Weizen ist ein Grundnahrungsmittel, das weltweit 20 % aller Kalorien und Proteine ​​liefert. Während das Hauptziel der Weizenselektion darin bestand, die Ertragsniveaus zu steigern, um den Bedürfnissen einer wachsenden Bevölkerung gerecht zu werden, ist auch die Gewährleistung einer stabilen Ertragsproduktion von größter Bedeutung.

Schwankungen in der Ertragsproduktion von Jahr zu Jahr wirken sich direkt auf das Einkommen der Landwirte aus und tragen insbesondere bei Grundnahrungsmitteln zur Ernährungsunsicherheit sowohl auf nationaler als auch auf Haushaltsebene bei. nach Angaben der FAO. Der Klimawandel erhöht die Ertragsvariabilität um

  • Dadurch werden die Umgebungen, in denen Pflanzen wachsen, weniger vorhersehbar – die Bedingungen, auf die Züchter normalerweise abzielen, sind aufgrund von Klimaschwankungen möglicherweise nicht mehr konsistent oder zuverlässig
  • Veränderung der regionalen Produktivität – Der Ertrag in verschiedenen Gebieten kann sich aufgrund von Temperaturschwankungen, Niederschlagsmustern oder anderen klimatischen Faktoren ändern. Dies kann die Züchtungsbemühungen weiter erschweren, da die Merkmale, die zuvor in einer Region vorteilhaft waren, möglicherweise nicht mehr so ​​erfolgreich sind.

Es besteht Bedarf, neue Sorten mit erhöhter Produktivität zu identifizieren, die auch unter zukünftigen Klimabedingungen eine hohe Stabilität aufweisen. Es ist jedoch schwierig, überlegene Merkmale zu identifizieren, da die Merkmale von Pflanzen (Phänotypen) sowohl von ihrer genetischen Ausstattung (Genotypen) als auch von den Umweltbedingungen, unter denen sie wachsen, beeinflusst werden. Pflanzenmodelle können die Verbesserung von Nutzpflanzen unterstützen, indem sie eine Möglichkeit bieten, die Wechselwirkungen zwischen ihnen zu quantifizieren Pflanzenmerkmale und Klimafaktoren, die den Ertrag unter zukünftigen Bedingungen beeinflussen.

Vor diesem Hintergrund, Eine neue Studie befasst sich mit der Untersuchung der Ertragsstabilität in ertragreichen Weizenlinien angesichts des Klimawandels. Dr. Heidi Webber vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) und Kollegen nutzten dabei eine Modelllösung für die Pflanzensimulation EINFACH Rahmen zur Untersuchung der Ertragssensitivität zur Auswahl von Merkmalsmerkmalen an 34 Standorten, die die weizenproduzierenden Umgebungen der Welt repräsentieren.

Die 34 in der Studie berücksichtigten Standorte

Sie konzentrierten sich auf den Einfluss von drei Merkmalen, von denen bekannt ist, dass sie das Ertragspotenzial steigern: Strahlungsnutzungseffizienz, Lichtextinktionskoeffizient und Fruchteffizienz.

  • Unter Strahlungsnutzungseffizienz versteht man die Effizienz, mit der Pflanzen Sonnenstrahlung einfangen und für die Photosynthese und das anschließende Wachstum nutzen. Dies wiederum führt zu höheren Erträgen.
  • Der Lichtextinktionskoeffizient stellt die Geschwindigkeit dar, mit der die Lichtintensität auf ihrem Weg durch das Pflanzendach abnimmt. Durch die Erhöhung dieses Koeffizienten kann mehr Licht die unteren Blattschichten erreichen, was die Photosynthese fördert und letztendlich zu einem besseren Ertrag führt.
  • Die Fruchteffizienz bezieht sich auf die Anzahl der pro Ähre produzierten Körner.

Um potenzielle Kandidaten für eine gezielte Züchtung in verschiedenen Klimaszenarien zu identifizieren, verwendeten die Forscher einen Simulationsansatz, um das Wachstum und die Entwicklung von Weizen zu modellieren. Sie erstellten 1782 virtuelle Genotypen pro Standort, indem sie verschiedene Merkmalswerte kombinierten, und identifizierten dann, welche Genotypen für bestimmte Standorte und Umweltbedingungen am besten geeignet waren.

In einem Experiment untersuchten die Forscher den Einfluss verschiedener Merkmalswerte sowohl auf den Ertrag als auch auf die Ertragsstabilität unter aktuellen Klimabedingungen. Unter den verschiedenen Standorten hatte eine erhöhte Strahlungsnutzungseffizienz den größten Einfluss auf den Ertrag der virtuellen Genotypen, gefolgt von einer erhöhten Fruchtbildungseffizienz und dann einem erhöhten Lichtextinktionskoeffizienten. Im Allgemeinen führten erhöhte Merkmalswerte zu höheren Erträgen, aber auch zu einer erhöhten Ertragsvariabilität.

Ertragshöhe und jährliche Ertragsvariabilität unter dem Basisklima für ausgewählte Standorte. Zur Quantifizierung der zeitlichen Ertragsvariabilität wurde die Standardabweichung verwendet.

In einem weiteren Experiment testeten die Forscher den Einfluss von Merkmalswerten auf Ertrag und Ertragsstabilität unter zukünftigen Klimabedingungen. Sie fanden heraus, dass der prognostizierte Klimawandel bei etwa der Hälfte der Standorte zu einer allgemeinen Verbesserung des Durchschnittsertrags und einer verringerten Ertragsstabilität der virtuellen Genotypen führte.

Eine Zahl, die zeigt, dass für den ertragreichsten Genotyp, wie für die meisten Genotypen, ein Anstieg des durchschnittlichen Ertrags und der Variabilität in etwa der Hälfte der bewässerten Standorte und einem Drittel der regengespeisten Standorte zu verzeichnen war.
Änderungen des Ertrags und der Ertragsstabilität zwischen zukünftigen und Basisklimaszenarien für den ertragreichsten Genotyp an den 34 Teststandorten.

Die Autoren identifizierten eine einzelne Merkmalskombination (eine Steigerung der Strahlungsnutzungseffizienz um 34 %, eine Steigerung der Fruchtbildungseffizienz um 10 % und eine Steigerung des Lichtextinktionskoeffizienten um 20 %), die an den meisten Standorten den höchsten Ertrag aller virtuellen Genotypen erzielte unter Basis- und Szenarioklima.

Während höhere Erträge aufgrund verbesserter Merkmale häufig mit einer erhöhten Ertragsvariabilität von Jahr zu Jahr einhergingen, gab es keinen nennenswerten Unterschied in der Ertragsvariabilität zwischen den Basisgenotypen und den verbesserten Genotypen. Dies bedeutet, dass die verbesserten Genotypen im Vergleich zu den Basisgenotypen keine unverhältnismäßig höhere Ertragsvariabilität aufwiesen, obwohl sie höhere Erträge erzielten. Diese Beobachtung galt sowohl für die gegenwärtigen als auch für die prognostizierten zukünftigen Klimabedingungen.

Webber kommt zu dem Schluss: „Unsere Studie legt nahe, dass eine stärkere Ausprägung von Merkmalen im Weizen zur Erzielung höherer Erträge keine zusätzlichen Klimarisiken für Landwirte in Form von wärmeren Temperaturen und Dürre mit sich bringen würde.“ Darüber hinaus würde die Einführung von Sorten mit diesen Merkmalen nicht zu einer erhöhten Ertragsvariabilität führen.“

DER ARTIKEL::

Tommaso Stella, Heidi Webber, Ehsan Eyshi Rezaei, Senthold Asseng, Pierre Martre, Sibylle Dueri, Jose Rafael Guarin, Diego NL Pequeno, Daniel F Calderini, Matthew Reynolds, Gemma Molero, Daniel Miralles, Guillermo Garcia, Gustavo Slafer, Francesco Giunta, Yean-Uk Kim, Chenzhi Wang, Alex C Ruane, Frank Ewert, Merkmale der Weizenernte Die Schaffung eines hohen Ertragspotenzials kann auch die Ertragsstabilität im Klimawandel verbessern. in silico Plants, Band 5, Ausgabe 2, 2023, diad013, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad013