2. 6 Methoden der Pflanzenzüchtung

Unter Pflanzenzucht versteht man die Kunst und Wissenschaft der genetischen Verbesserung von Nutzpflanzen. Weiterhin stellt die Pflanzenzucht die derzeitige Phase der Nutzpflanzenevolution dar.

Dazu verfolgt man folgende Strategien:

  • Identifikation der wichtigen Merkmale
  • Entwicklung von Zuchtverfahren für diese Merkmale
  • Entdeckung von Gen-Quellen
  • Kombination dieser Gene mit denen optimierter Arten
  • Vergleich dieser neuen Arten mit den bekannten
  • Freisetzung und Verteilung der verbesserten Kulturpflanzen.

Ziel dieser Maßnahmen ist die

  • Ertragssteigerung
    (Steigerung der Biomasse durch verbesserte Anpassung an abiotische Stressoren; verbesserte Anpassung an Krankheiten und Pestizide)
  • Qualitätsverbesserung
    (Geschmack, Geruch, Farbe, Gestalt, industrielle Kriterien, Faserqualität, Futterqualität, Anbaukosten).

Um dies zu erreichen werden Erkenntnisse der Botanik, Genetik, Pflanzenphysiologie, Pflanzenpathologie, Biochemie, Statistik und EDV angewandt.

Verfahren der Pflanzenzüchtung
Methoden der Pflanzenzüchtung
Variationen der Chromosomenanzahl
Züchtung selbstbefruchtender Pflanzen (Reinzucht)
Mutation
Pflanzenhybridisierung
Züchtung geklonter Pflanzen (Klonzucht)
Mechanismen der Befruchtungsregulation
Züchtung fremdbefruchtender Pflanzen (Kombinantionszüchtung)
Biotechnologie: Gewebekultur und Molekulargenetik
Züchtung von Hybriden (Hybridzüchtung)
Field-plot Technik & Statistik   

Zuchtverfahren:

Auslese (Selektion)
Durch die Auslese (= Selektion) von Pflanzen einer genügend großen Population (= Massenauslese), mit den gewünschten Merkmalen wurden aus einer Anzahl Wildformen viele Pflanzensorten entwickelt. Pflanzen mit negativen Merkmalen werden ausgesondert (= negative Auslese). Bei Fremdbefruchtern ist dabei stets eine Isolation der ausgelesenen Typen notwendig, da eine unkontrollierte Bestäubung den Selektionseffekt wieder aufhebt

Um die richtige Zuchtmethode anzuwenden, ist die genaue Kenntnis des Fortpflanzungsmechanismus der selektierten Pflanzen notwendig.

Grundsätzlich pflanzen sich Pflanzen entweder

  • asexuell (vegetativ oder durch Apomixis (siehe hier)) oder
  • sexuell (Selbstbefruchtung(=Autogamie) oder Fremdbefruchtung)

fort.

Sexuell sich fortpflanzende Pflanzen bilden eine breite Palette Genotypen bei den Nachkommen, da die elterlichen Merkmale neukombiniert werden.

Reinzucht
Natürliche Populationen sich selbstbefruchtender Pflanzen sind gemischte Populationen homozygoter Linien. Verbesserungen durch Selektion sind relativ begrenzt, da ohne spontane Mutation keine neuen Merkmale entstehen. Man nennt eine solche Zuchtform auch
Reinzucht.

Kombinations (=Kreuzungs)züchtung
Nur durch Mutation, Hybridisierung (= Kombinations (=Kreuzungs)züchtung) und Gentechnik können neue Merkmale in die Linie eingeführt werden. Bei der Kombinations- (=Kreuzungs) züchtung werden 2 homozygote Rassen gekreuzt. Danach kann nach den angestrebten Merkmalen selektiert werden.

Hybridzüchtung
Bei der Hybridzüchtung werden durch Kreuzung von Klonen oder Inzuchtlinien die F1-Hybriden verwendet. Dabei kann es zu Heterosiseffekten kommen. Unter Heterosis versteht man z. B. eine Zunahme der Pflanzengröße im Vergleich zu den Eltern durch Dominanz.

Mutationszüchtung
Bei der Mutationszüchtung werden Mutationen künstlich durch Gamma, Röntgen- oder UV-Strahlung erzeugt. Auch Temperaturschocks und Chemikalien werden verwendet. Heute sind über 1000 Kulturpflanzen aus dieser Züchtungsform hervorgegangen. Große Erfolge hat man dabei mit Polyploidisierung bei Rüben und Zierpflanzen erzielt (Polyploidiezüchtung).

Ein historisches Beispiel ist die Entstehung des heutigen Weizens (Triticum spec.). Die Abb. 100 unten zeigt die Entwicklung bis zu den heutigen hexaploiden Formen.

Heute unterscheidet man 2 Weizensorten nach der Anbauzeit: Winterweizen und Sommerweizen, wovon der Winterweizen in Europa und USA der am häufigste angebaute Weizen ist. Es gibt hundert von Varietäten. Weltweit sind China (1999: 114,4 Millionen Tonnen/Jahr), Indien (70,7 M.to/J) und die USA (62,6 Mto/J) die größten Weizenproduzenten. Wo welche Weizenklasse angebaut wird hängt hauptsächlich von der Regenmenge, der Temperatur, den Bodenverhältnissen und der Tradition ab.

Einige Weizensorten sind:

Weichweizen: Heute legt man beim Brotweizen (Triticum aestivum) vor allem Wert auf die Backeigenschaften. Kriterien sind: Proteinmenge, Proteinqualität, Stärkebeschaffenheit.

Hartweizen oder Durum (Triticum durum) wird vor allem im mediterranen Raum kultiviert. Beim Hartweizen handelt es sich um einen tetraploiden Weizen mit äußerst geringer Eigenbackfähigkeit. Durum wird v.a. für die Erzeugung von Teigwaren verwendet

Ein anderes weltweit angepflanztes und domestiziertes Gras ist Mais (Zea mays), dessen Ursprung vor 80 000 Jahren in Mexiko liegt. Die mittelamerikanischen, präkolumbianischen Zivilisationen züchteten und kultivierten den Mais aus der Teosinte (siehe hier). Mais ist eine fremdbestäubende C4-Pflanze, speziell an wärmeres Klima angepaßt, und wurde von Kolumbus am Ende des Mittelalters nach Europa gebracht.

Heute erzeugen: USA, China, Brasilien, Mexiko, Frankreich und Argentinien 75% der weltweiten Maisproduktion, davon die USA mehr als die Hälfte. Der angebaute Mais ist ein Gemisch aus 2 Rassen.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Abb. 100

Entstehung von Weizen


Vor ca. 11000 Jahren begannen die Menschen wilden Weizen zu kultivieren. Er war diploid und hatte 14 Chromosomen (2n =14 AA). Er hybridisierte mit einer anderen Spezies mit ebenfalls 14 Chromosomen.(14 BB) Die Nachkommen waren jedoch steril (14 AB). Sie pflanzten sich vegetativ fort. Vor ca. 8000 Jahren fand eine Verdopplung des Chromosomensatzes statt (Polyploidie). Einige Pflanzen waren tetraploid (28 AABB) Später hybridisierte sich diese tetraploide Pflanze mit einem wilden, diploiden Verwandten (T. tauschii) 14 DD. Heute hat der Weizen 42 Chromosomen, (6 x 7 Sätze, 42 AABBDD).(siehe auch hier)

 

 

 

Abb. 101

Weizensorten


Roter Winterhartweizen

Durum Hartweizen

Weißer Weichweizen


Roter Weichweizen

 

Abb. 102

Zea mays


Weiterführende Quellen:
Quellen zur Genetik http://www.kumc.edu/gec/prof/genecour.html
Fortpflanzung bei Pflanzen http://ostracon.biologie.uni-kl.de/b_online/d38/38d.htm#01
Selektionsverfahren http://ipp.boku.ac.at/pz/uebungen/Sel_1.htm
Pflanzenzucht http://ipp.boku.ac.at/pz/pedigree.html
Alles über Weizen http://www.smallgrains.org/
Alles über Mais http://maize.agron.iastate.edu/corngrows.html