10 Jahre Obstgenbank Dresden-Pillnitz in der Verantwortlichkeit der Bundesforschung

10 years of Fruit Gene Bank at Dresden- Pillnitz under federal responsibility

Nach der im Einigungsvertrag verfügten Auflösung des Instituts für Obstforschung Dresden-Pillnitz 1991 wurde die Arbeitsgruppe „Genbank Obst Dresden-Pillnitz“ als eine Außenstelle der Genbank für landwirtschaftliche und gärtnerische Kulturpflanzen Gatersleben etabliert. In den folgenden Jahren wurden die Sammlungen ständig ergänzt (Büttner et al., 2000; Luby et al., 2001) und weiteren Evaluierungsarbeiten unterzogen (Dunemann et al., 1994; Fischer und Fischer, 1999; Geibel, 2002). Im Jahr 2001 erfolgte auf Emp­fehlung des Wissenschaftsrates und auf gemeinsamen Beschluss der damaligen Bundesministerien für Wissenschaft und Technologie sowie Verbraucherschutz, Ernährung und Landwirtschaft eine institutionelle Aufgabenteilung bei der Erhaltung genetischer Ressourcen in Deutschland. Im Zuge derer wurde zum 1. Januar 2003 die Rücküberführung des Materials der Obstgenbank an das Züchtungsinstitut in Dresden-Pillnitz festgelegt, um die Evaluierung und züchterische Nutzung der umfangreichen genetischen Ressourcen unmittelbar gewährleisten zu können.

Die Erhaltungsstrategien in der jetzigen Obstgenbank, die Ergebnisse der Evaluierungsarbeiten sowie die Inwertsetzung der obstgenetischen Ressourcen sollen nach 10 Jahren Arbeit in diesem Beitrag zusammenfassend dargestellt werden.

Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (BMELV) hat in der Zuständigkeit für die landwirtschaftliche biologische Vielfalt in seinem Geschäftsbereich eine Konzeption zu genetischen Ressourcen verfasst und im Jahr 2000 veröffentlicht. Als zentraler Handlungsbedarf wird dort die Erarbeitung nationaler Fachprogramme für die einzelnen Bereiche Pflanzengenetische Ressourcen, Forstgenetische Ressourcen, Tiergenetische Ressourcen und Aquatische Genetische Ressourcen festgestellt. Das „Nationale Fachprogramm zur Erhaltung und nachhaltigen Nutzung pflan­zengentischer Ressourcen landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturpflanzen“ ist die Grundlage für bundesweit abgestimmte Aktivitäten in diesem Bereich. Es orientiert sich am Globalen Aktionsplan und zielt darauf ab, dort vorgeschlagene Maßnahmen auf nationaler Ebene in geeigneter Weise umzusetzen. Es wurde in seiner ersten Auflage im Jahr 2002 veröffentlicht und trägt mit der vorliegenden Überarbeitung aus dem Jahr 2012 den bedeutenden Entwicklungen Rechnung. Dazu gehört in erster Linie der Beitritt Deutschlands zum „Internationalen Vertrag für pflanzengenetische Ressourcen für Ernährung und Landwirtschaft“ im Jahr 2004.

Mit der Integration der Obstgenbank in das damalige Institut für Obstzüchtung der Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen wurde ein „Fachliches Konzept für die Erhaltung der obstgenetischen Ressourcen“ erarbeitet und umgesetzt (Hanke und Höfer, 2003; Höfer und Hanke, 2006). Nach Gründung des Julius Kühn-Instituts, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, im Jahr 2008 entstand das Institut für Züchtungsforschung an gartenbaulichen Kulturen und Obst Dresden-Pillnitz, in dem die Obstgenbank einen wichtigen Aufgabenbereich abdeckt. Gleichzeitig werden die Belange der Obstgenbank u.a. auch national im Rahmen des Beratungs- und Koordinierungsausschusses für genetische Ressourcen landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturpflanzen (BEKO) beim BMELV vertreten. Die Aktivitäten der Pillnitzer Obstgenbank liegen im Bereich Management obstgenetischer Ressourcen. Dies beinhaltet, Material der botanischen Arten und Gattungen bei Kern-, Stein-, Beeren- und Wildobst zu sammeln, zu erhalten, zu evaluieren und zu dokumentieren und durch Inwertsetzung im Rahmen der Züchtungsforschung und Züchtung für die Erstellung von genetisch erweitertem Material mit potentiell neuen Genvarianten zur Verfügung zu stellen. Die obstgenetischen Ressourcen dienen jedoch nicht nur der Obstzüchtung. Sie stellen weiterhin Ausgangsmate­rial für andere wissenschaftliche Fragestellungen, für verschiedene Formen des Obstbaus sowie für die Gestaltung der Landschaft und urbaner Bereiche dar und werden dafür vorgehalten.

Aufbauend auf diesen Vorgaben bestand das Ziel bei den Neupflanzungen der Sammlungen darin, das Sortenspektrum der einzelnen Obstarten entsprechend anzupassen und durch nationalen und internationalen Materialaustausch zu ergänzen. Für die Wildartensammlungen bestand und besteht die Aufgabe darin, „core collections“ (Kernsammlungen) aufzubauen, die bei begrenztem Materialumfang die genetische Diversität einer botanischen Art repräsentieren. Der Schwerpunkt für die Erarbeitung von Kernsammlungen lag in den zurückliegenden 10 Jahren bei der Gattung Malus. Da der Aufbau von Kernsammlungen eine umfassende Evaluierung der genetischen Ressourcen voraussetzt, soll später auf diese Ergebnisse besonders eingegangen werden.

Um den weiteren Aufbau von Kernsammlungen ins­besondere bei den dem Kulturapfel Malus × domestica Borkh. verwandten Arten zu realisieren, wurden Sammelexpeditionen für die Wildarten Malus orientalis Uglitzk. und Malus sylvestris (L.) Mill. durchgeführt. Während der in den Jahren 2011 und 2012 durchgeführten Sammelexpeditionen mit russischen Wissenschaftlern des Nikolai I. Vavilov Forschungsinstituts für Pflanzenbau (VIR) St. Petersburg in den Nordkaukasus (Russische Förderation) wurden von 171 Akzessionen (Bäumen) von M. orientalis 17.716 Samen gesammelt. Die Auswertung der Sammelreisen wurde nachfolgend umfassend publiziert (Flachowsky et al., 2011; Hanke et al., 2012; Höfer et al., 2012a; Höfer et al., 2013a; Flachowsky et al., 2013). Zusätzlich wurden von 26 Akzessionen von Pyrus caucasica Fed. 891 Samen, von 10 Akzessionen von Prunus cerasifera Ehrhart 160 Samen sowie von sechs Fragaria sp. Akzessionen Pflanzenmaterial gesammelt. Eine begrenzte Anzahl von Sämlingen wird – beginnend mit dem Jahr 2013 – in ein Evaluierungsquartier der Obstgenbank gepflanzt. Des Weiteren wurde mit der Evaluierung des Materials im Hinblick auf züchterisch relevante Resistenzeigenschaften begonnen. Neben dem Samenmaterial wurden Reiser von insgesamt 98 Bäumen aus den Genbank-Kollektionen der Versuchsstation Maikop des VIR bzw. von Landsorten bei Apfel und Birne, die auf die alte Gartenbaukultur der Tscherkessen (Adygejer) zurückzuführen sind, aufgenommen. Der einheimische europäische Wildapfel M. sylvestris wurde im Rahmen einer Sammelreise 2005 in den Białowieża-Nationalpark, Polen, zusammen mit Wissenschaftlern des polnischen Instituts für Obstbau und Zierpflanzenbau, Skierniewice gesammelt. Insgesamt wurde in Białowieża von fünf Bäumen Samen- und Reisermaterial entnommen, welches sich gegenwärtig in der Evaluierung befindet.

Erhaltungsstrategien für die Obstgenbank am Standort Dresden-Pillnitz

Abb. 1. Feldsammlungen der Obstgenbank Dresden-Pillnitz;
A: Apfelsorten­sammlung; B: Erdbe­erkastenanlage; C: Wildobstsammlung; D: Neupflanzung Süß­­kirschsortensammlung.

Mit der Integration der Obstgenbank in das Züchtungsinstitut Dresden-Pillnitz wurde gleichzeitig eine vorausschauende Planung für Um- bzw. Neupflanzungen bei Baumobst im Versuchsfeld erstellt, da der arbeitsaufwändige Prozess von der Planung der Neupflanzung, über die Bestellung von Reisermaterial sowie Unterlagen für die entsprechende Obstart, die baumschulischen Anzuchten, die Pflanzung der Sortimente bis hin zur Rodung der alten Bestände nur schrittweise im Rahmen der vorhandenen Kapazitäten realisiert werden kann. Die durchschnittliche Standzeit der Sammlungen beträgt 20 Jahre. Mit den Neupflanzungen soll das Sortenspektrum entsprechend der oben dargestellten Auswahl realisiert werden. Pro Sorte bzw. Wildartenakzession stehen zwei Bäume in den Freilandsammlungen.

Begonnen wurde im Jahr 2005 mit der Neuanlage der Apfel- und Birnensortensammlung. Bei den Neupflan
zungen wurde entsprechend der oben beschriebenen Vorgaben das Sortenspektrum der einzelnen Obstarten umgestaltet. Bei Apfel erfolgten eine Übernahme von 480 Sorten aus dem alten Bestand (ca. 50%) und ein Neuzugang von 342 Sorten. Bei Birne wurden lediglich 57 Sorten (35% der alten Sammlung) übernommen und 66 weitere aus anderen Sammlungen eingebunden, wobei Bundes- und Landeseinrichtungen als auch Sammlungen von Organisationen und Privatpersonen bei der Auswahl berücksichtigt worden sind. Bei Kirsche wurden 14 Neuzugänge aufgenommen, so dass bei den geplanten Neupflanzungen 80% des Altbestandes bei der Süßkirsche und ca. 60% des Altbestandes bei der Sauerkirsche übernommen werden (Tab. 1). Die Pflaumensammlung wurde aufgrund der Scharka-Problematik ganz neu geplant. Es wurden ausschließlich Sorten ausgewählt, die bei eigenen Untersuchungen bzw. nach Kenntnisstand der Literatur gegenüber dem Scharka-Virus als tolerant/resistent benannt sind. Für die Apfelsortensammlung wurde die bewährte Unterlage M9 mit Zwischenveredelung Hibernal verwendet. Nach dem starken Feuerbrandbefall im Jahr 2003 musste die komplette alte Birnensammlung gerodet werden, so dass die Neupflanzung nunmehr auf die feuerbrandresistente Birnenunterlage OHF 333 veredelt worden ist. Eine neue Unterlage wurde ebenfalls für die neue Süßkirschsammlung gewählt, um die Wuchsstärke zu reduzieren. Für die neue Pflaumensammlung kommt die hypersensible Pflaumenunterlage Docera 6, eine Hybride aus Prunus domestica und Prunus cerasifera, zum Einsatz. Das latent befallene Reisermaterial würde bei Veredelung auf die gegenüber dem Scharka-Virus hypersensible Unterlage „Docera 6“ absterben. Die Sortensammlungen werden entsprechend den Grundsätzen der integrierten Obstproduktion bewirtschaftet; bei den Wildartensammlungen erfolgen nur eingeschränkte Schnittmaßnahmen sowie eine geringere Anzahl von Pflanzenschutzbehandlungen.

Bei Erdbeere befinden sich sowohl die Sortensammlung als auch die Fragaria-Wildartensammlung in einer Kastenanlage auf Tischen im Versuchsfeldbereich, die erst im Jahr 2012 neu erbaut worden ist. Die Tische bestehen aus Aluminium und stehen auf einer speziell befestigten Fläche; die Kästen werden über eine Tröpfchenbewäs­serung mit Wasser einschließlich Dünger versorgt. Die gesamte Anlage ist mit einer automatisch gesteuerten Beschattung überdacht. Die Überwinterung erfolgt für einen Teil des Pflanzenbestandes im Gewächshaus, der verbleibende Teil der Kästen wird auf den Boden gestellt und mit Stroh abgedeckt. Im Rhythmus von zwei Jahren werden alle Sorten sowie Wildartenakzessionen vegetativ über Ausläufer vermehrt. Drei bzw. sechs Pflanzen sind je Sorte bzw. Wildartenakzession vorhanden. Die Umgestaltung des Sortenspektrums bei Erdbeere war dank der einfachen Erhaltung in Kästen wesentlich einfacher. Neuzugänge kamen hier insbesondere aus dem Bundessortenamt, Prüfstelle Wurzen, der Arche Noah, Österreich und als In-vitro-Pflanzen auch von Forschungseinrichtungen, wie CIFA, Spanien und CIREF, Frankreich.

Sowohl die Malus-Sammlung als auch die Fragaria-Sammlung stellen die größten ihrer Art in Europa dar. Gegenwärtig umfasst die Malus-Sammlung 507 Akzessionen von 26 Primärarten und 21 kultivierten bzw. sekundären Arten der Gattung Malus. Damit sind alle Sektionen und Serien der Gattung vertreten (Forsline et al., 2003). Insgesamt enthält die Obstgenbank 215 Malus-Akzessionen aus der oben beschriebenen Naumburger Sammlung, dies entspricht fast 50% der ehemaligen Sammlung (Büttner, 1994). Des Weiteren wurde eine größere Anzahl von Akzessionen aus dem Vavilov-Forschungsinstitut für Pflanzenbau, St. Petersburg, Russland und dem USDA-ARS Plant Genetic Resources Unit, Cornell University, Geneva, USA integriert. Insgesamt wurde die Sammlung seit 2003 um 147 Neuzugänge, u.a. auch aus den oben beschriebenen Sammelexpeditionen, bereichert. Die Fragaria-Sammlung umfasst 264 Akzessionen von 24 verschiedenen Arten und Arthybriden. Sie ist in drei Hauptkomplexe gegliedert: die in Europa heimischen Arten F. vesca L., F. moschata Weston, F. viridis Weston, den großen Komplex der asiatischen Arten sowie die amerikanischen Arten F. chiloensis (L.) Miller und F. virginiana Miller – Ursprungsarten für die Hybridisierung zur Kulturerdbeere Fragaria × ananassa Duch. Damit beinhaltet die Genbank auch alle bei Fragaria existierenden Fertilitätsgruppen. Die Fragaria-Sammlung wurde durch die großzügige Übernahme von Material aus der Privatsammlung von Herrn Prof. G. Staudt, Freiburg (u.a. Staudt, 2005, 2006; Staudt et al., 2009), Abgabe von Material durch Frau B. Wachsmuth, Bielefeld (Wachsmuth, 2010) sowie durch die beschriebenen Sammelexpeditionen in den Nordkaukasus um über 50% erweitert. Die Pyrus- und Prunus-Sammlungen wurden in den letzten 10 Jahren geringfügig durch die Übernahmen u.a. aus dem Forstbotanischen Garten, Tharandt ergänzt. Aufgrund des sehr großen Artenspektrums bei beiden Gattungen soll das Ziel zunächst darin bestehen, die Sammlungen systematisch und zielgerichtet zu vergrößern, insbesondere durch Material aus Sammelexpeditionen in den Kaukasus, einem Genzentrum für beide Gattungen.

Alle Freilandsammlungen der Obstgenbank werden vom Sächsischen Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie, Referat Pflanzengesundheit, mindestens einmal jährlich entsprechend der Pflanzenbeschauverordnung begutachtet. Neben Eingängen an Pflanzenmaterial aus Drittländern oder der Europäischen Union, die entsprechend Pflanzenbeschauverordnung und Richtlinie 2008/61/EG vom 17. Juni 2008 eine Quarantäne erfordern, wurde zusätzlich eine interne Gesundheitskontrolle im Gewächshaus des Instituts eingerichtet, in der Pflanzenmaterial mit unbekanntem Gesundheitsstatus (z.B. von Streuobstwiesen aus Deutschland) zunächst kultiviert wird.

Entsprechend den von der FAO 1994 anerkannten „categories of collection“ (Aktiv-Sammlung, Basis-Sammlung und Sicherheitsduplikat-Sammlung) werden diese Kategorien als zukünftige Konservierungsstrategie auf vorhandene und neu zu erwerbende Akzessionen der Obstgenbank übertragen. Dabei wird ebenfalls die besondere Eigenschaft von Obstarten, ausschließlich über die vegetative Vermehrung die klonale Integrität zu erhalten, berücksichtigt.

Abb. 2. Darstellung der Obst­genbank des JKI als Teil der obstgenetischen Ressourcen in Deutsch­land mit den Bestandtei­len Feldsammlungen und Kryokonservie­rung.

Die Sortensammlung bei Erdbeere ist ebenfalls im Netzwerk Erdbeere der DGO enthalten. Hohe Bearbeitungskosten, die insbesondere durch die sehr arbeits­intensive vegetative Vermehrung der Erdbeere bedingt sind, sowie Budgetlimitierungen erlauben keinen weiteren Aufbau von Duplikatsammlungen im Feld bei den beiden bei Erdbeere beteiligten sammlungshaltenden Partnern der DGO. Aus diesem Grund wurden alternative Erhaltungsmethoden erarbeitet und ihre Effizienz bewertet.

In-vitro-Genbanken stellen eine Alternative für viele Pflanzenarten dar, erfordern aber dennoch einen erhöhten Aufwand für die Vermehrung in vitro (Reed, 2002). Die Methodik für die Etablierung einer In-vitro-Kühllagerung (4°C) bei Erdbeere und die Erstellung eines Managementplanes wurden im Rahmen eines Forschungsprojektes am JKI vorgelegt. Bei einer durchschnittlichen Kühl­lagerdauer von 22 Monaten bei Erdbeersorten und 9 Monaten bei Fragaria-Wildarten wurde eine Arbeitszeitkalkulation für die anzustrebende Duplikatsammlung durchgeführt. Zusammenfassend konnte festgestellt werden, dass die In-vitro-Kühllagerung als Methode zur Erstellung einer Duplikatsammlung ausschließlich für kleinere Sammlungen geeignet ist (Höfer, 2011). Aus diesem Grund wurde mit der Etablierung einer Methode für die Kryokonservierung bei Erdbeere begonnen. Die Kryokonservierung ist eine effiziente Methode zum Aufbau einer Duplikatsammlung und eine Möglichkeit der Langzeitlagerung für Pflanzen, die vegetativ (klonal) vermehrt werden (Engelmann, 2000). Diese Aufgabe wurde im Rahmen des EU-Projektes „European Small Berries Genetic Resources“ GENBERRY (AGRI GEN RES 036) bearbeitet. Die Methode beruht auf der Einlagerung von isolierten Sprossmeristemen in flüssigem Stickstoff bei –196°C, wobei zunächst eine Kälteadaptation der In-vitro-Pflanzen vorausgeht. Dabei wurde die angestrebte Mindest­regenerationsrate von 40% überschritten, die als Basis für eine erfolgreiche Lagerung eines Genotyps angenommen wird (Reed, 2001; Höfer und Reed, 2012). Weiterführende Arbeiten zur Rückführung des Materials aus der Kryokonservierung ergaben durchschnittliche Regenerationsraten für Sorten als auch für Wildarten von ca. 80%. Diese Ergebnisse belegen, dass die Kryokonservierung eine effektive Methode der Duplikatsammlung für die genetische Ressource Erdbeere in Deutschland darstellt. Das zukünftige Ziel für die Sorten der Deutschen Genbank Erdbeere und die Fragaria-Wildartensammlung der Obstgenbank Dresden-Pillnitz sollte im Aufbau einer Kryobank bestehen (Abb. 2). Gleichzeitig kann in der Ex-situ-Kastenanlage die Anzahl der Pflanzen je Sorte bzw. Wildartenakzession reduziert werden, so dass der Aufwand für Freilandarbeiten verringert werden kann. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt befinden sich insgesamt 159 Sorten bzw. Wildarten-Akzessionen in der In-vitro-Phase und bereits 119 in der Kryokonservierung.

Aufgrund der Tatsache, dass die DGO ausschließlich ein Genbanknetzwerk für die Sorten der einzelnen Obst­arten darstellt, bestand für die Obstgenbank Dresden-Pillnitz die Aufgabe, eine alternative Form der Duplikatsammlung für die einzelnen Wildartensammlungen aufzubauen. Bereits dargestellt wurde der Einsatz der Kryokonservierung für die Fragaria-Sammlung. Im Mittelpunkt der weiteren Bearbeitung standen deshalb die Malus- und Pyrus-Sammlung, da der Befall mit Quarantäneschaderregern (Feuerbrand, Erwinia amylovora; Apfeltriebsucht, Candidatus Phytoplasma mali; Birnenverfall, Candidatus Phytoplasma pyri) eine Rodung der Bäume erfordern würde. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde aufbauend auf der Methode der Kryokonservierung von dormanten Apfelknospen, entwickelt von Forsline et al. (1998), die Optimierung der Bedingungen für die Obstgenbank Dresden-Pillnitz vorgenommen (Höfer, 2007a; Höfer, 2010b). Dormante Apfelknospen werden nach gezielter Dehydrierung in einem zweistufigen Prozess in der gasförmigen Phase des flüssigen Stickstoffs gelagert und nach Rehydrierung direkt ohne Anwendung der In-vitro-Kultur in der Baumschule auf eine Unterlage veredelt. Die Ergebnisse sind stark Genotypabhängig (0–100% Anwachsraten). Im Durchschnitt aller getesteten Malus-Akzessionen konnten sich 34% der auf veredelten Apfelknospen wieder zu Trieben entwickeln. 63 Malus-Akzessionen befinden sich bereits in einer permanenten Kryolagerung. Für die vorhandene Pyrus-Sammlung wurde begonnen, eine In-vitro-Kultur mit anschließender Kühllagerung zu etablieren. Gegenwärtig befinden sich 40 Genotypen in der Duplikatsammlung.

Die Erhaltungsstrategie der Obstgenbank des JKI Dresden-Pillnitz wurde 2012 in dem „Genebank Quality Manual“ auf der AEGIS-Webseite (A European Genebank Integrated System) niedergelegt http://aegis.cgiar.org/aquas/genebank_manuals.html. Gleichzeitig wird damit ein Beitrag zur Erfüllung des „Nationalen Fachprogramms für Genetische Ressourcen landwirtschaftlicher und gartenbaulicher Kulturpflanzen“ geleistet.

Die umfassende Evaluierung der obstgenetischen Ressourcen auf phänotypischer als auch molekularer Ebene konzentriert sich hauptsächlich auf züchterisch bedeutsame Merkmale.

Apfel und Birne. Bei der Obstart Apfel stand die Evaluierung der Resistenz gegenüber pilzlichen Krankheiten, wie Schorf (Venturia inaequalis) und Mehltau (Podos­phaera leucotricha), sowie gegenüber der bakteriellen Erkrankung Feuerbrand (Erwinia amylovora) im Mittelpunkt der Arbeiten. Für die Erfassung von Schorf- und Mehltaubefall wurde die Apfelsortensammlung für zwei Jahre nicht mit Fungiziden behandelt. Die Testungen auf Feuerbrand wurden in Zusammenarbeit mit dem JKI – Institut für Resistenzforschung und Stresstoleranz in Quedlinburg durchgeführt. Erste Ergebnisse der Analyse von Sorten zeigten eine sehr große Spannweite der Reaktionen (Kellerhals et al., 2012); die Arbeiten werden fortgesetzt. In einem weiteren Forschungsprojekt wurden die Ploidiegrade und DNA-Gehalte bei Apfel und Birne bestimmt (Höfer und Meister, 2010). Der Ploidiegrad ist ein wesentlicher Parameter, der Auskunft über die putative Verwendung einer Sorte in Kreuzungen bzw. der Kompatibilität der Kreuzungspartner gibt. Generell gilt, dass triploide Apfelsorten schlechtere Pollenspender sind. Die Kenntnis des Ploidiegrades und weiterführende befruchtungsbiologische Untersuchungen sind sowohl für Züchtungsarbeiten als auch im Rahmen von Anbau­empfehlungen für den Intensiv- bzw. Streuobstanbau wichtig. Erste Ergebnisse liegen für das komplette Apfelsortiment zur Anfälligkeit gegenüber Blütenfrost im Frühjahr vor. Schrittweise werden die Apfelsorten hinsichtlich ihrer äußeren und inneren Fruchtmerkmale evaluiert sowie einer instrumentellen Qualitätsanalyse unterzogen, wobei sich die Evaluierung auch hier entsprechend nach internationalen Deskriptoren richtet (Höfer und Peil, 2008). Gegenwärtig stehen Daten von 281 Sorten zur Verfügung. Gleichzeitig wird von jeder Sorte eine umfang­reiche Fotodokumentation angelegt (Höfer und Hanke, 2006). Morphologische und molekulare Evaluierungsarbeiten bei Birne wurden begonnen.

Süß- und Sauerkirsche. Im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes des JKI wurden 91 Süßkirsch- und 87 Sauerkirschsorten nach 24 Fruchtmerkmalen sowie bezüglich der Morphologie des Baumes, der Blüte und der Blütenfrostanfälligkeit bewertet (Abb. 3B). Parallel wurden analytische Fruchtuntersuchungen im Hinblick auf Festigkeit, Gehalt an löslicher Trockensubstanz und titrierbarer Säure sowie Farbintensität des Saftes durchgeführt (Grafe et al., 2009). Da die gametophytische Selbst­inkompatibilität bei Süßkirsche durch einen S-Lokus bedingt wird, wurden für die Süßkirschsammlung die S-Allel-Kombinationen mit Hilfe molekularer Marker bestimmt (Schuster et al., 2007). Insgesamt wurden 149 Süßkirschsorten bzw. -klone untersucht und 13 verschiedene S-Allele in 40 Kombinationen unterschieden. Bei Sauerkirsche treten neben selbstfertilen und selbstinkom­patiblen Genotypen häufig auch Sorten mit partieller Selbstfertilität (pSF) auf. Partiell selbstfertile Sorten zeigen in der Regel auch einen geringen Fruchtbehang. Da Selbstfertilität ein wichtiges Zuchtziel ist, wurde die Fertilität von 75 Sauerkirschsorten durch Kreuzungsexpe­rimente ermittelt (Schuster und Wolfram, 2004). Die Sprüh­fleckenkrankheit, verursacht durch den Pilz Blumeriella jaapii (Rehm) v. Arx. (syn. Coccomyces hiemalis Higgins), zählt zu den wichtigsten Pilzkrankheiten bei der Kirsche. Mittels künstlicher Infektion wurden insgesamt 70 Sorten bzw. Wildartenakzessionen hinsichtlich ihrer Anfälligkeit bewertet (Schuster und Tobutt, 2004). Erste Voruntersuchungen zur molekularen Charakterisierung bei Kirsche wurden in einem weiteren Forschungsprojekt des JKI durchgeführt.

Abb. 3. Evaluierung von obst­genetischen Ressour­cen;
A: Erdbeersorten; B: Süßkirsch­sorten; C + D: Malus-Wildar­ten.

Erdbeere. Bei Erdbeere wurden im Rahmen eines Kooperationsprojektes mit der Hochschule für Technik und Wirtschaft, Dresden, 108 Sorten mit insgesamt 42 Deskriptoren zur Morphologie der Pflanze, des Blattes, der Blüte und der Frucht untersucht (Höfer et al., 2012b; Abb. 3A) und der Vitamin-C-Gehalt bestimmt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurden 18 primäre Deskriptoren ausgewählt, die unabhängig vom Pflanzsystem in einem großen Genbankscreening für eine Evaluierung empfohlen werden können. Zwölf weitere Deskriptoren wurden als sekundär klassifiziert (u.a. Ertragskapazität, Fruchtgröße, Aroma, shelf life), die zusammen mit Resistenzuntersuchungen und Qualitätsanalysen beurteilt bzw. durchgeführt werden können. Diese Vorgehensweise wurde im Rahmen des europäischen AGRI GEN RES Projektes „Euro­pean Small Berries Genetic Resources“ GENBERRY (AGRI GEN RES 036) vorgeschlagen und akzeptiert. Im genannten EU-Projekt wurden weitere 96 Sorten der Obstgenbank Dresden-Pillnitz evaluiert und 65 Sorten bezüglich ihres Vitamin-C-Gehaltes und ihres antioxidativen Potentials untersucht. In der abgeleiteten Europäischen Core Collection sind 75 Sorten enthalten, wobei davon in der Erdbeersortensammlung der Obstgenbank des JKI 42 Sorten vertreten sind. Weiterhin wurden aus der Obstgenbank umfangreiches Blattmaterial zur Untersuchung der genetischen Diversität innerhalb des europäischen Sortenspektrums zur Verfügung gestellt (Horvath et al., 2011).

Im Rahmen des Drittmittelprojektes „Aufbau eines Zuchtprogramms zur Entwicklung widerstandsfähiger Erdbeersorten mit spezieller Eignung für den ökologischen Landbau“ im Rahmen von BÖLN wurden Resistenztests für zwei bedeutende Schaderreger im Erdbeeranbau entwickelt und insgesamt 110 Sorten hinsichtlich ihrer Anfälligkeit untersucht (Bestfleisch et al., 2013). Bei den Pathogenen handelt es sich um Botrytis cinerea, den Erreger der Grauschimmelkrankheit, sowie um Xanthomonas fragariae, den Erreger der eckigen Blattfleckenkrankheit an Erdbeeren. Die Ergebnisse dieser Evaluierung dienen als Basis zur Durchführung von Kreuzungen, um langfristig widerstandsfähige Erdbeersorten zu erzeugen. Parallel dazu wurden erste Evaluierungen in einem fungizidfreien Quartier durchgeführt. Der Schwerpunkt der Evaluierungsarbeiten lag hier auf der Bewertung der Resistenz gegenüber der Rot- (Diplocarpon earliana) und Weißfleckenkrankheit (Mycosphaerella fragariae).

Mit der Integration der Obstgenbank in das damalige Züchtungsinstitut am Standort Dresden-Pillnitz wurde auch eine Sammlung von 1039 Sämlingen von Malus sieversii (Hauptvorfahr der Kultursorten) übernommen, deren Samen aus Sammelexpeditionen in das Genzentrum in Kasachstan stammen (Luby et al., 2001). Auf der Basis der vorliegenden Daten der Evaluierung von Krankheitsresistenz (Schorf- und Mehltauresistenz), Frosttoleranz, Fruchtqualität sowie genetischer Analysen (Wiedow, 2006) wurden 94 Sämlinge für die Malus-sieversii-Kernsammlung ausgewählt.

Neben der permanenten Malus-Sammlung der Obstgenbank existieren gegenwärtig zwei große Malus-Sämlingsquartiere, die der umfassenden Evaluierung von Morphologie und Resistenz sowie genetischen Untersuchungen dienen, um nachfolgend neues Ausgangsmaterial für künftige Züchtungsarbeiten bereitzustellen und Kernsammlungen abzuleiten. Insgesamt befinden sich 618 Sämlinge im Quartier, die aus einer Sammelexpedition nach Südwestchina im Jahr 2001 stammen. Dazu zählen die chinesischen Arten M. hupehensis, M. kansuensis, M. sieboldii, M. toringoides, und M. transitoria. Außerdem wird in diesem Jahr mit der Pflanzung des Malus-orientalis-Sämlingsquartiers begonnen. Dieses Material hat seinen Ursprung in den beiden Sammelexpeditionen 2011 und 2012 in den Nordkaukasus, Russland.

Im Rahmen des Drittmittelprojektes mit der Grünen Liga Osterzgebirge e.V. wurden im Untersuchungsgebiet des Ost­erzgebirges 625 Malus-sylvestris-Akzessionen kartiert (Abb. 4) und mit 20 morphologischen Merkmalen des Baumes, des Blattes, der Blüte sowie der Frucht charakterisiert (Reim et al., 2012). Gleichzeitig wurden genetische Analysen mit den vom ECPGR vorgeschlagenen molekularen Markern (SSR) durchgeführt. Auf der Grundlage der Ergebnisse konnten 60% der Bäume als „echte Malus sylvestris„-Individuen eingestuft werden (Reim et al., 2013b).

Abb. 4. A: In-situ-Erhaltung des Wildapfels Malus syl­vestris L. auf den im Osterzgebirge typischen Steinrücken; B: Früchte des Holz­apfels.

Gattungen Pyrus und Prunus. Die Pyrus-Sammlung wurde hinsichtlich ihres DNA-Gehaltes evaluiert; alle untersuchten Akzessionen waren diploid. Gegenwärtig laufen molekulargenetische Untersuchungen zur Differenzierung des Materials. Die Prunus-Sammlung ist mit der Erweiterung der Sammlung Ziel zukünftiger Evaluierungen.

Gattung Fragaria. Die Fragaria-Sammlung wird schrittweise hinsichtlich des Blüh- und Fruchtungsverhaltens evaluiert und fotografisch dokumentiert. Gleichzeitig wurde begonnen, den DNA-Gehalt zu messen, um die Akzessionen exakt einzelnen Fertilitätsgruppen zuordnen zu können. Evaluierungen hinsichtlich Anfälligkeit gegenüber Botrytis cinerea, dem Erreger der Grauschimmelkrankheit, sowie Xanthomonas fragariae, dem Erreger der eckigen Blattfleckenkrankheit, wurden entsprechend der Erdbeersorten durchgeführt und befinden sich in der Auswertung.

Alle im Institut erarbeiteten Evaluierungsdaten werden in die gegenwärtig im Aufbau befindliche interne Datenbank „PiOData“ einfließen. Diese Datenbank dient der umfassenden Dokumentation von Evaluierungsdaten, die im Rahmen der Züchtungsforschung und Züchtung zu den vorhandenen obstgenetischen Ressourcen anfallen.

Das Institut für Züchtungsforschung an Obst in Dresden-Pillnitz ist Mitglied der ECPGR in den Arbeitsgruppen Malus/Pyrus und Prunus und damit an den interna­tionalen fruchtartenspezifischen Datenbanken beteiligt http://www.ecpgr.cgiar.org/germplasm_databases/central_crop_databases.html.

Die Evaluierungsdaten zur Erdbeere, die im Rahmen des EU-Projektes „Genberry“ erarbeitet worden sind, sind in der Projekt-Online-Datenbank http://www.bordeaux.inra.fr/eustrawberrydb/index.php enthalten.

Standortdaten, morphologische Evaluierungsdaten sowie eine Fotodokumentation von jedem Baum in situ, die im Rahmen des Modell- und Demonstrationsvor­habens zur Erhaltung von Malus sylvestris mit der Grünen Liga Osterzgebirge e.V. erhoben worden sind, sind in der Wildapfeldatenbank http://www.wildapfel.info/baumliste.html einsehbar.

Abb. 5. Anteil der Sorten und Wildartenakzessionen der Obstgenbank Dres­den-Pillnitz, von denen Material an externe Partner abgegeben wor­den ist (blau), die eine Inwertsetzung innerhalb des JKI erfahren haben (rot) bzw. die innerhalb des Instituts in Projekte zur Merkmalsevaluie­rung einbezogen wor­den sind (grün) im Durchschnitt der Jahre 2008 bis 2012. Die Be­rechnung der Prozent­werte bezieht sich auf die Gesamtzahl der je­weils vorhandenen Sor­ten und Wildartenakzessionen für die einzelnen Obst­­arten.

Eine Analyse der Daten aus Abb. 5 zeigt, dass Material (Früchte, Blätter, Vermehrungsreiser etc.) von 13% der Sorten bzw. Wildartenakzessionen der Obstgenbank an externe Partner (z.B. Forschungseinrichtungen, Verbände, Privatpersonen) abgegeben worden sind. Die Inwertsetzung des Materials im Institut umfasst bisher etwa 1% des Materials der Obstgenbank. Bei der Merkmalsevaluierung der Sorten und Wildartenakzessionen schwankt der Umfang im Durchschnitt der Jahre 2008–2012 sehr stark bei den einzelnen Obstarten von 7% bei den Pru­nus-Wildarten bis 71% bei den Apfelsorten. Die umfassende Evaluierung der obstgenetischen Ressourcen in gemeinsamen Projekten der Wissenschaftler am Stand­ort Dresden-Pillnitz bietet zum einen die Möglichkeit, züchtungsrelevante Merkmale in den Mittelpunkt der Arbeiten zu stellen und zum anderen, Ergebnisse und Material unmittelbar in den Züchtungsprozess zu integrieren.

Mit den umfangreichen Sammlungen ist die Obstgenbank Partner in verschiedenen europäischen Forschungsprojekten (EU-Projekte European Small Berries Genetic Resources „GENBERRY“; High-quality Disease Resistant Apples for a Sustainable Agriculture „HIDRAS“; Genetic Diversity of Stone Fruit trees „STONE“) sowie COST-Projekten (COST 871 „Cryopreservation of crop species in Europe“; COST 864 „Combining traditional and advanced strategies for plant protection in pome fruit growing“; COST 1104 „Sustainable production of high-quality cherries for the European market“). Bilaterale Zusammenarbeit besteht international u.a. mit den staatlichen Forschungseinrichtungen des US Department of Agriculture (USDA) in Corvallis, Geneva und Kearneysville, USA, der Canadian Clonal Genebank, Harrow, Kanada, dem INRA Centre Angers-Nantes, Frankreich und dem Vavilov Forschungsinstitut für Pflanzenbau, St. Peterburg, Russland. Auf nationaler Ebene sind die engen Kooperationen mit dem Bundessortenamt, Prüfstelle Wurzen, der Genbank des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung, Gatersleben sowie der Genbank des Instituts für Rebenzüchtung des JKI in Siebeldingen zu nennen.

Neben der unmittelbaren Abgabe von Material leistete die Obstgenbank in den letzten 10 Jahren umfangreiche Zuarbeiten zu Stellungsnahmen, angefragt z.B. durch Bioversity International, Rom bzw. die Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung. Gleichzeitig steht das Institut für Züchtungsforschung an Obst in Dresden-Pillnitz als Partner für die Beratung bei Streuobstprojekten sowie naturschutz- und landespflegerischen Aktivitäten zur Seite. Das Anliegen der Obstgenbank, die obstgenetischen Ressourcen in Deutschland effizient zu erhalten und nachhaltig zu nutzen, wurde neben den in den vorangegangenen Abschnitten genannten wissenschaftlichen Veröffentlichungen in einer Reihe populärwissenschaft­licher Publikationen dargestellt. Hier sind die Kulturgeschichte, die heutige Bedeutung und vielfältige Nutzung der einzelnen Obstarten interessant (Höfer, 2007b, c; 2008a, b, c; 2010c; Hanke, 2009).

Die Arbeiten der Obstgenbank wurden einem breiten Publikum im Rahmen der Internationalen Grünen Woche, der Bundesgartenschauen, der Internationalen Pflanzenmesse in Essen, der Festveranstaltung zum Tag der Deutschen Einheit sowie auf Obstevents außerhalb von Dresden-Pillnitz vorgestellt. Seit 2004 organisiert das Institut am Standort Dresden-Pillnitz den ‚Apfeltag‘, zu dem die Arbeiten des Instituts einer großen Öffentlichkeit vorgestellt werden (Apfel- und Birnenausstellungen, Verkostungen aus den Sammlungen der Obstgenbank, Führungen in die Versuchsfeldquartiere).