Landwirtschaft: Neuer Mais wächst bei Kälte besser

Jeder Mensch isst durchschnittlich 35 Kilogramm Mais pro Jahr. Nahrung, Tierfutter und Biotreibstoff werden in Zukunft noch mehr Ressourcen benötigen, sodass Forscher stets daran arbeiten, die Flächenerträge zu erhöhen. Eine mögliche Lösung ist die Entwicklung von Nutzpflanzen, die bei niedrigen Temperaturen besser funktionieren.

Mais, einer der meist angepflanzten Nutzpflanzen der Welt, ist eine tropische Pflanze, was ihn extrem kälteempfindlich macht. Diese Eigenschaft ist in gemäßigten Klimazonen problematisch, wo die Wachstumssaison im Durchschnitt nur vier oder fünf Monate dauert. Aus diesen Regionen stammen jedoch über 60 Prozent der jährlichen Produktion von 800 Millionen Tonnen Mais. Eine kältetolerante Sorte könnte die Anbaugebiete erweitern und es den derzeitigen Landwirten ermöglichen, ihre Produktivität zu steigern.

Wichtige Enzyme nehmen bei Kälte ab

Eine Gruppe von Forschern unter der Leitung von David Stern, Präsident des Boyce-Thompson-Instituts, ist diesem Ziel einen Schritt näher gekommen, indem sie eine neue Art von Mais entwickelt hat, der sich nach einer Kältewelle schneller erholt. Stern ist außerordentlicher Professor für Pflanzenbiologie am College of Agriculture and Life Sciences der Cornell University. Ihre Ergebnisse wurden online im Plant Biotechnology Journal veröffentlicht.

Diese Arbeit baut auf Forschungsarbeiten auf, die 2018 veröffentlicht wurden und die zeigten, dass zunehmende Mengen eines Enzyms namens Rubisco zu größeren und schneller reifenden Pflanzen führen. Rubisco ist für die Pflanzen unerlässlich, um atmosphärisches Kohlendioxid in Zucker zu verwandeln, und sein Gehalt in den Maisblättern nimmt bei kaltem Wetter dramatisch ab.

In der jüngsten Studie bauten Stern und seine Kollegen Maispflanzen drei Wochen lang bei 25° Celsius an, senkten die Temperatur zwei Wochen lang auf 14° Celsius und erhöhten sie dann wieder auf 25° Celsius.

„Der Mais mit mehr Rubisco zeigte vor, während und nach dem Kühlen eine bessere Leistung als normaler Mais“, sagte Coralie Salesse-Smith, die Erstautorin der Studie. „Im Wesentlichen konnten wir die Schwere des Kühlstresses reduzieren und eine schnellere Erholung ermöglichen“, so Salesse-Smith weiter.

Kältetoleranter Mais weist bessere Photosynthesewerte auf

Im Vergleich zu normalem Mais hatte der technisch hergestellte Mais während des gesamten Versuchs höhere Photosynthese-Raten und erholte sich schneller vom Kältestress mit weniger Schäden an den Molekülen, die die lichtabhängigen Reaktionen der Photosynthese durchführen. Das Endergebnis war eine Pflanze, die nach einem Kälteeinbruch größer wurde und schneller reife Ähren entwickelte.

„Der von uns entwickelte Mais ist noch nicht vollständig für die Kühltoleranz optimiert, daher planen wir die nächste Generation von Modifikationen“, sagte Stern. „Es wäre zum Beispiel sehr interessant, eine kühltolerante Version eines Proteins namens PPDK in den Mais einzubringen und zu sehen, ob es noch besser funktioniert.“

Die Forscher glauben, dass ihr Ansatz auch bei anderen Kulturpflanzen, die C4-Photosynthese (eine spezielle Form der Kohlenstoffbindung) nutzen, wie Zuckerrohr und Hirse, angewendet werden könnte. (BTI/ts)