Neue Instrumente und Methoden für die Auswahl zukunftsfähiger Kulturpflanzen
Um die Ernährungssicherheit auch für die Zukunft zu erhalten, muss Europa neue Pflanzen anbauen, die den Herausforderungen des Klimawandels gewachsen sind. Dazu gehört auch die Prüfung und Einführung von Pflanzensorten, die sich besser an nachhaltige Anbaumethoden anpassen können. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INVITE(öffnet in neuem Fenster) hat sich ein Konsortium multidisziplinärer Interessengruppen zum Ziel gesetzt, die Prüfung von Pflanzensorten effizienter zu gestalten. Daher wurde eine Reihe von Instrumenten und Methoden entwickelt, mit denen der Anbau-Erfolg unter verschiedenen Produktionsbedingungen und Stressfaktoren getestet werden kann. Das Team beschäftigte sich mit zehn verschiedenen kommerziell bedeutsamen Pflanzen – vor allem Mais und Weizen. Auch im Hinblick auf Sonnenblumen, Tomaten, Äpfel und Futterpflanzen sowie Sojabohnen und Raps wurden zahlreiche Fortschritte erzielt. „Wir testeten auf die primären Belastungen hin – biotische, wie Schädlinge und Krankheiten, und abiotische, also die Auswirkungen des Klimawandels“, erklärt François Laurens(öffnet in neuem Fenster), Wissenschaftler am Nationalen Forschungsinstitut für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt(öffnet in neuem Fenster) in Frankreich.
Bestimmung von Bioindikatoren für die wichtigsten Pflanzenbelastungen
Das Team führte zunächst einige vorgelagerte Untersuchungen durch, um Bioindikatoren für die Hauptbelastungen zu bestimmen. Um die Auswirkungen von biotischem Stress auf die Pflanzen zu untersuchen, beschloss das Team, das Auftreten von Septoria(öffnet in neuem Fenster) – einer sehr schädlichen Pilzkrankheit – auf Weizenpflanzen während der asymptomatischen Phase zu quantifizieren. Für die abiotischen Stressfaktoren wählten die Forschenden drei Beispiele aus: Bioindikatoren für den Wasserverbrauch von Pflanzen, Tests zum Tomatenwachstum unter verschiedenen Anbaubedingungen und die Untersuchung epigenetischer Muster bei Apfelklonen unter verschiedenen zukünftigen Klimabedingungen in Europa.
Entwicklung neuer Instrumente und Methoden
Zu den wichtigsten Ergebnissen des Projekts zählte die Entwicklung fortschrittlicher Instrumente und Methoden für die Testung von Pflanzensorten, was zu großen Fortschritten bei der Phänotypisierung, Genotypisierung und Modellierung führte. Für die Phänotypisierung entwickelte das Team mehr als 40 Tests für fast alle Kulturpflanzen im Hinblick auf eine Vielzahl von Pflanzenmerkmalen, einschließlich Merkmalen von Organen, Krankheiten, Pflanzenentwicklung und Anpassung an den Klimawandel. Bei den Feld- und Labortests kamen verschiedene Technologien zum Einsatz, darunter Mobiltelefone, Drohnen, „Literal“-Stäbe(öffnet in neuem Fenster), spezielle Geräte für bestimmte Kulturpflanzen und Plattformen zur Phänotypisierung. „Wir konnten die technologischen Reifegrade der verschiedenen untersuchten Instrumente erheblich verbessern“, fügt Laurens hinzu. Einige der höchsten Reifegrade erreichten die Prüfungsstellen bei den Weizenanbautechnologien, bei denen die wichtigsten Leistungsmerkmale mithilfe von „Literal“-Stäben sowie mit Multispektral- und RGB-Kameras ausgestatteten Drohnen gemessen wurden. Auch bei Mais gab es einen großen Erfolg – die „Earbox“, die die Merkmale der Maisähre („maize ear“) bewertet. Im Bereich der Genotypisierung konnte INVITE molekulare Marker bestimmen, die mit spezifischen Pflanzenmerkmalen verknüpft sind und die Verwaltung von Vergleichssammlungen unterstützen sollen. Das Team schlug neue Biotests für drei wichtige Pflanzenkrankheiten vor: Tomatenmosaikvirus, Tomatenbronzefleckenvirus und Fusarium. Andere wurden für alle Kulturpflanzen und viele Merkmale vorgeschlagen. Zudem nutzte INVITE eine lange Reihe historischer Daten, um neue Modelle für die statistische und physiologische Modellierung zu trainieren. Neben der reinen Modellierung hebt das Team seine Fortschritte beim „Envirotyping“ hervor, mit dem bewertet wird, wie Nutzpflanzensorten in verschiedenen EU-Ländern unter zukünftigen Agrarumweltszenarien wachsen würden, sowie den Prototyp eines Instruments zur Entscheidungsunterstützung bei Sonnenblumen. Dies erleichtert in der Landwirtschaft die Auswahl einer Kultursorte unter Berücksichtigung der Vielfalt, des agronomischen Nutzens, der Leistung und der Umweltbedingungen.
Starthilfe für neue europäische Projekte
Direkte Folgeinitiativen zu dieser Arbeit werden im Rahmen anderer EU-Projekte durchgeführt, darunter PHENET(öffnet in neuem Fenster), AppleBiome(öffnet in neuem Fenster) und InnOBreed(öffnet in neuem Fenster). „Einer der größten Erfolge des Projekts war die Schaffung eines echten Konsortiums, in dem Forschungs-, Prüfungs- und Nachregistrierungs-Stellen sowie Pflanzenzüchter vertreten sind“, so Laurens.
