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Biologie

Mais soll dem Klimawandel trotzen

Auch Pflanzen leiden unter den hohen Temperaturen – Folge sind sinkende Erträge. Regensburger Forscher suchen nach Lösungen.
Von Louisa Knobloch, MZ

Prof. Dr. Thomas Dresselhaus (l.) und Dr. Kevin Begcy erforschen, wie sich Hitzestress auf Pflanzen wie Mais auswirkt. Foto: Knobloch

Regensburg.Zu warm, zu trocken: Das Jahr 2015 war der US-Klimabehörde zufolge das weltweit wärmste seit Beginn der Wetteraufzeichnungen 1880. In Deutschland war 2015 nach dem Rekordhalter 2014 das bisher zweitwärmste Jahr, teilte der Deutsche Wetterdienst mit. Im fränkischen Kitzingen wurde mit 40,3 Grad ein neuer Temperaturrekord aufgestellt. Hitze und Trockenheit machen vor allem den Landwirten zu schaffen: Im vergangenen Jahr gab es Ernteeinbußen bei Mais, Kartoffeln, Weizen und Zuckerrüben.

Wie man diese und andere Kulturpflanzen an den Klimawandel anpassen kann, untersucht in den kommenden drei Jahren der Forschungsverbund „BayKlimaFit“, an dem sechs bayerische Universitäten beteiligt sind. Das Bayerische Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz finanziert die insgesamt zehn Projekte mit rund 2,4 Millionen Euro. „Wir suchen heute die Pflanzen von morgen“, sagte Umweltministerin Ulrike Scharf bei der Auftaktveranstaltung. Der Klimawandel sei Fakt: „Die Temperaturen steigen, die Jahreszeiten verschieben sich und die Extremwetterereignisse nehmen zu.“ Diese Veränderungen würden sich künftig auf die Nutzpflanzen auswirken.

Hitze macht die Pollen unfruchtbar

Die Forscher konzentrieren sich auf drei Schwerpunkte: Der größte, an dem auch die Universität Regensburg beteiligt ist, beschäftigt sich mit den Auswirkungen von Hitze und Trockenheit. Weitere Projekte nehmen Staunässe und Kälte sowie Symbionten und Schaderreger in den Blick.

„Vergleicht man den Sommer 2015 mit dem langjährigen Mittel, dann sieht man, dass die Temperaturen in Bayern um durchschnittlich zwei bis vier Grad Celsius höher lagen“, sagt Prof. Dr. Thomas Dresselhaus vom Lehrstuhl für Zellbiologie und Pflanzenbiochemie der Universität Regensburg. Während sich Kollegen aus Erlangen im Forschungsverbund mit den Auswirkungen langer Trockenperioden befassen, nehmen Dresselhaus und sein Mitarbeiter Dr. Kevin Begcy sogenannte kurze Hochtemperaturepisoden in den Blick. Steigt die Temperatur für nur ein bis drei Tage über einen kritischen Wert, kann das bereits gravierende Folgen für den späteren Ernteertrag haben.

Dieses Foto, aufgenommen auf einem Maisfeld bei Regensburg, zeigt, dass sich an manchen Maiskolben keine Körner gebildet haben. Durch die Hitze wurden die Pollen unfruchtbar. Foto: Dresselhaus

„Besonders die Pollenbildung ist durch diesen Hitzestress betroffen“, sagt Dresselhaus. Die Samenanlagen der Pflanze seien beispielsweise durch Blätter relativ gut geschützt, die Pollen aber den hohen Temperaturen unmittelbar ausgesetzt. „Bei Temperaturen über 25 Grad beginnt der Hitzestress für Pollen der meisten Pflanzenarten“, so Dresselhaus. Die Pollen werden unfruchtbar. Fallen diese defekten Pollen dann auf die Samenanlage, findet keine Befruchtung statt und in der Folge entwickelt sich auch kein Samen. Dresselhaus zeigt ein Foto von einem Maisfeld bei Regensburg: An manchen der Kolben haben sich nur im unteren Teil oder sogar gar keine Körner gebildet.

„Die Pollenentwicklung verläuft in verschiedenen Stadien“, sagt Dresselhaus. Ein Ziel der Forscher ist es, herauszufinden, wann die Pollen besonders anfällig für Hitzestress sind. Im den Gewächshäusern der Universität und eigens gebauten Anzuchtkammern wollen Dresselhaus und Begcy Mais- und Weizenpflanzen gezielt für eine bestimmte Zeit Temperaturen von 35 Grad aussetzen – hierbei werden tolerante und auch besonders empfindliche Sorten verglichen.

Ziel: hitzetolerante Sorten züchten

„Bisher kennt man die Ursachen nicht, warum manche Pflanzenlinien besser mit den hohen Temperaturen zurechtkommen als andere“, erläutert Dresselhaus. Die Forscher suchen daher nach den molekularen Mechanismen, die zu einer höheren Hitzetoleranz bei der Pollenentwicklung führen. „Bis zum Ende der Projektlaufzeit wollen wir mit Analysen zur Funktion der in den Pflanzen gefundenen Kandidaten-Gene für eine Hitzetoleranz beginnen“, sagt Dresselhaus. Mithilfe der genetischen Marker lassen sich dann auch andere Nutzpflanzen sowie Wildgräser erforschen, hoffen die Wissenschaftler. „Wie diese auf den Klimawandel und Hitzestress reagieren, ist bislang unklar.“

Die eigentliche Arbeit wird deutlich länger dauern als drei Jahre: Die Gene sollen künftig dazu dienen, Sorten zu züchten, die besser mit Hitze zurechtkommen. „Langfristiges Ziel ist eine Hitze-Toleranz“, betont Dresselhaus. „Eine völlige Hitze-Resistenz wird es nicht geben.“ Bis neue Züchtungen auf dem Feld stehen, wird es Dresselhaus zufolge noch mindestens 15 Jahre dauern. „Die Wetterextreme werden aber sicher weiter zunehmen – der Forschungsverbund ist also eine vorausschauende und dringend notwendige Initiative.“

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