Klimafreundlicher Reis

Neue Reisvariante könnte Weltbevölkerung ernähren, ohne Klima zu belasten

05.08.2015 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Reisfelder sind wahre Methanschleudern - 7 bis 17 % des athmosphärischen Methans stammen von hier. (Bildquelle: © Jialiang Gao; www.peace-on-earth.org/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)
Reisfelder sind wahre Methanschleudern - 7 bis 17 % des athmosphärischen Methans stammen von hier. (Bildquelle: © Jialiang Gao; www.peace-on-earth.org/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0)

Reisfelder sind wahre Methanschleudern. Daher haben Wissenschaftler nun eine Reisvariante entwickelt, die weit weniger Methan produziert als herkömmlicher Reis. Der Haken dabei: Sie ist gentechnisch modifiziert und daher auch in Asien von breiten Bevölkerungsschichten nicht akzeptiert.

Reisfelder gehören zu den größten, vom Menschen verursachten Methanproduzenten weltweit. 7 bis 17 % des atmosphärischen Methans gehen auf ihre Kosten – mit verheerenden Folgen: Atmosphärisches Methan ist nach CO2 das zweitwichtigste Treibhausgas und verantwortlich für 20 Prozent der Erderwärmung seit vorindustrieller Zeit. Zwar fällt Methan mengenmäßig weniger ins Gewicht als Kohlendioxid, dafür ist das Gas deutlich reaktiver (25x mehr) als CO2. Das Gas entsteht bei Zersetzungs- und Fäulnisprozessen unter Luftabschluss durch Mikroorganismen.

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Eine neu entwickelte Reisvariante kann das Klima schützen. Sie produziert vor allem bei warmem Wetter wesentlich weniger Methan als herkömmlicher Reis.

Eine neu entwickelte Reisvariante kann das Klima schützen. Sie produziert vor allem bei warmem Wetter wesentlich weniger Methan als herkömmlicher Reis.

Bildquelle: © Green/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0

Auf Reisfeldern entstehen große Mengen Methan

Grund für den hohen Methanausstoß von Reisfeldern sind der warme, durch stehendes Wasser versiegelte Boden und die Nährstoffe, die von den Wurzeln der Reispflanzen (Oryza sativa) in den Boden abgegeben werden. Beide Faktoren bilden einen idealen Lebensraum für methanbildende Bakterien, die auf Reisfeldern jährlich 25 bis 100 Millionen Tonnen Methan ausstoßen. 80 bis 90 Prozent des auf Reisfeldern gebildeten Methans stammt von Bakterien, die auf den Wurzen der Reispflanzen leben. Dabei löst sich ein Teil des Gases im Wasser und steigt nach oben, ein Großteil des Methans wird jedoch zusammen mit Wasser von den Wurzeln der Reispflanzen aufgenommen, wandert durch die Stängel und Blätter und geht schließlich in die Atmosphäre über.

Methanreduktion durch Entwässerung nicht immer erfolgreich

Es gibt bereits eine Möglichkeit, den Methanausstoß von Reisfeldern erheblich zu reduzieren. Doch der hat seine Tücken: Durch die kurze Entwässerung des Reisfeldes gelangt Sauerstoff in den Boden, der einen Teil der Methan-produzierenden Mikroben verdrängt. Die Methode wird in China bereits angewendet und verbessert sogar die Ernteerträge. Bei unebenen Feldern oder stark beregneten Gebieten funktioniert der Ansatz jedoch nur unzureichend; wird er falsch durchgeführt, kann er sogar die Ernte gefährden.

Fixierter Kohlenstoff fehlt Bakterien

Neue Reisvarianten könnten hier Abhilfe schaffen. Doch wie müssten diese beschaffen sein? Bereits im Jahr 2002 entdeckten Wissenschaftler, dass Reispflanzen mit mehr Reiskörnen weniger Methan produzieren. Der Grund dafür ist einfach: Der Kohlenstoff, der den methanbildenden Mikroben im Boden als Nahrung dient, ist bei diesen Pflanzen in den Körnern und anderen Pflanzenteilen außerhalb des Wurzelbereichs fixiert.

Wissenschaftler aus Schweden haben nun eine neue Reissorte entwickelt, die genau dieses Phänomen widerspiegelt: Ein Gen aus Gerste (Hordeum vulgare), das für einen Transkriptionsfaktor (SUSIBA2) codiert, sorgt bei diesem Reis dafür, dass der Stärkeanteil der Japonica-Reiskörner etwa 87 Prozent ausmacht. Bei herkömmlichem Japonica Reis sind es nur etwa 77 Prozent.

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Ein Gersten-Gen lässt den Stärkeanteil der Reiskörner deutlich ansteigen.

Ein Gersten-Gen lässt den Stärkeanteil der Reiskörner deutlich ansteigen.

Bildquelle: © Green/ wikimedia.org/ CC BY-SA 3.0

Methanausstoß drastisch reduziert

DNA-Sequenzierungen zeigten, dass auf den Wurzeln dieser Reispflanzen weit weniger Methan-bildende Bakterien wachsen als auf konventionellem Reis. Die Messungen im Gewächshaus und auf kleinen Feldversuchen bestätigten, dass die modifizierten Reispflanzen je nach Jahreszeit lediglich 0,3 bis 10 Prozent der Methanmenge von herkömmlichen Reispflanzen ausstießen. Bei höheren Umgebungstemperaturen war der Methanausstoß am geringsten. Das könnte vor allem in Anbetracht des Klimawandels und damit steigenden Temperaturen eine besonders wertvolle Eigenschaft des neuen Reises sein. Ob diese vielversprechenden Werte allerdings auch in groß angelegten Feldversuchen reproduziert werden können, muss sich erst noch zeigen.

Auswirkungen auf das umliegende Ökosystem unbekannt

Ein unabhängiger Forscher äußerte außerdem in einem Kommentar zur Studie Bedenken, dass die geringere Anzahl an methanproduzierenden Bakterien das Ökosystem im Boden durcheinander bringen könnte. Die Auswirkungen seien bisher nicht absehbar. Auch der Nährstoffgehalt der Böden könnte durch die neue Reisvariante in Mitleidenschaft gezogen werden. Wenn der neue Reis weniger Kohlenstoff und andere Nährstoffe in den Boden abgibt, könnten sich Landwirte gezwungen sehen, den Boden mit Stickstoffhaltigem Dünger zu behandeln. Das hierbei freiwerdende Distickstoffmonoxid (N2O) ist ebenso ein Klimakiller wie Methangas.

Lachgas, wie N2O umgangssprachlich heißt, ist zwar nur für wenige Prozent der Triebhausgasemissionen verantwortlich. Auf Grund seiner langen Verweilzeit in der Atmosphäre besitzt dieses Gas eine um fast 300fach höhere Klimarelevanz als C02. In der Tat wiegen die Wurzeln des transgenen Reises etwa 35 Prozent weniger als die konventioneller Reisvarianten. Sterben die Pflanzen ab, bleibt der Mikroorganismen im Boden weniger Biomasse zum Verstoffwechseln.

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Weil Reis viel mehr als nur eine Nahrungspflanze ist, nämlich ein Kulturgut, wird es auch darum gehen, auf die Bedenken und Vorbehalte der Bevölkerung einzugehen.

Weil Reis viel mehr als nur eine Nahrungspflanze ist, nämlich ein Kulturgut, wird es auch darum gehen, auf die Bedenken und Vorbehalte der Bevölkerung einzugehen.

Bildquelle: © Brücke-Osteuropa/wikimedia.org/gemeinfrei

Bevölkerung lehnt gentechnisch veränderte Pflanzen ab

Die größte Herausforderung wird für die Wissenschaftler allerdings sein, Akzeptanz für die neue Reisvariante bei der Bevölkerung zu schaffen. Bisher wird in China noch keine einzige gentechnisch veränderte Reissorte angebaut. Hauptgrund hierfür ist weniger der Mangel an gentechnisch veränderten Varietäten im Forschungsstadium. Reis, in China die Nahrungspflanze Nummer eins, besitzt einen historisch gewachsenen, hohen kulturellen Wert. Das Einbringen artfremder Gene in das Genom von Reis wird als potentielle Gefährdung des Kulturguts und somit als zu riskant angesehen.

Daher werden die Forscher in Zukunft daran arbeiten, ihre klimafreundliche Reisvariante mit herkömmlichen, züchterischen Methoden zu generieren. Das wird allerdings noch weitere 5 bis 10 Jahre in Anspruch nehmen. Mit Hilfe der Gentechnik ist der „Proof of Concept“ – eine generelle Machbarkeitsstudie gelungen, sodass nicht mehr die Nadel im Heuhaufen, sondern gezielt nach benötigten, „natürlich“ entstandenen Variationen gesucht werden kann.

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