Aus den kühlen Höhenlagen der Anden stammend, ist die Kartoffel nicht gut geeignet für die extremen Temperaturen oder Überschwemmungen, die durch den Klimawandel verursacht werden. Pflanzenwissenschaftler züchten „Superknospen“, die härteren Umweltbedingungen standhalten können.
Die einfache Kartoffel wurde erstmals vor mindestens 8.000 Jahren in der Nähe des Titicaca-Sees im heutigen Peru domestiziert und ernährte die großen Städte des Inka-Reiches. Mitte des 16. Jahrhunderts hatte er die Anden verlassen und den Atlantik nach Europa überquert, wo er 1589 vom englischen Abenteurer und Höfling, dem rätselhaften Sir Walter Raleigh, in Irland eingeführt wurde. Die Kartoffelpflanze war sehr ertragreich und äußerst beliebt und wurde bald zu einem Grundnahrungsmittel in vielen europäischen Ländern.
Heute ist es nach Reis, Mais und Weizen die am vierthäufigsten angebaute Nahrungspflanze weltweit. Nichtsdestotrotz bleibt er anfällig für Staunässe und Hitzestress, Bedingungen, für die er sich in seiner ursprünglichen hochgelegenen Heimat in den Anden nicht entwickelt hat. Jetzt, da die Umweltverschmutzung das europäische Klima auf den Kopf stellt, muss sich die Kartoffel mit zunehmender Regelmäßigkeit diesen doppelten Feinden stellen.
„Einige Kartoffeln sind recht tolerant gegenüber Trockenstress, aber sie alle haben große Probleme mit Hitze und Überschwemmungen“, sagt Dr. Markus Teige, Pflanzenwissenschaftler an der Universität Wien und federführend das ADAPT-Projekt. ADAPT entwickelt neue Strategien, um sicherzustellen, dass die Produktivität der Kartoffelernte unter den Wachstumsbedingungen der Zukunft stabil bleibt.
Pflanzen, die von übermäßiger Hitze betroffen sind, hören auf, Zucker zu produzieren – wodurch die Entwicklung von Knollen verhindert wird – und eilen dann früh zur Blüte. Dies ist eine ausgezeichnete Strategie für Wildkartoffeln, um das Überleben der Art unter schwierigen Bedingungen zu sichern, aber sie bringt den Landwirten nur geringe Erträge.
Auswirkungen auf das Klima
Eine kürzlich durchgeführte Umfrage unter mehr als 500 europäischen Kartoffelbauern ergab, dass Dürre und Hitze als die Hauptauswirkungen des Klimawandels auf Kartoffeln angesehen wurden, gefolgt von Schädlingen, Krankheiten und starken Regenfällen.
Einige Kartoffelsorten sind besser als andere darin, Umweltbelastungen zu widerstehen, was darauf hindeutet, dass es für Pflanzenzüchter ein Potenzial gibt, die europäische Kartoffel genetisch zu verbessern, damit sie toleranter wird.
Das ADAPT-Projekt bringt vier Kartoffelzüchter und zehn Forschungseinrichtungen zusammen, um zu untersuchen, wie einige Kartoffeln Stress widerstehen.
„Wir wollen die Stressakklimatisierung auf molekularer Ebene verstehen“, sagte Dr. Teige, „um Marker für die Züchtung stresstoleranter Kartoffeln zu entwickeln.“
Die Kartoffelzüchtung ist aufgrund ihrer komplexen Genetik eine besondere Herausforderung. Die europäische Sorte enthält Millionen von DNA-Buchstaben, jeder in vier Kopien, auf zwölf verschiedenen Strängen (Chromosomen).
Genetische Marker ähneln Wegweisern, die wichtige DNA-Abschnitte kennzeichnen, die mit einem wünschenswerten Merkmal verbunden sind, wie z. B. einer besseren Hitzetoleranz.
„Ein relativ kleines Sortiment an Kartoffelgenetik wurde nach Europa gebracht“, sagte Dr. Dan Milbourne, Kartoffelforscher bei Teagasc in Irland, einer staatlichen landwirtschaftlichen Forschungsorganisation. Daher ist es möglich, neue Merkmale zu importieren.
ADAPT-Wissenschaftler haben rund 50 Kartoffelsorten in verschiedenen Kombinationen von Stressbedingungen an verschiedenen europäischen Standorten angebaut. Parallel dazu haben sie Experimente in Gewächshäusern durchgeführt, wo Sorten unter definierten Bedingungen in einer Hightech-Anlage in der Tschechischen Republik angebaut werden.
Die Pflanzen werden täglich fotografiert und vermessen, um ihren Wasserverbrauch, ihre Photosynthese- und Wachstumsraten aufzuzeichnen. Diese Daten können zeigen, wie sie durch Stress beeinflusst werden, und Wegweiser (genetische Marker) im Kartoffelgenom hervorheben, die für Stressreaktionen wichtig sind.
Die Wegweiser sparen Zeit und Geld für zukünftige Zuchtprogramme. „Wenn ein Marker mit einem bestimmten Merkmal assoziiert ist, dann extrahiert man beim Züchten eines Sämlings die DNA und sucht nach dem Marker“, sagte Dr. Teige. Der alte Weg bestand darin, die Pflanze wachsen zu lassen und abzuwarten, ob die gewünschte Eigenschaft vorhanden war.
Zeitersparnis in der Pflanzenzüchtung ist eine große Sache. „Es dauert ungefähr 12 Jahre, um eine Kartoffelsorte zu produzieren“, sagte Dr. Milbourne. Und er muss es wissen, denn letztes Jahr war seine Organisation involviert Veröffentlichung von Bustereine neue Kartoffelsorte, die gegen eine Art Nematodenwurm resistent ist, der die Kartoffelernte schwer schädigen kann.
Kartoffel Vorlieben
In Irland müssen Kartoffeln während einer Vegetationsperiode bis zu 20 Mal gespritzt werden, um sie vor Krautfäule zu schützen. Fäule hat in Irland eine historische Bedeutung, da sie in den 1840er Jahren zu Ernteausfällen bei Kartoffeln führte, die eine katastrophale Hungersnot auslösten, die die Bevölkerung dezimierte.
Unterdessen versucht Europa mit der Europäischen Kommission, die Abhängigkeit von chemischen Sprühmitteln zu verringern vor kurzem vorschlagen dass der Einsatz von Pestiziden bis 2030 halbiert wird. Um die Abhängigkeit vom Sprühen zu verringern, werden schädlingsresistentere Kartoffeln benötigt.
Dr. Milbourne ist Teil eines Projekts namens KartoffelMASH, das eine Möglichkeit entwickelt hat, die genetische Variation im Genom von Kartoffelsorten auf kostengünstige Weise zu scannen. Das Verfahren kann das Vorhandensein von Zielkrankheiten und Schädlingsresistenzgenen in Kartoffeln diagnostizieren, indem nur Abschnitte sehr variabler DNA entnommen werden, was erheblich kostengünstiger ist als herkömmliche Methoden zur Identifizierung genetischer Marker.
Eine neue Software, die am ILVO (Flanders Research Institute for Agriculture, Fisheries and Food) in Belgien entwickelt wurde, identifiziert DNA-Bereiche, in denen es subtile Unterschiede zwischen Sorten gibt.
Es sind einzelne Unterschiede im DNA-Code, die für Züchter am interessantesten sind, erklärte Dr. Milbourne. Die Kartoffelzüchtung wird beschleunigt, indem Wegweiser für diese Gebiete identifiziert werden.
„Anstatt Tausende von Individuen zu testen, indem ich sie mit einer Krankheit infiziere und ihre Reaktion verfolge“, sagte Dr. Milbourne, „kann ich einfach ein kleines Stück Blattmaterial von der Größe meines Fingernagels herausklicken und es auf diese Marker testen, die kann mir sagen, ob ein Gen vorhanden ist oder fehlt.“
Dies ist ein wichtiger Fortschritt im Bestreben, Kartoffeln zu entwickeln, die gegen Schädlinge und Krankheiten resistent sind und den Launen unseres zukünftigen Klimas standhalten können, ohne dabei den Ertrag zu opfern.
Super-Spuds
Entscheidend ist, dass es nicht darum geht, nur eine Superkartoffel zu züchten, da der Kartoffelgeschmack der Verbraucher von Land zu Land sehr unterschiedlich ist und für die Zukunft viele neue Kartoffelsorten benötigt werden.
„Wir streben an, in den nächsten Jahrzehnten von 7 Milliarden Menschen auf 11 bis 13 Milliarden Menschen zu ernähren“, sagte Dr. Milbourne.
„Wir müssen die Produktion verdoppeln, ohne die von uns bewirtschaftete Fläche zu vergrößern, und gleichzeitig mit dem Klimawandel konfrontiert sein, der auch das Land, das wir für die Landwirtschaft zur Verfügung haben, erschöpfen könnte.“
Ein Teil der Lösung besteht darin, die Widerstandsfähigkeit von Grundnahrungsmitteln wie Kartoffeln gegenüber Extremen wie hohen Temperaturen, Schädlingen und Krankheiten zu erhöhen und gleichzeitig weniger auf Pestizide zu setzen. Das Rennen hat begonnen.