Quinoa für Deutschland

Rund 6.500 Tonnen Quinoa wurden im Jahr 2024 nach Deutschland importiert – doppelt so viel wie zehn Jahre zuvor. Die wachsende Nachfrage hat auch zu einem zunehmenden heimischen Anbau geführt, doch noch immer produzieren lediglich einige Dutzend Betriebe auf deutschen Feldern Quinoa. Der Grund ist einfach: „Quinoa ist wenig domestiziert und gezüchtet“, berichtet Karl Schmid, Pflanzenforscher an der Universität Hohenheim. Zudem stammt das Pseudogetreide aus Südamerika und ist kaum an deutsche Anbaubedingungen angepasst. Das macht es für Züchter wie für Landwirte bislang wenig attraktiv.

Mehrwerte durch Erweiterung der Fruchtfolge

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Schmid will das im Team mit Kolleginnen und Kollegen der Universitäten Hohenheim, Göttingen und Kiel sowie des Julius-Kühn-Instituts ändern. Denn Quinoa könnte als zusätzliche Art in der Fruchtfolge das Nahrungsspektrum erweitern und zugleich zum Pflanzenschutz beitragen, indem Krankheitserreger nicht immer auf dieselbe Kultur treffen. Außerdem würde das Pseudogetreide die Bodengesundheit fördern und die Artenvielfalt, insbesondere im Hinblick auf Bestäuber, erhöhen. „Quinoa produziert viel Pollen und ist sehr insektenfreundlich“, sagt Schmid.

Die Projektpartner

• Universität Hohenheim: Prof. Dr. Karl Schmid
• Christian-Albrechts-Universität zu Kiel: Prof. Dr. Remco Stam, ​​​​​​Dr. Seyedeh Nazgol Emrani
• Julius Kühn-Institut: Dr. Til Feike
• Georg-August-Universität Göttingen: Prof. Dr. Michael Rostás

Nicht zuletzt setzt die gestiegene Nachfrage in Europa die Märkte in den südamerikanischen Herkunftsländern unter Druck: In einigen Regionen können sich die Menschen Quinoa schon nicht mehr als Grundnahrungsmittel leisten.

Ein erster Schritt, um Quinoa in Deutschland zu etablieren, ist das von Schmid geleitete Forschungsprojekt „Quinoa für zukünftige diversifizierte Agrarsysteme“ (Q4F). Am Ende soll ein genomisches Modell stehen, das optimale Kreuzungen vorhersagen kann, um Sorten zu entwickeln, die ertragreich und umweltstabil sind. „Dann können Züchter sagen: Da sind gute Vorarbeiten, darauf können wir aufbauen“, erläutert Schmid. „Und Landwirte sollen sagen können: Das ist spannend, das wollen wir ausprobieren.“

Wuchsform und Ertrag stark abhängig von Umweltfaktoren

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Obwohl Quinoa von Natur aus gut an extreme Umweltbedingungen angepasst ist, steht die Züchtungsforschung vor großen Herausforderungen: „Quinoa ist stark abhängig von der Photoperiode – generell von Umweltbedingungen“, erklärt Schmid. Äußere Faktoren beeinflussen die Morphologie der Pflanze und führen zu schwankenden Erträgen.

„Eine ideale Kulturpflanze wie Mais hat einen starken Stängel, daran ein oder zwei Kolben mit hohem Ertrag“, beschreibt Schmid das Zuchtziel. Quinoa hingegen bildet bei einigen Genotypen eine Rispe, die sich stark verzweigt und mehrere Sprosse hervorbringt. Das erschwert die Ernte, verursacht hohen Biomasseanteil ohne Korn und senkt den Ernteindex. „Aufgrund der anderen Tageslänge und des anderen Klimas brechen die starken Verzweigungen bei uns in Deutschland besonders durch“, erläutert Schmid die regionale Herausforderung.

Anpassung an regionale Krankheiten und Schädlinge

Das Klima ist jedoch nicht das einzige Problem, wenn eine Kulturpflanze neu eingeführt wird: In der Regel fehlt ihr auch die Resistenz gegen lokale Krankheitserreger und Schädlinge. Die Weißstängeligkeit (Sclerotinia), die etwa bei Raps große Schäden verursacht, könnte vermutlich auch Quinoa befallen. Ein weiteres Problem dürften Blattläuse sein.

„Wir wollen nach genetischer Variation suchen, die Resistenzen gegen Krankheitserreger und Insekten bewirkt“, sagt Schmid. Grundlage dafür ist Genbankmaterial von mehr als 600 Landsorten aus Südamerika, ergänzt um erste Kreuzungen daraus sowie rund 15 europäische Sorten. Die unterschiedlichen Akzessionen werden unter Konkurrenz- und Umweltvariationen sowohl im Feld als auch in Töpfen angebaut.

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Die Pflanzenaufnahmen werden mit modernen Bildverarbeitungsverfahren analysiert und per KI mit genetischen Daten korreliert, um die zugrunde liegenden genetischen Merkmale zu identifizieren. „Vorteilhaft wäre zum Beispiel, wenn eine Pflanze nur einen Hauptspross ausbildet oder hohe Resistenzen zeigt“, erklärt der Projektleiter.

Das Geheimnis der Salzbläschen

Ein weiteres interessantes Merkmal, dessen genetische Basis erforscht wird, sind die Salzbläschen, die manche Quinoapflanzen auf ihren Blättern ausbilden. „Man hat lange gedacht, das habe damit zu tun, dass Quinoa an salzhaltigen Standorten wächst und aufgenommenes Salz in den Bläschen unschädlich gemacht wird“, erzählt Schmid. Neuere Forschung deutet jedoch darauf hin, dass die Bläschen der Insektenabwehr dienen:

Die Blüten sind stark von Bläschen umhüllt, und wenn ein Insekt die sehr attraktive Blüte anbeißt, bekommt es durch das aufgenommene Salz ein osmotisches Problem. „Pflanzen ohne Bläschen werden deutlich stärker befallen“, sagt Schmid. Darüber hinaus scheinen die Bläschen auch vor Bakterienbefall zu schützen. Quinoapflanzen, die viele Bläschen ausbilden, könnten somit ohne Pflanzenschutzmittel gegen eine Vielzahl von Herbivoren resistent sein.

Vom Ideotyp bis zum KI-Vorhersagemodell

Jenseits der Genetik wollen die Forschenden im Projekt den Ideotyp für das deutsche Anbausystem definieren – also herausfinden, wie Bodentyp, Pflanzendichte, Blühzeitpunkt, Unkrautbehandlung und andere Faktoren den Ernteindex beeinflussen. „Dann könnte man das Modell in der Nachzucht verwenden, um jene Nachkommen auszuwählen, die für eine bestimmte Umwelt und Anbaupraxis optimal geeignet sind“, erläutert Schmid.

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Neben den eigenen Erkenntnissen wollen die Forschenden auch öffentlich verfügbare Daten über die geografische Herkunft von Quinoa-Akzessionen nutzen. Denn Herkunft und Morphologie der dort verzeichneten Pflanzen sind gut dokumentiert. Kombiniert man diese Daten mit Wetterinformationen, lassen sich weitere Zusammenhänge zwischen Genotyp und Phänotyp aufdecken.

All dieses Wissen soll schließlich in ein genomisches Modell einfließen. Ein KI-basiertes Vorhersagemodell soll dann auf Grundlage der Genotypen möglicher Elternpflanzen vorhersagen, welche Kreuzung die besten Nachkommen hervorbringt.

Marker-basierte Selektion

Dass das Projektteam dabei auf marker-gestützte Selektion setzt, hat mehrere Gründe: Zum einen ist die Genomeditierung bei Quinoa bislang nicht etabliert. Zum anderen werden viele der im Projekt relevanten Merkmale typischerweise von mehreren Genen beeinflusst. „Da ist die klassische Marker-gestützte Züchtung schneller und zuverlässiger“, sagt Schmid. Und nicht zuletzt können die Ergebnisse so rasch in laufende Züchtungsprogramme einfließen, weil keine regulatorischen Hürden bestehen.

Läuft in den nächsten drei Jahren alles nach Plan, profitiert nicht nur der heimische Quinoaanbau: „Unser Projekt ist ein gutes Modell für Nischenkulturen, um zu zeigen, woran man arbeiten muss, damit eine Kulturart interessant für wirtschaftliche Züchtung und Landwirtschaft wird“, resümiert Projektleiter Schmid.

Zum Weiterlesen auf Pflanzenforschung.de:

• Schon gewusst? KI macht Quinoa stark - So entstehen robuste Sorten fürs Hochland
• Superfood Quinoa: Das Geheimnis der Bläschen - Bollwerk gegen Krankheiten und Schadinsekten
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• Genügsamer Gänsefuß aus den Anden - Das Genom von Quinoa ist sequenziert

Titelbild: Quinoapflanzen in den Anden Perus: In ihrer ursprünglichen Hochlandheimat auf rund 3.800 Metern Höhe ist Quinoa an extreme Umweltbedingungen angepasst. (Bildquelle: © Maurice Chédel / Wikipedia Commons, gemeinfrei)