Inhaltsverzeichnis 9.4 Literatur


9.2.2 Der Begriff "Biodiversität"
9.2.3.2 Erhaltung der genetischen Vielfalt im Interesse der Pflanzenzüchtung

9.2.3 Klassische Züchtung und genetische Vielfalt

9.2.3.1 Ziele und prinzipielles Vorgehen in der klassischen Pflanzenzüchtung

Ziele der klassischen Pflanzenzüchtung

Pflanzenzüchtung,ob mit oder ohne gentechnologische Methoden, hat zum Ziel, Pflanzen genetisch so zu verändern, dass sie besser an die Bedürfnisse des Menschen angepasst sind (BECKER, 1993). Der Züchter beurteilt sein Zuchtmaterial anhand von Kriterien, die in seinen Augen diesem Ziel zuträglich sind oder eher davon wegführen. Eine solche Zielsetzung bringt eine wesentliche Einschränkung der genetischen Vielfalt mit sich. Was der Mensch als nutzlos betrachtet, wird verworfen. Dies trifft bei der Auslese während des direkten Züchtungsvorgangs in besonderem Masse zu; Selektion bedeutet "Einengung genetischer Vielfalt in eine bestimmte Richtung" (BECKER, 1993). Andererseits ist die Pflanzenzüchtung auch auf genetische Vielfalt angewiesen: Auf der Suche nach neuen nützlichen Genen, muss sie auf eine möglichst breite genetische Basis zurückgreifen können. Zu diesem Zweck wird ein Pflanzenzüchter auf Wild- und Landsorten zurückgreifen sowie durch Kreuzungen immer wieder neue genetische Variation erzeugen. Pflanzenzüchtung schränkt also einerseits die genetische Vielfalt ein, ist aber gleichzeitig an der Erhaltung der genetischen Vielfalt interessiert, die ihr als Genpool dient. BECKER (1993) illustiert dieses Wechselspiel von Einschränkung und Erzeugung von genetischer Variation mit einem anschaulichen Beispiel aus der Winterweizenzüchtung:

"In den 80er Jahren enthielten die meisten deutschen Sorten in ihrem Stammbaum die Sorten 'Carstacht' oder 'Capelle'. In Abb. 2 ist der Stammbaum der fünf Sorten mit den grössten Vermehrungsflächen 1985 angegeben, sie nahmen zusammen über 60% der Fläche ein. Alle diese Sorten hatten 'Capelle' als Elter oder Grosselter, drei von ihnen ausserdem noch 'Carstacht' als Elter oder Grosselter. Soweit ist dies ein typisches Beipiel für genetische Verarmung. Die französische Sorte 'Capelle' und die deutsche Sorte 'Carstacht' sind jedoch ihrerseits genetisch weit voneinander entfernt und gehen auf einen sehr breiten Hintergrund von insgesamt 15 Landrassen aus sechs Ländern zurück. Die alten europäischen Landrassen wurden also durch moderne Sorten verdrängt, sie leben in ihnen aber gewissermassen weiter."

FOWLER und MOONEY (1990) sind hingegen der Meinung, dass der Ersatz einer Landrasse durch eine moderne, genetisch uniforme Zuchtsorte dem endgültigen Verschwinden dieser Landrasse gleichkäme. Durch in- und ex-situ Erhaltung kann dieser Gefahr zumindest teilweise entgegengewirkt werden. Darunter versteht man einerseits die Erhaltung von genetischem Material im Herkunftsgebiet (in situ) bzw. in den Zentren genetischer Vielfalt und andererseits die Aufbewahrung in Genbanken (ex situ).

Abbildung 2: Abstammung wichtiger Sorten des Winterweizens in Deutschland

(Quelle: BECKER, 1993)

Pflanzenzüchtung benutzt unterschiedliche Gen-Quellen

Die oben erwähnten Landrassen dienten also als genetische Ressourcen für die Winterweizenzüchtung in Deutschland. Wir möchten an dieser Stelle kurz auf die unterschiedliche Qualität der genetischen Ressourcen eintreten. Die genetischen Ressourcen können in Gruppen eingeteilt werden, die in unterschiedlicher genetischer Nähe zur Kulturart stehen. Man unterscheidet dabei den primären, den sekundären und den tertiären Genpool (deutsch: "Formenkreis"). Zum primären Genpool gehört die Kulturart selbst und andere ohne Schwierigkeiten kreuzbare Arten. Zum sekundären Genpool gehören Arten, aus denen Gene nur mit Schwierigkeiten übertragbar sind, entweder weil Kreuzungen einen geringen Ansatz zeigen oder weil die Kreuzungsnachkommen eine geringe Fertilität haben. Zum tertiären Genpool gehören schliesslich verwandte Arten, die nur mit Hilfe aufwendiger Spezialverfahren, wie z.B. Embryokultur oder verschiedenen Bestäubungstechniken, gekreuzt werden können. In Zukunft kann der Züchter mittels gentechnischer Methoden auch einzelne, isolierte Gene in sein Zuchtmateral einbauen. Die Erhaltung der genetischen Vielfalt wird sich somit von der Population über das Individuum bis hin zum isolierten Gen erstrecken.

Der primäre Genpool wird weiter unterteilt in angepasstes Zuchtmaterial, exotisches Material und in Wildarten. Unter exotischem Material versteht man einerseits klimatisch nicht angepasste Zuchtsorten aus andernen Ländern, andererseits leistungsmässig nicht angepasste alte Landrassen.

In der praktischen Pflanzenzüchtung wird zum grössten Teil Material aus dem primären Genpool genutzt. Dabei spielt die Nutzung des angepassten Zuchtmaterals die wichtigste Rolle. Wenn dringend benötigte Eigenschaften im primären Genpool nicht gefunden werden, greift man auf den sekundären Genpool zurück; dies ist vorwiegend bei der Suche nach Resistenzgenen der Fall. Der tertiäre Genpool wird selten genutzt, weil dazu spezielle Techniken verwendet werden müssen.

Je nach Kulturart haben die verschiedenen Genpools unterschiedliche Bedeutung: Da bei Mais der primäre Genpool eine sehr grosse genetische Vielfalt aufweist (mit den Gattungen Zea und Teosinte), wird neues Zuchtmaterial fast ausschliesslich aus diesem Pool bezogen. Im Raps ist die Variation im primären Genpool sehr begrenzt, was dazu führt, dass viele erwünschte Eigenschaften nur in anderen Brassica-Arten des sekundären und vorwiegend des tertiären Genpools gefunden werden können (BECKER, 1993).

Ein Pflanzenzüchter wird, wenn immer möglich, zuerst im primären Genpool nach den gewünschten Genen suchen, ehe er auf den sekundären und tertiären Genpool zurückgreift. Dies geschieht u.a. aus den oben erwähnten technischen Gründen; ein anderer sehr wichtiger Grund liegt darin, dass bei der Einkreuzung von züchterisch wenig bearbeitetem Material viele unerwünschte Gene miteingeschleppt werden, die dann wieder mittels aufwendiger Rückkreuzungen entfernt werden müssen (DALE et al., 1993). Beispiele solch unerwünschter Eigenschaften sind ein erhöhter Gehalt an Glucosinolaten in Brassica-Arten (THOMPSON und HUGHES, 1986) und an Glykoalkaloiden in Kartoffeln (NATIONAL RESEARCH COUNCIL, 1989).

Einengung der Vielfalt und genetische Verwundbarkeit

Der typische Züchter verwendet heute also fast ausschliesslich Material aus dem primären Genpool. Dieses Vorgehen wirkt sich jedoch negativ auf die genetischen Vielfalt aus. Die Pflanzenzüchtung entfernt sich durch ihre Zuchtfortschritte immer mehr von ihrem eigenen Basismaterial und die Nutzung der nicht angepassten genetischen Ressourcen erfordert daher umfangreiche Vorarbeiten. Rezessive, agronomisch ungünstige Gene erschweren die Saatgutproduktion beispielsweise bei Mais. Ökonomisch akzeptiertes Saatgut von Einfachhybriden kann nur aus I-Linien mit hoher Eigenleistung erstellt werden. In diesem Zusammenhang wird oft von genetischer Verarmung oder genetischer Erosion gesprochen. Eine direkte Folge davon ist eine erhöhte genetische Verwundbarkeit (BECKER, 1993).

Ein wichtiges Beispiel für genetische Verwundbarkeit

FOWLER und MOONEY (1990) beschreiben eines der wichtigsten historischen Beispiele für solch eine erhöhte Verwundbarkeit: den Zusammenbruch der Kartoffelernten in Irland durch eine Kraut- und Knollenfäule-Epidemie (Phytophtora infestans) 1845/46. Die Entwicklung der Kartoffel in Europa beruhte auf sehr wenigen ursprünglichen Einfuhren. Erst in diesem Jahrhundert wurden in grossem Umfang Wild- und Kulturarten in Südamerika eingesammelt und mit älteren europäischen Sorten gekreuzt (BECKER, 1993). Die Kraut- und Knollenfäule-Epidemie hatte eine grosse Hungersnot zur Folge, die zwei Millionen Todesopfer forderte und eine Migrations-Welle von ebensovielen Iren nach Nordamerika auslöste. FOWLER und MOONEY schliessen, dass die Ursache dieser Katastrophe die fehlende Resistenz der angebauten, genetisch engen Sorten war. Durch Kreuzungen mit phytophtoraresistentem Material aus den Zentren genetischer Vielfalt (Resistenz wurde dort über Jahrtausende aufgebaut) konnten später Kultursorten mit erhöhter Resistenz erzeugt werden. Die Autoren nennen die Irische Hungersnot eine höchst dramatische Warnung vor den Gefahren der genetischen Einförmigkeit zum einen und zum andern betrachten sie es als das deutlichste Beispiel dafür, wie wichtig und wertvoll es ist, die genetische Vielfalt zu erhalten.

Bedeutende Stationen in der Geschichte der Pflanzenzüchtung

Ein kurzer Blick in die Geschichte der klassischen Pflanzenzüchtung zeigt uns wichtige Schritte die zur Einengung der genetischen Vielfalt geführt haben: die Wiederentdeckung der Mendel'schen Gesetze um die Jahrhundertwende, die Grüne Revolution in den 50er und 60er Jahren und die Durchsetzung von Verfügungsrechten von Züchtern und deren gesetzliche Festlegung zu Beginn der 60er und 70er Jahre (GOTSCH, 1993; FOWLER und MOONEY, 1990).

Bis im 19. Jahrhundert wurde Pflanzenzüchtung von gut beobachtenden Landwirten betrieben; die dabei selektierten Kultursorten waren regional sehr unterschiedliche und genetisch inhomogene Landrassen. Mit der Entdeckung der mendel'schen Verebungsregeln wurde der Berufsstand der professionellen Pflanzenzüchter ins Leben gerufen. Die Züchtungen waren öffentlich verfügbar und Pflanzenzüchtung gehörte zu den staatlich finanzierten Dienstleistungen (DUVICK, 1992). Die genetische Vielfalt wurde nun gezielter bearbeitet und durch Selektion eingeschränkt. Eine neue Mentalität entwickelte sich parallel zur professionellen Pflanzenzüchtung: Variation wurde als schlecht angesehen und Uniformität galt als gut. Atypische Pflanzen in einem Feld hatten einen Anstrich von Unmoral. Ein Saatgutgemisch auf dem Feld galt als Zeichen schlechter Bewirtschaftung (FOWLER und MOONEY, 1990). BECKER (1993) schreibt zu diesem Phänomen:

"Auch ist es interessant, dass man schon sehr früh versucht hat, möglichst einheitliche Klonsorten zu entwickeln. Dies muss etwas mit der europäischen Mentalität zu tun haben, da die Indianer in den Anden bis heute auf ihren Feldern ein buntes Gemisch aus Kartoffeln mit verschiedener Ploidiestufe, verschiedenen Farben und unterschiedlichsten Knollenformen anbauen. In Europa wurde dagegen diese natürliche Vielfalt schon früh in viele verschiedene Sorten aufgeteilt, die sich einzeln beschreiben und mit hübschen Namen versehen liessen."

Dies gilt in dieser Ausschliesslichkeit sicherlich für die Vorkriegszeit. Heute ist die Uniformität vor allem durch zwei Zwänge bedingt: 1. durch extrem hohe Qualtitätsanforderungen und 2. durch technologische Erfordernisse wie gleiche Reifezeit z. B. bei Brotgetreide, Braugerste und Kartoffeln.

Dieser Wechsel von den inhomogenen Landrassen zu den genetisch einförmigeren Zuchtsorten blieb nicht ohne Folgen, was Krankheiten und Schädlinge anbelangt. Erlitten zuvor die genetisch variablen Landrassen jedes Jahr leichte Verluste, so kam es nun mit der Verdrängung des Misch-Anbaus und mit der Einführung der modernen Sorten zur epidemischen Ausbreitung einzelner Krankheiten und Schädlinge. FOWLER und MOONEY (1990) gehen davon aus, dass es den neuen Sorten oft an der breiten Resistenz mangelte, die die Landrassen besassen. KELLER (1990) untersuchte verschiedene Getreidelandsorten, die in den 30er und 40er Jahren im Kanton Graubünden gesammelt worden waren, unter anderem auf ihre Resistenzeigenschaften und verglich diese mit modernen Zuchtsorten. Er stellte dabei fest, dass sich die Annahme nicht bestätigte, dass Landsorten eine hohe natürliche Resistenz gegen Krankheiten aufweisen. Keine der Landsorten war resistenter als die Vergleichssorten (Zuchtsorten). Untersuchungen an ausgewählten Landsorten ergaben, dass in einem geringen Umfang noch Landsorten existieren, welche horizontale Resistenzeigenschaften aufweisen. Die Entwicklung vom Anbau der Landsorten zum ausschliesslichen, intensiven Anbau homogener Zuchtsorten hat zur erhöhten Gefahr des Auftretens von Epidemien beigetragen.

Anfangs 40er Jahre kam es in Bengalen zu einer Hungersnot, weil eine Epidemie der Braunflecken-Krankheit die Reisernte zu grossen Teilen zerstörte (BROWNING, 1972). Auch in den USA wurden die Folgen der genetischen Uniformität sichtbar: In den frühen 70er Jahren kam es zu einer schweren Epidemie einer Blattfleckenkrankheit im Mais (Helminthosporium maydis), welche große Ertragsverluste zur Folge hatte. Die für die Herstellung der Hybriden verwendeten Inzuchtlinien enthielten die sogenannte texas male sterility (tms) und waren besonders anfällig für die erwähnte Blattkrankheit (FOWLER und MOONEY, 1990; WOLFE, 1992).

Diese Entwicklungen führten dahin, dass im Verlaufe der Zeit ein immer grösserer Pestizid-Einsatz notwendig wurde, um der phytomedizinischen Probleme Herr zu werden. So hat sich der Pestizid-Aufwand in den USA von 1945 bis 1975 verachtfacht. Scheinbar trotzdem haben sich dort die jährlichen Verluste durch Schadinsekten in den letzten vierzig Jahren verdoppelt. Dies lag unter anderem an dem Verlust an räumlicher Heterogenität von Kulturflächen, an der Eliminierung von Nützlingen und daran, dass Schädlingspopulationen vermehrt Resistenz gegen Pestizide entwickelten (FOWLER und MOONEY, 1990).

Mit der Herstellung von Hybridsaatgut im Mais und mit dem gesetzlichen Schutz der Verfügungsrechte (UPOV-Übereinkommen 1961, Plant Variety Protection Act 1970) wurde die Privatisierung der Pflanzenzüchtung gefördert. Damit wurde auch die Forschung, besonders im Bereich der Bio- und Gentechnologie, mehr und mehr von der Privatwirtschaft der Industrieländer getragen. Da private Forschung ausschliesslich gewinnorientiert arbeitet, wurden die Zuchtziele und das Spektrum der bearbeiteten Kulturarten und angebauter Sorten weiter eingeschränkt (GOTSCH, 1993).

FOWLER und MOONEY (1990) schätzen z.B., dass von den Betarüben-Sorten, die zu Beginn dieses Jahrhunderts von privaten Saatzuchtfirmen in den USA angeboten wurden, der grösste Teil (94,5%, Stand 1983) nicht mehr verfügbar sind, weil diese durch modernere Sorten ersetzt wurden.

Die Grüne Revolution führte schliesslich zu einem intensiven weltweiten Austausch von genetischem Zuchtmaterial. So kam es dazu, dass genetisches Material von den Ursprungs- und Diversitätszentren der Kulturpflanzen in die Zentren der technologischen Bearbeitung gebracht und dort in Hochtleistungssorten eingebaut wurde (GOTSCH, 1993). In den Zentren der genetischen Vielfalt wurden nun plötzlich uniforme moderne Zuchtsorten angebaut. In den 70er Jahren wurde in Mexiko Hybridmais aus US-Saatzuchtfimen angesät, in Tibet wurde Gerstensaatgut einer skandinavischen Zuchtstation verwendet und in der Türkei wurde Weizen aus dem mexikanischen Weizenzuchtprogramm (CIMMYT) angebaut.

Besonders in den Zentren genetischer Vielfalt hatte die Einführung moderner Kultursorten grosse Verluste an alten Landsorten zur Folge. Beipielsweise sind in beinahe 20 afrikanischen Ländern die afrikanische Reissorten am verschwinden, die von den einheimischen Bauern unabhängig von asiatischem Reis angebaut wurden. Ende der 60er Jahre kamen internationale Hilfsorganisationen nach Obervolta, die einen Fluss stauten und Bewässerungs-Systeme bauten, um den Anbau der von ihnen neu eingeführten asiatischen Reissorten zu ermöglichen. Die Erträge der neuen Sorten übertrafen die der afrikanischen um das Zehnfache. Die Bauern begannen, asiatische Sorten anzubauen. Aber 1971 veränderte sich die Situation, weil afrikanische Krankheiten die asiatischen Sorten befielen. Die Erträge gingen auf das vorherige Niveau zurück. Da nun aber soviel Geld in Bewässerung, Saatgut, Düngemittel und Ausrüstung investiert worden war, konnte sich niemand so tiefe Ertäge leisten. Zu diesem Zeitpunkt waren nur noch zehn Prozent des angebauten Reises afrikanische Sorten. Es war zu spät um die Verdrängung dieser Landsorten rückgängig zu machen (FOWLER und MOONEY, 1990). Es gibt zahlreiche ähnliche Beispiele solcher Verdrängungsmechanismen. Wenn auch solche Verluste an genetischer Vielfalt unerwünscht ist, bleibt ein grosser Bedarf an Nahrungsmitteln in Ländern wie Afrika und Asien bestehen; dies führt heute und in Zukunft immer wieder zu einem schwierig lösbaren Zielkonflikt zwischen der Erhaltung der genetischen Vielfalt und einer ausreichenden Versorgung mit Nahrungsmitteln.

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