Manchmal sind es die einfachen Fragen, die einem am meisten zu denken geben, sagt Jonathan Lynch. Der Pflanzenforscher der Pennsylvania State University aus den USA ist der Frage nachgegangen, warum viele Maispflanzen unter kargen Umweltbedingungen kaum Ertrag bringen.
"Das liegt vor allem daran, dass die Pflanzen nicht effizient wachsen. Im subsaharischen Afrika liegt der Ertrag von Mais nur bei fünf Prozent des Erntevolumens, welches theoretisch möglich ist. Dass die Pflanzen nicht gut wachsen und keine Samen und Früchte bilden, liegt am Phosphor- und Stickstoffmangel im Boden, sowie an der Trockenheit. Daher wollen wir Pflanzen entwickeln, die effiziente Wurzeln haben, damit Mais auch unter kargen Bedingungen wachsen kann."
Um detailliert zu untersuchen, wie die Pflanzen wurzeln, hat sich der Botanikprofessor zusammen mit Kollegen aus den USA und Malawi der Hilfe bildgebender Verfahren bedient.
"Unsere Analysen zeigen, dass die Pflanzen bei kargen Bedingungen so schlecht wachsen, weil sie so viel Energie in das Wurzelwachstum stecken, so dass keine Kraft mehr für die Produktion von Samen und Früchten bleibt. Alle Kraft geht in die Wurzeln und dann können die Pflanzen keine Photosynthese betreiben."
Die meisten Maispflanzen sind genetisch so programmiert, dass zuerst den Wurzeln die Energie zukommt. Eine Art Kompromiss kennen sie nicht. Also stecken sie viel Energie in das Wurzelwachstum, um vielleicht doch noch auf zusätzliches Wasser und Nährstoffe zu stoßen. Effizient sei dies nicht, so Jonathan Lynch. Also machten sich die Botaniker auf die Suche nach effektiveren Maispflanzen, das bedeutet Pflanzen, die keine teuren Wurzeln, sondern in erster Linie Samen bilden. Die ersten Ergebnisse präsentiert der Wissenschaftler auf seinem Notebook.
"Hier sieht man den Querschnitt einer herkömmlichen Maiswurzel: Diese hier hat 13 Zellen, also Wassertransportkanäle, wohingegen diese Maispflanze hier nur sechs Kanäle aufweist. Wir haben also eine große natürliche Bandbreite an Wurzeltypen ausmachen können, von Pflanzen aus den USA und Malawi, das Geringste waren sechs Zellen, manche hatten hingegen 18. Das sind 300 Prozent mehr Materialkosten. Und die Rechnung ist einfach: je weniger Zellen, desto geringer sind die Kosten in Bezug auf das Wurzelwachstum."
Maispflanzen mit dünnen Wurzeln weisen also nur wenige Wassertransportkanäle auf. Diese verbrauchen nur halb so viel Energie wie herkömmliche Maispflanzen, zudem können die dünnen Wurzeln schneller und tiefer wachsen. Jonathan Lynch und seine Kollegen haben die Maispflanzen mit den dünnen Wurzeln in Malawi und Pennsylvania angebaut und geschaut, wie hoch die Erträge unter bestimmten Wachstumsbedingungen im Vergleich zu handelsüblichen Sorten sind. Bei normaler Wässerung waren die Ernteerzeugnisse gleich, bei Trockenheit jedoch produzierten die dünnwurzeligen Maispflanzen durchschnittlich dreimal so viele Mais wie herkömmliche Maissorten. Bevor diese dünnwurzligen Pflanzen jedoch großflächig zum Einsatz kommen können, wollen die Forscher erst die Biologie der Maispflanzen detailliert verstehen. Denn diese Sorten könnten auch negative Effekte haben, welche heute noch nicht absehbar sind. Können die Forscher solche negativen Effekte jedoch ausschließen, steht den schlanken Maiswurzelpflanzen nichts mehr im Weg.
"Das liegt vor allem daran, dass die Pflanzen nicht effizient wachsen. Im subsaharischen Afrika liegt der Ertrag von Mais nur bei fünf Prozent des Erntevolumens, welches theoretisch möglich ist. Dass die Pflanzen nicht gut wachsen und keine Samen und Früchte bilden, liegt am Phosphor- und Stickstoffmangel im Boden, sowie an der Trockenheit. Daher wollen wir Pflanzen entwickeln, die effiziente Wurzeln haben, damit Mais auch unter kargen Bedingungen wachsen kann."
Um detailliert zu untersuchen, wie die Pflanzen wurzeln, hat sich der Botanikprofessor zusammen mit Kollegen aus den USA und Malawi der Hilfe bildgebender Verfahren bedient.
"Unsere Analysen zeigen, dass die Pflanzen bei kargen Bedingungen so schlecht wachsen, weil sie so viel Energie in das Wurzelwachstum stecken, so dass keine Kraft mehr für die Produktion von Samen und Früchten bleibt. Alle Kraft geht in die Wurzeln und dann können die Pflanzen keine Photosynthese betreiben."
Die meisten Maispflanzen sind genetisch so programmiert, dass zuerst den Wurzeln die Energie zukommt. Eine Art Kompromiss kennen sie nicht. Also stecken sie viel Energie in das Wurzelwachstum, um vielleicht doch noch auf zusätzliches Wasser und Nährstoffe zu stoßen. Effizient sei dies nicht, so Jonathan Lynch. Also machten sich die Botaniker auf die Suche nach effektiveren Maispflanzen, das bedeutet Pflanzen, die keine teuren Wurzeln, sondern in erster Linie Samen bilden. Die ersten Ergebnisse präsentiert der Wissenschaftler auf seinem Notebook.
"Hier sieht man den Querschnitt einer herkömmlichen Maiswurzel: Diese hier hat 13 Zellen, also Wassertransportkanäle, wohingegen diese Maispflanze hier nur sechs Kanäle aufweist. Wir haben also eine große natürliche Bandbreite an Wurzeltypen ausmachen können, von Pflanzen aus den USA und Malawi, das Geringste waren sechs Zellen, manche hatten hingegen 18. Das sind 300 Prozent mehr Materialkosten. Und die Rechnung ist einfach: je weniger Zellen, desto geringer sind die Kosten in Bezug auf das Wurzelwachstum."
Maispflanzen mit dünnen Wurzeln weisen also nur wenige Wassertransportkanäle auf. Diese verbrauchen nur halb so viel Energie wie herkömmliche Maispflanzen, zudem können die dünnen Wurzeln schneller und tiefer wachsen. Jonathan Lynch und seine Kollegen haben die Maispflanzen mit den dünnen Wurzeln in Malawi und Pennsylvania angebaut und geschaut, wie hoch die Erträge unter bestimmten Wachstumsbedingungen im Vergleich zu handelsüblichen Sorten sind. Bei normaler Wässerung waren die Ernteerzeugnisse gleich, bei Trockenheit jedoch produzierten die dünnwurzeligen Maispflanzen durchschnittlich dreimal so viele Mais wie herkömmliche Maissorten. Bevor diese dünnwurzligen Pflanzen jedoch großflächig zum Einsatz kommen können, wollen die Forscher erst die Biologie der Maispflanzen detailliert verstehen. Denn diese Sorten könnten auch negative Effekte haben, welche heute noch nicht absehbar sind. Können die Forscher solche negativen Effekte jedoch ausschließen, steht den schlanken Maiswurzelpflanzen nichts mehr im Weg.