Genetische Ursachen und moderne Forschungsmethoden
Weltweit beliebte Apfelsorten wie Fuji sind häufig von Ernteausfällen in jedem zweiten Jahr betroffen. Dieses Problem, bekannt als Alternanz, führt zu unregelmäßigen Erträgen. Forscher der Universität Hohenheim untersuchen die genetischen Ursachen dieses Phänomens mit modernen Methoden.
Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 250.000 Euro und vom australischen Gartenbauverband Horticulture Innovation Australia Limited mit 615.252 Euro gefördert. Es zählt damit zu den größeren Forschungsvorhaben der Universität Hohenheim.
Für Produzenten stellt die Alternanz des Fuji-Apfels einen erheblichen Nachteil dar. Auf Jahre mit geringem oder ausbleibendem Ertrag folgen oft Jahre mit Überschüssen, deren Früchte jedoch eine schlechtere Qualität aufweisen. Obstbauern versuchen, diese Schwankungen durch das Ausdünnen der Blüten mit mechanischen oder chemischen Methoden zu mindern, was jedoch aufwendig ist und nur begrenzt hilft.
Weitere Faktoren wie Spätfrost im Frühjahr können die Blüten abtöten und Ertragsschwankungen begünstigen. Prof. Dr. Jens Wünsche vom Fachgebiet Ertragsphysiologie der Sonderkulturen beobachtet zudem, dass der Klimawandel eine Rolle spielt:
Heiße, trockene Jahre führen dazu, dass die Blütenknospen für das Folgejahr weniger stark angelegt werden.Die Forscher der Universität Hohenheim arbeiten daher an verschiedenen Ansätzen, um stabilere Erträge bei diesen Sorten zu erzielen.
Blütenbildung und hormonelle Einflüsse
Ein zentraler Forschungsansatz konzentriert sich auf die Blütenbildung, insbesondere auf den Zeitpunkt der Blüteninduktion. In dieser Phase wird die Entscheidung für das Wachstum einer Blüte getroffen, auch wenn sichtbare Veränderungen erst später erkennbar sind. Prof. Dr. Wünsche und sein Team vermuten, dass die Ursache für Ernteausfälle bereits im Vorjahr liegt: Reifende Äpfel könnten ein Hormon produzieren, das die Blütenbildung für das folgende Jahr unterdrückt.
Ziel ist es, dieses Hormon zu identifizieren und dessen Wirkung zu steuern.
Wenn wir herausgefunden haben, welches Protein die Blütenbildung unterdrückt, können die Züchter neue Sorten entwickeln, die diese Stoffe weniger stark ausbilden,so Prof. Dr. Wünsche. Da die Entwicklung neuer Sorten zeitintensiv ist, suchen die Forscher auch nach schneller umsetzbaren Methoden. Eine Idee ist, Stoffe zu finden, die die hemmenden Signale der Pflanze unterbinden, um das Blütenwachstum besser zu steuern.
Die Rolle der Sorte Spencer’s Seedless
Um die Hypothese des bremsenden Hormons zu überprüfen, wird die alte englische Apfelsorte Spencer’s Seedless eingesetzt. Diese Sorte bildet Jungfernfrüchte ohne Samen und pflanzt sich ohne Bestäubung fort, da sie keine Blütenblätter besitzt. Doktorand Anton Milyaev arbeitet mit zwei Varianten dieser Sorte: Früchte ohne Samen und Früchte, bei denen die Samenbildung durch Handbestäubung angeregt wurde. Er untersucht, welche Stoffe von den beiden Gruppen abgegeben werden. Sein Verdacht ist, dass die Samen ein Bremsprotein bilden, das über den Stiel an den Baum zurückgegeben wird und so die Blütenbildung hemmt.
Analyse der Apfelblütenentwicklung
Das Forscherteam hat über einen längeren Zeitraum wöchentlich Blüten verschiedener Apfelsorten gesammelt und untersucht, um die Prozesse vor und während der Blütenbildung zu verstehen. Dabei wurde die Veränderung der Knospen im Zeitverlauf dokumentiert und der Zeitpunkt der Blüteninduktion ermittelt. Anschließend analysiert das Team, welche Gene in den einzelnen Phasen besonders aktiv sind und welche Aktivitäten sie auslösen. Parallel dazu wird der Gehalt verschiedener Hormone in den unterschiedlichen Phasen untersucht und mit der Genexpression abgeglichen. Die Universität Hohenheim stellt hierfür moderne Analysegeräte in ihrer Core Facility zur Verfügung.
Konkurrenz um Nährstoffe im Apfelbaum
Ein weiterer Forschungsansatz befasst sich mit der Verteilung von Nährstoffen im Baum. Prof. Dr. Wünsche erläutert:
Sowohl Trieb- und Fruchtwachstum als auch die Ausbildung von Blütenknospen finden gleichzeitig statt.Er vermutet eine Konkurrenz um Nährstoffe zwischen der Blütenbildung und dem allgemeinen Baumwachstum. Bei manchen Sorten scheint das Wachstum eine höhere Priorität zu haben, wodurch die Blüten in der entscheidenden Phase weniger Nährstoffe erhalten.
Prioritäten von Baum und Züchter
Die genauen Gründe, warum Bäume ihre Blütenbildung auf diese Weise regulieren, sind noch unklar. Prof. Dr. Wünsche weist auf ein mögliches Spannungsfeld hin:
Im Lauf der Züchtung wurden Bäume so manipuliert, dass wir viel Ertrag haben. Die Bäume hingegen wollen nur ihre Art erhalten.Für die Arterhaltung könnte bereits ein geringerer Apfelertrag ausreichen. Was für Produzenten ein Problem darstellt, könnte für die Bäume ein natürlicher Zyklus sein: Viele Früchte am Baum führen zu einer hohen Produktion des hormons, das die Blütenbildung hemmt. Dies resultiert im Folgejahr in weniger Blüten und Früchten, wodurch die Menge des Bremshormons sinkt und wiederum ein ertragreiches Jahr folgt.
Zusammenhang von Überschuss- und Mangeljahren
Diese zyklischen Schwankungen treten auch bei Sorten auf, die weniger stark zur Alternanz neigen. Doktorand Julian Kofler führte Experimente mit den Sorten Fuji und Gala durch, bei denen er unterschiedliche Erträge erzeugte. Er ließ Bäume einmal alle Blüten abwerfen, um ein ertragloses Jahr zu simulieren, und einmal die gesamte Blütenmenge am Baum, um einen extrem hohen Ertrag zu erzielen. Das Ergebnis zeigte, dass sowohl bei Fuji als auch bei der weniger schwankenden Sorte Gala auf ein Überschussjahr ein totaler Ertragsausfall folgte.
Projektinformationen
Das Projekt mit dem Titel "Physiological, metabolic and molecular basis of biennial bearing in apple" begann am 30. November 2015 und endet am 31. Mai 2020. Neben den Analysegeräten der Core Facility Hohenheim erhalten die Pflanzenwissenschaftler Unterstützung von der Universität Tübingen und der französischen Universität Montpellier. Das Team der Universität Hohenheim kooperiert zudem mit dem Julius-Kühn-Züchtungsinstitut Dresden-Pillnitz, dem Obstbauverband Horticulture Innovation Australia und dem australischen Wissenschaftsministerium.