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Thema des Monats

Thema des Monats

27. Februar 2012

„Das süße Geheimnis entschlüsselt: Der Lösung auf der Spur.“
1747 entdeckte der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf, dass die Runkelrübe Zucker enthielt. Denselben Zucker, der auch im Zuckerrohr enthalten ist. Heute, 265 Jahre später, konnte die Erbinformation der Zuckerrübe vollständig entschlüsselt werden. Diese Forschungsarbeit leisteten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für molekulare Genetik in Berlin und des Centrums für Biotechnologie der Universität Bielefeld unter Beteiligung der deutschen Zuckerrübenzüchter. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte das Projekt „BeetSeq“ mit drei Millionen Euro.

 

Thema des Monats Februar 2012


Grafik: 
Der Zuckergehalt der ursprünglichen Runkelrübe konnte schnell gesteigert werden. Bis zur Einführung des Polarimeters ab Mitte des 19. Jahrhunderts liegen nur vereinzelt Zuckeranalysen vor. (Deutsches Reich, Bundesrepublik Deutschland, WVZ, Roemer)


Die Zuckerrübe ist eine junge Kulturpflanze und entstand erst nach Marggrafs Entdeckung. Den Weg bereitete sein Schüler Franz Karl Achard. Er suchte gezielt nach zuckerreichen Runkelrübentypen. Der Zuckergehalt der damaligen Runkelrüben war gering. Marggraf extrahierte 1747 aus drei verschiedenen Typen 0,5 bis 1,6 Prozent Zucker. Achard konzentrierte sich auf Runkelrüben aus dem Magdeburger Raum. Diese betrachtete er als die zuckerreichsten Typen. Daraus entwickelte er die „Weiße Schlesische Zuckerrübe“. Sie ist die Stammform aller heutigen Zuckerrübensorten. Nach seinen Beobachtungen waren die weißfleischigen Rüben im Vergleich der verschiedenen Runkelrübentypen am besten geeignet, größere Zuckermengen zu erzeugen.


Im Laufe des 19. Jahrhunderts begann die systematische pflanzenzüchterische Verbesserung der Runkelrübe zur Zuckerrübe. Allen voran schritt Baron von Koppy zu Krayn zu Beginn des Jahrhunderts. Er bezog die „Weiße Schlesische Zuckerrübe“ von Achard. Zusammen mit seinem Sohn suchte er gezielt nach zuckerreichen Typen innerhalb der Achardschen Population. Ab den 30er Jahren stieg das züchterische Interesse an der Zuckerrübe. Dabei griff man auf das von Koppy entwickelte Saatgut zurück. In Frankreich begann Vilmorin mit der Selektion von Einzelpflanzen. In den 60er Jahren führte M. Rabbethge das Polarimeter in die Züchtungsarbeit ein.

 

Ende des Jahrhunderts gab es die Einteilung in ZZ-, Z-, N- und E-Typen. Man wusste, dass ab einem bestimmten Grad Zuckergehalt und Rübenertrag nicht gleichzeitig verbessert werden konnten. So lag zur Jahrhundertwende der Zuckergehalt bereits bei 15 Prozent. Eine züchterische Leistung, die im neuen Jahrhundert trotz vieler neuer Techniken und Erkenntnisse nicht wiederholt werden konnte. Osmotische Barrieren sind hier zu nennen, die die Saccharosekonzentration in den Zellen begrenzen.

 

Für das BeetSeq-Projekt wurde die DNA einer heutigen Referenzzuckerrübe sequenziert. Damit gehört die Zuckerrübe neben Mais, Reis und Soyabohne zu den wenigen Ackerfrüchten, deren Erbinformation bisher vollständig analysiert werden konnte. 758 Millionen Basenpaare (Mbp) groß ist ihr Genom. Weizen hat im Vergleich dazu 16.000 Mbp und Reis 450 Mbp aufzuweisen. Das menschliche Genom umfasst rund 3.000 Mbp. Doch nur etwa 25.000 Gene besitzen Zuckerrübe und Mensch. Die Gene sind für die Ausprägung der spezifischen Merkmale entscheidend. Nur wenige Eigenschaften werden von nur einem Gen ausgeprägt. Den meisten Eigenschaften liegen Basenabfolgen auf verschiedenen Standorten der DNA zu Grunde.

 

Mit der Entschlüsselung des Zuckerrübengenoms haben Wissenschaftler und Züchter Grundlagen geschaffen um Antworten und Lösungen zu finden. Zum Beispiel wie sich der zuckerspeichernde Rübenkörper bildet und ob sich durch züchterische Bearbeitung noch mehr Zucker einlagern ließe. 

Zuckerspeicherung in den Vakuolen

Der Zucker wird im Parenchymgewebe der Rübenkörper langfristig gespeichert. Als Speicherort dienen die Vakuolen der Gewebszellen. Bei reifen Rüben nehmen sie bis zu 95 Prozent des Zellraumes ein. Die Vakuolenmembranen sind semipermeabel. Die Saccharoselösung wird hinein transportiert, kann jedoch nicht wieder austreten. Dadurch entsteht der Turgordruck, der die Festigkeit des Rübenkörpers bedingt. In den Vakuolen werden Konzentrationen bis 600 mmol/l Lösung erreicht.


Weitere Informationen zum BeetSeq-Projekt:

457-16-81-615