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Namibia

Forschung für bessere und nachhaltige Ernährung

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Das Projekt Topsoil

Professorin Barbara Reinhold und ihr Team vom Laboratorium für Mikroorganismen-Pflanzen Interaktionen der Universität Bremen haben sich mit der Erforschung optimaler Wuchsbedingungen von Reispflanzen einen Namen gemacht. Mit dem richtigen Einsatz von Mikroorganismen beim Pflanzenwachstum wollen sie den umweltfreundlicheren,ertragreicheren und kostengünstigeren Reisanbau ermöglichen. „Auch im Norden von Namibia waren wir zunächst an Wildreis interessiert“, erinnert sich die Wissenschaftlerin. Der wächst dort am Okavango-Fluss in einer Feuchtsavanne. „Am Fluss, direkt an der Grenze zu Angola, gibt es seit jeher Kleinbauernfelder und viele Viehherden. Wir sind auch über die Felder der Kleinbauern gegangen. Dort gibt es nur sehr nährstoffarme Böden – die Okavango-Sande“, so Barbara Reinhold. Ohne Düngung seien diese Böden für die Landwirtschaft nicht sehr gut geeignet, es fehlt an Stickstoff und Phosphat. „Dort gibt es noch Landwirtschaft wie vor 100 Jahren: Durch Brandrodung wird Feuchtsavanne zu Ackerland. Es gibt keine Rückführung von Nährstoffen, nicht mal Kuhdung wird verwendet. Angebaut wird in sehr geringer Pflanzendichte, und man hängt von der Regenzeit ab. Künstliche Bewässerung und Dünger kann man sich nicht leisten. Deshalb sind die Erträge extrem niedrig.“

Kontakt

Prof. Dr. Barbara Reinhold
Center for Microorganism-Plant Interactions
University of Bremen, Faculty 2
Phone: +49 421 218-62860
Email: breinhold@uni-bremen.de

Die Hitze-Champignons aus Namibia

Es war ein Besuch mit Folgen: Als die Mikrobiologin Barbara Reinhold von der Universität Bremen im Norden Namibias nach Wildreis-Sorten suchte, zog sie am Okavango-Fluss angebaute Kuhbohnen aus dem nährstoffarmen Boden. Was mit einem Blick auf das Wurzelwerk als „beruflicher Reflex“ begann, führte zum Projekt TOPSOIL. In ihm forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Bremen, Hamburg und Namibia, um Kleinbauern im Süden des afrikanischen Kontinents bessere Erträge auf ihren Feldern zu ermöglichen. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) finanzierte Vorhaben wird von Barbara Reinhold geleitet.

Topsoil

„Towards Improving Food Security For Smallholders in Dry Southern African Climates” – dafür steht die Abkürzung TOPSOIL. Auf Deutsch bedeutet sie „Beiträge zur verbesserten Ernährungssicherung von Kleinbauern in den Trockengebieten des südlichen Afrikas.“ Das Vorhaben ist ein ideales Beispiel, wie wissenschaftliche Expertise aus Deutschland in der Landwirtschaft afrikanischer Staaten zur Verbesserung von Ernten führen kann – und wie das Knowhow an dortige Forscherinnen und Forscher, aber auch an die Landbevölkerung, weitergegeben wird.

Forschung aus dem Wurzelknöllchen

In der Region werden vorwiegend traditionelle Getreidesorten
– etwa Hirse oder Mais – eingebracht,
dazwischen aber auch Kuhbohnen oder die Bambara-
Erdnuss. „Diese Bohnensorten – überhaupt
generell Leguminosen, also Schmetterlingsblütler –
haben die Eigenschaft, dass sie mit Bakterien echte
Symbiosen eingehen können. In diesen Leguminosen
bilden die Pflanzen neue Organe, die Wurzelknöllchen.
In sie können Mikroorganismen eindringen –
Knöllchenbakterien oder im Fachjargon Rhizobien“,
erläutert die Wissenschaftlerin. In Wurzelknöllchen
werden Bakterien zu „Stickstofffixierungsfabriken“
versklavt: Sie können mithilfe der Energiequellen der
Pflanze – Licht und Luft zur Kohlenstoffquellen-Produktion
– Stickstoffgas binden und als Ammoniak
oder Ammonium an die Pflanze weitergeben. „Das
ist eine sehr effiziente Symbiose, denn die Pflanze bekommt direkt aus den Knöllchen verwertbaren
Stickstoffdünger. Sie wird also ohne Umwege direkt
versorgt. Damit das gut funktioniert, braucht man Rhizobien,
die im ‚molekularen Zwiegespräch‘ zu ihrem
Wirt passen. Das schließt natürlich auch passende
Umweltbedingungen und den richtigen Boden ein.“
Barbara Reinhold fiel auf, dass die Wurzeln der Kuhbohne
häufig sehr schlecht und ineffizient mit Knöllchen
durchsetzt waren. „Nach der nur kurzen Regenzeit
von Dezember bis März müssen die Bakterien
lange überleben, um bis zur nächsten Regenzeit zu
kommen. Zudem wird es dort extrem heiß – wir haben
auf den oberen Zentimetern über 50 Grad gemessen,
in zehn Zentimeter Tiefe immer noch 37 Grad. Also
müssen die Bakterien auch hitzetolerant sein.“
Im Labor in Bremen begann eine aufwändige Arbeit.
Aus vielversprechenden Wurzelknöllchen wurden zunächst
die Symbionten isoliert. Anschließend wurde
ihre DNA extrahiert und Gene vervielfältigt. „Anhand
der Gene werden dann Stammbäume angelegt, und
die Bakterien werden charakterisiert“, so Barbara
Reinhold. Eine Arbeit, bei der gerne Bachelor- und
Masterstudierende mitarbeiten, die so praktisch
ausgebildet werden.

Wachstum bei mehr als 40 Grad

Die Forscherin und ihr Team entdeckten schließlich
hitzeresistente Rhizobien, die auch noch bei Temperaturen
um 40 Grad wachsen können. „Wir haben
versucht, die Symbiosen so zu gestalten, dass sie
unter den herrschenden Bedingungen funktionieren.
Und wir wussten: Am besten wäre es, die passenden
Bakterien gleich beim Auspflanzen mit an die Bohnen
zu geben, so dass sie bei Regen die Wurzel infizieren.“
Auch das funktionierte. Nachdem sich im Labor
die besten Bakterien herauskristallisiert hatten, wurden
diese mit sterilem Torf gemischt. In versiegelten
Beuteln ging das Gemisch zurück nach Afrika, wo die
afrikanischen Studierenden oder die Kleinbauern die
Bohnen dazugeben. Die Mikrobiologin stolz: „Unsere
angepassten Bakterien aus Namibia sind momentan
die Hitze-Champions, die man so bislang noch
nirgends kaufen kann.“

In TOPSOIL geht es derzeit um die konkrete Umsetzung
in der Landwirtschaft vor Ort, verbunden mit
weiterer wissenschaftlicher Begleitung. Gemeinsam
mit zwei Partneruniversitäten aus Windhoek und Bodenkundlern
der Universität Hamburg werden auf Regierungsfarmen
mit der Kuhbohne Feldexperimente
mit verschiedenen Nährstoffgaben und unterschiedlichen
Bakterien durchgeführt. „Wir wollen sehen, ob
es Wirkung auf größeren Feldern zeigt. Gleichzeitig
sind dies auch Trainingsfelder für die afrikanischen
Studierenden, die in diesem Projekt mitarbeiten.
Dieser Teil wird vom Deutschen Akademischen Austauschdienst
(DAAD) finanziert.“
Das erste große „offizielle“ Feldexperiment lief im
Frühjahr 2018. Ein Test im Jahr zuvor hatte bereits ergeben,
dass „die Felder super aussahen. Die Bauern
möchten das gerne immer wieder haben. Die Nachbarin
eines Kleinbauern sagte mir im vergangenen
Jahr: ‚Wir hätten auch gern etwas von Deinem braunen
Wunderpulver‘“, schmunzelt Barbara Reinhold.

Auch andere Leguminosen im Focus

Vor dem Hintergrund der globalen Klimaveränderungen
wird dem südlichen Afrika mehr Hitze und
Trockenheit prognostiziert. Warum also nicht versuchen,
weitere Hülsenfrüchte dort einzuführen, die
in anderen Teilen der Welt sehr erfolgreich sind? In
kurzer Zeit reif, trockenresistent, mit tiefen Wurzeln?
„Das ist der zweite Aspekt, den wir in diesem Projekt
im Blick haben. Wir untersuchen, ob vielleicht
auch sogenannte Luzerne für die Kleinbauern zur
Bodenverbesserung, aber auch als Futter für ihre
Tiere in Frage kommen. Luzerne oder Kichererbsen
wären neue Hülsenfrüchte in der Region. Dazu haben
wir Sorten aus Australien und Indien besorgt. Wir
probieren jetzt, auch dafür die passenden Bakterien
aus den Böden dieser Gegend zu isolieren, um diese
Pflanzen dort ebenfalls anzubauen.“
Im Projekt arbeiten die deutschen Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler eng mit namibischen
Partnern zusammen. Vertreter des Landwirtschaftsministeriums
beraten die Bauern, die Veränderungen
zunächst oft skeptisch gegenüber stehen. „Wir
testen unsere Bakterien mit den Kleinbauern, die es
gerne ausprobieren möchten. Das sind dann die
Kristallisationspunkte: Wenn einer begeistert ist,
dann kann er auch seine Nachbarn begeistern.“