Tiefere Wurzeln

Sojabohnen sind ein wichtiger Rohstoff für die Lebensmittelproduktion, die Tierernährung und zahlreiche Alltagsprodukte. Doch veränderte Wetterbedingungen und längere Phasen mit wenig Niederschlag erschweren ihren Anbau zunehmend.

Wissenschaftler untersuchen deshalb eine vielversprechende Lösung unter der Erde: sojabohnen mit tieferen Wurzeln, die Wasser erreichen können, das für flacher wurzelnde Pflanzen unerreichbar bleibt.

Indem sie die Wasseraufnahme der Pflanzen verbessern, wollen Forscher Sorten entwickeln, die auch unter schwierigen Anbaubedingungen gute Erträge liefern und zu einer widerstandsfähigeren Landwirtschaft beitragen.

Warum die Wurzeltiefe entscheidend ist

Sojabohnen sind auf ihre Wurzeln angewiesen, um Wasser und Nährstoffe aufzunehmen, die sie für ihr Wachstum benötigen.

Bei ausreichenden Niederschlägen reicht die Feuchtigkeit in den oberen Bodenschichten möglicherweise aus, um die Entwicklung der Pflanzen zu unterstützen. In Trockenperioden kann diese oberste Schicht jedoch schnell austrocknen, sodass die Pflanzen ihren Wasserbedarf nicht mehr decken können.

Tiefer reichende Wurzeln eröffnen eine zusätzliche Wasserquelle. Feuchtigkeit, die weiter unter der Oberfläche gespeichert ist, kann auch dann noch verfügbar sein, wenn der Oberboden bereits trocken ist. Pflanzen, die diese Reserven erschließen können, haben daher bessere Chancen, auch kürzere regenfreie Phasen zu überstehen und weiterzuwachsen.

Die Wurzeltiefe allein entscheidet allerdings nicht darüber, wie gut eine Nutzpflanze mit Trockenheit zurechtkommt. Auch die Bodenbeschaffenheit, die Verteilung der Feuchtigkeit, die Nährstoffversorgung und die genetischen Eigenschaften der Pflanze spielen eine Rolle.

Dennoch betrachten Wissenschaftler die Wurzelarchitektur als einen wichtigen Ansatzpunkt, um widerstandsfähigere Sojabohnensorten zu entwickeln.

Forscher des Salk Institute for Biological Studies untersuchen, wie die Genetik von Pflanzen das Wurzelwachstum beeinflusst.

Durch den Vergleich genetischer Unterschiede verschiedener Nutzpflanzensorten identifizierte das Team Gene, die mit der Wurzelentwicklung und der Kohlenstoffspeicherung zusammenhängen. Anschließend nutzten die Wissenschaftler gentechnische Verfahren, um Sojabohnenpflanzen zu erzeugen, deren Wurzeln tiefer in den Boden wachsen.

Ziel ist es, Pflanzen zu entwickeln, die sowohl Wasser aus tieferen Bodenschichten besser erschließen als auch mehr Kohlenstoff unter der Erdoberfläche speichern können.

Darüber hinaus untersuchen die Forscher Suberin, eine korkähnliche Substanz in Pflanzenwurzeln, die vergleichsweise langsam abgebaut wird. Ein höherer Suberingehalt könnte dazu beitragen, dass Kohlenstoff länger im Boden gebunden bleibt.

Die möglichen Vorteile müssen allerdings noch gründlich überprüft werden. Wissenschaftler müssen zunächst nachweisen, dass die veränderten Pflanzen unter realen landwirtschaftlichen Bedingungen gut gedeihen und ihre Wurzelsysteme tatsächlich einen nennenswerten ökologischen Nutzen bieten.

Tests unter realen Bedingungen

Feldversuche sind entscheidend, um festzustellen, ob Sojabohnen mit tieferen Wurzeln Trockenheit besser überstehen und gleichzeitig zufriedenstellende Erträge liefern können. Die Forscher bauen die Pflanzen deshalb an mehreren Standorten an, darunter Versuchsflächen in Illinois, Missouri, Kansas und Iowa.

An einem Forschungsstandort in Illinois ermöglichen speziell entwickelte Anlagen, die Niederschlagsmenge zu regulieren, die die Pflanzen erreicht. So können die Wissenschaftler vergleichen, wie sich die Sojabohnen unter unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen entwickeln.

Zusätzlich setzen die Forscher unterirdische Kameras und Messgeräte für den Boden ein, um das Wurzelwachstum zu untersuchen und die Kohlenstoffspeicherung abzuschätzen. Die Beobachtungen sollen zeigen, ob tiefere Wurzeln auch außerhalb kontrollierter Laborbedingungen einen messbaren Unterschied machen.

Auf Grundlage früherer Laborergebnisse schätzte das Forschungsteam, dass speziell entwickelte Sojabohnen jährlich etwa eine zusätzliche Tonne Kohlendioxid pro Hektar speichern könnten.

Dabei handelt es sich bislang um eine Schätzung und nicht um einen bestätigten Wert aus dem großflächigen landwirtschaftlichen Anbau. Wie viel Kohlenstoff tatsächlich im Boden verbleibt und wie lange er dort gespeichert wird, hängt unter anderem von den Bodenbedingungen, der Wurzelentwicklung und den Anbaumethoden ab.

Was das für Landwirte bedeuten könnte

Sollten die Feldversuche zuverlässige Vorteile bestätigen, könnten Sojabohnen mit tieferen Wurzeln Landwirten eine zusätzliche Möglichkeit bieten, mit trockenen Bedingungen umzugehen.

Der bessere Zugang zu Wasser könnte den Pflanzen helfen, Phasen mit geringen Niederschlägen zu überstehen. Wie groß dieser Vorteil ausfällt, hängt jedoch von der Stärke der Dürre und den jeweiligen Standortbedingungen ab.

Der Ansatz könnte außerdem dazu beitragen, mehr Kohlenstoff in landwirtschaftlich genutzten Böden zu speichern. Da Sojabohnen bereits auf großen Anbauflächen kultiviert werden, könnte es praktikabler sein, verbesserte Sorten in bestehende Anbausysteme zu integrieren, als völlig neue Formen der Landnutzung einzuführen.

Sojabohnen mit tieferen Wurzeln bieten einen interessanten Ansatz für zwei Herausforderungen der Landwirtschaft: erträge auch in Trockenperioden zu sichern und mehr Kohlenstoff im Boden zu speichern.

Indem sich die Wissenschaft auf die unterirdischen Pflanzenteile konzentriert, erschließen sich möglicherweise neue Möglichkeiten, die bei herkömmlichen Methoden der Pflanzenzüchtung bislang zu wenig berücksichtigt wurden.

Noch wird dieser Ansatz untersucht. Weitere Feldversuche müssen zeigen, wie wirksam er tatsächlich ist. Sollten sich die Pflanzen als ertragreich, zuverlässig und für den großflächigen Anbau geeignet erweisen, könnten sie künftig einen wichtigen Beitrag zu widerstandsfähigeren landwirtschaftlichen Anbausystemen leisten.