Wenn der Pollen ins Schwitzen kommt

"Hitzestress hat in unseren Versuchen zu sterilen Pollen und spärlich befüllten Kolben geführt", erklärte Dresselhaus in Augsburg. Nach Dresselhaus' Schätzung ist ein Großteil des weltweiten Pflanzenbaus sowohl von einer einwandfreien Pollenentwicklung abhängig.

Im Süden Deutschlands haben sich derweil die Temperaturen heute im Vergleich zur Periode von 1960 bis 1990 um rund drei Grad Celsius erhöht. Besonders kritisch sind für den Mais aber kurze und intensive Hitzephasen zur falschen Zeit. Temperaturen von 35 °C für zwei Tage und 25 °C in der Nacht haben in Versuchen genügt, um die Kolbenfüllung zu stören - obwohl die Pflanzen zu jeder Zeit optimal mit Wasser versorgt wurden. Was geht hier vor sich und welche Schlüsse kann man daraus ziehen?

Am Beispiel Weizen untersucht

Das Forscherteam an der Universität Regensburg hat anfangs Weizenlinien untersucht, um auch den Hitzeproblemen beim Mais auf die Schliche zu kommen. Hier wurden Hitze-tolerante Weizensorten aus Australien mit Sorten aus Europa verglichen. Die australischen Sorten waren während der Pollenentwicklung weitgehend Hitze-tolerant. "Bei Linien von europäischen Züchtern haben wir genau das Gegenteil festgestellt", kommentiert der Fachmann die Ergebnisse. Die Getreidepollen wurden laut Dressenhaus bei Hitze klein, schrumpelig und haben nicht mehr gekeimt. Die geprüften europäischen Sorten waren insbesondere in der Pollenentwicklung Hitze-empfindlich.

Der Trick hinter der Hitzetoleranz australischer Sorten: Diese fielen trotz Hitze in der Transpiration kaum ab, die Fotosynthese wurde also trotz hoher Temperaturen aufrechterhalten. "Bei europäischen Sorten brach die Fotosynthese dagegen ein", erklärte Dresselhaus. Auf genetischer Ebene starteten die australischen Sorten nach Dresselhaus' Aussage einen Hitzemodus, wohingegen die europäischen Sorten entweder keine Anpassungsreaktion auf die Hitze zeigten oder überreagierten - beides war schlecht für den Stoffwechsel der Pflanze und der Pollenentwicklung. Zwar liefern die europäischen Sorten unter idealen Bedingungen höhere Erträge als die australischen; der Weizen aus Down Under könnte aber in Zukunft die Züchtung für trockentolerante Sorten in Europa beeinflussen.

Mais leidet in der Pollenentwicklung

Was lässt sich daraus für den Mais lernen? Der Hitzestress in der Entwicklung schadet jungen Maispflanzen, vor allem während der Pollenentwicklung kann es zu Störungen kommen. Erleidet der Mais beispielsweise im Tetradenstadium der Pollenentwicklung (etwa Elf- bis 12-Blatt-Stadium) Hitzestress, also 35 °C für zwei Tage, lagert dieser am Ende seiner Entwicklung zum reifen Pollen deutlich weniger Stärke ein als der nicht-gestresste Pollen.

Der Hintergrund der Pollensterilität durch Hitze beim Mais ist, dass die Stärkeproduktion des Pollens herunterreguliert und der Fettstoffwechsel durcheinander gebracht wird. "Dem Pollen fehlen Energie und Membranbausteine zum Durchwachsen des Narbenfadens", erklärte Dresselhaus.

Die Folge sind sterile Pollen, unvollständig gefüllte Kolben und Kornertragsverluste bis 50 Prozent. Die Forscher arbeiten nun an der Identifikation bestimmter Gene, welche die Hitzetoleranz der Mais- und Weizensorten erhöhen und eingezüchtet werden können. Ein weiterer Gedanke könnte auch sein, über den Saatzeitpunkt einer möglichen Hitzephase während der Pollenentwicklung aus dem Weg zu gehen, indem beispielsweise rechtzeitig gesät wird.

Fazit

Nicht nur die mittlere Temperatur während der Vegetationszeit, sondern kurzfristige Hoch-Temperaturepisoden nehmen deutlich zu;
Europäische Weizensorten zeigen eine Überreaktion bei Hitzestress;
Die Pollenentwicklung bei Mais ist besonders Hitzestress-empfindlich (vor allem Meiose-, Tetraden- und unizellulären Stadium, was in etwa dem Neun- bis 14-Blatt-Stadium entspricht);
Energie-, Stärke- und Lipidstoffwechsel der Maispollen sind betroffen;
Blattgröße, -entwicklung und -stellung beeinflussen die Kühlung der Pflanze und könnten die Hitzereaktion während der Pollenentwicklung zusätzlich beeinflussen;
Umfassende Forschung nötig.