Sonntag, 18. Mai 2008
Hybridzüchtung bei Mais
vessip, 22:02h
Jetzt hab ich euch letztens so von dem minicurso über die DH-Technik in Costa Rica vorgeschwärmt, da ist es ja eigentlich auch langsam mal an der Zeit, euch mal zu erklären, wie diese Technik funktioniert und was man damit machen kann, oder? Dazu möchte ich aber ein bisschen weiter ausholen. Zusammengefasst ist die Doppelhaploiden- oder DH-Technik eine alternative Methode zur Entwicklung von genetisch stabilen Inzuchtlinien, und diese Inzuchtlinien braucht man, um Hybridmaissaatgut zu erzeugen, welches in Europa und Nordamerika (und zunehmend auch in anderen Teilen der Welt) der vorherrschende Sortentyp auf dem Markt ist. Wer’s genauer wissen will, sollte noch etwas weiter lesen...
Bei Mais gibt es zwei vorherrschende Sortentypen auf dem Markt. Eine Sorte ist das Produkt langjähriger Pflanzenzüchtung (Selektion und Evaluierung im Feld) und der Landwirt kauft Saatgut einer bestimmten Sorte, die so schöne Namen haben kann wie „Ronaldinho“ oder „Amoroso“, meistens beim Landhandel oder der Genossenschaft. Zumindest in Deutschland. In vielen Ländern Afrikas gibt es beispielsweise gar keinen Saatgutmarkt und entsprechend für die Pflanzenzüchtungsfirmen auch keinen großen Anreiz, Sorten für diese Länder zu entwickeln.
Also zurück zu den zwei Sortentypen. Die folgenden Informationen hab ich zum Teil von den „FactsSheets“ übernommen, die CIMMYT auf seinen Internetseiten dem interessierten Bürger zu bestimmten Themen zur Verfügung stellt. Zum einen gibt es sogenannte Populationssorten oder offen abblühende Sorten. Eine solche Sorte besteht aus einer Vielzahl genetisch verschiedener, aber verwandter Pflanzen. Ihr könnte euch Sorten diesen Typs als eine große Familie vorstellen, in der die Familienmitglieder alle verwandte Charakteristika aufweisen, es jedoch auch einige Extreme gibt. Das bedeutet, dass die Ernte einer Populationssorte nicht sehr einheitlich ist. Die Pflanzen unterscheiden sich beispielsweise in der Höhe und in Farbe der Narbenfäden (ihr erinnert euch hoffentlich an die weiblichen Blüten?). Außerdem unterscheiden sich die Kolben verschiedener „Familienmitglieder“ in Größe, Form und Qualität, und auch Blühzeitpunkt und optimaler Zeitpunkt der Ernte mag variieren. Die „Familienmitglieder“ nennt man „Genotypen“ in der Pflanzenzüchtung.
Landwirte können Populationssorten entweder auf dem Saatgutmarkt kaufen, oder einfach einen Teil der eigenen Ernte im nächsten Jahr wieder aussäen. Populationssorten werden in Deutschland eigentlich nicht mehr großflächig angebaut, weil die Nachteile der Uneinheitlichkeit der Ernte weder für die Landwirte (mehrere Erntezeiten) noch für die Abnehmer (Qualitätsunterschiede) akzeptabel sind. In vielen Ländern Afrikas und Latein- und Zentralamerikas sind Populationssorten allerdings der vorherrschende Sortentyp auf dem Markt bzw. auf den Feldern. Hier überwiegt vor allem der Vorteil, dass man seine Ernte wieder zur Aussaat verwenden kann und nicht jedes Jahr neues Saatgut kaufen muss.
Der zweite wichtige Sortentyp bei Mais sind Hybridsorten. Hybridsaatgut wird aus der Kreuzung von zwei genetisch stabilen (sogenannten homozygoten) Inzuchtlinien erzeugt. Wenn man Mais selbstet, dann werden die Pflanzen mit jeder Generation schwächer. Was Selbstung ist, wisst ihr ja noch: die Selbstbefruchtung der weiblichen Blüte einer Maispflanze mit dem Pollen der selben Pflanze. Dies nennt man auch Inzüchtung, und nach mehreren Generationen Inzüchtung (Selbstung) erhält man die vergleichbar schwachen, dafür aber genetisch stabilen (homozygoten) Inzuchtlinien.
Mit jeder Generation Inzüchtung werden die Pflanzen kleiner und schwächer. Das Endprodukt, die homozygoten Inzuchtlinien sind aber nicht nur klein, sondern haben auch kleine Kolben und bringen nur wenig Ertrag. Also nix, was ein Bauer gern auf seinem Acker hätte. Wenn man nun allerdings zwei Inzuchtlinien kreuzt (also den Pollen der einen Linie auf die Narbenfäden der Anderen oder umgekehrt), dann wird die Wüchsigkeit wieder hergestellt in den resultierenden Körnern. Dadurch bringen die aus diesen Körnern entstehenden Pflanzen enorm gesteigerten Ertrag ein. Diese Abbildung zeigt noch mal kurz, wie man Hybridsaatgut herstellt:
Mit dem Pollen einer Inzuchtlinie (Pollenelter) wird die weibliche Blüte der anderen Inzuchlinie (Saatelter) bestäubt. Die auf dem Saatelter wachsenden Körner werden dann als Hybridsaatgut an die Landwirte verkauft.
Die Ertragssteigerung der Hybriden gegenüber den beiden Elternlinien nennt man Heterosis. Heterosis entsteht durch die Wechselwirkung zwischen den Gruppen von Genen, die von den beiden Inzuchtlinien an die Nachkommen gegeben werden. Der Effekt mancher unvorteilhafter Gene einer Inzuchtlinie werden durch die vorteilhaften Gene der anderen Inzuchtlinie maskiert.
Dieses Phänomen der Heterosis bei Hybridsorten führt also zu höheren Erträgen im Vergleich zu Populationssorten. Außerdem ist sowohl der Pflanzenbestand als auch das Erntegut bei Hybridsorten sehr schön homogen und uniform, was nicht nur die Betreuung durch den Landwirt sondern auch die Verarbeitung durch den Abnehmer vereinfacht. Im Vergleich zu Populationssorten kostet das Saatgut von Hybridsorten allerdings meistens auch etwas mehr, weil der Aufwand zu ihrer Erzeugung für die Pflanzenzüchtungsfirmen größer ist. Und für gesteigerten Ertrag und Uniformität seiner Ernte opfert der Landwirt einen Teil seiner Unabhängigkeit, denn er muss jedes Jahr neues Saatgut kaufen. Naja, muss er nicht, macht aber Sinn, denn die Hybridpflanzen im Feld des Landwirts blühen ja offen, d.h. unkontrolliert, ab, quasi jeder darf jeden bestäuben. Und entsprechend entsteht in der nächsten Generation wie bei den Populationssorten eine „Großfamilie“ mit vielen verwandten aber doch unterschiedlichen Mitgliedern (Genotypen), sowohl ertragreiche als auch schwächere. Und entsprechend wäre der Gesamtertrag deutlich reduziert im Vergleich zu einem Feld in dem nur der eine ertragreiche Genotyp steht, wie dies bei Hybridsorten der Fall ist.
Letztendlich muss jeder Landwirt selbst die Vor- und Nachteile der beiden Sortentypen abwägen und für seine Situation (z.B. Feldbedingungen oder Anforderungen der Abnehmer oder zum Eigengebrauch) den passenden Typ auswählen. Aufgabe der Maiszüchtungsfirmen und vor allem auch der nationalen und internationalen Institute wie CIMMYT ist es meiner Meinung nach, dafür zu sorgen, dass ausreichend Saatgut von den gewünschten Sortentypen zum richtigen Zeitpunkt bereit steht, und dass die Landwirte in ihrer Entscheidungsfindung unabhängig beraten und bestmöglich unterstützt werden.
Bei Mais gibt es zwei vorherrschende Sortentypen auf dem Markt. Eine Sorte ist das Produkt langjähriger Pflanzenzüchtung (Selektion und Evaluierung im Feld) und der Landwirt kauft Saatgut einer bestimmten Sorte, die so schöne Namen haben kann wie „Ronaldinho“ oder „Amoroso“, meistens beim Landhandel oder der Genossenschaft. Zumindest in Deutschland. In vielen Ländern Afrikas gibt es beispielsweise gar keinen Saatgutmarkt und entsprechend für die Pflanzenzüchtungsfirmen auch keinen großen Anreiz, Sorten für diese Länder zu entwickeln.
Also zurück zu den zwei Sortentypen. Die folgenden Informationen hab ich zum Teil von den „FactsSheets“ übernommen, die CIMMYT auf seinen Internetseiten dem interessierten Bürger zu bestimmten Themen zur Verfügung stellt. Zum einen gibt es sogenannte Populationssorten oder offen abblühende Sorten. Eine solche Sorte besteht aus einer Vielzahl genetisch verschiedener, aber verwandter Pflanzen. Ihr könnte euch Sorten diesen Typs als eine große Familie vorstellen, in der die Familienmitglieder alle verwandte Charakteristika aufweisen, es jedoch auch einige Extreme gibt. Das bedeutet, dass die Ernte einer Populationssorte nicht sehr einheitlich ist. Die Pflanzen unterscheiden sich beispielsweise in der Höhe und in Farbe der Narbenfäden (ihr erinnert euch hoffentlich an die weiblichen Blüten?). Außerdem unterscheiden sich die Kolben verschiedener „Familienmitglieder“ in Größe, Form und Qualität, und auch Blühzeitpunkt und optimaler Zeitpunkt der Ernte mag variieren. Die „Familienmitglieder“ nennt man „Genotypen“ in der Pflanzenzüchtung.
Landwirte können Populationssorten entweder auf dem Saatgutmarkt kaufen, oder einfach einen Teil der eigenen Ernte im nächsten Jahr wieder aussäen. Populationssorten werden in Deutschland eigentlich nicht mehr großflächig angebaut, weil die Nachteile der Uneinheitlichkeit der Ernte weder für die Landwirte (mehrere Erntezeiten) noch für die Abnehmer (Qualitätsunterschiede) akzeptabel sind. In vielen Ländern Afrikas und Latein- und Zentralamerikas sind Populationssorten allerdings der vorherrschende Sortentyp auf dem Markt bzw. auf den Feldern. Hier überwiegt vor allem der Vorteil, dass man seine Ernte wieder zur Aussaat verwenden kann und nicht jedes Jahr neues Saatgut kaufen muss.
Der zweite wichtige Sortentyp bei Mais sind Hybridsorten. Hybridsaatgut wird aus der Kreuzung von zwei genetisch stabilen (sogenannten homozygoten) Inzuchtlinien erzeugt. Wenn man Mais selbstet, dann werden die Pflanzen mit jeder Generation schwächer. Was Selbstung ist, wisst ihr ja noch: die Selbstbefruchtung der weiblichen Blüte einer Maispflanze mit dem Pollen der selben Pflanze. Dies nennt man auch Inzüchtung, und nach mehreren Generationen Inzüchtung (Selbstung) erhält man die vergleichbar schwachen, dafür aber genetisch stabilen (homozygoten) Inzuchtlinien.
Mit jeder Generation Inzüchtung werden die Pflanzen kleiner und schwächer. Das Endprodukt, die homozygoten Inzuchtlinien sind aber nicht nur klein, sondern haben auch kleine Kolben und bringen nur wenig Ertrag. Also nix, was ein Bauer gern auf seinem Acker hätte. Wenn man nun allerdings zwei Inzuchtlinien kreuzt (also den Pollen der einen Linie auf die Narbenfäden der Anderen oder umgekehrt), dann wird die Wüchsigkeit wieder hergestellt in den resultierenden Körnern. Dadurch bringen die aus diesen Körnern entstehenden Pflanzen enorm gesteigerten Ertrag ein. Diese Abbildung zeigt noch mal kurz, wie man Hybridsaatgut herstellt:
Mit dem Pollen einer Inzuchtlinie (Pollenelter) wird die weibliche Blüte der anderen Inzuchlinie (Saatelter) bestäubt. Die auf dem Saatelter wachsenden Körner werden dann als Hybridsaatgut an die Landwirte verkauft.
Die Ertragssteigerung der Hybriden gegenüber den beiden Elternlinien nennt man Heterosis. Heterosis entsteht durch die Wechselwirkung zwischen den Gruppen von Genen, die von den beiden Inzuchtlinien an die Nachkommen gegeben werden. Der Effekt mancher unvorteilhafter Gene einer Inzuchtlinie werden durch die vorteilhaften Gene der anderen Inzuchtlinie maskiert.
Dieses Phänomen der Heterosis bei Hybridsorten führt also zu höheren Erträgen im Vergleich zu Populationssorten. Außerdem ist sowohl der Pflanzenbestand als auch das Erntegut bei Hybridsorten sehr schön homogen und uniform, was nicht nur die Betreuung durch den Landwirt sondern auch die Verarbeitung durch den Abnehmer vereinfacht. Im Vergleich zu Populationssorten kostet das Saatgut von Hybridsorten allerdings meistens auch etwas mehr, weil der Aufwand zu ihrer Erzeugung für die Pflanzenzüchtungsfirmen größer ist. Und für gesteigerten Ertrag und Uniformität seiner Ernte opfert der Landwirt einen Teil seiner Unabhängigkeit, denn er muss jedes Jahr neues Saatgut kaufen. Naja, muss er nicht, macht aber Sinn, denn die Hybridpflanzen im Feld des Landwirts blühen ja offen, d.h. unkontrolliert, ab, quasi jeder darf jeden bestäuben. Und entsprechend entsteht in der nächsten Generation wie bei den Populationssorten eine „Großfamilie“ mit vielen verwandten aber doch unterschiedlichen Mitgliedern (Genotypen), sowohl ertragreiche als auch schwächere. Und entsprechend wäre der Gesamtertrag deutlich reduziert im Vergleich zu einem Feld in dem nur der eine ertragreiche Genotyp steht, wie dies bei Hybridsorten der Fall ist.
Letztendlich muss jeder Landwirt selbst die Vor- und Nachteile der beiden Sortentypen abwägen und für seine Situation (z.B. Feldbedingungen oder Anforderungen der Abnehmer oder zum Eigengebrauch) den passenden Typ auswählen. Aufgabe der Maiszüchtungsfirmen und vor allem auch der nationalen und internationalen Institute wie CIMMYT ist es meiner Meinung nach, dafür zu sorgen, dass ausreichend Saatgut von den gewünschten Sortentypen zum richtigen Zeitpunkt bereit steht, und dass die Landwirte in ihrer Entscheidungsfindung unabhängig beraten und bestmöglich unterstützt werden.
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