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29 Grad Celsius am Tag oder 27 Grad Celsius in der Nacht – dann ist es vorbei mit dem Kartoffelertrag. Das Nachtschattengewächs reagiert empfindlich auf Wärme und stellt bei zu hohen Temperaturen die Knollenbildung ein. Die ideale Produktivität entwickelt die Ackerpflanze bei 21 Grad Celsius am Tag und 18 Grad Celsius in der Nacht. In Zeiten des Klimawandels könnte das zu einem Problem werden. Doch jetzt haben Wissenschaftler den Temperaturregler der Kartoffel entdeckt und ausgeschaltet.

Das Eiweiß SP6A aktiviert die Knollenbildung

„Bisher war der Mechanismus, der die Knollenbildung bei Hitze verhindert, nicht bekannt“, erklärt Uwe Sonnewald, Biochemiker an der Universität Erlangen-Nürnberg. Bekannt war lediglich, dass die Kartoffel bei der richtigen Temperatur und Tageslänge ein Eiweiß namens SELF-PRUNING 6A (SP6A) bildet. Das aktiviert in der Pflanze die Knollenbildung, eine Vorbereitung auf kommende Kälteperioden. Ist das Eiweiß nicht aktiv, fokussiert sich die Kartoffel auf oberirdisches Wachstum.

Eine kurze RNA reguliert SP6A

Das Team um Sonnewald hat nun eine kurze Ribonukleinsäure (RNA) identifiziert, die der Kartoffel als Thermostat dient. Im Fachjournal „Current Biology“ berichten die Biochemiker von der temperaturabhängigen RNA aus etwa 19 Nukleotiden: Erst bei erhöhten Temperaturen wird das Molekül aktiv, dann aber blockiert es das Eiweiß SP6A – und damit das Knollenwachstum. Schalteten die Forscher die spezielle RNA aus, bildete die Pflanze auch bei Temperatur jenseits der 29 Grad Celsius weiter Knollen in der üblichen Qualität.

Nachweis unter Feldbedingungen steht noch aus

„Unsere Ergebnisse bieten die Chance, dass wir auch in Zukunft bei steigenden Temperaturen noch Kartoffeln anbauen können“, sagt Sonnewald. Da die bisherigen Versuche im Labor stattfanden, möchte das Team als nächstes prüfen, ob sich die Methode auch unter realen Feldbedingungen erfolgreich anwenden lässt.

bl

Balmy summer nights and hot days? What vacationers love, potatoe farmers fear. At 29 degrees Celsius during the day or 27 degrees Celsius at night, potato yields plummet. The nightshade plant reacts sensitively to heat and stops tuber formation if temperatures are too high. The highest yields can be gained at 21 degrees Celsius during the day and 18 degrees Celsius at night. In times of climate change, this could become a problem. But now, scientists have discovered the potato's thermostat and managed to switch it off.

Protein SP6A activates tuber formation

"Up to now, the mechanism that prevents tuberisation at high temperatures was not known," explains Uwe Sonnewald, biochemist at the University of Erlangen-Nuremberg. All that was known was that the potato forms a protein called SELF-PRUNING 6A (SP6A) at the right temperature and day length. This activates the tuber formation in the plant, a preparation for future cold spells. If the protein is not active, the potato focuses on above-ground growth.

A short RNA regulates SP6A

Sonnewald's team has now identified a short ribonucleic acid (RNA) that serves as a thermostat for the potato. In the specialist journal "Current Biology", biochemists report on temperature-dependent RNA from about 19 nucleotides: The molecule only becomes active at elevated temperatures, but then blocks the SP6A protein - and thus the growth of tubers. When the researchers switched off the small RNA, the plant continued to form tubers of the usual quality even at temperatures above 29 degrees Celsius.

Verifications under field conditions still pending

"Our results offer us the means of still being able to grow potatoes in future at increasing temperatures," says Sonnewald. Since the previous experiments took place in the laboratory, the team now wants to check whether the method can also be successfully applied under real field conditions.

bl/um

Reetgedeckte Häuser sind ein typisches Markenzeichen für Norddeutschland. Doch Schilfrohre eignen sich nicht nur zur Dachdeckung. Auch als Dämmmaterial in Verbindung mit Lehm gewinnt der Rohstoff an Bedeutung. Längst ist das Bauen mit natürlichen Materialien wie Schilf ein Trend. Doch der Bedarf kann mit heimischen Vorkommen nicht mehr gedeckt werden. „80% bis 90% des in Deutschland genutzten Dachreets werden importiert“, sagt Friedrich Birr von der Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde (HNEE).

Der Grund: In Deutschland gibt es neben Mecklenburg-Vorpommern nur wenige Regionen, in denen noch Schilf angebaut wird. Jahrzehntelang wurden Moore gezielt zur Landgewinnung trockengelegt.  Ein Forscherteam um Friedrich Birr will das ändern. Gemeinsam mit Partnern aus Landwirtschaft, Politik und Naturschutz wollen die Wissenschaftler die Feuchtgebiete wieder nutzbar machen und der Landwirtschaft so eine zuverlässige Einnahmequelle schaffen.

Moore nachhaltig bewirtschaften

„Aus Klimaschutzgründen wollen wir die Moore wieder nass machen und weiter nutzen, damit gezielt Schilf angebaut werden kann“, erklärt Birr im Gespräch mit bioökonomie.de. Den Klimawandel im Blick will das Team ein Umdenken bei der Bewirtschaftung der Moore bewirken und nachhaltige Lösungen entwickeln. Im Rahmen des Projektes „Klimaschonende, biodiversitätsfördernde Bewirtschaftung von Niedermoorböden (KLIBB)“ sollen neben Hinweisen für die Bewirtschaftung auch naturschutzfachliche Leitlinien erarbeitet werden, die es ermöglichen, nachhaltige Nutzungskonzepte zu entwerfen. Dazu braucht man auch neue Maschinen, die die Böden schonen", erklärt Birr.

Mit Schilfanbau Torfbildung ankurbeln

Etwa fünf Prozent der Landfläche Deutschlands sind Moore. Mit der Trockenlegung wurde nicht nur der Lebensraum vieler Pflanzen und Tiere zerstört, sondern auch ein wichtiger CO₂-Speicher. „Weltweit ist in ihnen doppelt so viel Kohlenstoff gebunden wie in allen Wäldern“, sagt Birr. Das Problem: Die Torfschicht, in der Kohlenstoff gebunden wird, wächst nur sehr langsam nach – lediglich einen Millimeter pro Jahr. „Pflanzen wie Schilf bilden potenziell Torf", erklärt Birr. Die Forscher hoffen, dass der Schilfanbau die Torfbildung ankurbelt und so die CO₂-Speicher im Feuchtgebiet wieder aktiviert.

Das KLIBB-Projekt wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) bis Oktober 2019 mit insgesamt 215.000 Euro gefördert. Daran beteiligt sind neben der HNEE Forscher der Universität Greifswald, der Humboldt-Universität zu Berlin und des Albrecht-Daniel-Thaer-Instituts für Agrar- und Gartenbauwissenschaften.

bb

Ob aus Stahl oder Aluminium, lang oder kurz: Nägel sind aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Metallstifte sind vor allem im Holzbau ein wichtiges Element, um einzelne Bauteile zu verbinden. Für eine Europalette sind beispielsweise 78 Stahlnägel nötig, um die einzelnen Bretter zu befestigen. Bei jährlich rund 400 Millionen gefertigten Paletten sind das knapp 200.000 Tonnen Stahl. Hans Korte ist überzeugt, dass das auch anders geht. Gemeinsam mit der Universität Hamburg und einer österreichischen Firma für Nageltechnik will der Wismarer Holzwirt umweltfreundliche Nägel entwickeln – und zwar aus Holz.

Rohstoffe und Energie einsparen

Holznägel gibt es durchaus. Sie bestehen aus Furnier und Kunstharz. Obwohl die hölzerne Alternative viele Vorteile hat, ist sie noch immer ein Nischenprodukt. „Beispielsweise können die Holznägel energiesparender hergestellt werden und sind leichter, was vor allem bei Transportverpackungen wie Paletten weitere Rohstoffe einspart“, erklärt Korte. Außerdem gebe es keine Farbveränderungen beim verarbeiteten Holz, die Wärmeleitfähigkeit sei deutlich geringer und Holznägel wesentlich schwerer herauszuziehen als das stählerne Pendant. Ein weiterer Vorzug der Holznägel: Ausgediente genagelte Produkte wie Europaletten könnten problemloser wiederverwertet werden.

Holznägel für den ökologischen Holzbau attraktiv machen

Zugleich gibt es viele unbekannte Faktoren, die bisher den breiten Einsatz der Holznägel behindern. So ist wenig darüber bekannt, wie das Holz nach dem Einschlagen des Nagels reagiert, und ob sie Frost und Belastungen wie langem Vibrieren standhalten. „Das wollen wir klären, um so ihren Einsatz im ökologischen Holzbau, beim Herstellen von Paletten sowie im Forst-, Garten- und Landschaftsbau zu ermöglichen“, sagt Korte. In den nächsten drei Jahren will das Team um den Wismarer Holzwirt mehr über die Zusammensetzung der Holznägel und deren Verarbeitung herausfinden und im besten Fall, wie Korte betont, für einen breiteren Markt attraktiv machen. 

Die Entwicklung des Holznagels wird von der Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) mit knapp 276.000 Euro gefördert.

bb

Whether made of steel or aluminium, long or short: nails have become an indispensable part of everyday life. Metal pins are an important element for connecting individual components, especially in timber construction. For a Euro pallet, for example, 78 steel nails are required to fasten the individual boards. With around 400 million pallets produced each year, this is almost 200,000 tons of steel. Hans Korte is convinced that there is an alternative. Together with the University of Hamburg and an Austrian company for nail technology, the wood specialist from Wismar wants to develop environmentally friendly nails - from wood.

Saving raw materials and energy

Wooden nails do exist. They consist of plywood and synthetic resin. Although the wooden alternative has many advantages, it is still a niche product. "For example, the wooden nails can be produced in a more energy-efficient way and are lighter, which saves further resources, especially for transport packaging such as pallets," explains Korte. In addition, there are no colour changes in the processed wood, the thermal conductivity is much lower and it is much more difficult to pull out wooden nails than their steel counterparts. Another advantage of wooden nails is that nailed products that have been discarded, such as Euro pallets, can be recycled more easily.

Making wooden nails attractive

At the same time, there are many unknown factors that have impeded the widespread use of wooden nails. For example, little is known about how the wood reacts after the nail has been driven in, and whether it can withstand frost and stress such as prolonged vibration. "We want to clarify this in order to enable their use in ecological timber construction, the manufacture of pallets and in forestry, gardening and landscaping," says Korte. In the next three years, the team headed by the Wismar wood expert wants to find out more about the composition of the wooden nails and how they are processed, and in the best case, as Korte points out, make them attractive for a broader market.

The Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) is supporting the development of the wooden nail with almost 276,000 euros.

bb/um

Kinderspielzeug, Lebensmittelboxen oder Einkaufstüten: Viele Produkte bestehen bereits aus biobasierten Rohstoffen und gelten damit als nachhaltig. Um als nachhaltig eingestuft zu werden, muss der Bio-Anteil des Materials allerdings mindestens 35% betragen. Fraunhofer-Forscher arbeiten seit Jahren daran, den biogenen Anteil von Materialien wie Kunststoffen zu steigern. Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) konzentrieren sich die Wissenschaftler daher auf die Entwicklung von Bioklebstoffen, einschließlich der dazugehörenden Harze uind Härter, um die neuartigen Kleber noch ökologischer zu machen.

Mit Harzen aus Pflanzenölen zu hochbelastbaren Kunststoffen 

Bisher bestehen Klebstoffe meist aus erdölbasierten duroplastischen Kunstharzen, auch Epoxidharze genannt. Einmal erwärmt, lassen sich diese nicht mehr verformen. Kombiniert mit einem Härter können die Harze funktionalisiert - also besser verarbeitet, eingefärbt oder vor Feuer geschützt werden. Eine biobasierte Alternative könnten Harze aus Pflanzenölen wie Drachenkopföl sein. In Verbindung mit entsprechenden Härtern lassen sich daraus ebenfalls hochbelastbare Kunststoffe herstellen.

Antibakterielle Wirkung durch Thymianöl

Noch müssen die IMWS-Forscher einige Hürden nehmen, bis die Bio-Kleber aus dem Fraunhofer-Labor auf den Markt kommen: Da das Harz aus der Saat von Ölpflanzen extrahiert wird, kann die chemische Zusammensetzung schwanken, was bei natürlichen Rohstoffen üblich ist. Die Forscher müssen daher zunächst ergründen, wie sich die variierenden Inhaltsstoffe auf die Harze auswirken. „Wir untersuchen die Harze von der Mikro- bis zur Makroebene“, erklärt Andreas Krombholz, Gruppenleiter am IMWS. Darüber hinaus wird erforscht, welche Füll- und Funktionsstoffe welchen Nutzen haben, ob sie beispielsweise eine hohe elektrische Leitfähigkeit oder gar eine antibakterielle Wirkung besitzen. Letzterer Effekt kann etwa durch die Zugabe von modifiziertem Thymianöl entstehen.

Epoxidierung auf Enzymen umgestellt

Auch bei der Klebstoffentwicklung setzt das IMWS-Team Pflanzenölepoxide ein. Da nicht nur das Material selbst, sondern auch der Härter durch ökologischere Stoffe ersetzt wurde, liegt der biobasierte Anteil der neuen Öko-Kleber mittlerweile bei 86 Prozent. Darüber hinaus gehen die Fraunhofer-Forscher auch bei der Epoxidierung nachhaltigere Wege, wie Krombholz berichtet. „Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben wir die Epoxidierung erstmalig auf Enzyme umgestellt. Wir können die Pflanzenöle also ohne Erdöl-basierende Chemikalien mit diesem Verfahren behandeln. Und da dies via Enzymen bei 40 Grad Celsius vonstatten geht statt bei über 100 Grad Celsius wie bisher, sparen wir zudem Energie.“ Auch die Lieferwege und damit die Umweltbilanz konnten die Forscher durch den Einsatz heimischer Pflanzenöle zur Herstellung der Bio-Kleber deutlich verbessern.

bb

Children's toys, food boxes or shopping bags: many products already consist of bio-based feedstocks and are therefore considered sustainable. In order to be classified as sustainable, however, the organic content of the material must account for at least 35%. Fraunhofer researchers have been working for years to increase the biogenic content of materials such as plastics. At the Fraunhofer Institute for Microstructures of Materials and Systems IMWS in Halle (Saale), scientists are therefore focusing on the development of bioglues, including the associated resins and hardeners.

Using resins from vegetable oils to produce highly resilient plastics

Until now, adhesives have mostly consisted of petroleum-based thermosetting resins, also known as epoxy resins. Once heated, these can no longer be deformed. Combined with a hardener, the resins can be functionalized, i.e. they can be easier to process, dyed or fireproofed. A bio-based alternative could be resins from vegetable oils such as scorpion fish oil. In combination with appropriate hardeners, they can also be used to produce highly resilient plastics.

Antibacterial effect with thyme oil

The IMWS researchers still have a few hurdles to overcome before the bio-adhesives from the Fraunhofer laboratory are launched on the market: Since the resin is extracted from the seeds of oil plants, the chemical composition can vary, which is common for natural raw materials. The researchers therefore first have to find out how the varying ingredients affect the resins. "We are investigating these resins from the micro to the macro level," explains Andreas Krombholz, group leader at IMWS. In addition, research is being carried out into which fillers and functional materials have which benefits, for example whether they have a high electrical conductivity or even an antibacterial effect. The latter effect can be achieved by adding modified thyme oil, for example.

Conversion from epoxidation to enzyme treatment

The IMWS team also uses vegetable oil epoxides for adhesive development. Since not only the material itself but also the hardener has been replaced by more ecological substances, the bio-based proportion of the new organic glue is now 86 percent. Krombholz reports that the Fraunhofer researchers are also taking a more sustainable approach to epoxidation. "Together with the Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, we switched from epoxidation to a novel enzyme-based process. This means we can process vegetable oils without using petrochemicals. The treatment with enzymes takes place at 40 degrees Celsius rather than 100 degrees Celsius as in the past, so we are also conserving energy." The researchers were also able to significantly improve delivery routes and thus the environmental balance by using indigenous vegetable oils for the production of organic adhesives.

bb/um

Es ist die konsequente Weiterentwicklung einer langjährigen Zusammenarbeit: Seit einem Jahrzehnt haben die Universität Konstanz und das Max-Planck-Institut für Ornithologie in Radolfzell gemeinsam den Forschungsbereich „Kollektives Verhalten“ ausgebaut. Jetzt hat die Max-Planck-Gesellschaft ein eigenes Institut für Verhaltensbiologie in Konstanz gegründet, das die internationale Spitzenposition des interdisziplinären Forschungsbereiches festigen soll.

Ausgezeichnete Rahmenbedingungen

„Die Erforschung von Tierverhalten und -bewegungen kann nur gelingen, wenn Wissenschaftler aus einer großen Spanne an Disziplinen zusammenarbeiten. Der Forschungsstandort Konstanz bietet uns mit seiner Universität und deren Exzellenzcluster hierfür ideale Rahmenbedingungen“, begründet Martin Wikelski, einer der drei Direktoren des neuen Max-Planck-Instituts, die Wahl des Standortes. Damit bezieht Wikelski sich auf den Exzellenzcluster „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour“ sowie das im Bau befindliche „Centre for Visual Computing of Collectives“ der Universität. Außerdem konnte jüngst die renommierte Bewegungsökologin Margaret Crofoot für eine Alexander-von-Humboldt-Professur an der Universität Konstanz gewonnen werden. Sie wird gemeinsam mit Iain Couzin das Direktoren-Trio des neuen Instituts komplettieren. Margaret Crofoot untersucht die Entstehung komplexer Gesellschaften am Beispiel des Gruppenverhaltens von Affen.

Modernste Technik

Die Wissenschaftler wollen sich in ihrer Arbeit unter anderem mit Fischen, Vögeln, Pavianen, Heuschrecken und Flughunden befassen und deren Verhaltensmuster analysieren. Dazu zählt auch die Frage, wie die Tiere sich koordinieren. Zur Verfügung steht den Forschern modernste Technik, darunter das ICARUS-System der internationalen Raumstation, das vom Weltall aus Tierwanderungen verfolgt, und der „Imaging Hangar“, eine Hightech-Forschungshalle, die Tiere in virtuelle Umgebungen versetzen kann. Die gewonnenen Erkenntnisse sind aber nicht nur von biologischem Interesse. Sie lassen sich auch für technische Anwendungen wie autonome Fahrzeuge nutzen.

Langjährige Zusammenarbeit

„Die Gründung des eigenständigen Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie stärkt unseren Forschungsbereich Kollektives Verhalten ganz maßgeblich“, freut sich Kerstin Krieglstein, Rektorin der Universität Konstanz. Damit werde auch die langjährige Forschungszusammenarbeit der Universität Konstanz und des Max-Planck-Instituts für Ornithologie auf eine neue Ebene gehoben.

bl

Während die Blaue Lupine ihr Comeback feiert, ist die Gelbe Lupine hierzulande von den Feldern nahezu verschwunden. Der Grund: Die Pilzkrankheit Anthraknose brachte den Anbau von Lupinus luteus Anfang der 1990er Jahre zum Erliegen. „Der Pilz befällt die Leitgefäße der Pflanze und unterbricht dadurch die Nährstoffversorgung. Die Pflanze stirbt ab, was zu einem totalen Ernteausfall führen kann“, erklärt Brigitte Ruge-Wehling vom Julius Kühn-Institut (JKI).

Im Rahmen des Projektes „InnoLuteus“ wollen Wissenschaftler vom JKI im mecklenburgischen Groß Lüsewitz nun gemeinsam mit Partnern die Gelbe Lupine für Landwirte wieder attraktiv machen. Dafür soll die von Natur aus proteinreiche Leguminose züchterisch so verändert werden, dass sie gegen den Pilzerreger resistent ist und zugleich mehr Ertrag liefert.

Hohe Trockentoleranz

Wie ihre blaue und weiße Verwandte lockt auch die Gelbe Lupine mit ihrem Nektar zahlreiche Hummeln an. Mit ihrer Eigenschaft, Luftstickstoff im Boden zu binden, sind Leguminosen darüber hinaus als Düngerexperten längst gefragt. Die gelbe Hülsenfrucht kann zudem auf mageren und sandigen Böden wachsen und weist eine hohe Trockentoleranz auf, wie Projektleiterin Ruge-Wehling berichtet. „Selbst im Dürresommer 2018 stand sie auf unseren Versuchsfeldern wie eine Eins.“ 

Genetische Marker gegen die Pilzkrankheit identifizieren

Erste Versuche im Gewächshaus und auf dem Feld laufen bereits. Das Projektteam kann hierfür auf Zuchtkollektionen vom JKI zurückgreifen, aber auch vorhandene genetische Ressourcen für neue Züchtungen nutzen. Das Ziel ist es, neue genetische Marker für die Anthraknoseresistenz zu identifizieren. Schließlich wird die Qualität der Pflanzen-Kerne entscheiden, ob die neuen Zuchtlinien der Gelben Lupine hinsichtlich ihres Proteingehalts für die Lebens- und Futtermittelproduktion geeignet sind. Gerade Öko-Landwirte sind auf alternative Proteinquellen zum weitverbreiteten Tierfutter aus Soja angewiesen.

Das Vorhaben, das Anfang April gestartet ist, wird vom JKI koordiniert und in den kommenden drei Jahren vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) mit knapp 1 Mio. Euro gefördert. Daran beteiligt sind das Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Gatersleben, das Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Freising sowie zwei Partner aus der Industrie.

bb

While the Blue Lupin is celebrating its comeback, the Yellow Lupin has almost disappeared from the fields in this country. The reason: the fungal disease anthracnosis brought the cultivation of Lupinus luteus to a standstill in the early 1990s. "The fungus attacks the plant's vascular vessels and thus interrupts the supply of nutrients. The plant dies, which can lead to total crop failure," explains Brigitte Ruge-Wehling from the Julius Kühn Institute (JKI).

As part of the "InnoLuteus" project, scientists from the JKI in Groß Lüsewitz, Mecklenburg now want to make yellow lupins attractive for farmers again. Together with partners, they aim to modify the naturally protein-rich legume in such a way that it is resistant to the fungal pathogen and at the same time provides higher yields.

High drought tolerance

Like its blue and white relatives, the Yellow Lupin attracts numerous bumble bees with its nectar. With their ability to bind atmospheric nitrogen in the soil, legumes have also long been in demand as fertilizer facilitators. The yellow legume can also grow on lean and sandy soils and has a high drought tolerance, as project manager Ruge-Wehling explains. "Even in the dry summer of 2018, it was standing tall on our trial fields."

Identifying genetic markers against the fungal disease

The first trials in the greenhouse and on the field are already underway. The project team can fall back on breeding collections from the JKI, but can also use existing genetic resources for new breeds. The aim is to identify new genetic markers for anthracnosis resistance. Finally, the quality of the plant nuclei will determine whether the new Yellow Lupin breeding lines are suitable for food and feed production in terms of their protein content. Organic farmers in particular are dependent on alternative protein sources to the widespread soy-based animal feed.

The project, which was launched at the beginning of April, is coordinated by the JKI and will be funded over the next three years by the Federal Ministry of Food and Agriculture (BMEL) with almost 1 million euros. The project involves the Gatersleben Institute for Plant Genetics and Crop Plant Research (IPK), the Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging (IVV) in Freising and two industrial partners.

bb/um

Mit der „World Food Convention“ hat der Berliner Tagesspiegel vor zwei Jahren ein Kongressformat geschaffen, um in der Hauptstadt mit Akteuren aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft eines der drängendsten Probleme unserer Zeit zu diskutieren: die Zukunft unser Ernährung in einer Welt mit neun Milliarden Menschen. Zur dritten Ausgabe der World Food Convention am 7. Mai waren 700 Gäste in die Bolle-Säle nach Berlin-Moabit gekommen.

„Eine Welt ohne Hunger ist möglich“

Der Kongress stand im Schatten der Veröffentlichung des IPBES-Berichtes zur globalen Lage der Biodiversität in Paris, der insbesondere die intensive Landwirtschaft und Fischerei als zentrale Treiber für den dramatischen Artenrückgang auf der Erde benennt. Für Bundesentwicklungsminister Gerd Müller reiht sich der Verlust der Biodiversität ein in die schwerwiegenden Probleme unserer Zeit: Klimawandel, zunehmend weniger Anbauflächen und Wasserengpässe. „Die Landwirtschaft ist Mitverursacher dieser Probleme, kann aber auch Teil der Lösung sein“, sagte Müller. Dazu brauche es eine nachhaltige Landwirtschaft, die lokale Pflanzenvielfalt erhalte und die vorhandenen Ressourcen besser nutze.

„Eine Welt ohne Hunger ist möglich“, betonte er. Die Entwicklungsländer müssten ernährungssouveräner werden, die Wertschöpfung vor Ort stattfinden. „Die Globalisierung muss gerecht gestaltet werden, etwa durch faire Lieferketten“, so Müller. Der Bundesminister forderte auch ein Umdenken zu einem nachhaltigen Konsumverhalten in den Industrieländern.

Fernziel: Eine klimaschonende Landwirtschaft

David Beasley, Executive Director beim World Food Programme der Vereinten Nationen, betonte, dass effektive Programme zur Entwicklungshilfe heute mehr denn je flexibel und veränderbar sein müssen, damit sie den Hunger in der Welt eindämmen und die Wirtschaft in Entwicklungsländern stabilisieren können. All dies ginge laut Beasley nicht ohne multilaterale Partnerschaften mit Akteuren aus Politik, NGOs und nicht zuletzt der Privatwirtschaft.

Liam Condon aus dem Vorstand der Bayer AG, die zu den Sponsoren des Kongresses zählte, verdeutlichte in seinem Vortrag, wie wichtig technische Innovationen in der Landwirtschaft waren und sind, um zentrale gesellschaftliche Herausforderungen zu lösen. Leitbild der Forschungsaktivitäten von Bayer und der übernommenen Monsanto sei eine klimaneutrale „Carbon-Zero-Zukunft“ der Landwirtschaft – mit Nutzpflanzen, die mehr Ertrag mit weniger Ressourcenaufwand liefern. Condon stellte etwa die Zusammenarbeit mit der US-Biotech-Firma Ginkgo Bioworks vor. Im Rahmen dieser Kooperation werden innovative Lösungen entwickelt, um die nützlichen Eigenschaften von Bodenmikroben auf dem Acker zu verstärken. Neben Projekten zu digitalen Agrartechnologien stellte er Formen der Vor-Ort-Zusammenarbeit mit Landwirten vor. Bei allem Tun sei zentral, nicht das Vertrauen der Öffentlichkeit zu verlieren. Bei Bayer habe man die Datentransparenz erhöht und den Dialog mit den Stakeholdern verstärkt.

Digitalisierung als Chance für kleine Betriebe

Bundesagrarministerin Julia Klöckner sagte, eine moderne Landwirtschaft müsse gleichzeitig nachhaltig und effizient sein. „Wir brauchen dazu Pflanzen, die klimastressresistent sind“, sagte sie. Dazu müsse man auch gegenüber neuen Züchtungsverfahren offener sein. Lebensmittelverschwendung und Nachernteverluste könnten etwa vermindert werden, wenn man Logistikketten intelligenter organisiere. „Die Digitalisierung muss als Chance – gerade auch für die kleinen Betriebe – betrachtet werden“, sagte Klöckner. Die globale Nahrungssicherung erfordere einen „Raus aus den Schubladen“-Denkstil. Eine „Nostalgie zur Ursprünglichkeit“ helfe hingegen nicht, den Hunger in der Welt zu bekämpfen.

Innovationen für die Lebensmittelproduktion

Eine von mehreren Diskussionsrunden beleuchtete das Thema „Lebensmittelproduktion“. Fabio Ziemssen, der bei der Metro AG für Lebensmittelinnovationen zuständig ist zählte einige wichtige Trends auf: Vertical Farming und Hydroponik-Kulturen, die Erschließung alternativer Proteinquellen und die Nutzung digitaler Technologien wie KI und Blockchain bilden für Ziemssen wichtige Bausteine der Nahrungsproduktion der Zukunft.  Für den Pflanzenforscher Nicolaus von Wirén sind die herkömmlichen Züchtungsmethoden einfach nicht schnell genug, um auf die drängenden globalen Herausforderungen zu reagieren. Mithilfe molekularer Züchtungstechniken wie dem Genome Editing gelange man sehr schnell zu neuen Sorten mit nützlichen und umweltschonenden Eigenschaften. „Genome Editing wird einen enormen Beitrag für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion liefern“, zeigte sich der Forscher vom IPK Gatersleben überzeugt.

In der Pioneers‘ Pitch Session stellten fünf Start-ups ihre Geschäftsmodelle und Innovationen vor, darunter die SeedForward GmbH (biologische Saatgutbehandlung), AgriKaab (Crowdfunding Plattform für Agrarprojekte in Somalia) und die PEAT GmbH ( mit der Pflanzengesundheit-Analyse-App Plantix). Zudem ging es auf der World Food Convention auch um das Thema Lebensmittelverschwendung und Big Data als Schlüssel für eine nachhaltige Landwirtschaft der Zukunft.

pg

Enzyme sind die Grundlage allen Lebens, wichtige Werkzeug der Biotechnologie und manchmal, wenn sie nicht richtig funktionieren, die Ursache von Krankheiten. Wie genau sie Reaktionen katalysieren, ist für Chemiker nicht einfach nachzuvollziehen, denn die komplex aufgebauten Moleküle verändern meist während der Katalyse ihre dreidimensionale Struktur. Forscher der Universität Bonn und der ETH Zürich stellen in der Fachzeitschrift „Chemistry – A European Journal“ eine Methode vor, um diese Veränderungen zu vermessen und so besser zu verstehen.

Elektromagnetische Änderung in reaktivem Zentrum

„Im Normalfall lassen sich diese Konformationsänderungen nicht oder nur mit großem Aufwand sichtbar machen“, erläutert Olav Schiemann von der Universität Bonn. „Das macht es oft schwierig, den Katalyse-Mechanismus nachzuvollziehen.“ Die Forscher haben sich nun eine besondere Eigenschaft der Enzyme zunutze gemacht. Enzyme formen meist eine Tasche, innerhalb derer die eigentliche Reaktion erfolgt. Die Struktur dieser Tasche, das katalytische Zentrum, enthält häufig Metallionen mit ungepaarten Elektronen. Diese sogenannten Hochspin-Ionen verhalten sich wie Elektromagneten, die zufällig ihre Polung umdrehen können.

Vermessung nach dem GPS-Prinzip

Indem die Chemiker Moleküle mit elektromagnetischen Eigenschaften an die Enzyme binden, können sie diese Umpolung beobachten: „Wenn die Hochspin-Ionen flippen, reagieren diese kleinen Elektromagnete auf das veränderte Magnetfeld in ihrer Umgebung, indem sie ebenfalls ihre Polung ändern“, erklärt der Bonner Chemiker Dinar Abdullin. Aus dem Wann und Wo dieser Reaktion können die Forscher die Distanz zwischen den Ionen und den verknüpften Molekülen errechnen. „Durch Kombination dieser Werte können wir, wie mit einem molekularen GPS, die räumliche Position dieses Zentrums messen“, veranschaulicht Schiemann. „Wir können so zum Beispiel feststellen, wie sich seine Lage im Verlauf der Katalyse relativ zu den anderen Magnetgruppen ändert.“

Bislang nur „Standbilder“

Führen die Chemiker diese Analysen für eine Reihe von tiefgekühlten Enzymen durch, die zu unterschiedlichen Zeiten ihrer Katalyse eingefroren wurden, erhalten sie eine Abfolge von „Standbildern“, aus denen sich die Konformationsänderung der Enzyme wie in einem Film zusammenfügen lässt. Bei diesen Standbildern soll es nicht bleiben: „Wir arbeiten schon an der nächsten Verbesserung der räumlichen Vermessung von Biomolekülen in Zellen und bei Raumtemperatur“, betont Schiemann.

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Vor rund zehntausend Jahren entstand der moderne Brotweizen Triticum aestivum, der heute ein Fünftel der weltweit von Menschen verzehrten Kalorien und Proteine liefert. Durch Selektion und Züchtung wurden unzählige Varianten geschaffen, die an regionale Umwelt- und Klimabedingungen angepasst sind und eine höhere Leistungsfähigkeit haben. Doch seit einigen Jahren stagniert der Weizenertrag. Der Klimawandel und der steigende Bedarf nach nachhaltigeren Landwirtschaftsformen stellt Züchter vor neue Herausforderungen.

Genotypen aus 68 Ländern analysiert

Einen wichtigen Schritt auf diesem Weg hat nun ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben gemacht. Die Pflanzenforscher haben 487 Weizengenotypen aus 68 Ländern sequenziert, von Landrassen bis zu modernen Varietäten. Dabei dokumentierten sie die Vielfalt auf Ebene der Gene, der Chromosomen und der drei Subgenome, die im Laufe der Domestikation im Brotweizen verschmolzen sind. Heraus kam auch, wie die jeweiligen Allele der Gene mit bestimmten, züchterisch verstärkten Eigenschaften zusammenhängen.

Genpool für die Züchtung

Das neue Wissen stellt Züchtern einen Pool an genetischer Variabilität zur Verfügung, um Weizenvarietäten mit neuen oder verbesserten Eigenschaften zu entwickeln – von der Anpassung an Umweltbedingungen bis hin zu verbessertem Ernteertrag und einer erhöhten Krankheitsresistenz. Mit der im Fachjournal „Nature“ veröffentlichten Studie konnten die Forscher zudem die Hypothese bestätigen, dass die Ursprünge des modernen Brotweizens im Durumweizen zu finden sind.

„Pangenom“ als Langfristziel

Das langfristige Ziel der Pflanzenforscher ist es, das sogenannte Pangenom zu entschlüsseln und damit alle Gene und Variationen des Weizens, die es weltweit gibt, offenzulegen. Das soll die Potenziale der Züchtungsforschung, die die aktuelle Studie liefert, noch einmal deutlich erweitern.

bl

Ten thousand years ago, the modern bread wheat Triticum aestivum was created, which today provides one fifth of the calories and proteins consumed by people worldwide. Through selection and breeding, countless varieties have been created which are adapted to regional environmental and climatic conditions and have a higher performance. However, wheat yields have been stagnating for some years now. Climate change and the increasing demand for more sustainable forms of agriculture present breeders with new challenges.

Genotypes from 68 countries analysed

An important step in this direction has now been taken by an international research team involving the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung; IPK) in Gatersleben. The plant researchers have sequenced 487 wheat genotypes from 68 countries, from Landrace breeds to modern varieties. They documented the diversity at the level of genes, chromosomes and the three subgenomes that fused in bread wheat during domestication. The researchers also found out how the alleles of the genes are associated with certain, breeding-intensified traits.

Gene pool for breeding

The new knowledge provides breeders with a pool of genetic variability to develop wheat varieties with new or improved traits - from adaptation to environmental conditions to improved yield and disease resistance. The study published in the journal "Nature" also confirmed the hypothesis that the origins of modern bread wheat can be found in durum wheat.

"Pangenoma" as a long-term goal

The long-term goal of the plant researchers is to decipher the pangenome and thus reveal all the genes and variations of wheat that exist worldwide. This is intended to significantly expand the breeding research potential provided by the current study.

bl/um

Regenwürmer sind nicht jedermanns Sache. Doch die im Boden lebenden Tierchen haben ihre Qualitäten: Sie lockern die Erde auf und sorgen damit für eine bessere Wasser- und Nährstoffaufnahme der Pflanzen. Auf ihrem Weg durchs Erdreich verzehren sie zudem riesige Mengen organisches Material, das letztendlich als Humus ausgeschieden wird. Die Qualitäten dieser natürlichen Bodenverbesserer hat sich NOKE-Gründer Michael Quintern zunutze gemacht. Seit 2017 züchtet der promovierte Bodenkundler Regenwürmer in Farmen, um Bioafälle aus der Landwirtschaft in Humus zu verwandeln. Mit der mobilen Wurmfarm Hungry Bin will der Lübecker nun auch Kantinen von der Idee überzeugen.

Earthworms are not everyone's cup of tea. But the small animals living in the soil have their virtues: they loosen up the soil and thus ensure better water and nutrient uptake by the plants growing there. On their way through the soil, they also consume huge amounts of organic material, which is ultimately excreted as humus. NOKE founder Michael Quintern took advantage of the characteristics of these natural soil conditioners. Since 2017, Quintern, who holds a PhD in soil science, has been breeding earthworms on farms in order to transform organic waste from agriculture into humus. With the mobile Hungry Bin worm farm, the Lübeck-based company now also wants to win canteens over to the idea.

Teakholz ist wegen seiner Robustheit und schönen Optik sehr gefragt. Doch der Anbau von Tropenhölzern ist seit langem umstritten. In Regionen wie Asien und Mittelamerika werden Teakbäume großflächig in Monokulturen angebaut, um die weltweite Nachfrage zu bedienen. Die ökologischen Folgen sind gravierend: Jede Abholzung ist ein Kahlschlag zu Lasten des Bodens und der Artenvielfalt. In Mittelamerika werden für den Teakanbau teils heimische Baumarten geopfert.

Mischwälder statt Monokultur in den Tropen

Forscher der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg wollen gemeinsam mit der Freiburger Genossenschaft PuroVerde zeigen, dass es auch anders geht. Sie wollen Landbesitzer in Mittelamerika überzeugen, dass Mischwälder mit heimischen tropischen Baumarten nicht nur ökologischer sind, sondern, dass sich das Aufforsten langfristig auch finanziell auszahlt. „Für ein Umdenken muss noch viel Überzeugungsarbeit geleistet werden, denn die Landbesitzer sind sehr skeptisch, ob das alles funktioniert“, sagt Stefan Pröstler. Er ist Leiter des Projektverbunds FuturoVerde, zu dem auch die auf nachhaltige Landnutzung spezialisierte Firma PuroVerde gehört.

Entscheidungshilfe für Landbesitzer

Im Rahmen des Projektes FuturoVerde will das Team nun in Costa Rica ein datenbasiertes Entscheidungshilfesystem entwickeln. Dahinter verbirgt sich ein klimasensitives Wachstumsmodell, das auf heimische Baumarten wie Guapinol, Almendro und Cebo ausgerichtet ist und für Vorhersagen der Waldentwicklung genutzt werden kann. Um das Mischwaldkonzept für Landwirte interessant zu machen, sollen in das Vorhersagemodell Daten einfließen, die Auskunft über das Bewirtschaften und das Bewerten von Märkten geben, aber auch Preisentwicklungen berücksichtigen. Das System soll so konzipiert sein, dass es auch in anderen tropischen Ländern als Entscheidungshilfe für eine nachhaltige Bewirtschaftung genutzt werden kann. Auf Basis der Forschungsergebnisse soll schließlich ein Managementhandbuch für die Praxis entstehen.

Costa Rica ist in den vergangenen Jahren zu einem Vorreiter in puncto Umwelt- und Klimaschutz geworden. So konnte durch ein Abholzungsverbot der Baumbestand zwischen 1987 und heute von 21% auf bis zu 60% der Landesfläche wieder gesteigert werden.

Tropische Mischwälder bieten wirtschaftliche Perspektive

Die Forscher sind überzeugt, dass ihr Konzept der naturnahen Mischwälder Landbesitzern in Mittelamerika eine dauerhafte wirtschaftliche Perspektive bieten  und zugleich vielen Tier- und Pflanzenarten als Verbindungskorridor zu benachbarten Regenwäldern dienen kann. Das Projekt wird von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt mit rund 400.000 Euro gefördert.


bb