Wie beeinflusst das Sozialverhalten von Weizenpflanzen die Getreideproduktion?

Einer der wichtigsten Treiber der Nutzpflanzenentwicklung ergibt sich aus den Veränderungen in der Selektion, die mit der Verlagerung von Pflanzen aus einer äußerst heterogenen und artenreichen natürlichen Umgebung in eine homogene Monokulturumgebung einhergehen. Der Wettbewerb um Ressourcen gilt als vorherrschende Kraft bei der Strukturierung von Pflanzenpopulationen im Rahmen der natürlichen Selektion und begünstigt häufig die konkurrenzfähigsten Einzelpflanzen in einer bestimmten Umgebung.

Die Architektur und das Verhalten erfolgreicher Genotypen als einzelne Pflanzen unterscheiden sich von denen von Genotypen, die in einer Gemeinschaft gedeihen. Die Fitness einzelner Pflanzen wird durch „egoistische“ Eigenschaften gesteigert, die sich wie beim Menschen negativ auf die Leistung der Gemeinschaft auswirken können

„Landwirtschaft ist auf gemeinschaftliche Leistung angewiesen“, betont Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch, Leiter der Forschungsgruppe „Pflanzenarchitektur“ am IPK Leibniz-Institut. „Aber die Umgebung, in der Nutzpflanzen angebaut werden, also ihre Ökologie im landwirtschaftlichen Kontext, ihre Agrarökologie, ist kaum erforscht und weniger verstanden. Es ist überraschend, wie wenig wir über die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen wissen, die in einer dichten, realen Gemeinschaft wachsen.“ “

Heutzutage werden Kulturpflanzen in dicht besiedelten Beständen angebaut, wo sie aufgrund der gegenseitigen Beschattung nur eine begrenzte Lichtverfügbarkeit haben. „Daher können wir durch die Simulation des Schattens im Blätterdach näher an die Bedingungen herankommen, denen Pflanzen in dicht besiedelten Beständen auf dem Feld ausgesetzt sind, was bei der Untersuchung und Auswahl von Pflanzen für einen höheren Getreideertrag hilfreich sein kann“, sagt Dr. Guy Golan, Erstautor der aktuellen Studie. „Kooperatives Verhalten und hochfruchtbare Blütenstände in einer lichtarmen/schattigen Umgebung sind für eine blühende Getreidekulturgemeinschaft am wichtigsten.“

Die Forscher stellten fest, dass Verhaltensweisen, die die Fitness der einzelnen Pflanze fördern, der Leistung der gesamten Gemeinschaft nicht förderlich und in einigen Fällen sogar abträglich sind. Die Ergebnisse wurden kürzlich im veröffentlicht Pflanze, Zelle und Umwelt Zeitschrift im Rahmen der Sonderausgabe: Tradeoffs in Plant Responses to the Environment.

Darüber hinaus sagen die Forscher, dass mehrere Phänotypen, die unter simuliertem Schatten erzielt werden, die Gemeinschaftsleistung der Weizenernte besser erklären könnten, und plädieren für die Verwendung von simuliertem Schatten bei der Züchtung ertragreicher Sorten.

„Viel tiefere Einblicke in diese Wechselwirkungen zu haben und insbesondere deren molekulare und genetische Komponenten zu verstehen, ist sehr wichtig, um widerstandsfähigere und ressourceneffizientere Nutzpflanzen für die Zukunft zu entwickeln“, sagt Prof. Dr. Thorsten Schnurbusch. „Ein agrarökologischer genetischer Ansatz kann den kommunalen Ertrag optimieren, indem die Nutzpflanzen besser an ihre Umgebung angepasst werden, entweder als Monokultur oder als Mischung.“