CO2-Düngeeffekt bei Gerste: Genetische Vielfalt ausnutzen

Expertise

Open-top-Kammern im Freiland (© Thünen-Institut/BD)

Die CO2-Konzentration in unserer Atmosphäre nimmt zu und ist wesentlicher Mitverursacher des Klimawandels. Gleichzeitig ist CO2 für die Pflanzen der wichtigste „Nährstoff“, den sie im Zuge der Photosynthese in Biomasse umwandeln. Grundsätzlich stimulieren daher höhere CO2-Konzentrationen die Photosynthese und führen so – bei ausreichender Wasserversorgung – zu einem höheren Ertrag bei C3-Pflanzen. Es stellt sich die Frage, wie sich diese „Ressource“ künftig gezielter als bisher nutzen lässt. Dazu muss bekannt sein, welche Potenziale innerhalb von Kulturpflanzen zur Ausnutzung des CO2-Düngeeffekts stecken und wie diese genetisch unterlegt sind.

In mehrjährigen Feldversuchen mit Hilfe von Freiland-Expositionskammern (Open-top-Kammern) haben Wissenschaftler des Thünen-Instituts für Biodiversität in Zusammenarbeit mit dem Julius Kühn-Institut (JKI) die Wachstums- und Ertragsreaktionen von 100 Wintergerste-Genotypen auf einen erhöhten CO2-Gehalt in der Atmosphäre (700 ppm gegenüber heutigen 395 ppm) untersucht.

Vielfalt der getesteten Gersten-Linien (© Thünen-Institut/BD)

Die analysierten Wintergerste-Genotypen wiesen eine hohe genetische Variation hinsichtlich der Ausnutzung erhöhter CO2-Konzentrationen auf. Bei ca. 75% der untersuchten Genotypen führte das erhöhte CO2-Angebot zu Wachstums- und Ertragsteigerungen. Im Mittel über alle Genotypen und Versuchjahre hinweg stieg der Kornertrag um 12% und die oberirdische Biomasse um 13%, wobei einzelne Genotypen wesentlich höhere Biomasse- und Ertragszuwächse erzielten.

In genomweiten Assoziations-Analysen wurden insgesamt 142 Marker-Merkmals-Assoziationen für 21 verschiedene Merkmale identifiziert. Jeweils fünf Marker zeigten eine signifikante Assoziation mit den Merkmalen Biomasse- und Ertragszuwachs unter erhöhter CO2-Konzentration.

Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für eine gezielte züchterische Optimierung von Gerste mittels Marker-gestützter Selektionsverfahren.