Klimawandel & Co. Herausforderungen für die Züchtungsforschung in Deutschland

Transkript

1 Klimawandel & Co. Herausforderungen für die Züchtungsforschung in Deutschland Peter Wehling Institut für Züchtungsforschung an landwirtschaftlichen Kulturen Groß Lüsewitz

2 Ertragspotenzial und Ertrag

3 Ertragspotenzial und Ertrag Genetisches Ertragspotenzial: Grundlage für den realisierbaren Ertrag Ertragspotenzial als ewiges Zuchtziel

4 Herausforderungen & Anworten (I) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Ernährungssicherung Effizienter Ressourceneinsatz (Boden, Wasser, Nährstoffe) Verbesserung der Flächenproduktivität: Ertragspotenzial (neue Genvarianten aus PGREL; Heterosis, innovative Züchtungsmethoden) Verbesserung der Ertragssicherheit Verbesserung der Nährstoff-, Wassernutzungseffizienz unserer Fruchtarten

5 Exkurs: Bedeutung des Ertrags für die Ernährungssicherung FAO (2009): Zur globalen Sicherung der Ernährung ist eine Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion um 60 % erforderlich. zu 77 % durch höhere Flächenerträge zu 14 % durch höhere Anbauintensitäten zu 9 % durch Ausweitung der Ackerfläche Ertragssteigerung: heute künftig Mais 1,6 % 2,4 % Reis 0,9 % 1,5 % Weizen 1,1 % 2,0 % Quantensprünge in der Forschung, bei Züchtung und Anbau erforderlich! (Politikstrategie Bioökonomie der Bundesregierung, Juli 2013)

6 Herausforderungen & Antworten (II) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Anpassung an den Klimawandel

7 Klimawandel und Landwirtschaft in Deutschland Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) e. V.

8 Klimawandel und Landwirtschaft in Deutschland Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) e. V.

9 Klimawandel und Landwirtschaft in Deutschland Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) e. V.

10 Herausforderungen & Antworten (II) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Anpassung an den Klimawandel Stresstoleranz (Hitze, Trockenheit, Kühle, Kälte, Starkwind, Starkniederschlag) Krankheits- u. Schädlingsresistenz (Rostpilze, Virusvektoren, Fraßschädlinge,...) Escape-Strategien (Züchtung auf frühere Blühzeit; Züchtung von Winterformen) Beispiel Weizen: Nutzung rezessiver Kurzstrohigkeitsgene Rht-B1b und Rht-D1b Demonstrationsanbau Winterweizen, JKI, Versuchsfeld Groß Lüsewitz 2012 verbesserte Standfestigkeit durch Kurzstrohgene bessere Nutzung von Nährstoffen und Wasser Verdoppelung des Kornertrags Abbildung: B. Hackauf, JKI

11 Herausforderungen & Antworten (III) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Verminderung der THG-Emission (Mitigation) Verbesserung der N-Nutzungseffizienz von Kulturarten Züchterische Verbesserung von Leguminosen f. d. Nutzung der N-Fixierung Steigerung der Flächenproduktivität (Ertrag)

12 Herausforderungen & Antworten (IV) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Biobasierte Herstellung von Rohstoffen, Bioökonomie Verbreiterung der Verwendungseignung von Fruchtarten (Food, Feed, Non-food) Optimierung der Rohstoff-Qualität Züchterische Anpassung neuer Kulturarten (Sorghum, Löwenzahn, )

13 Herausforderungen & Antworten (V) bei landwirtschaftlichen Fruchtarten Erhalt der Agrobiodiversität Aufrechterhaltung der genetischen Diversität innerhalb der Fruchtarten durch Bewahrung, Evaluierung, Dokumentation und Inwert-Setzung von pflanzengenetischen Ressourcen für Ernährung und Landwirtschaft (Pre-breeding) Bereitstellung von Sorten-Vielfalt je Fruchtart (= Vielfalt d. Zuchtprogramme je Fruchtart = Vielfalt und Wettbewerb in der Unternehmenslandschaft der Pflanzenzüchtung)!!! Gewährleistung von Fruchtarten-Vielfalt durch Erhaltung der Anbauwürdigkeit randständiger Kulturarten (Pre-breeding; ökonomische Tragfähigkeit entsprechender Zuchtprogramme!?) Agronomische Anpassung von neuen Kulturarten; Inkulturnahme von Wildarten

14 Schlussfolgerungen Pflanzenzüchtung: Schlüsseltechnologie zur Bewältigung bedeutender Herausforderungen (Klimawandel, Ernährungssicherung, Biodiversität, Bioökonomie, Nachhaltige Landwirtschaft) Pflanzengenetische Ressourcen für Ernährung und Landwirtschaft (PGREL) als Ausgangsbasis für Pflanzenzüchtung Effektive Strategien für die Erhaltung und Dokumentation von PGREL weltweit erforderlich (In-situ-Erhaltung; Datenbanken) Steigende Bedeutung eines systematisch und wissenschaftlich betriebenen Prebreeding zur Evaluierung, Beschreibung, Dokumentation, Inwertsetzung von PGREL im Rahmen der Züchtungsforschung F&E zu innovativen Züchtungsmethoden von steigender Bedeutung (Markergestützte Selektion; Genomische Selektion zur Zuchtwert -Bestimmung; Genotyping by Sequencing; Doppelhaploid-Techniken; Hybridzüchtung; ) Wissens- und Technologietransfer von der Züchtungsforschung in die Praxis zukunftsentscheidend für KMU und Landwirtschaft: Verstärkung der F&E-Förderung im Bereich Pflanzenzüchtung! F&E entlang der Wertschöpfungsketten! Sorten-Vielfalt setzt Diversität und Wettbewerb in der Züchterlandschaft voraus. Fruchtarten-Vielfalt setzt professionelle und sich refinanzierende Zuchtprogramme voraus.

15 Seitenblick: Cytoplasmatische Männliche Sterilität (CMS) Ein natürlich vorkommender Mechanismus zur Bestäubungslenkung erstmals beschrieben von Correns (1906): Die Vererbung der Geschlechtsformen bei den gynodiöcischen Pflanzen. Ber. Dtsch. Bot. Ges. 24: spontan in Populationen, Landrassen, exotischen Herkünften (z.b. Roggen: P-, G-Cytoplasma; Raps: Männliche Sterilität Lembke (MSL); Mais: cms- C, cms-s, cms-t; Möhre: petaloider Typ; Zuckerrübe: diverse Cytoplasmen) nach weiter Kreuzung oder Zellfusion zwischen Arten, Gattungen (z.b. Raps: ogura/inra-cytoplasma aus Ölrettich; Triticale: aus Triticum timophevii; Gerste: aus Hordeum spontaneum; Reis: aus Oryza rufipogon) in > 140 Pflanzenarten nachgewiesen ca. 50 % spontan, 20 % nach intraspezifischer Kreuzung, 30 % nach interspezifischer Kreuzung (Frank 1989, The American Naturalist 133) CMS seit den 1940er Jahren in praktischer Nutzung f. d. Züchtung von Hybridsorten (Mais, Küchenzwiebel)

16 Seitenblick: Cytoplasmatische Männliche Sterilität (CMS) Ein natürlich vorkommender Mechanismus zur Bestäubungslenkung erstmals beschrieben von Correns (1906): Die Vererbung der Geschlechtsformen bei den gynodiöcischen Pflanzen. Ber. Dtsch. Bot. Ges. 24: spontan in Populationen, Vereinzelte Landrassen, jüngere gentechnische exotischen Herkünften Ansätze (z.b. Roggen: P-, G-Cytoplasma; Raps: Männliche Sterilität Lembke (MSL); Mais: zur Herbeiführung männlicher Sterilität cms- C, cms-s, cms-t; Möhre: petaloider Typ; Zuckerrübe: diverse Cytoplasmen) nach weiter Kreuzung zwischen rechtfertigen Arten, Gattungen nicht, (z.b. Raps: ogura/inra-cytoplasma die CMS und mit ihrer Hilfe aus Ölrettich; gezüchtete Triticale: Hybridsorten aus Triticum timophevii; Gerste: aus Hordeum spontaneum; Reis: aus Oryza rufipogon) pauschal mit in > 140 Pflanzenarten nachgewiesen Gentechnik oder Widernatürlichkeit ca. 50 % spontan, 20 % nach intraspezifischer Kreuzung, 30 % nach interspezifischer Kreuzung (Frank 1989, zu assoziieren. The American Naturalist 133) CMS seit den 1940er Jahren in praktischer Nutzung f. d. Züchtung von Hybridsorten (Mais, Küchenzwiebel)