junge Pappeln im Gewächshaus 2

Pappel

Anbau-Zulassungen China (1998, 2001)
Anbau China (2016 ca. 543 Hektar)
Forschungsschwerpunkte veränderter Ligningehalt, mehr Biomasse, Insektenresistenz, Pilzresistenz
Freilandversuche EU: 46 (Deutschland 4, Frankreich 12, Schweden 16, Spanien 4, Großbritannien 2, Belgien 2, Polen 3, Norwegen 1, Finnland 2) (seit 1993)
USA: 270 (seit 1989), Kanada, China

Die Pappel ist in den gemäßigten Zonen der Nordhalbkugel - vor allem in Kanada, USA, Russland und China - beheimatet. Auf mehr als neun Millionen Hektar werden Pappeln in Plantagen angebaut, die meisten davon in China. Weitere Anbauländer sind Indien, Frankreich, Türkei, Italien und Argentinien. Viel genutzte Pappelarten sind die Schwarz-Pappel (Populus nigra), die Silber-Pappel (Populus alba) und die Kanadische Schwarz-Pappel (Populus deltoides).

Pappeln gehören zu den schnell wachsenden Gehölzen mit gerader Wuchsform und einem ausgeprägten Hauptstamm. Das macht sie zu einem wichtigen Holzlieferanten für Bauholz, Paletten und Sperrholz, Papier und Verpackungen, Essstäbchen und Streichhölzer, aber auch für den Bau von Musikinstrumenten.

Pappeln finden auch Verwendung als Schutzpflanzung gegen Wind und Bodenerosion oder bei der Rekultivierung etwa von Halden.

Zunehmend wird die Pappel auch als nachwachsender Rohstoff für die Erzeugung von Biokraftstoff interessant.

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Modellpflanze für die Grundlagenforschung. Die Pappel ist eine Modellpflanze in der Forstgenetik. Sie wächst schnell und hat einen kürzeren Generationszyklus - sie blüht nach spätestens sieben Jahren - als andere Baumarten. Sie lässt sich auch vergleichsweise einfach vermehren und ihre genetische Struktur ist bekannt. Die Balsampappel war 2006 der erste Baum, dessen Genom vollständig entschlüsselt wurde.

Auch die neueren Verfahren des Genome Editings wie die Genschere CRISPR/Cas versucht man an Pappeln zu erforschen und zu etablieren. In Deutschland wurden die ersten genom-editierten Bäume im Rahmen des Projektes PopMass entwickelt. Wissenschaftler des Thünen-Institutes sowie der Universität Göttingen schalteten mit CRISPR/cas verschiedene Gene bei Graupappeln aus, etwa Blütengene oder Gene, die die Pflanzenarchitektur beeinflussen. In einem aktuellen Projekt (aProPop) wird versucht, CRISPR/cas so weiterzuentwickeln, dass am Ende die Pappel-Pflanzen nicht-transgen sind, also keine fremde DNA mehr enthalten.

Im Rahmen der Grundlagenforschung zur Phänologie der Bäume führt die Universität Umea (Schweden) seit 2016 erstmals einen Freisetzungsversuch mit Pappeln durch, die mit Hilfe der neuen Methode CRISPR/cas modifiziert wurden. Die Forscher wollen in den nächsten Jahren zahlreiche verschiedene Genkonstrukte im Freiland testen.

Pappelplantage 2

Pappeln für Biosprit. Die Nutzung von Holz für Bioenergie ist effizient und vielversprechend. In der Forschung geht es dabei vor allem um die Steigerung der Biomasse und die Reduzierung des Ligningehaltes.

Foto: Chris Schnepf, University of Idaho, bugwood.org

Pappelplantage in China

Plantage mit gentechnisch veränderten Pappeln in China. China ist das einzige Land, in dem gv-Pappeln zugelassen sind und auch angepflanzt wurden.

Foto: Dr. Dietrich Ewald, Thünen-Institut

Die Pappel als Nachwachsender Rohstoff. Die Pappel gilt als Energiepflanze der zweiten Generation, die auf Flächen angepflanzt werden könnte, die für Nahrungspflanzen nicht infrage kommen. In zahlreichen Forschungsprojekten geht es darum, die Effizienz des nachwachsenden Rohstoffes Pappel zu steigern:

  • Veränderter Ligningehalt: Lignin befestigt die Zellwände insbesondere bei verholzenden Pflanzen und ist technisch nicht gut zu verwerten. Es muss bei der Herstellung von Papier, aber auch von Biokraftstoffen auf Zellulosebasis aufwändig entfernt werden. Ligninarme Bäume könnten diesen Prozess vereinfachen oder überflüssig machen. Es gibt verschiedene Ansätze, die Lignin-Biosynthese zu beeinflussen, etwa durch „Ausschalten“ der Gene für bestimmte Enzyme.
  • Steigerung der Biomasse, mehr Ertrag

In Schweden und Finnland laufen derzeit Freilandversuche mit gentechnisch veränderten (gv-)Pappeln (v.a. weniger Lignin, mehr Ertrag und schnelleres Wachstum).

Resistenz gegen Schad-Insekten. Bereits seit 2002 wachsen in China gentechnisch veränderte Bt-Pappeln. Durch Übertragung eines Gens aus Bacillus thuringiensis sind die Bäume widerstandsfähig gegenüber blattfressenden Insekten. In China werden Pappeln im Rahmen der Wiederaufforstung von Wüsten angepflanzt. Jahrzehnte intensiver Abholzungen haben insbesondere im Norden Chinas die Wüstenbildung befördert.

Resistenz gegen Pappelrost, eine durch einen Pilz ausgelöste Krankheit bei Pappeln, die schwere Schäden verursachen kann. Das Projekt ChitoPop (2016 bis 2020) hat sich zum Ziel gesetzt, Gene in der Pappel zu identifizieren, die die Resistenz gegen den Eindringling erhöhen. Gleichzeitg sollen aber nützliche Pilze an den Wurzeln (Mykorrhizapilze) gefördert werden, da sie die Pappel mit Nährstoffen versorgen. Im Projekt wird auch die Gen-Schere CRISPR/Cas eingesetzt.

Veränderter Blühzeitpunkt. Aufgrund der langen Generationszeiten bei Bäumen, wird versucht, eine frühere Blüte zu erreichen, um Züchtungsprozesse zu beschleunigen. Für eine Kreuzungszüchtung ist die Blüte notwendig.

Männliche und weibliche Sterilität, um eine Ausbreitung von in Plantagen angebauten gv-Pappeln in forstliche Ökosysteme zu verhindern. Wissenschaftler der Oregon State University testeten in einem großangelegten Feldversuch verschiedene Ansätze, mit denen sie bei Pappeln Sterilität erzeugen konnten. Mehr als zwanzig Genkonstrukte, die zu sterilen Pollen oder Blüten führten oder den Beginn der Blüte verzögerten, wurden im Freiland über sieben Vegetationsperioden untersucht. Die meisten Sterilitätskonstrukte erwiesen sich als wirksam und über einen langen Zeitraum stabil ohne andere Eigenschaften zu beeinflussen. 2020 wurden weitere Freilandversuche bewilligt.