Was ist Pflanzenzüchtung?

Was machen Pflanzenzüchter und welche Methoden nutzen sie dafür? Diesen Fragen haben wir ein Spezial gewidmet: Das Plantainment „Let´s grow“! Eine Auswahl von fünf Methoden beschreiben wir hier. Doch zunächst wollen wir etwas ausholen: Wie sahen die Anfänge der Pflanzenzüchtung aus und wie hat sie sich im Laufe der Menschheitsgeschichte entwickelt?

Ein genauer Startpunkt lässt sich nicht ganz genau festlegen, aber seit rund 12.000 Jahren betreibt der Mensch Landwirtschaft. Und eng verknüpft mit dem Anbau von Kulturpflanzen ist auch die Pflanzenzüchtung. Erst sie hat es möglich gemacht, dass wir eine relative sichere und nahrhafte Lebensmittelquelle haben.

Dazu wollen Züchter:

• den Ertrag der Kulturpflanzen kontinuierlich steigern,
• die Qualität der Pflanzen verbessern (z. B. mehr nahrhafte Inhaltsstoffe)
• die Pflanzen gegenüber widrigen Umweltbedingungen wie Trockenheit, Schädlingen und Krankheitserregern widerstandsfähiger machen und
• die Nährstoffverwertung der Pflanzen steigern.

Alles begann mit der Auslese

Der Mensch hat aus Wildpflanzen die heute bekannten Kulturpflanzen gezüchtet. Man begann zunächst mit der bewussten Auslese (Selektion) von Pflanzen aufgrund äußerlich sichtbarer Merkmale (Phänotyp), die dem Menschen nützlich erschienen. So wählten die vorgeschichtlichen Bauern die kräftigsten, geschmackvollsten, schönsten oder ertragreichsten Einzelpflanzen immer wieder aus und bestellten mit deren Samen ihre Felder im nächsten Jahr.

#####1#####

Durch diese Auslese gingen nach und nach typische Wildpflanzenmerkmale verloren und für den Menschen nützliche Eigenschaften reicherten sich an (Domestikation) – sie wurden Teil des Genpools der Kulturpflanzenart. Doch zu der Zeit wusste man noch nichts von Genen, geschweige denn von den biologischen Abläufen innerhalb der Pflanze, die für diese Eigenschaften verantwortlich sind. Ein großes Manko war auch, dass die Selektionszüchtung positive Eigenschaften verschiedener Pflanzen nicht in einer Pflanze gezielt vereinen konnte. Das änderte sich erst Ende des 19. Jahrhunderts mit der Kreuzungs- oder Kombinationszüchtung.

Die Kreuzungszüchtung brachte enorme Fortschritte

Nehmen wir ein vereinfachtes Beispiel: Eine Weizenpflanze zeigt sich besonders ertragreich, ist aber sehr anfällig gegenüber einer Pilzkrankheit. Wenn der Pilz zuschlägt, gehen große Teile der Ernte verloren. Eine andere Weizenpflanze wiederum hat sich als sehr widerstandsfähig gegenüber dem Pilz erwiesen, hat aber keinen so hohen Ertrag. Wie kann man eine Pflanze erzeugen, die beide positiven Eigenschaften hat? Durch gezielte Kreuzung beider Pflanzen! Unter den Nachkommen dieser Pflanzen werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auch Pflanzen zu finden sein, die beide nützlichen Eigenschaften aufweisen.

Dieses Wissen verdanken wir einem Mönch. Mitte des 19. Jahrhunderts formulierte Gregor Mendel (1822 – 1884) die nach ihm benannten Vererbungsregeln (Mendelsche Regeln). Er hatte dazu eigene Kreuzungsexperimente unter anderem mit Erbsen durchgeführt. Eine wichtige Erkenntnis von Mendel ist, dass bei geschlechtlich sich vermehrenden Organismen jeder Elternteil immer nur einen Teil seines Erbguts weitergibt. Daher wird das Erbgut bei den Nachkommen neu kombiniert – und damit kann man bestimmte Eigenschaften zweier Pflanzen in den Nachkommen vereinen. Nachdem sein Wissen zunächst in Vergessenheit geriet, wurden dann ab dem 20. Jahrhundert die von ihm aufgestellten Vererbungsregeln in der Züchtung konsequent angewendet.

Eine solche Neukombination von Merkmalen ist nur möglich, wenn eine Kreuzung zweier Pflanzen der gleichen Art durchgeführt wird. Nur in Ausnahmefällen sind Kreuzungen auch zwischen verschiedenen Arten höherer Lebewesen möglich. Triticale – eine Kreuzung von Weizen und Roggen – oder das Maultier, eine Kreuzung von Pferd und Esel – sind Beispiele für solch seltene Ausnahmen.

Vom Phänotyp zum Genotyp

Anfangs konnte ein Züchter lediglich die äußerlich sichtbaren Eigenschaften einer Pflanze (Phänotyp) erkennen. Erst in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts war man auch in der Lage, die in der DNA verborgenen Erbinformationen einer Pflanze (Genotyp) zu lesen und dieses Wissen gezielt für den Züchtungsprozess zu nutzen. Bestimmte Eigenschaften konnte man dann beispielsweise einem bestimmten Gen oder einer Gruppe von Genen zuweisen und deren Vererbung an die Nachkommen durch Gentests rasch nachweisen. Das hat den Züchtungsfortschritt deutlich beschleunigt.

Am Anfang steht das Korn

Anfang des 20. Jahrhunderts begannen erste landwirtschaftliche Betriebe damit, sich auf die Erzeugung von Saatgut zu konzentrieren und es an Landwirte zu verkaufen. Nach und nach entstanden so spezialisierte Züchtungsbetriebe. Einige existieren noch heute und geben ihr Wissen von Generation zu Generation weiter.

Vielfalt ist Voraussetzung für den Züchtungserfolg

Die Basis jeder Züchtung ist Vielfalt! Auf der Suche nach neuen nützlichen Eigenschaften muss der Züchter auf möglichst viele Pflanzen einer Art zugreifen können, die sich genetisch unterscheiden. Denn je größer die verfügbare genetische Vielfalt ist, umso wahrscheinlicher ist es auch, eine Pflanze mit einer gewünschten Eigenschaft zu finden.

#####2#####

Zu diesem Zweck greift ein Pflanzenzüchter auch auf Wild- und alte Landsorten zurück, da bei modernen Sorten die genetische Vielfalt oft durch den Züchtungsprozess eingeschränkt wurde. Hilfreich sind dabei auch sogenannte Genbanken. Das sind Sammlungen, in denen Samen und Pflanzenmaterial alter Sorten und Wildformen der Kulturpflanzen gesammelt werden – wie in einer Arche Noah.

Es ist mittlerweile auch möglich, die genetische Vielfalt künstlich zu erweitern. Zufällige Mutationen im Erbgut einer Kulturpflanze können beispielsweise durch Behandlung mit Chemikalien oder Strahlen ausgelöst werden (Mutationszüchtung) und dadurch neue Eigenschaften bei den Pflanzen erzeugen. Modernere Methoden wie die klassische Gentechnik ermöglichen es, über Artgrenzen hinweg neue Gene in eine Kulturpflanze zu übertragen. In den letzten Jahren kamen weitere Verfahren hinzu, mit denen kleine Erbgutveränderungen sehr gezielt ausgelöst werden können (Genom Editing).

Methodenauswahl

Anfangs fand Züchtung nur im Zuchtgarten statt. Andere Methoden wie Zell- oder Gewebekulturtechniken verlagerten die Arbeit der Züchter dann schon teilweise in das Labor. Heute dominieren Methoden der computergestützten Gen- und Genomanalyse. Auch Laborverfahren zur gezielten Veränderung einzelner Gene stehen jetzt zur Verfügung und haben das Potenzial, die Züchtung zu revolutionieren.

In unserem Plantainment „Let´s grow!“ haben wir aus der Fülle von Züchtungsmethoden fünf herausgesucht, die exemplarisch die Fortschritte auf diesem Gebiet aufzeigen:

• Hybridzüchtung
• Doppelhaploiden-Technologie
• Grüne Gentechnik
• Markergestützte Selektion
• Genome Editing (Genom-Editierung)

Der lange Weg zur zugelassenen Sorte

Hat ein Züchter eine neue Pflanze mit verbesserten Eigenschaften entwickelt, darf sie noch nicht von Landwirten angebaut werden. Sie muss erst noch als Sorte vom Bundessortenamt zugelassen werden. Dazu prüft das Amt die neue Pflanze in der Regel zwei bis drei Jahre. Sie muss im Vergleich zu bereits zugelassenen Sorten deutliche Verbesserungen aufweisen, beispielsweise höhere Erträge liefern oder widerstandsfähiger gegen Krankheiten sein. Und das schafft nicht jede Pflanze. Nur etwa 15 Prozent der beim Bundessortenamt jährlich geprüften Kandidaten werden am Ende tatsächlich zugelassen. Den Weg dorthin beschreiben wir im Abschlusskapitel unseres Spezials: „Der lange Weg zur zugelassenen Sorte“.

Viel Spaß beim Durchklicken und Einarbeiten! 
Die Redaktion von Pflanzenforschung.de