Mutationszüchtung

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Durch Züchtung entstandene Maissorten

Ziel der Pflanzenzüchtung ist die Herstellung von Pflanzen mit bestimmten erwünschten Eigenschaften. Sie beruht auf der wiederholten Auslese oder Kreuzung von Pflanzen und der anschließenden Vermehrung der Tochterpflanzen.

Ziele

Ziele der Pflanzenzüchtung im Nutzpflanzenbereich sind vor allem:

• Ertragssteigerung
  • Steigerung des Flächenertrages
  • „Low-input“-Pflanzen für die Bioenergiegewinnung und ökonomisch effektive Nutzung von Mittelertragslagen
• Qualitätsverbesserung (z. B. Backqualität bei Weizen; Brauqualität bei Gerste)
  • Wegzüchten unerwünschter Inhaltsstoffe (Sekundärstoffe z. B. Bitterstoffe und giftige Inhaltsstoffe)
  • bessere Fettsäurezusammensetzung (Rapsöl, Sonnenblumenöl)
  • höhere Wertigkeit des Eiweiß’ (Futterpflanzen)
  • Steigerung des Vitamingehalts (z. B. Vitamin E in Rapsöl)
  • Verbesserung struktureller Komponenten (Fasern bei Lein)
  • Verbesserung des Geschmacks / der Haltbarkeit (v.a. Obst und Gemüse)

• Umwelttoleranzen/-resistenzen
  • Anpassung an neue Umgebungssituationen (Kühletoleranz, Salztoleranz, Trockentoleranz)
  • höhere Schädlingsresistenzen, -toleranzen und Krankheitsresistenzen

Bei Zierpflanzen, liegt die Gewichtung ebenfalls in der Verbesserung der Schädlings- und Krankheitsresistenzen, aber vor allem auf der Selektion farblich oder morphologisch besonders ansprechender Merkmale. Letztere haben auch eine wesentliche Bedeutung bei direkt zu vermarktendem Gemüse (Weißkohl, …).

Klassische Züchtungsmethoden

Auslesezüchtung/Selektionszüchtung

Die Auslesezüchtung fängt mit dem Anbau von Genotypengemischen (vorh. genetische Linien, auch Wildpflanzen) an. Aus dem nach gemeinsamer Abblüte erzeugten Saatgut werden Pflanzen mit vorteilhaften Eigenschaften ausgewählt (Zuchtwahl, Massenauslese). Oft folgt eine erneute gemeinsame Abblüte dieser Pflanzen. Schließlich werden Saaten der besten Pflanzen isoliert vermehrt. Nach mehrfacher Wiederholung des Vorgangs und weiterer Auslese bleiben fast reinerbige (homozygote) Pflanzen mit gewünschten Eigenschaften übrig.

Die Auslesezüchtung stellt die älteste Form der Züchtung dar. Es gibt:

• die negative Massenauslese: „Schlechte“ Pflanzen werden von der weiteren Vermehrung ausgeschlossen.
• die positive Massenauslese: Dem Zuchtziel entsprechende Pflanzen werden ausgelesen und weiter vermehrt.
• Kombinationen von positiver und negativer Auslese

Generell führt, ist ein Idealtyp erreicht, dessen Vermehrung bei vegetativer Vermehrung (Klone, Zellkulturen etc.) besonders schnell zum Ziel (Bsp. Kartoffel).

Der Übergang zur Kombinationszüchtung ist hier fließend. Bei Selbstbefruchtern (Gerste, Bohne, Erbse…) sind statt gemeinsamer Abblüte auch Kreuzungen von Hand erforderlich. Sind geeignete Pflanzen erzeugt worden, führt dieses Verfahren dann schnell zum Zuchtziel.

Statt gemeinsamer Abblüte werden auch bei Fremdbefruchtern (Roggen, Mais…) Blütenstände künstlich befruchtet, später werden nur Saaten von Pflanzen mit bestem Ertrag oder /und bester Qualität weiterverwendet.

Kombinationszüchtung

Die Kombinationszüchtung ist eine Kreuzung verschiedener Genotypen (Linien). Es entsteht ein neuer Genotyp(F1). Die Eltern werden so in einem Genotyp vereinigt. Das Zusammenwirken dieser Gene führt zu neuen Phänotypen. Aus den Einzelkreuzungen werden nur die erfolgversprechendsten ausgelesen. Es können erwünschte Merkmale verstärkt und unerwünschte zurückgedrängt werden. Da die Kreuzungen spätestens in der nächsten Generation wieder (F2) aufspalten, ist nach weiteren Auslesezyklen (F3, F4, …) zur Saatgutproduktion zudem eine Erhaltungszüchtung erforderlich.

In Deutschland gibt es ca. 90 Zuchtprogramme für landwirtschaftliche Kulturarten (z. B. Raps, Weizen, Mais, Zuckerrübe etc.). Beim Bundessortenamt in Hannover waren im Jahr 2004 mehr als 2700 verschiedene Sorten eingetragen.

Heterosiszüchtung

In der Heterosiszüchtung werden bei Fremdbefruchtern (Mais, Roggen…) in mehrjähriger Züchtung aus heterozygoten Ausgangspflanzen nahezu homozygote Inzuchtlinien gezüchtet. Kreuzt man zwei solche Linien, tritt bei der F1 Generation oft eine auffallende Mehrleistung gegenüber der Elternformen auf. Dies nennt man „Heterosis-Effekt“ (Luxurieren der Bastarde). Bei Getreide kann man u. a. einen höheren Kornertrag erzüchten, bei anderen Pflanzen und bei Tieren vor allem eine höhere Resistenz vor Krankheiten und bei Hühnern bessere Legeleistung.

Bei Nachkommen der F1-Generation (F2, …) treten wieder die weniger guten Eigenschaften der Inzuchtlinien auf, da sie genetisch entsprechend der Spaltungsregel (Mendel) aufspalten. Die vorteilhaften Eigenschaften treten also nur in der F1-Generation auf.

Hybridzüchtung

Die Hybridzüchtung ist ein Beispiel für Heterosiszüchtung, zur Erzielung einer hohen markt- oder betriebsgerechten pflanzlichen Produktion durch Bastardwüchsigkeit. So werden bei der Hybridzüchtung geeignete, gesondert gezüchtete Inzuchtlinien einmalig miteinander gekreuzt (Einfachhybride). Denn die Nachkommen der ersten Generation haben gegenüber der Elterngeneration ein üppigeres Wachstum (Heterosiseffekt), daher wird durch ihre Kreuzung eine gesteigerte Leistung erzielt. Zudem findet eine Kombination der gewünschten Eigenschaft der Ausgangs-Inzuchtlinien statt.

Zu Doppelhybriden und Dreiwegehybriden siehe Mais

Für den Landwirt bedeutet dies jedoch, dass das Saatgut jedes Jahr wieder neu bezogen werden muss, da der Heterosiseffekt nur in der ersten Generation nach der Kreuzung auftritt und danach wieder verloren geht.

Bei Roggen werden in einigen Fällen zu Hybridsaatgut 10 % Populationssaatgut zur Sicherstellung der Bestäubung beigemischt.^[1]

Mutationszüchtung

Bei der Mutationszüchtung werden Samen Röntgen- oder Neutronenstrahlen, Kälte- und Wärmeschocks oder anderen Mutagenen ausgesetzt^[2] um neue Eigenschaften durch Mutation zu erzielen, die einen positiven Effekt aufweisen. Nur ein sehr kleiner Teil der Mutanten ist für die Weiterzucht Erfolg versprechend, da die meisten Defekte zeigen und unbrauchbar sind. Die so mutierten Pflanzen müssen mit leistungsfähigen Zuchtlinien zurückgekreuzt werden, um die neue, positive Eigenschaft in diese zu überführen.^[3] Obwohl in der Mutationszüchtung die Erbinformation unkontrollierter verändert wird als mit der Gentechnik, ist sie im Gegensatz zu dieser in der Öffentlichkeit weniger bekannt. Sie unterliegt dabei keiner gesetzlichen Regulierung, da sie im Prinzip nur eine gezielte Steigerung der natürlichen Mutationsfrequenz darstellt. Diese tritt ohnehin in der Natur auf und ist die Grundlage der Evolution.

Züchtung mit Hilfe der Gentechnik

Präzisionszucht

Mehr im Hauptartikel Präzisionszucht

Bei der Präzisionszucht wird bei Auswahl der Pflanzen, die miteinander gekreuzt werden, sich nicht mehr nur auf äußere Merkmale verlassen. Das Erbgut wird genau analysiert, um danach die passenden Kreuzungspartner auszuwählen.

Die Präzisionszucht basiert auf der gleichen Labortechnik wie die grüne Gentechnik, mit einem wichtigen Unterschied: Den Pflanzen werden am Ende keine artfremden Gene in die DNA eingebaut, so entstehen keine transgenen Organismen.

Eine wichtige Einschränkung dieser Technik ist, dass die gewünschten Gene bereits in einem Kreuzungspartner existieren müssen um sie heranzüchten zu können.

Ein wichtiger Unterschied zur klassischen Züchtung ist der zum Teil enorme Zeitvorteil.

Agrobacterium tumefaciens

Gentechnischer Gentransfer in Pflanzen geschieht durch Agrobacterium tumefaciens oder durch Übertragung von DNA mit Hilfe sog. „particle gun“. Das Agrobacterium tumefaciens besitzt ein TI-Plasmid (TI = Tumor Inducing), in das das gewünschte Gen, das in die Pflanze übertragen werden soll, integriert wird. Das Agrobacterium tumefaciens kann die Pflanze an entsprechenden Wundstellen infizieren und das Gen in das Genom der Pflanzenzelle übertragen. Bei der Übertragung von DNA mit der „particle gun“ wird die zu übertragende DNA an Gold- oder Wolframpartikel gebunden. Diese Partikel werden mit einer großen Geschwindigkeit auf Pflanzengewebe/Zellen geschleudert, so dass sie in die Zellen eindringen ohne sie zu zerstören. In den Zellen löst sich die an die Partikel gebundene DNA und kann sich in das Genom der Pflanzenzelle integrieren.

Mit Hilfe der Gentechnik können somit gezielt bestimmte Eigenschaften (z. B. Krankheitsresistenzen, verbesserte Vitamingehalte etc.) in Pflanzen übertragen werden, die durch klassische Züchtung nur schwer (z. B. nur sehr langfristig) oder gar nicht übertragbar sind.

Bedeutende Pflanzenzüchter

• Georg Arends (1863–1952), Deutschland
• Ernst Benary (1819–1893), Deutschland
• Vincenz Berger (1883–1974), Deutschland
• Norman Ernest Borlaug, USA
• Eduard von Boguslawski (1905–1999), Deutschland
• Luther Burbank (1849–1926), USA
• Jöns Carlson (1815–1891), Schweden
• Rudolf Carsten, Deutschland (1880-1954)
• Gerhard Fischbeck (* 1925), Deutschland
• Karl Foerster (1874–1970), Deutschland
• Dobimar von Kameke-Streckenthin (??-??), Deutschland
• Ferdinand von Lochow (1849–1924), Deutschland
• Iwan Wladimirowitsch Mitschurin (1855–1935), Russland
• Peter Ruckenbauer (* 1939), Österreich
• Thomas Scharnagel (1880-1953), Deutschland
• F. Wolfgang Schnell (1913–2006), Deutschland ^[4]
• Walter Schuster (* 1918), Deutschland
• Reinhold von Sengbusch (1898–1985) Deutschland

Rosenzüchter: siehe Rosenzüchtung

Siehe auch

• Züchtung
• Smart Breeding
• Genetik
• Rosenzüchtung
• Saatzucht
• Bundesverband Deutscher Pflanzenzüchter

Weblinks

• Glossar
• Bundesverband Deutscher Pflanzenzüchter e.V.
• Gesellschaft für Pflanzenzüchtung e.V.
• Züchtungsmethodik Fremdbefruchter Vegetativ vermehrbare Arten

Einzelnachweise

1. ↑ nach Angaben des Herstellers SAATEN UNION bei den Hybriden ASKARI, FESTUS, AMATO, FUGATO, RASANT
2. ↑ Hanswerner Dellweg: Biotechnologie verständlich, ISBN 3540569006, Springer 1994, S.106 und S.197
3. ↑ Hans Günter Gassen, Michael Kemme: Gentechnik: Die Wachstumsbranche der Zukunft, ISBN 3596122910, Fischer Taschenbuch Verlag, 1996
4. ↑ Nachruf zu Wolfgang Schnell