Pflanzenforschung: Grundlage innovativer Pflanzenzüchtung - Wissenschaftsjahr 2020/21 - Bioökonomie

Ein Beitrag von Dr. Günter Strittmatter, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, CEPLAS – Cluster of Excellence on Plant Sciences und IBR – INNOVATION BY RESEARCH, R&D Consulting

Von der Bioökonomie wird erwartet, dass sie hochwertige Nahrungs- und Futtermittel, Kraftstoffe, Chemikalien und Materialien für die technische Nutzung sowie pharmazeutische Wirkstoffe ressourcenschonend in einer Kreislaufwirtschaft auf der Grundlage nicht-fossiler Rohstoffe produziert. Diese Rohstoffbasis stellen in großem Umfang Pflanzen aus landwirtschaftlichem Anbau dar.

Ausgangspunkt und Grundlage der Produktion pflanzlicher Biomasse für die Bioökonomie ist die Pflanzenzüchtung. Sie ermöglicht der Landwirtschaft den ressourcenschonenden Anbau ertragreicher Pflanzensorten, welche die erforderlichen stofflichen Eigenschaften haben.

Dabei spielen neben einem hohen Ertragspotential die Widerstandskraft gegen neue Krankheitserreger, Trockenheit und Hitze – auch im Zusammenhang mit dem Klimawandel –, hohe Nährstoff- und Wassernutzungseffizienz sowie die auf die jeweilige Verwertung ausgerichtete, spezifische stoffliche Zusammensetzung eine zentrale Rolle.

Hinzu kommt die Aufgabe, bislang in der Landwirtschaft und damit auch in der Pflanzenzüchtung nur wenig beachtete Pflanzenarten züchterisch an die Erfordernisse der Bioökonomie anzupassen.

Das aus der Pflanzenforschung heraus entwickelte Verständnis grundlegender biologischer Prozesse in Pflanzen ist die Voraussetzung, um die heutige Pflanzenzüchtung weiterzuentwickeln. Das bedeutet, bereits genutzte Kulturarten mit völlig neuartigen Eigenschaften auszustatten, ihre Wasser- und Nährstoffnutzung zu verbessern, den Ertragsfortschritt in Züchtungsprogrammen zu steigern oder auch neue Pflanzenarten der landwirtschaftlichen Nutzung für die Bioökonomie zugänglich zu machen.

Ziel ist eine sogenannte wissensbasierte prädiktive Pflanzenzüchtung. Damit ist gemeint, dass die Entscheidungen beim Kreuzen und Selektieren von Züchtungsmaterial – den Kernschritten der Züchtung – durch die Kenntnis biologischer Zusammenhänge bei der Ausprägung von Pflanzeneigenschaften sowie die Ergebnisse mathematischer Modellierung biologischer Prozesse unterstützt werden.

Die Ursachen auch komplexer pflanzlicher Eigenschaften genau zu verstehen und biologische Prozesse zu modellieren, ist Gegenstand moderner Pflanzenforschung, die stark von Mathematik und Informatik beeinflusst wird. Ihre Ergebnisse bilden die Grundlage, um die Ausprägung landwirtschaftlich wichtiger Merkmale neuer Pflanzensorten frühzeitig und zuverlässig im Züchtungsprozess vorhersagen zu können. Hinzu kommen neue Methoden, um in Pflanzen gewünschte Erbinformationen zielgenau zusammenführen zu können.

Die moderne Pflanzenforschung liefert sowohl das Wissen als auch die Werkzeuge, damit die Pflanzenzüchtung der Bioökonomie Pflanzensorten als Rohstoffbasis zur Verfügung stellen kann, die sowohl hinsichtlich Qualität und Quantität den Anforderungen gerecht werden als auch einen nachhaltigen Anbau erlauben.