Das Schweizer Gentechnik Moratorium verbietet seit 2005, dass Organismen in Verkehr gebracht werden, welche mit Hilfe gentechnischer Methoden erschaffen wurden. Der Bundesrat strebt an, es 2021 ein viertes Mal zu verlängern. Bei den Beratungen werden auch die «Neuen Pflanzenzüchtungsmethoden» diskutiert (Tabelle). Diese dürfen nur in der Forschung angewendet werden. Ungeachtet dessen, arbeitet die klassische Pflanzenzüchtung schon lange auf Ziele hin, welche durch diese Methoden effizienter erreicht werden sollen.
Gene sind immer beteiligt
Produziert eine Pflanze viel Biomasse, dann liegt das einerseits an einer Vielzahl von Genen, deren Variationen und Kombinationen. Wie gut eine Pflanze auf dem Feld ist, hängt aber auch von der Umwelt ab und wie sich die Gene in dieser Umwelt auswirken. Nachkommen dieser Pflanzen sind eventuell schlechtere Biomasseproduzenten, da sie die Gene gar nicht vererbt bekommen haben oder die Elternpflanze ein optimales Jahr «erwischt» hatte. Für mehr Sicherheit braucht es immer noch jahrelange Feldversuche. Seit den 2000er-Jahren sind molekulare und statistische Methoden vorhanden, die den Züchterinnen und Züchtern die Arbeit etwas erleichtern. Vor allem Eigenschaften, die durch wenige, bekannte Gene gesteuert werden, sind im Labor recht sicher vorhersagbar.
Linienzüchtung beim Weizen
Die ersten Jahre nach der Kreuzung sucht der Weizenzüchter Pflanzen mit den besten Eigenschaften aus. In diesem Zeitraum sind sie Anbaumethoden unter örtlichen Bedingungen ausgesetzt. Die zweite Phase dauert fünf Jahre und mehr. Hier wird die Leistung der Linien dieser Pflanzen (Nachkommen aus Selbstbefruchtung) schweizweit geprüft. Dabei werden Toleranzen gegen Stress wie Trockenheit und Resistenzen, gegen Krankheiten und Insektenbefall gesucht. Beim Weizen werden zudem die Backqualität und der Ernährungswert betrachtet. Agroscope setzt in der Weizenzüchtung seit 2017 die genomische Selektion ein (Selektion anhand eines Wertes, der aus der Genomanalyse berechnet wurde). Wichtig bleibt: Ohne genetische Vielfalt kann die Züchtung nicht arbeiten. Um mehr Vielfalt zu haben, nutzt man auch verwandte Arten. Dies bietet sich bei Weizen an, da er aus drei Arten entstanden ist. Beobachtete oder provozierte Mutationen, wie die Kurzstroh-Eigenschaft, sind auch hilfreich. Aktuell dauert es mindestens zwölf Jahre von den ersten Schritten, bis eine Sorte beim Händler ist.
Ohne genetische Vielfalt kann die Züchtung nicht arbeiten.
Hybridmaiszüchtung
Bei der Hybridmaiszüchtung werden Linien der besten Hybride untereinander gezielt gekreuzt. Die Linien zu entwickeln ist zeitintensiv und aufwendig, da Pflanzen immer wieder selbstbefruchtet werden müssen und sich die Leistung dabei oft verschlechtert. Mais ist im Gegensatz zu Weizen nämlich auf Fremdbefruchtung ausgerichtet. Zuchtziel Nummer eins ist der Ertrag, gefolgt von Reifezeitpunkt und der Futterqualität der Silage bei Silomais. Von der Erstellung der ersten Kreuzungen bis zur Sorte braucht es bei Delley Samen und Pflanzen (DSP; Delley, FR) etwa neun Jahre. Der Einsatz von verschiedenen Technologien hat riesige Steigerungen in der Herstellung von Linien (Doppelhaploiden-Methode) und der Durchführung von Ertragsprüfungen (Saattechnik, Erntetechnik, Digitalisierung) ermöglicht. Molekulare Methoden haben die Zucht noch weiter beschleunigt. Die kostenintensive genomische Selektion wird bei grösseren Unternehmen vermehrt routinemässig eingesetzt. Wegen dem starken Wettbewerb und dem hohen Technologieeinsatz, beschränkt sich heute die Maiszüchtung nur noch auf wenige Unternehmen.
Klonzüchtung bei der Kartoffel
Kartoffeln werden vegetativ über die Knollen vermehrt. Dadurch sind alle Nachkommen Klone der Mutterpflanze. Die Kartoffel wird immer noch fast genauso gezüchtet wie vor hundert Jahren: Nach einer Kreuzung werden aus den Samen Pflanzen gezogen und deren Knollen dann vegetativ vermehrt. Diese Nachkommen werden getestet und über Jahre immer wieder selektiert. Wichtige Eigenschaften sind abhängig von den vier Marktsegmenten Speise, Chips, Pommes und Stärkegewinnung. Je nach Segment spielen Verarbeitungseignung, Optik, Inhaltsstoffe oder Lagereignung eine stärkere Rolle, und je nach Anbaugebiet sind unterschiedliche Resistenzen relevant. Tatsächlich gibt es mehr als 50 relevante Merkmale, die Kartoffelzüchter bei der Selektion berücksichtigen. Es dauert etwa 15 Jahre von der Kreuzung bis zur Marktreife einer Sorte. Dieser langwierige Prozess ist der geringen Vermehrungszahl geschuldet (etwa 10 Knollen pro Pflanze) und dem grossen Aufwand zur Gesunderhaltung der Bestände. Das Risiko, Infektionen mit Viren oder Bakterien über die Knollen weiterzutragen, ist hoch. Es gibt Ansätze in Richtung Hybridzüchtung. Die Vermehrung geschähe dann über Samen und würde viele Nachteile ausmerzen. Molekulare Nachweismethoden, besonders von Resistenzen, haben die Selektion in der Kartoffelzüchtung verbessert.
Die Kartoffel wird immer noch fast genauso gezüchtet wie vor 100 Jahren.
Hybridzuckerrübenzüchtung
Beginnt die Arbeit an einer neuen Zuckerrübensorte, wird ein sogenannter Eliteelter mit einer Pflanze gekreuzt, die eine gewünschte Toleranz- oder Resistenzeigenschaft besitzt. Selbstbefruchtung wird durch ein System mit männlich sterilen Pflanzen verhindert. Die Nachkommen werden auf die erwünschte Eigenschaft mit Marker- und Biotests überprüft. Aus den selektierten Pflanzen werden dann Testhybriden erstellt, die lange Selektionsphasen mit intensiven Feldtests durchlaufen. Zuchtziele in der Zuckerrübe hängen mit der Wettbewerbsfähigkeit und einer nachhaltigen Zuckerproduktion zusammen. Dazu gehören Ertragsstabilität, auch ohne chemischen Pflanzenschutz, Zuckergehalt sowie Cercospora-, Rizomaniaund Nematodentoleranz. Resistenzen gegen Vergilbungsviren und SBR (Syndrome Basses Richesses) sind seit dem Verbot der Neonicotinoidbeizung doppelt wichtig. Eine Stresstoleranz gegen Hitze und Trockenheit gewinnt ebenfalls an Relevanz, da sie den Krankheitsbefall verstärken können. Bis Zuckerrübenproduzenten von der züchterischen Herkulesarbeit profitieren können, vergehen von der ersten Kreuzung bis zur fertigen Sorte etwa zehn Jahre. Molekulare und biotechnologische Methoden sind Standard und haben die Züchtung optimiert.
Hybridzuckerrübenzüchtung
Beginnt die Arbeit an einer neuen Zuckerrübensorte, wird ein sogenannter Eliteelter mit einer Pflanze gekreuzt, die eine gewünschte Toleranz- oder Resistenzeigenschaft besitzt. Selbstbefruchtung wird durch ein System mit männlich sterilen Pflanzen verhindert. Die Nachkommen werden auf die erwünschte Eigenschaft mit Marker- und Biotests überprüft. Aus den selektierten Pflanzen werden dann Testhybriden erstellt, die lange Selektionsphasen mit intensiven Feldtests durchlaufen. Zuchtziele in der Zuckerrübe hängen mit der Wettbewerbsfähigkeit und einer nachhaltigen Zuckerproduktion zusammen. Dazu gehören Ertragsstabilität, auch ohne chemischen Pflanzenschutz, Zuckergehalt sowie Cercospora-, Rizomania und Nematodentoleranz. Resistenzen gegen Vergilbungsviren und SBR (Syndrome Basses Richesses) sind seit dem Verbot der Neonicotinoidbeizung doppelt wichtig. Eine Stresstoleranz gegen Hitze und Trockenheit gewinnt ebenfalls an Relevanz, da sie den Krankheitsbefall verstärken können. Bis Zuckerrübenproduzenten von der züchterischen Herkulesarbeit profitieren können, vergehen von der ersten Kreuzung bis zur fertigen Sorte etwa zehn Jahre. Molekulare und biotechnologische Methoden sind Standard und haben die Züchtung optimiert.
Populationszüchtung bei Futterpflanzen
Bei Futterpflanzen werden aus einer grossen Population die besten Pflanzen ausgewählt. Nur diese dürfen sich gegenseitig befruchten und Nachkommen erzeugen. Dieser Schritt kann mehrfach wiederholt werden. Die Nachkommen bilden dabei dann eine potenzielle neue Sorte. Wichtig sind Futterertrag, Ausdauer und Qualität der Biomasse (vor allem Verdaulichkeit). Resistenzen gegen Rostpilze und Bakterielle Welke (bei Gräsern) oder gegen den Südlichen Stängelbrenner und Kleekrebs (bei Klee) sind zudem gesucht. Der Saatgutertrag ist wirtschaftlich sehr wichtig und daher schenkt Agrosocope diesem Merkmal vermehrt Beachtung. Es dauert gut und gerne 18 Jahre nach der ersten neuen Kreuzung, bis der Landwirt zertifiziertes Saatgut einer Sorte kaufen kann. Es gibt auch international Bestrebungen Hybridsorten zu entwickeln. Seit über einem halben Jahrhundert wird bei Futterpflanzen die Möglichkeit zur Verdoppelung des Genoms durch das Zellgift Colchizin (Alkaloid aus Herbstzeitlosen) angewendet. Die so erzeugten Sorten zeichnen sich, abhängig von der Art, durch ein höheres Ertragsvermögen sowie eine bessere Verdaulichkeit aus. Molekulare Methoden werden bei Agroscope bisher genutzt, um die Kronenrostresistenz von Italienischem Raigras zu verbessern.
Pollen einer Rotkleepflanze wird gesammelt, um damit eine andere Pflanze gezielt von Hand zu bestäuben.
Intrview: Züchterblick in die Zukunft
Sind konventionelle Züchtungen auch gut im Bioanbau?
In der Realität ist es so, dass bei Weizen etwa die Hälfte des verkauften, zertifizierten Saatguts im Bioanbau konventionelle Sorten sind. Bei Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln gedeihen konventionelle Sorten ebenfalls gut unter Biobedingungen. Im Futterpflanzenbereich sind die Grenzen zwischen den Anbauformen fliessend, da hier generell kaum Pflanzenschutz betrieben wird und die Düngung teils organisch erfolgt.
Die Zuchtziele für beide Anbauformen sind überwiegend gleich. Allerdings kann die Gewichtung unterschiedlich sein. So liegt der Fokus für den Bioanbau noch einmal besonders auf einem starken, homogenen Feldaufgang, einer schnellen Jugendentwicklung und einem zügigen Bestandesschluss. Dies ist essentiell, um das Unkraut zu unterdrücken und Krankheiten zuvorzukommen. Im Falle von Zuckerrüben, sollten bei einer frühen Ernte schon hohe Zuckergehalte erreicht werden, da die Biozuckerrübenkampagne in den Fabriken meist schon im September startet. In der Zucht von Biokartoffeln wiederum, wird besonders an Resistenzen gegen Krankheiten wie der Kraut- und Knollenfäule oder Rhizoctonia (Wurzeltöterkrankheit) und gegen Schädlinge wie dem Drahtwurm gearbeitet. Eine Resistenz gegen die Kraut- und Knollenfäule konnte nach jahrzehntelanger Arbeit aus Wildarten in neue Sorten überführt werden.
Viele konventionelle Zuchtprogramme setzen darauf, auch unter Biobedingungen zu testen, um dafür geeignete Sortenkandidaten nicht zu verpassen.
