Insekt als Vektor

Trockenheit, neue Schädlinge, Krankheiten: Was der Klimawandel für die Pflanzenzüchtung bedeutet

Mit dem Klimawandel wird es in Mitteleuropa nicht nur trockener und heißer. Auch viele wärmeliebende Schädlinge und Krankheitserreger wandern weiter nach Norden – in Regionen, in denen sie bislang unbekannt waren. Die Landwirtschaft muss sich darauf einstellen - und auch die Pflanzenzüchter. Doch um neue Sorten mit angepassten Resistenzeigenschaften auf den Markt zu bringen, kann es viele Jahre dauern - zu langsam, um dem Tempo des Klimawandels folgen zu können. Da wäre es beruhigend, Genome Editing und andere neue Züchtungsverfahren einsetzen zu können.

Temperatur Abweichungen, Deutschland

Deutschland wird heißer. Abweichung der Jahrestemperaturen vom Mittelwert 1961 - 1990.
Grafik: DWD (Deutscher Wetterdienst)

Blattlaus

Zikaden und Blattläuse (Foto) sind als blattsaugende Insekten Überträger zahlreicher Pflanzenkrankheiten. Sie sind wärmeliebend und wandern mit steigenden Temperaturen nach Norden. Zudem werden sie aktiver und können sich stärker vermehren. Für die Landwirtschaft wird das zum Problem.
Fotos: Razvan Coenel Constantin

Barley Yellow Dwarf Virus in Weizen

Bis zu 1000 km weiter nördlich. Der Barley Yellow Dwarf Virus (BYDV) gehört zu den weitverbreitetsten Pflanzenviren. Er wird von Blattläusen übertragen und befällt alle Getreidearten (hier: Weizen). Die Blätter werden braun, die Fotosynthese setzt aus und der Ertrag bricht ein.
Foto: Keith Weller /USDA

2018 war in Deutschland das heißeste Jahr seit Beginn der Klimaaufzeichnungen. Hitze und Trockenheit verursachten große Ertragsausfälle in der Landwirtschaft. Vor allem Getreide musste viel zu früh geerntet werden, weil die Notreife eingesetzt hatte, eine Schutzreaktion vieler Pflanzen: Die Körner werden vorzeitig reif, obwohl sie noch klein und längst nicht ausgewachsen sind. Auch die Kartoffelernte fiel in vielen Regionen kümmerlich aus.

Es war wohl nicht das letzte Dürrejahr: Bis 2050, so die Prognosen, werden die Durchschnittstemperaturen um ein bis 1,3 Grad Celsius steigen, bis 2100 je nach Szenario um weitere 1,2 bis 3,7 Grad.

Aber es sind nicht allein die direkten Folgen steigender Temperaturen - Hitze, Trockenperioden, abnehmende Bodenfeuchte -, die der Landwirtschaft zu schaffen machen. Mit dem Klimawandel verändert sich auch das Auftreten von Schädlingen und Pflanzenkrankheiten.

Seit 1960 sind wärmeliebende Insektenschädlinge weltweit jedes Jahr um 2,7 Kilometer nach Norden gewandert. Bei einer Steigerung der Durchschnittstemperaturen um drei bis sechs Grad Celsius erwartet Prof. Frank Ordon, Präsident des Julius-Kühn-Instituts, eine Nordwanderung bis zu tausend Kilometer. Nicht nur das: Mit der Wärme nehmen auch ihre biologischen Aktivitäten zu. Sie sind länger im Jahr unterwegs, vermehren sich stärker oder bringen in einer Vegetationsperiode mehrere Generationen hervor. Es können sich neue Rassen oder Genotypen etablieren. Wenn als Folge davon das ökologische Gleichgewicht kippt, können Schädlinge plötzlich in Massen auftreten. Die aktuelle Borkenkäferplage in den Wäldern ist vielleicht ein erster Vorgeschmack.

Auch bei Pflanzenkrankheiten, die von Bakterien, Pilzen oder Viren ausgelöst werden, zeichnet sich eine Nordwanderung ab. Viele dieser Erreger werden künftig auch dort auftreten, wo sie bisher unbekannt waren. Der Befallsdruck kann so zunehmen, dass bestimmte Pflanzenkrankheiten mit einfachen Mitteln nicht mehr zu kontrollieren sind. Einige werden von blattsaugenden Läusen oder Zikaden übertragen, die künftig vermutlich auch dort vorkommen, wo es ihnen bisher zu kalt war. Zudem können bestimmte Schädlinge kaum noch bekämpft werden, da keine wirksamen Pflanzenschutzmittel zugelassen sind.

Jeder Temperaturanstieg um ein Grad führt bei den wichtigsten Kulturpflanzen Weizen, Mais, Reis zu weiteren Ertragsverlusten von zehn bis 25 Prozent, so das amerikanische Wissenschaftler-Netzwerk Food Tank.

Mit dem Klimawandel verändern sich auch in Mitteleuropa die Bedingungen für die Landwirtschaft – in einem Tempo, das rasche Anpassungen erfordert. Das betrifft viele Bereiche – Anbaupraxis und Bewässerungstechnik, Umgang mit Ressourcen -, doch der Züchtung fällt eine Schlüsselrolle zu. Wenn geeignete Gene im Genpool einer Pflanzenart vorhanden sind, hat sie immer wieder Sorten mit verbesserter Widerstandskraft – oder sogar Resistenzen – hervorgebracht. Bei einigen Pilz- und Virenkrankheiten ist es allerdings bis heute nicht gelungen, mit herkömmlichen Verfahren resistente Sorte zu züchten.

Doch künftig wird es schneller gehen müssen. Auftreten und Verhalten von Schädlingen und Krankheitserregern ändern sich so rasch, dass die Pflanzenzüchtung oft nicht nachkommen kann. Eine besser angepasste Sorte zu züchten dauert je nach Kulturart zehn bis dreißig Jahre – womöglich zu lang, um auf die neue, klimabedingte Befallsverteilung reagieren zu können. Bei herkömmlicher Züchtung ist vieles vom Zufall abhängig und es kostet eine Menge Zeit und Aufwand, die sich daraus ableitenden Probleme in den Griff zu bekommen.

Gerade hier haben die neuen molekularbiologischen Genome Editing-Verfahren – insbesondere CRISPR/Cas – ihre Vorteile: Sie wirken schneller und zielgerichteter. „Crispr/Cas ist nur ein Werkzeug in der Pflanzenzüchtung, aber es wäre eines gewesen, das die Züchtung erheblich beschleunigt hätte“, so Frank Ordon in Top Agrar anlässlich einer großen Tagung über Klimawandel und Landwirtschaft. Mit den kürzeren Entwicklungszeiträumen könne man schneller und effizienter auf die neuen Herausforderungen reagieren.

Wenn einzelne DNA-Bausteine in einem Gen oder einer Genvariante bekannt sind, die eine Resistenz gegen einen bestimmten Erreger vermitteln, kann dieses Ziel präzise gefunden und „umgeschrieben“ werden. Mit Genome Editing ist es erstmals möglich geworden, einzelne Mutationen punktgenau herbeizuführen, ohne das übrige, aus Milliarden von Basen bestehende Erbgut zu verändern.

So ist es chinesischen Wissenschaftler gelungen, in einer Kulturweizensorte direkt eine Resistenz gegen Mehltau zu erzeugen – obwohl Weizen drei Chromosomensätze besitzt und die klassischer Züchtung deswegen besonders aufwändig und langwierig ist.

Mit Genome Editing können die Züchter im Wettlauf mit den Erregern wieder Zeit gewinnen. Bei mehreren Pflanzenarten – etwa Weizen, Gerste, Mais, Reis, Orangen, Gurken, Paprika, Tomate, Weinrebe, Kakao – zeigen wissenschaftliche Publikationen, dass es damit grundsätzlich möglich ist, gezielt Resistenzen gegen Pflanzenkrankheiten zu entwickeln. Die meisten Projekte stammen aus China und den USA, einige wenige werden auch in Deutschland gefördert.

Doch in der EU sind die gesetzlichen Hürden, Genome Editing-Verfahren anzuwenden oder damit gar neue Sorten herauszubringen, hoch. Solche Pflanzen fallen nicht nur unter die strengen Auflagen der Gentechnik-Gesetze, sie haben auch mit dem weit verbreiteten Negativ-Image der Gentechnik zu kämpfen. Doch: Kann es sich eine Gesellschaft angesichts des Klimawandels leisten, auf das besondere Potenzial der neuen Verfahren zu verzichten?

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