Moderner Weizen (Triticum aestivumWeizen ist das Ergebnis jahrtausendelanger, selektiver Züchtung alter Weizenarten wie Emmer, Einkorn und Dinkel. Dieser allmähliche Domestizierungsprozess führte zu hohen Erträgen und in der heutigen Zeit zur Eignung für die intensive landwirtschaftliche Produktion. Die alten Getreidearten bergen jedoch noch immer viel Potenzial, und Wissenschaftler wenden sich ihnen aufgrund ihrer großen genetischen Vielfalt zunehmend in ihren Zuchtprogrammen zu. Während über die oberirdischen Merkmale moderner und alter Weizensorten bereits viel bekannt ist, Die Unterschiede in ihren Wurzeln wurden nun zum ersten Mal thematisiert. in einer Feldstudie, die in der Annals of Botany.

„Dies ist die erste Feldstudie an den Wurzeln alter und moderner Weizensorten, in der wir deutlich sehen, dass es erhebliche Unterschiede zwischen den Wurzelsystemen gibt“, schreiben Odone et al. „Diese Ergebnisse tragen dazu bei, zu erklären, wie die frühere Selektion auf Ertrag die unterirdische Pflanzenphysiologie beeinflusst hat.“

Odone et al. stellten fest, dass moderner Weizen tiefere Wurzeln besitzt als seine Vorfahren und tiefer liegende Bodenschichten effizienter und schneller erschließen kann. Seine Wurzeln reichen deutlich früher in der Pflanzenentwicklung über einen Meter tief als die seiner Vorfahren. Odone et al. vermuten, dass diese tieferen Wurzeln indirekt durch die Züchtung ertragreicher Sorten selektiert wurden. Das Ergebnis ist ein Wurzelmuster, das die Nährstoffaufnahme auf gedüngten, aber nicht bewässerten Feldern optimiert, wie es im intensiven Weizenanbau üblich ist.

„Dies ermöglicht es modernem Weizen, mehr Stickstoff und insbesondere Wasser aufzunehmen, was für sein schnelles Wachstum und seinen hohen Ertrag unerlässlich ist“, schreiben Odone et al. Der einfache Zugang zu Stickstoff und Wasser ist für modernen Weizen entscheidend, um seinen hohen Kornertrag zu gewährleisten. Tiefe Wurzeln sind für diesen Zugang unerlässlich, da sie es den Pflanzen ermöglichen, Wasser und Nährstoffe aus größeren Bodenschichten aufzunehmen, wo weniger Wurzelkonkurrenz zwischen den Pflanzen herrscht.

Um die Unterschiede in der Wurzelbildung zwischen modernem Weizen und alten Arten besser zu verstehen, führten Odone et al. einen Feldversuch auf einem Versuchsbetrieb in Taastrup, Dänemark, mit Emmer durch (T. turgidum ssp. diccum), gespelt, (T. aestivum ssp. spelta) Einkorn (T. monococcum) und acht moderne dänische Weizensorten ('Bright', 'Heerup', 'Kvarn', 'Momentum', 'Pondus', 'Rembrandt', 'Sheriff' und 'Zyatt').

Das Wurzelwachstum wurde mithilfe von Minirhizotron-Röhren aus transparentem PVC überwacht, die nach der Aussaat an einem Ende jedes Versuchsfeldes in den Boden gesteckt wurden. Während der Wachstumsperiode wurde dreimal eine Kamera in die Röhre abgesenkt, um alle 5 cm entlang der Röhre Standbilder der Wurzeln aufzunehmen. Anschließend wurden die Wurzelbilder mithilfe spezieller Software extrahiert und Daten zu Wurzelmerkmalen wie der Wurzellänge berechnet.

Odone et al. stellten fest, dass moderner Weizen zu jedem Zeitpunkt des Wachstumsprozesses mehr Wurzeln in größeren Bodentiefen aufwies als seine Vorfahren. Insbesondere Einkorn und Dinkel besaßen viele flache, aber wenige tiefe Wurzeln. Emmer hatte in allen Bodentiefen weniger Wurzeln als moderner Weizen, jedoch mehr tiefe Wurzeln als Einkorn und Dinkel.

„Die hier erzielten Ergebnisse offenbaren die Vielfalt der unterirdischen Physiologie alter und moderner Weizensorten und tragen dazu bei, die Geschichte zu erzählen, wie die Züchtung die Ressourcennutzung von Nutzpflanzen beeinflusst hat. Dies könnte nützlich sein, wenn es darum geht, die Ertragsstabilität zu verbessern und sich in Zukunft an den Klimawandel anzupassen“, schreiben Odone et al.

Da diese Unterschiede in den Wurzelmustern nun besser verstanden werden, können sie in Züchtungsprogrammen genutzt werden, um Sorten mit robuster Wasser- und Nährstoffaufnahme auszuwählen.

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Odone, A. und Thorup-Kristensen, K. (2025) „Moderner Weizen hat tiefere Wurzeln als alte Weizensorten, ist dies eine Anpassung an höhere Produktivität?“ Annals of Botany. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcaf065

Titelbild: Triticum aestivum in den USA von Bonnie Semmling / iNaturalist CC-BY