Mit neuen chemischen Technologien kann der Weizenertrag um bis zu 20 % gesteigert werden

Britische Wissenschaftler haben ein synthetisches Molekül entwickelt, das bei Anwendung auf Nutzpflanzen die Größe und den Stärkegehalt von Weizenkörnern im Labor um bis zu 20 % erhöht.

Die neue Pflanzenanwendung, die von Rothamsted Research und der Universität Oxford entwickelt wurde, könnte dazu beitragen, das Problem der zunehmenden Ernährungsunsicherheit auf der ganzen Welt zu lösen. Etwa 795 Millionen Menschen sind unterernährt, und der diesjährige El Nino hat gezeigt, wie anfällig viele Länder für klimabedingte Dürren sind.

Die in Nature veröffentlichten Ergebnisse der Studie beschreiben detailliert die Methode, die auf der Verwendung synthetischer „Vorstufen“ des Zuckers Trehalose-6-Phosphat (T6P) basiert – eine einzigartige Strategie, bei der chemische Modifikationen zum Einsatz kamen wie Zucker von Pflanzen verwertet wird. Rothamsted Research, das vom Biotechnology and Biological Sciences Research Council strategische Mittel erhält, identifizierte diesen natürlich vorkommenden Zucker als entscheidend für die Kontrolle, wie Weizen Saccharose verwendet, den Hauptbrennstoff, der durch Photosynthese erzeugt wird. Saccharose ist der Schlüssel zur Entwicklung von Weizenkörnern. Sie stellten fest, dass der Ertrag umso größer ist, je mehr T6P den Weizenkörnern während ihres Wachstums zur Verfügung steht.

Unter Nutzung des chemischen Fachwissens des Chemistry Research Laboratory der Universität Oxford wurde eine modifizierte Version von T6P entwickelt, die von der Pflanze aufgenommen und dann in der Pflanze im Sonnenlicht freigesetzt werden konnte. Dieser T6P-„Vorläufer“ wurde einer Lösung zugesetzt und dann auf die Pflanzen gesprüht, was einen „Puls“ von T6P verursachte, der dazu führte, dass mehr Saccharose in das Getreide gezogen wurde, um Stärke herzustellen. Bei Tests im Labor unter kontrollierten Umgebungsbedingungen führte dieser Ansatz zu einer Steigerung der Korngröße und des Ertrags von Weizen um bis zu 20 %.

Die Studie zeigte auch, dass die Anwendung des Vorläufermoleküls die Fähigkeit der Pflanzen verbessern könnte, sich von Dürre zu erholen, was letztendlich den Landwirten helfen könnte, schwierige Jahreszeiten in Zukunft leichter zu überstehen.

Professor Ben Davis vom Department of Chemistry der Oxford University sagte:„Die Tests, die wir im Labor durchgeführt haben, sind vielversprechend für eine Technik, die in Zukunft die Art und Weise, wie wir Weizen anbauen, radikal verändern könnte viele verschiedene Kulturen. Die „grüne Revolution“ im 20. Jahrhundert war eine Zeit, in der widerstandsfähigere, ertragreichere Weizensorten geschaffen wurden, eine Innovation, von der behauptet wird, dass sie dazu beigetragen hat, eine Milliarde Leben zu retten. Durch die Entwicklung neuer chemischer Methoden auf der Grundlage eines biologischen Verständnisses können wir unsere Nahrungsquellen sichern und zu diesem Erbe beitragen. Auf diese Weise können wir sicherstellen, dass möglichst viele Menschen Zugang zu ausreichend Nahrung haben und dass die weniger Glücklichen aus unerwarteter Not gerettet werden können.“

Die Methode hat das Potenzial, die Erträge bei einer Vielzahl von Nutzpflanzen zu steigern, da T6P vorhanden ist und in allen Pflanzen und Nutzpflanzen die gleiche Funktion ausübt.

Dr. Matthew Paul, leitender Wissenschaftler (Pflanzenbiologie und Nutzpflanzenwissenschaften) bei Rothamsted Research, sagte:„Diese Studie ist ein Machbarkeitsnachweis, der uns zeigt, dass es möglich ist, zu beeinflussen, wie Pflanzen den von ihnen produzierten Brennstoff für die Landwirtschaft nutzen sowohl in Bezug auf den Ertrag als auch auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber trockeneren Bedingungen. Die nächste Arbeitsphase besteht darin, dieses Experiment so weit wie möglich im Feld in verschiedenen Umgebungen zu replizieren, wofür wir verstehen müssen, wie die Produktion des T6P-Vorläufers erhöht und die Auswirkungen bestimmt werden müssen, die variablere Bedingungen auf die Ergebnisse haben können .'

Weizenpflanzen wurden angezogen, bis jede Pflanze blühte, wonach verschiedene Konzentrationen von T6P-Lösung (zwischen 0,1 und 10 mM) zu verschiedenen Pflanzen gegeben wurden, um die Wirkung jeder Konzentration auf das Wachstum zu bewerten. Der Weizen wurde dann mit den Lösungen entweder auf die Ähren oder die ganze Pflanze in Abständen von fünf Tagen nach der ersten Blüte der Pflanzen besprüht, wobei nur eine Anwendung ausreichte, um den Ertrag zu steigern. Die Pflanzen wurden dann geerntet, sobald sie reif waren, wobei die Körner gewogen und auf die Menge an vorhandener Stärke und Protein analysiert wurden. Um die Reaktion auf Trockenheit zu testen, wurden die Pflanzen bis kurz vor der Entwicklung des Stammes der Weizenpflanze angebaut. Anschließend wurde ihm zehn Tage lang Wasser entzogen, wobei am neunten dieser Tage T6P-Lösungen zugegeben wurden. Die Pflanzen wurden nach erneuter Bewässerung geerntet, um die Erholung der Biomasse nach der Dürreperiode zu beurteilen.

Quelle PHYS.org