Luftverschmutzung in Asien bedroht Ernteerträge

Reis-Rispe. © Leo Michels. public domain.

Reis-Rispe. © Leo Michels. public domain.

In asiatischen Ländern wie China oder Indien ist die Ozonbelastung durch die zunehmende Luftverschmutzung inzwischen so groß, dass sie die landwirtschaftlichen Erträge gefährdet. Agrarwissenschaftler haben deshalb 328 verschiedene Reissorten auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Ozon getestet. Die Ergebnisse liefern eine wichtige Grundlage für die Züchtung toleranter Reissorten. Die Ergebnisse können dabei helfen, die Zeit zu überbrücken bis wirksame Schritte zur Eindämmung der Luftverschmutzung in Kraft treten.

In vielen Ländern Asiens führt die zunehmende Verbrennung fossiler Brennstoffe zu einer steigenden Luftverschmutzung, insbesondere durch Ozon. „Während das »gute« Ozon in der stratosphärischen Ozonschicht, also mehr als 15 Kilometer über der Erdoberfläche, uns vor schädlicher UV-Strahlung schützt, stellt das »schlechte« Ozon nahe der Erdoberfläche eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit und die Produktivität von Nutzpflanzen dar“, sagt Michael Frei vom Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz der Universität Bonn. Das äußerst reaktive Gas schädigt menschliche oder pflanzliche Gewebe. Es bildet sich, wenn  Stickoxiden (z. B. NO2) in Gegenwart von UV-Strahlung mit Sauerstoff O2 reagiert.

Peking an einem Tag nach Regen (links) und einem sonnigen Tag mit Smog (rechts). Bobak. CC BY-SA 2.5

Peking an einem Tag nach Regen (links) und einem sonnigen Tag mit Smog (rechts). Bobak. CC BY-SA 2.5

Ozon kann die Ernteerträge um bis zu 20 Prozent mindern

In China oder Indien ist die Ozonbelastung beispielsweise inzwischen so hoch, dass es zu Einbußen bei den landwirtschaftlichen Erträgen kommt. Beim Reis, der wichtigsten Kulturpflanze der Region, kommt es durch Ozonbelastung zu Ertragseinbußen von bis zu 20 Prozent. „Für die Ernährungssicherung in dieser extrem bevölkerungsreichen Region stellt dies ein ernsthaftes Problem dar“, sagt Frei.

Die Wissenschaftler untersuchten, ob sich durch Ausnutzen der genetischen Vielfalt angepasste Reissorten züchten lassen. In einem weltweit einzigartigen Versuch testeten sie 328 verschiedene Reissorten aus 78 Ländern. Damit deckten sie das gesamten genetischen Spektrum der Kulturpflanze Reis ab. Um diese Frage zu beantworten setzten sie die verschiedenen Reissorten über ihre gesamte Wachstumsperiode hinweg einer Ozonbelastung oder zum Vergleich einer Kontrollbehandlung aus.

Die Reissorten reagieren sehr unterschiedlich auf eine Ozonbelastung

„Dabei stellten wir fest, dass verschiedene Sorten völlig unterschiedlich auf Ozonbelastung reagieren: Während manche Sorten überhaupt keine Ertragseinbußen zeigten, waren andere extrem empfindlich und lieferten fast gar keinen Ertrag mehr“, fasst der Agrarwissenschaftler zusammen. Auch die Ausprägung der sichtbaren Stresssymptome fiel bei den verschiedenen Reissorten sehr unterschiedlich aus. Mithilfe von rund 40.000 Genmarkern fahndeten die Wissenschaftler nach Regionen im Erbgut der Reispflanzen, die sie tolerant gegenüber einer Ozonbelastung machten. Außerdem suchten sie in den jeweiligen Regionen nach Genen, die für die Züchtung von angepassten Sorten verwendet werden können.

„Mit Hilfe dieser Ergebnisse könnte es möglich sein, durch Nutzung der natürlichen Vielfalt von Reis Sorten zu züchten, die trotz erhöhter Ozonbelastung stabile oder sogar steigende Erträge liefern“, blickt Frei in die Zukunft. Davon könnten etwa drei Milliarden Reiskonsumenten in Asien profitieren. Die Wissenschaftler sehen darin eine mittelfristige Lösung. „Längerfristig sollte sich auch in Asien das politische Umfeld so ändern, dass der Vermeidung von Luftverschmutzung hohe Priorität beigemessen wird“, sagt Frei. Bis Mitte des 21. Jahrhunderts müsse man jedoch vermutlich mit einer steigenden Luftverschmutzung rechnen. Angepasste Reissorten könnten daher einen wichtigen Beitrag zur Vermeidung von Ernährungsengpässen liefern.

Rheinische Friedrich-Wilhemls-Universität Bonn, 05.11.2014

 

Publikation: Ueda Y, Frimpong F, Qi Y, Matthus E, Wu L, Höller S, Kraska T, Frei M (2014) Genetic dissection of ozone tolerance in rice by genome-wide association study. Journal of Experimental Botany, doi: 10.1093/jxb/eru419

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