Erhöhung der Biodiversität mit mehrjährigen Getreidepflanzen (NAPERDIV)

Viele Praktiken die derzeit in der Landwirtschaft angewendet werden, vor allem solche die in den Letzen Jahrzehnten entwickelt wurden, sind oft nicht nachhaltig und führen zu einer zunehmenden Bodenerosion und zu einer Anreicherung von Pestiziden und anderen Agrochemikalien in der Natur. Dies wird durch die fortschreitende Intensivierung von landwirtschaftlichen Prozessen weiter verschlimmert. Viele landwirtschaftlich genutzte Böden werden intensiv bearbeitet und es werden primär einjährige Pflanzen angebaut. Das trifft auch auf den Anbau von Getreidepflanzen zu und hat für die biologische Diversität von Böden und die lokale Umwelt schädliche Auswirkungen. Der Anbau von mehrjährigem Weizen bietet eine interessante Alternative dazu. In solchen landwirtschaftlichen Systemen werden die Pflanzen für zwei und mehr Jahre auf demselben Feld kultiviert. Dadurch können sich nützliche Mikro- und Makroorganismen besser ansiedeln und vermehren, was wiederum viele Vorteile mit sich bringt. Mehrjährige Weizenpflanzen werden seit den 1980er Jahren entwickelt, es bedarf jedoch weiterer und noch intensiverer Forschung, um deren Produktivität zu verbessern damit großflächiger Anbau ökonomisch rentabel wird. Neben der Erhaltung der natürlichen Biodiversität mittels mehrjähriger Getreidesorten, wird auch der Klimawandel eine wichtige Rolle für zukünftige Entwicklungen spielen. Diese Pflanzen haben ein Wurzelsystem das generell ausgeprägter und robuster als bei einjährigen Getreidesorten ist. Dadurch wird unter anderem ihre Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz erheblich gesteigert. Außerdem könnte die Ansiedelung von nützlichen Mikroorganismen, die vor allem in Wurzelnähe wichtig ist, in solchen Pflanzen begünstigt werden. Die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die natürlicherweise in und auf der Oberfläche von Pflanzen vorkommen, wird als das Pflanzenmikrobiom bezeichnet. Mehrjährige Getreidepflanzen weisen verschiedene Eigenschaften auf, von denen bekannt ist, dass sie Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen fördern. Deswegen könnten speziell solche Pflanzen von der mikrobiellen Vielfalt im Boden profitieren und ein entsprechendes Mikrobiom aufbauen. Bislang ist dazu jedoch noch nichts bekannt und es bedarf gezielter Ansätze, um das Potenzial des Mikrobioms von mehrjährigen Getreidesorten in Bezug auf die Förderung des Pflanzenwachstums und einer möglichen Erhöhung der Pathogenresistenz zu bewerten. In diesem Projekt werden mehrjährige Getreideanbausysteme, die bereits in Schweden, Belgien und Frankreich etabliert wurden, unter regionsspezifischen agro- ökologischen und klimatischen Bedingungen genauer untersucht werden. Mittels spezifischer Mikrobiomanalysen in einjährigen und mehrjährigen Getreidesystem wird mitunter geklärt werden ob mehrjährige Pflanzen einen höheren Anteil an nützlichen Mikroorganismen beherbergen. Die Erkenntnisse daraus können für zukünftige Anwendungen in der nachhaltigen Landwirtschaft nutzbar gemacht werden könnten.

Viele Praktiken die derzeit in der Landwirtschaft angewendet werden, vor allem solche die in den Letzen Jahrzehnten entwickelt wurden, sind oft nicht nachhaltig und führen zu einer zunehmenden Bodenerosion und zu einer Anreicherung von Pestiziden und anderen Agrochemikalien in der Natur. Dies wird durch die fortschreitende Intensivierung von landwirtschaftlichen Prozessen weiter verschlimmert. Viele landwirtschaftlich genutzte Böden werden intensiv bearbeitet und es werden primär einjährige Pflanzen angebaut. Das trifft auch auf den Anbau von Getreidepflanzen zu und hat für die biologische Diversität von Böden und die lokale Umwelt schädliche Auswirkungen. Der Anbau von mehrjährigem Weizen bietet eine interessante Alternative dazu. In solchen landwirtschaftlichen Systemen werden die Pflanzen für zwei und mehr Jahre auf demselben Feld kultiviert. Dadurch können sich nützliche Mikro- und Makroorganismen besser ansiedeln und vermehren, was wiederum viele Vorteile mit sich bringt. Mehrjährige Weizenpflanzen (Thinopyrum intermedium L.) werden seit den 1980er Jahren entwickelt, es bedarf jedoch weiterer und noch intensiverer Forschung, um deren Produktivität zu verbessern damit großflächiger Anbau ökonomisch rentabel wird. Neben der Erhaltung der natürlichen Biodiversität mittels mehrjähriger Getreidesorten, wird auch der Klimawandel eine wichtige Rolle für zukünftige Entwicklungen spielen. Diese Pflanzen haben ein Wurzelsystem das generell ausgeprägter und robuster als bei einjährigen Getreidesorten ist. Dadurch wird unter anderem ihre Wasser- und Nährstoffnutzungseffizienz erheblich gesteigert. Außerdem könnte die Ansiedelung von nützlichen Mikroorganismen, die vor allem in Wurzelnähe wichtig ist, in solchen Pflanzen begünstigt werden. Die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die natürlicherweise in und auf der Oberfläche von Pflanzen vorkommen, wird als das Pflanzenmikrobiom bezeichnet. Mehrjährige Getreidepflanzen weisen verschiedene Eigenschaften auf, von denen bekannt ist, dass sie Interaktionen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen fördern. Deswegen könnten speziell solche Pflanzen von der mikrobiellen Vielfalt im Boden profitieren und ein entsprechendes Mikrobiom aufbauen. In diesem Projekt wurden Endophyten von mehrjährigem Weizen zum ersten Mal untersucht. Durch ein umfassendes Studiendesign, das sich über mehrere Standorte (Schweden, Belgien, Frankreich), Zeitpunkte und Pflanzenteile erstreckte, konnten wir zeigen, dass die Unterschiede im Mikrobiom zwischen mehrjährigen und einjährigen Weizen in den Wurzeln am stärksten ausgeprägt waren, mit geringeren Unterschieden in den Stängeln und Blättern. Insbesondere das Wurzelmikrobiom von mehrjährigem Weizen wies eine höhere Diversität und Stabilität auf als das seines einjährigen Gegenstücks. Darüber hinaus konnten wir nachweisen, dass das Samenmikrobiom über mehrere Standorte und Erntejahre hinweg konstant blieb, aber deutlich von Züchtungspraktiken beeinflusst wurde. Wir entdeckten, dass die bakterielle Vielfalt während des Züchtungsprozesses abnahm, aber Anzeichen einer Erholung zeigte, sobald die Pflanzen an einem neuen Standort angebaut wurden. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung der Berücksichtigung des Pflanzenmikrobioms in zukünftigen Züchtungsinitiativen und verdeutlichen das Potenzial des mehrjährigen Getreideanbaus zur Förderung einer vielfältigeren und nachhaltigeren Landwirtschaft.