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Verbesserte Photosynthese Mehr Kartoffeln dank schneller wachsenden Pflanzen

Durch Gen-Tech wollen Forscher die Photosynthese beschleunigen. Dadurch erhofft man sich mehr Ertrag auf dem Acker.

Legende: Audio Dank Gen-Tech das Sonnenlicht besser nutzen abspielen. Laufzeit 05:31 Minuten.
05:31 min, aus Wissenschaftsmagazin vom 23.02.2019.

Die Photosynthese kann man sich wie eine Art Minifabrik vorstellen: Mit Solarzellen wird die Sonnenenergie eingefangen und mit dieser Energie eine Reihe von komplizierten Maschinen angetrieben.

Diese verarbeiten das CO2 aus der Luft und produzieren am Schluss Zucker. Das alles findet in den grünen Blättern der Pflanzen statt.

Schwachstelle: zu viel Sauerstoff

Die Photosynthese ist ein äusserst komplizierter biochemischer Prozess. Rund 120 Reaktionen und Einzelschritte braucht die Pflanze, damit aus Licht, Wasser und CO2 schliesslich Zucker wird. Die Forscher kennen die Photosynthese heute sehr genau. Sie wissen deshalb auch um ihre Schwächen.

Ein Mikroskop blickt auf ein Blatt einer grünen Pflanze.
Legende: Photosynthese erforschen für mehr Ertrag: Im Bild eine ältere Studie mit Mais an der ETH Zürich. Keystone / Gaetan Bally

Denn entstanden ist die Photosynthese, als die Welt noch eine andere war. Vor über 3 Milliarden Jahren gab es viel CO2, aber keinen Sauerstoff in der Luft. Heute sind es über 20 Prozent Sauerstoff – und dieser macht der Photosynthese zu schaffen.

Mit Gen-Tech die Fehler korrigieren

Der zentrale Schritt der Photosynthese wird von einem Enzym mit dem klingenden Namen «Rubisco» durchgeführt. Das Enzym Rubisco baut das CO2 aus der Luft in die Biomasse der Pflanze ein. Doch wegen dem vielen Sauerstoff in der Luft passieren häufig Fehler: Statt eines Kohlenstoffdioxid-Moleküls wird ein Sauerstoff-Molekül aufgenommen.

Weil das dadurch entstehende Produkt giftig ist, schafft sich die Pflanze damit ein Problem. Sie muss relativ viel Energie aufwenden, um die Fehler der Rubisco zu korrigieren.

Genau da setzen die Forscher an: Sie helfen der Pflanze beim Entgiften des falsch eingebauten Sauerstoffs. Mit Gentechnik bringen die Forscher neue Enzyme in die Pflanze, welche die giftigen Produkte schneller abbauen, als die Pflanze das von Natur aus kann. Das Resultat: Die Pflanze wächst deutlich stärker, weil sie Energie spart.

Mehr Erträge erhofft

In Versuchspflanzen erhielten die Forscher 40 Prozent mehr Biomasse. Der Versuch in den USA wurde mit Tabakpflanzen durchgeführt: Diese eignen sich gut als Modellpflanzen, weil man sie genetisch relativ leicht verändern kann.

Aktuell sind die Forscher daran, die neuen Enzyme auch in Kulturpflanzen einzubauen: Soja, Maniok und Kartoffeln sollen schon bald grössere Erträge liefern.

Eine Hand hält Kartoffeln.
Legende: Beschleunigte Photosynthese: In den USA wurde das bei Tabak getestet. Doch die Forscher nehmen auch Kartoffeln ins Visier. Getty Images / Maskot

Die Versuche stehen allerdings noch am Anfang. Rund 1.5 Jahre brauchen die Forscher, um die Kulturpflanzen genetisch so zu verändern, dass sie bereit sind für die ersten Versuche im Freiland.

Zahlreiche Hürden

Ob jemals solche Kartoffeln auf unserem Teller landen, ist noch völlig unklar. Denn wenn die Pflanzen stärker wachsen, brauchen sie auf jeden Fall mehr Wasser und wohl auch mehr Dünger. Böden könnten so noch schneller ausgelaugt werden.

Zudem sind viele der Anpassungen der Photosynthese nur mit genetischen Veränderungen möglich, welche heute vor allem in Europa nicht beliebt sind bei den Konsumenten. Der neuen Technik werden also noch zahlreiche Hürden im Weg stehen.

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