Koevolutionäre Pflanzenzüchtung:Dem Mais seine Mischkulturfähigkeit zurückgeben

Dr. Walter Schmidt, KWS SAAT AG

Die Farbe der Forschung – Das Innovationspotenzial von Beziehungsnetzen

Berlin, 7./8. März, 2014

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„Pflanzenzüchtung ist vom Menschen gelenkte Evolution.“ (F.W. Schnell)

Erfolgreiche Massenselektion der Bauern im „Heiligen Tal der Inkas“ – Schritt 1: Alle kranken und von Insekten angefressenen Kolben werden aussortiert

Charcahuaylla/Peru, 05.05.2010

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„Pflanzenzüchtung ist vom Menschen gelenkte Evolution.“ (F.W. Schnell)

Schritt 2: Von den gesündesten und schönsten Kolben werden die Körner für die Neuaussaat abgenommen

Charcahuaylla/Peru, 05.05.2010

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So entstanden in Peru über 3000 verschiedene Maissorten -eine davon ist „Blanco de Urubamba“

Taray/Peru, 05.05.2010

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Genau genommen waren die Mais- und Bohnenzüchtung in Peru eine „vom Menschen gelenkte Koevolution“

Stangenbohnen und Mais wurden über einen Zeitraum von mehr als 2000 Jahren im Mischanbau reziprok zueinander auf optimale Mischanbaueignung selektiert

Mirihan Gamarra züchtet Stangenbohnen am Mais, Taray/Peru, 25.01.2014

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Erst die moderne Pflanzenzüchtung hat die beiden Kulturarten getrennt voneinander weiterentwickelt

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Die Koevolution hat Mais und Bohne im Laufe von vielen Jahr-hunderten zu einem Team von idealen Partnern geformt

Urubamba/Peru, 25.01.2014

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Die „Zwei Schwestern“ in Peru: Mais und Stangenbohne

Urubamba/Peru, 25.01.2014

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Die „Drei Schwestern“ in Nord- und Mittelamerika: Mais, Stangenbohne und Kürbis

Göttingen, 21.09.2013

Dieses Mischanbausystem, die „Milpa“, gibt es seit mehr als 2000, vielleicht schon seit 6 000 Jahren. In dieser Zeit hat die Koevolution Mais, Bohnen und Kürbis zu Partnern geformt, die sich auf dem Feld und auf dem Teller ideal ergänzen.

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Unkraut ist für Mais ein Konkurrent – die Stangenbohne seit Jahrhunderten eine Partnerin

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Mais und Stangenbohnen ergänzen sich ideal auf dem Feld:

Die Bohne fixiert Stickstoff – der Leistungsträger Mais gibt der Stangenbohne Halt

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Sie ergänzen sich auch ideal auf dem Teller:

Die wertvollen Proteine der Bohne ergänzen die Kohlenhydrate des Maises

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Maisanbau heute: Im Reinanbau – regional auch in Monokultur

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Definition: Reinanbau, Mischanbau und Monokultur

Monokultur

Reinanbau Mischanbau

Jahr 1 Jahr 2 Jahr 3 Jahr 4

MischanbauReinanbau

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Stangenbohnenanbau heute: Im Reinanbau an Bohnenstangen

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Mais- und Bohnenanbau gestern: Mais/Schwefelbohnen-Mischanbau in der Schweiz

Historisches Foto von E. Körbitz, Salez/CH

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Kulturarten ergänzen sich im Anbau

Vorteile des Mais-Mischanbaus – ausgewählte Beispiele

Kulturarten ergänzen sich in der Leistung und im Nähr- und Futterwert

� Mais:

� + Bohne:

� + Kürbis:

� + Andenlupine:

� + Desmodium:

Funktion der Bohnenstange

+ Stickstofffixierung

+ Reduktion der Verdunstung

+ Funktion des „Herbizids“

+ Stickstofffixierung

+ Funktion des „Insektizids“

+ Stickstofffixierung

+ Funktion des „Herbizids“ (Striga)

+ Repellentfunktion (Stängelbohrer)

Leistungsträger

Kohlenhydrate

+ Protein

+ Kohlenhydrate

+Vitamine

+ Protein

+ Fett

+ Proteinreiches Futter

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Leguminosen fixieren Stickstoff und ergänzen die Kohlenhydrate des Leistungsträgers Mais mit wertvollen Proteinen

Nyankpala/Ghana, 1983

Mais/Straucherbse

Mais/Erdnuss

Mais/Kuhbohne

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Leguminosen fixieren Stickstoff und ergänzen die Kohlenhydrate des Leistungsträgers Mais mit wertvollen Proteinen

Mais/Stangenbohne Mais/Ackerbohne

Mais/Maniok Mais/Tarwi

Taray, Chinchero, Puno/ Peru, 2010-2014

Mais/Erbsen

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Die Leguminose Tarwi* schützt darüber hinaus den Mais vor Insekten

Camacani/Peru, 19.03.2013*Tarwi = Lupinus mutabilis, Andenlupine

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Ein schmaler Mantel von Tarwi reicht aus, um die Ackerbohne vor Insekten zu schützen

Camacani/Peru, 16.04.2009

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Wenige Reihen von Tarwi schützen den Mais/Quinoa-Zuchtgarten vor Insekten

Camacani/Peru, 23.01.2014

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Desmodium fixiert Stickstoff, vertreibt den Stängelbohrer und übernimmt im Mischanbau auch die Rolle eines Herbizids

Fotos: Florianne Koechlin

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„Push and Pull“–System bei Mais und Sorghum in Kenia (Fotos und Skizze: Forschungsinstitut ICIPE, Kenia und A. Hagmann)

Mais + Desmodium + Napiergras Mais + Striga

Stängelbohrer im Maisstängel

Foto:Alex Hagmann

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Der Kürbis reduziert im Mischbestand die Verdunstung und unterdrückt das Unkraut

Göttingen, 21.09.2013

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Im Anbausystem der “Milpa“ ergänzen sich gleich 3 Kulturen auf dem Feld und auf dem Teller: Mais, Bohne und Kürbis

Göttingen, 21.09.2013

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Fazit: Mischungspartner gleichen Defizite des Maises auf dem Feld und auf dem Speiseplan aus

Universidad Nacional Agraria, La Molina/Peru, 2006 Körner von Opaque-2- Mais, Einbeck, 1978

Wenn es Züchtern und Pflanzenbauern gelingt, dem Mais seine Partner zu-rückzugeben, mit denen ihn eine jahrhundertelange Koevolution verbindet, dann werden viele Zuchtziele, die bisher wichtig waren, überflüssig. So auch die Züchtung auf höheren Proteingehalt und auf eine verbesserte Proteinqualität mit Hilfe der Mutante Opaque-2.

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Mischungspartner erhöhen die Biodiversität: Sie bringen mehr Farbe und Leben in das Maisfeld

Foto: N. Morath, KWS

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Aber: Mechanisierung und ökonomische Zwänge führten …

Taray/Peru, 24.03.2013

… vom Mischanbau weg, hin zum Reinanbau

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Diese Entwicklung ist auch in Peru nicht aufzuhalten

Charcahuaylla/Peru, 05.05.2010

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Der Reinanbau hat sich auch in Peru weitgehend durchgesetzt

Charcahuaylla/Peru, 05.05.2010

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Die Züchtung trug dieser Entwicklung Rechnung und optimierte den Mais für den Anbau in Reinkultur

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Die Sortenprüfung erfolgte in Reinkultur …

Einbeck, 23.09.2011

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…. unter Vermeidung einer Selektion auf Konkurrenzfähigkeit

Einbeck, 23.09.2011

Um eine Selektion auf Konkurrenzfähigkeit zu vermeiden, legt man in den Leistungs-prüfungen die Parzellen 4-reihig an und erntet nur die beiden Mittelreihen

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In den Leistungsprüfungen wurde der ortsübliche Pflanzenschutz eingesetzt und betriebsüblich gedüngt

Fungizide + Insektizide + Repellentien

Herbizide Mineraldünger

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Dabei wurden enorme Selektionsgewinne erzielt

0

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1860 1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

BU

SH

EL

S/A

CR

E

Jahr

Source: USDA Website

Entwicklung der Körnermaiserträge in den USA

Durchbruch der Hybridzüchtung

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Die Selektion des Maises bei optimaler Versorgung mit Pflanzenschutz und Düngung …

Kaufering, 02.07.2010

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… schwächte seine Konkurrenzkraft

Grucking, 02.07.2010

Öko-Maisfeld Konventionelles Maisfeld

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Der Mais-Mischanbau bietet die Chance, chemischen Pflanzen-schutz und mineralische Düngung zu reduzieren

Back to the future!

Taray/Peru, 24.03.2013

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Wie können wir dem Mais die Konkurrenzkraft und damit die Mischkulturfähigkeit zurückgeben?

Tachenhausen, 03.08.2011

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Selektion unter Ökobedingungen

Kaufering, 01.07.2009

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Selektion unter der Konkurrenz einer Untersaat aus Roggen, Wegwarte und Buchweizen

Wiebrechtshausen, 07.07.2011

Dissertationsexperiment M. Stever, Uni Göttingen

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Selektion unter Ökobedingungen nach einer Stickstoff zehrenden Frucht

Grucking, 09.07.2010

Mais nach Braunhirse Mais nach Kleegras

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Selektion unter Ökobedingungen nach einer Stickstoff zehrenden Frucht

StandardsorteAtletas

Grucking, 06.10.2010

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Selektion unter Low-Input-Bedingungen

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Das größere Wurzelwerk von Low-Input-Sorten erhöht gleichzeitig deren Trockenstresstoleranz

Low-Input-Sorte GavottHigh-Input-Sorte Cascadas

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Selektion auf gute Mykorrhizierungseignung

Ohne Mycorrhiza-Applikation Mit Mycorrhiza-Applikation

Low-Input-Versuch Grucking, 30.06.2009

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Warum ist zusätzlich eine koevolutionäre Züchtung notwendig?

Reimlingen, 20.09.2004

Foto: J. Böhm, KWS

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Sorten reagieren im Mischanbau anders als im Reinanbau

Wiebrechtshausen, 10.10.2004

Viele Sonnenblumensorten erliegen dem erhöhten Sclerotinia-Druck im feuchteren Mikroklima des Mais/Sonnenblumen-Mischanbaus

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Sorten reagieren im Mischanbau anders als im Reinanbau

Wiebrechtshausen, 27.08.2006

Viele Maissorten halten die Konkurrenz des „Wasser- und Nährstoffräubers“ Sonnen-blume im Mischbestand nicht aus

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Koevolutionäre Züchtung am Beispiel Mais/Stangenbohnen

Taray, Valle Sagrado de los Incas, 10.03.2006

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Potenziale und Vorteile des Mais/Stangenbohnen-Mischanbaus

845 000 ha Energiemais:

1 204 000 ha Silomais:(Rolle des Phasins aber noch unklar!)

Biodiversität + N-Fixierung

Biodiversität + N-Fixierung + Reduktion des Sojabohnenimports

Taray/Peru, 10.10.2004

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Koevolutionäre Züchtung von Mais und Stangenbohne

Nicht mehr die Leistung einer Maissorte im Reinanbau zählt, sondern die Leistung ihres Gemenges mit verschiedenen Bohnensorten! Dies gilt analog für die Bohne

Göttingen, 21.09.2013

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Zuchtschema der koevolutionären Züchtung

Alle Leistungsprüfungen der Maissorten finden in Form des Gemengeanbaus mit einem Gemisch von Stangenbohnensorten statt.

Die Prüfung der Bohnensorten erfolgt analog dazu an genetisch verschiedenen Maissorten.

Am Ende des Züchtungsganges werden die besten Maissorten in Einzelkombinationen mit jeder der besten Stangenbohnensorten mehrortig getestet, um für jede Anbau-region die idealen Partner zu identifizieren.

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Stand der Entwicklung von Mais- und Bohnensorten für den Mischanbau zur Biogasproduktion

Dissertationsexperiment Christopher Hoppe, Universität Göttingen

Projektförderung durch die FNR

2012-2014:Mehrstufige Selektion von Maishybriden für die Mischkultur mit der Stangenbohne

2013:Vermehrung von 236 Stangenbohnen-sorten bei der SATIVA in Rheinau/CH

2014-2015:Bohnenscreening und mehrstufige Selektion für die Mischkultur mit Mais

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Zuchtziel bei der Stangenbohne: Gute Jugendentwicklung

Rheinau/CH, 14.07.2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH, 14.07.2013

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Zuchtziel: Hohes Biomasse-Ertragspotenzial

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH, 26.07.2013

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Zuchtziel: Eine den Maissorten angepasste spätere Reife

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Zuchtziel: Kleines, dem TKM des Maises angepasstes Korn

Taray/Peru, 10.03.2006

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Einbeck, 20.10.2013

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Zuchtziel: Biodiversität

Rheinau/CH, 14.07. 2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH und Göttingen, 2013

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Genetische Vielfalt ist vorhanden!

Rheinau/CH und Göttingen, 2013

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Der ideale Bohnentyp!

Rheinau/CH, 22.08.2013

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Zusammenfassung