Ozontoleranter Reis für Bangladesch: vom molekularen Verständnis von Toleranzmechanismen zur Anwendung im Feld

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Frei
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik ; Pflanzenzüchtung, Pflanzenpathologie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426004147

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ozon ist ein Luftschadstoff in der Troposphäre und beeinträchtigt das Wachstum und den Ertrag von Nutzpflanzen. In Bangladesch ist die Ozonproblematik aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte, der wirtschaftlichen Entwicklung und des für Ozonbildung günstigen Klimas besonders gravierend. Über die Auswirkungen von Ozonstress auf die Reisproduktion in Bangladesch ist aber wenig bekannt, obwohl weit verbreitete Reissorten aus Bangladesch in früheren Begasungsversuchen sehr sensitiv auf Ozon regierten. Die Ziele dieser Studie waren daher (i) die Bedeutung von Ozonstress für den Reisanbau in Bangladesch zu erfassen und (ii) ozontolerante Reissorten für Bangladesch zu entwickeln. Zur Erreichung des ersten Ziels wurden in Bangladesch an vier Standorten Feldversuch über drei Anbauphasen durchgeführt, bei denen jeweils 20 Reissorten mit oder ohne Behandlung mit der Chemikalie Ethylendiurea (EDU) angebaut wurden. EDU wird regelmäßig auf die Blätter gesprüht und schützt die Pflanzen spezifisch vor Ozonstress. Ozonkonzentrationen lagen an den Versuchsstandorten im Tagesmittel zwischen 53 und 84 ppb und damit klar im pflanzenschädlichen Bereich. Die Applikation von EDU erhöhte die Reiserträge um durchschnittlich 10.4%, was darauf hindeutet, dass Pflanzen ohne den Schutz durch EDU unter Ozonstress standen. Allerdings waren auch große Unterschiede zwischen den verwendeten Sorten zu erkennen. So reagierte etwa die Landsorte Kasalath gar nicht auf EDU, was auf eine hohe Ozontoleranz hindeutet. Um der Ozonproblematik zu begegnen wurden im zweiten Teil des Projektes ozontolerante Reislinien entwickelt. Die ozontolerante Landsorte Kasalath wurde mit den ozonsensitiven Hochleistungssorten BRRI dhan28 und Binadhan11 aus Bangladesch gekreuzt, um mittels markergestützer Rückkreuzung die Ozontoleranzloki OzT8 und OzT9 einzukreuzen. Hierfür wurden zwei Rückkreuzungssschritte vorgenommen und Linien dann bis zur BC2F3-Generation weiterentwickelt. Insgesamt 79 dieser Linien wurde dann in einem Begasungsversuch hinsichtlich ihrer Ozontoleranz gescreent und auf Grundlage agronomisch günstiger Morphologie weiter ausselektiert. Für einen finalen Ozonbegasungsversuch wurden dann 19 BC2F4-Lininen ausgewählt und in einem weiteren Begasungsversuch umfassend hinsichtlich ihrer Ozontoleranz charakterisiert. Neu entwickelte Kreuzungslinien wiesen im Vergleich zu den sensitiven Elternsorten verbesserte physiologische Merkmale unter Ozonstress auf (z.B. weniger Blattsymptome, verbessertes Chlorophyll:Carotinoidverhältnis, erhöhte Photosyntheseeffizienz). Der Kornertragsverlust bei den Elternlinien betrug 30 bis 40 Prozent, während er bei den neu entwickelten Kreuzungslinien signifikant niedriger lag, da manche Linien gar keine signifikanten Ertragsrückgänge verzeichneten. Das Projekt verdeutlicht die Auswirkungen der Ozonbelastung auf die Ernährungssicherung in Bangladesch und leistet durch die Entwicklung neuer Reissorten einen Beitrag zur Anpassung an die vorherrschenden atmosphärischen Bedingungen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Adapting cereal crops to elevated tropospheric ozone. Invited seminar talk, Bangabanhu Sheik Mu-jubur Rahmen Agricultural University, Kaliganj, Bangladesh, 13th January 2020.
  Frei M.
  
• Adapting cereal crops to elevated tropospheric ozone. Invited seminar talk, Bangladesh Institute of Nuclear Agriculture, Mymensingh, Bangladesh, 13th January 2020.
  Frei M.
  
• Adapting rice to abiotic stresses. Invited seminar talk, International Rice Research Institute (IRRI), Los Banos, The Philippines 4th October 2022.
  Frei M. & Pandey A.
  
• Interactive effects of tropospheric ozone and blast disease (Magnaporthe oryzae) on different rice genotypes. Environmental Science and Pollution Research, 29(32), 48893-48907.
  Alam, Muhammad Shahedul; Maina, Angeline Wanjiku; Feng, Yanru; Wu, Lin-Bo & Frei, Michael
  
• Genetic variation in ozone tolerance of cereal crops and its application in plant breeding. Invited seminar talk, Sino-German Workshop on Adapting Crop Production to Air Pollution and Climate Change, Gießen, Germany, 23rd August 2023.
  Frei M.
  
• Evidence for tropospheric ozone effects on rice production in Bangladesh. Science of The Total Environment, 909, 168560.
  Frei, Michael; Ashrafuzzaman, Md; Piepho, Hans-Peter; Herzog, Eva; Begum, Shamsun Nahar & Islam, Mirza Mofazzal