Tanzende Ähren und faszinierende StaubbeutelEine kurze Zeitreise durch die Weizen-Blütchen
Die Hybridproduktion von Weizen
Die wachsende
Weltbevölkerung macht es erforderlich, den Ertrag wichtiger Kulturpflanzen zu
erhöhen, um die Menschheit in Zukunft ernähren zu können. Pflanzenzüchter und
Wissenschaftler arbeiten dafür an verschiedenen Ansätzen, um dieses Problem zu
lösen. Eine Möglichkeit wäre das Nutzen des Hybrideffektes. Hybride entstehen durch eine Kreuzung
zwei verschiedener Pflanzenlinien. Diese Hybride zeichnen sich dadurch aus, dass
sie einen höheren Ertrag und eine bessere Ertragsstabilität im Vergleich zu
ihren Eltern haben. Doch nicht nur das: Sie sind robuster gegenüber extremen
Wetterbedingungen, die durch den Klimawandel immer häufiger austreten könnten. In
vielen Kulturarten wie Mais und Gerste konnten bereits kommerzielle Erfolge mit
Hybriden erzielt werden. Auch Weizen ist bereits seit Jahrzenten im Fokus des wissenschaftlichen
Interesses. Dennoch konnte bisher kein effizientes System für die
Hybridproduktion entwickelt werden. Aus diesem Grund arbeitet das IPK Leibniz-Institut
eng mit Pflanzenzüchtern im Projekt HyFlor zusammen. Ziel ist es, die
Blühbiologie von Weizen tiefgründiger zu untersuchen. Ein grundlegendes
Verständnis des Blühverhaltens von Weizen, könnte das Hybridsystem in Weizen
revolutionieren.
Pflanzliche Baupläne
Im Zuge dessen wird in
der Arbeitsgruppe „Pflanzliche Baupläne“ von Thorsten Schnurbusch intensiv die
Weizenblüte untersucht. Dabei beobachtet seine Doktorandin Constanze Schmidt in
detaillierten Nahaufnahmen
den Blühprozess genauer. Constanze hat ihren Bachelor und Master in Biologie abgeschlossen,
und verfasst nun ihre Doktorarbeit in den Agrarwissenschaften.
Zunächst einmal geht es um die Klärung der wichtigsten Begriffe.
Die Weizenähre
Eine Weizenähre besteht aus
bis zu 40 Ährchen.
Das Ährchen
Jedes Ährchen besitzt zwei Hüllspelzen, die die zwei
bis fünf Blütchen umschließen.
Das Blütchen
In jedem Blütchen sitzt
zwischen Deck- und Vorspelze der Fruchtknoten. Direkt daran befinden sich die Schwellkörper, die für
das Öffnen des Blütchens verantwortlich sind. Am Fruchtknoten schließen in
Weizen die zwei fedrigen Narben an, auf die der Pollen landen muss. Der Pollen selbst befindet
sich in den Staubbeuteln,
die mit dünnen Fäden, sogenannten Filamenten, an der Basis des Blütchen
befestigt sind. Beim Weizen hat jedes einzelne Blütchen drei Staubbeutel.
Faszinierende Staubbeutel
In Zeitrafferaufnahmen
konnte der Blühprozess
genau beobachtet werden. Als erstes öffnen sich die drei Staubbeutel und
entlassen den reifen Pollen innerhalb der Blüte. Dadurch wird direkt die eigene
Narbe bestäubt. Als zweites verlängern sich die Filamente in raschem Tempo -
das lässt sich sogar mit bloßem Auge beobachten. In einem dritten Schritt
schwellen die Schwellkörper an. So werden Deck- und Vorspelze auseinander
gedrückt und an der Spitze der Blütchen entsteht ein kleiner Spalt. Durch
diesen Spalt zwängen sich die Staubbeutel, bis sie - an den Filamenten hängend -
aus dem Blütchen baumeln.
Tanzende Ähren
Nach kurzer Zeit (etwa 30
Minuten), kollabieren die Schwellkörper und das Blütchen schließt sich wieder.
Die Staubbeutel verbleiben draußen, und entleeren sich durch (Wind-)Bewegung
komplett. Sollten sich zu diesem Zeitpunkt andere Weizennarben in der Nähe befinden
und aufnahmebereit sein, können sie durch den Pollen bestäubt werden.
Weizenpollen ist aber im Vergleich zu anderen Kulturarten sehr schwer, und kann
über den Wind nicht sehr weit übertragen werden.
Die Kreuzung
Im Falle einer Kreuzung
zweier Pflanzenlinien muss der Pollen von einer Vaterpflanze auf die Narbe der Mutterpflanze
gelangen. Weizen ist hauptsächlich ein Selbstbestäuber. Das bedeutet, dass sich in einer Blüte sowohl die männlichen als auch weiblichen
Organe befinden, und eine Pflanze sich selbst befruchtet. Dabei
entsprechen die Staubbeutel den männlichen Organen, und der Fruchtknoten den
weiblichen Organen. Das bedeutet, dass bei der Mutterpflanze die Pollen-Produktion
unterbunden werden muss. Dies kann durch das mechanische Entfernen der
Staubbeutel geschehen, oder durch sogenannte Gametozide. Diese werden auf die
Pflanzen gesprüht, und verhindern die weitere Entwicklung von Pollen. Eine
Sterilisation der männliche Blühorgane kann auch durch Mutationen erfolgen.
Für die Hybridproduktion von Weizen sind zwei Dinge erforderlich: Die Verfügbarkeit von Pollen und aufnahmebereite weibliche Linien. Da diesen keinen eigenen Pollen produzieren, brauchen sie Pollen anderer Pflanze, um befruchtet zu werden und so Körner zu bilden. Kommt es zu keiner erfolgreichen Bestäubung, bleibt die eigene Fortpflanzung aus.
Für die Hybridproduktion von Weizen sind zwei Dinge erforderlich: Die Verfügbarkeit von Pollen und aufnahmebereite weibliche Linien. Da diesen keinen eigenen Pollen produzieren, brauchen sie Pollen anderer Pflanze, um befruchtet zu werden und so Körner zu bilden. Kommt es zu keiner erfolgreichen Bestäubung, bleibt die eigene Fortpflanzung aus.
Stand der Forschung
Die größte Hürde in der
Weizenhybridproduktion besteht darin, den Weizen als Selbstbestäuber dazu zu
bringen, auch andere Weizenpflanzen zu bestäuben bzw. sich von anderen Pflanzen
bestäuben zu lassen. Deshalb sind wir momentan auf der Suche nach Merkmalen,
die für einen ausgezeichneten Vater bzw. eine ausgezeichnete Mutter stehen.
Sprich: Welche Merkmale sind ausschlaggebend dafür, dass eine maximale Fremdbestäubung
stattfinden kann? Auf der Vaterseite brauchen wir optimale Pollenverfügbarkeit
außerhalb des Blütchens. Auf der Mutterseite suchen wir eine gute Kombination
zwischen einem großen Öffnungswinkel (damit möglichst viel Pollen aufgenommen
werden kann) sowie einer langen Dauer an Empfänglichkeit (damit möglichst lange
Pollen aufgenommen werden kann). Künftig wollen wir letztlich genauer
beschreiben, welche Merkmale am wichtigsten sind, und welche Linien für die
Produktion von Hybridsaatgut am ehesten in Frage kommen.
Eine Produktion des
IPK Leibniz-Instituts
Text
Constanze Schmidt
Christian Schafmeister
Zeitrafferaufnahmen
Constanze Schmidt
Videos | Fotos | Grafik
Andreas Bähring
Constanze Schmidt
© 2022
IPK Leibniz-Instituts
Text
Constanze Schmidt
Christian Schafmeister
Zeitrafferaufnahmen
Constanze Schmidt
Videos | Fotos | Grafik
Andreas Bähring
Constanze Schmidt
© 2022
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Tanzende Ähren und faszinierende Staubbeutel
Die Hybridproduktion von Weizen
Pflanzliche Baupläne
Zunächst einmal geht es um die Klärung der wichtigsten Begriffe.
Die Weizenähre
Das Ährchen
Das Blütchen
Faszinierende Staubbeutel
Tanzende Ähren
Die Kreuzung
Stand der Forschung
