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
20
40
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80
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160
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
66
Genetische Vielfalt ist vorhanden!
Rheinau/CH und Göttingen, 2013
67
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