Landwirtschaft in humiden Regionen 12.07.2021, 07:00 Uhr

Geniale Idee: Wie Saatgut in trockenen Regionen besser keimt

Ein neues Verfahren zur Beschichtung von Saatgut könnte der Landwirtschaft in Trockengebieten zu besseren Erträgen verhelfen. Ingenieure haben eine spezielle Beschichtung entwickelt, die Wasser speichert – und Pflanzen mit Nährstoffen versorgt.

Keimendes Saatgut

Wie keimen Pflanzen unter trockenen Bedingungen? US-Ingenieure entwickelten eine Lösung.

Foto: panthermedia.net / PixelsAway

Mit der fortschreitenden Erwärmung der Erde werden sich viele trockene Regionen, die bereits jetzt grenzwertige Bedingungen für die Landwirtschaft haben, kaum noch eignen, um Pflanzen anzubauen. In vielen Regionen lassen sich Nutzpflanzen nur mit massiver Bewässerung kultivieren. Breiten sich humide Flächen weiter aus, sinken Produktionskapazitäten für Lebensmittel, und mehr Hungersnöte drohen. Sogar der Mittelmeerraum könnte bald stark betroffen sein.

Deshalb haben US-amerikanische Ingenieure ein Verfahren entwickelt, um Saatgut während der entscheidenden Keimphase vor dem Stress durch Wassermangel zu schützen und Pflanzen gleichzeitig mit Nährstoffen zu versorgen. In Zusammenarbeit mit Forschenden aus Marokko laufen jetzt verschiedene Praxistests.

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Wassermanagement: Alternativen bei Wassermangel

Saatgut mit zwei Materialien beschichtet

Die Beschichtung, die das Team entwickelt hat, ist das Ergebnis jahrelanger Forschung. Im ersten Schritt entwickelte das Team eine spezielle Beschichtung für Saatgut, damit hohe Mengen an Salzen die Keimung nicht beeinträchtigen. Gerade in küstennahen Regionen sind hohe Mengen an Natriumchlorid problematisch.

„Wir wollten eine Beschichtung herstellen, die speziell auf die Bekämpfung von Trockenheit ausgerichtet ist“, sagt Benedetto Marelli vom Massachusetts Insitute of Technology (MIT). Er hat sich an der Natur ein Beispiel genommen. Seine Idee kam von Chia oder Basilikum. Samen dieser Pflanzen tragen an der Außenseite verschiedene Biopolymere. Diese nehmen Wasser auf, und eine gelartige Substanz entsteht. Das Material schützt Keimlinge davor, in den ersten Tagen ihres Wachstums auszutrocknen. Es kam bei Experimenten jetzt als äußere Umhüllung von Saatgut zum Einsatz.

Die Forschenden hatten noch weitere Ideen. Sie entwickelten eine innere Schicht mit Dauerformen spezifischer Mikroorganismen, gaben aber auch anorganische Nährstoffe hinzu, um Pflanzen beim Wachstum zu helfen. Kommt Saatgut mit Wasser in Berührung, quillt das Biopolymer auf. Gleichzeitig entstehen biologisch aktive Rhizobakterien aus Sporen. Diese Mikroben fixieren Stickstoff aus der Luft und überführen ihn in lösliche Salze. Der Keimling hat in den ersten Tagen oder Wochen ausreichend nahrhaftem Dünger, bis sich mehr Wurzeln gebildet haben. Alles in allem sei dann weniger Dünger erforderlich, hoffen die Forschenden.

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Trockenheitsresistentes Saatgut lässt sich vor Ort herstellen

Erste Untersuchungen in den trockenen Böden marokkanischer Testfarmen hätten ermutigende Ergebnisse gezeigt, berichten die Forscher. Jetzt planen sie Studien in größerem Umfang. Das Besondere an ihrer Idee: Die Beschichtungen lassen sich ohne großen technischen Aufwand vor Ort aufbringen, beispielsweise in Entwicklungsländern. Die erste Schicht bringt man im Tauchverfahren auf, und die zweite Schicht lässt sich aufsprühen. Landwirte könnten beide Schritte selbst übernehmen, wobei eine zentrale Vorbereitung des Saatguts wirtschaftlicher wäre.

Alle Materialien sind leicht verfügbar. Firmen aus der Lebensmittelbranche verwenden regelmäßig Biopolymere; sie können teilweise sogar aus Abfällen gewonnen werden. Schalen enthalten beispielsweise Cellulose, aber auch Pektin. Und Rhizobakterien sind als Sporen bei trockener Lagerung äußerst stabil. Alle Materialien der Beschichtung sind biologisch abbaubar. Obwohl das Verfahren Kosten für Saatgut selbst nur geringfügig erhöhen würde, so Marelli, könnte es auch zu Einsparungen führen, da der Bedarf an Wasser und Dünger reduziert werde.

Kosten-Nutzen-Bilanz des innovativen Saatguts 

Die Nettobilanz von Kosten und Nutzen müsse aber noch ermittelt werden, so Marelli. Bislang gibt es noch keine Daten einer vollständigen Ernte mit beschichteten Samen. Die MIT-Forschergruppe will für ihre ausstehende Bewertung unter anderem die Wurzelmasse, die Stängelhöhe und den Chlorophyllgehalt erfassen. Sie hofft auf höhere Ernteerträge, verglichen mit Pflanzen aus normalem Saatgut. Läuft alles nach Plan, stehen Tests mit einer Vielzahl kommerziell wichtiger Pflanzensamen an.

Von der neuen Idee profitieren nicht nur trockene Regionen. Schon früher zeigten Forschende der UW School of Environmental and Forest Sciences, USA, dass Mikroben schwerlösliches Phosphat aufschließen. Dieses anorganische Salz ist oft eine Folge jahrelanger Düngung, kann von Pflanzen aber nicht genutzt werden. Beschichtet man Saatgut mit den Bakterien, besiedeln diese Symbionten Wurzeln und helfen bei der Versorgung mit Salzen: eine Möglichkeit, um weniger zu düngen.

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Von Michael van den Heuvel