biotests zung, bis der Landwirt zertifiziertes
überprüft . Aus den s elektierten Saatgut einer Sorte kaufen kann. Es
Sind konventionelle Züchtungen Pflanzen werden dann gibt auch international
auch gut im Bioanbau? Testhybriden erstellt, die Bestrebungen Hybrid-
In der Realität ist es so, dass bei Weizen etwa die Hälfte des verkauf-
lange Selektionsphasen Ohne gene sorten zu entwickeln.
ten, zertifizierten Saatguts im Bioanbau konventionelle Sorten sind.
mit intensiven Feldtests tische Vielfalt Seit über einem halben
durchlaufen. Zuchtziele Jahrhundert wird bei
Bei Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln gedeihen konventionelle Sorten
ebenfalls gut unter Biobedingungen. Im Futterpflanzenbereich sind in der Zuckerrübe hän-
kann die Futterpflanzen die
die Grenzen zwischen den Anbauformen fliessend, da hier generell gen mit der Wettbe- Züchtung nicht Möglichkeit zur Ver-
kaum Pflanzenschutz betrieben wird und die Düngung teils organisch
erfolgt.
werbsfähigkeit und einer arbeiten. doppelung des Ge-
nachhaltigen Zuckerpro- noms durch das Zell-
Die Zuchtziele für beide Anbauformen sind überwiegend gleich. Aller-
duktion zusammen. Dazu gift Colchizin (Alkaloid
dings kann die Gewichtung unterschiedlich sein. So liegt der Fokus für
den Bioanbau noch einmal besonders auf einem starken, homogenen gehören Ertrags
s tabilität, auch ohne aus Herbstzeitlosen) angewendet.
Feldaufgang, einer schnellen Jugendentwicklung und einem zügigen chemischen Pflanzenschutz, Zucker- Die so erzeugten Sorten zeichnen
Bestandesschluss. Dies ist essentiell, um das Unkraut zu unterdrücken gehalt sowie Cercospora-, Rizomania- sich, abhängig von der Art, durch ein
und Krankheiten zuvorzukommen. Im Falle von Zuckerrüben, sollten und Nematodentoleranz. Resisten- höheres Ertragsvermögen sowie eine
bei einer frühen Ernte schon hohe Zuckergehalte erreicht werden, da
zen gegen Vergilbungsviren und SBR bessere Verdaulichkeit aus. Moleku-
die Biozuckerrübenkampagne in den Fabriken meist schon im Septem-
ber startet. In der Zucht von Biokartoffeln wiederum, wird besonders (Syndrome Basses Richesses) sind lare Methoden werden bei Agro-
an Resistenzen gegen Krankheiten wie der Kraut- und Knollenfäule seit dem Verbot der Neonicotinoid- scope bisher genutzt, um die Kro-
oder Rhizoctonia (Wurzeltöterkrankheit) und gegen Schädlinge wie beizung doppelt wichtig. Eine Stress nenrostresistenz von Italienischem
dem Drahtwurm gearbeitet. Eine Resistenz gegen die Kraut- und toleranz gegen Hitze und Trocken- Raigras zu verbessern. n
Knollenfäule konnte nach jahrzehntelanger Arbeit aus Wildarten in
heit gewinnt ebenfalls an Relevanz,
neue Sorten überführt werden.
da sie den Krankheitsbefall verstär-
Viele konventionelle Zuchtprogramme setzen darauf, auch unter Bio-
ken können. Bis Zuckerrübenpro Autorin
bedingungen zu testen, um dafür geeignete Sortenkandidaten nicht zu
duzenten von der züchterischen Her- Dr. Katharina Kempf, UFA-Revue,
verpassen. 8401 Winterthur
kulesarbeit profitieren können,
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