Obst und Gemüse ohne Kerne

Hintergrund

Die Früchte, die angebaut, verkauft und gegessen werden, sind im Wesentlichen die reifen Eierstöcke einer Pflanze. In freier Wildbahn verbreiten fruchttragende Pflanzen ihre Samen, indem sie ihre reifen Früchte entweder auf den Boden fallen lassen oder von Tieren gefressen werden, die die Samen dann wieder ausscheiden. Die schmackhafte Frucht ist lediglich der Mechanismus, durch den die Pflanze ihre Samen weitergibt. Aber aus Sicht des menschlichen Verbrauchers können die Samen ein Ärgernis sein. Das Ausspucken harter, bitterer Kerne verringert beispielsweise den Genuss von Trauben. Als Ergebnis haben Gärtner kernlose Sorten beliebter Obst- und Gemüsesorten entwickelt. Kernlose Sorten machen über die Hälfte des US-amerikanischen Traubenmarktes aus, die kernlose Navel-Orange ist eine tragende Säule der Orangenindustrie und die kernlose Wassermelone erfreute sich seit ihrer Einführung in den 1990er Jahren wachsender Beliebtheit. Kernloses Obst und Gemüse werden durch sorgfältige Kreuzungen hergestellt, und es kann Jahrzehnte dauern, bis eine neue Sorte kommerziell rentabel ist.

Verlauf

Sorgfältige Züchtung von Pflanzen, um gewünschte Ergebnisse wie kleine Samen oder größere Früchte zu erzielen, wurde seit Anbeginn der Landwirtschaft durchgeführt. Die wissenschaftlichen Grundlagen der Pflanzenzüchtung wurden Mitte des 19. Jahrhunderts mit den Arbeiten von Gregor Mendel verstanden. 1856 veröffentlichte Mendel, der Vater der Genetik, als erster seine Erkenntnisse über die statistischen Gesetze zur Weitergabe von Pflanzenmerkmalen zwischen Generationen. Mendel untersuchte, wie bestimmte Merkmale der Erbsenpflanzen in seinem Garten an nachfolgende Generationen weitergegeben wurden, und formulierte die Idee einer Art Einheit innerhalb der Pflanzen, die für die Vererbung verantwortlich ist. Sein Werk lag einige Zeit brach, dann wurde es im frühen 20. Jahrhundert rasch erweitert. Mitte des 20. Jahrhunderts hatten Forscher festgestellt, dass die Vererbung durch Gene übertragen wird, die chemische Informationen ausdrücken, die zu charakteristischen Merkmalen führen. Bei kernlosen Früchten ist es wichtig, die Details der genetischen Übertragung besser zu verstehen. Gene in Pflanzen und Tieren werden normalerweise paarweise eingesetzt, ein sogenanntes Allel. Ein Gen im Allel ist normalerweise dominant, das andere rezessiv. Dies bedeutet, dass typischerweise nur ein Merkmal in der biologischen Zusammensetzung des Organismus exprimiert wird, obwohl es noch ein zweites Gen für dieses Merkmal gibt. Dies ist wichtig, da jede Zelle eines Organismus eine vollständige genetische Karte von sich selbst, die Chromosomen genannt, in ihrem Zellkern trägt. Wenn sich eine Zelle teilt, verdoppeln sich die Chromosomen, und dann geht eine Kopie in die neue Zelle. Die Ausnahme bilden die Geschlechtszellen, die Eizelle und das Sperma. Diese Zellen tragen nur die Hälfte des genetischen Materials, also ein Chromosom, oder die Hälfte jedes Genpaares. Wenn sich Eizelle und Sperma treffen, rekombinieren die Genpaare und das neue Individuum, das durch sexuelle Fortpflanzung geschaffen wurde, hat einen neuen vollständigen Satz genetischen Materials, wobei die Hälfte von jedem Elternteil geerbt wird. In der traditionellen Pflanzenzüchtung versucht der Gärtner, ein Merkmal zu optimieren, indem er Pflanzen zusammenzüchtet, die beide beispielsweise kleine Samen haben. Wenn die neue Pflanzengeneration das Small Seed-Gen von beiden Elternteilen geerbt hat, sollte sie auch Small Seed haben und diese Eigenschaft wiederum an ihre Nachkommen weitergeben können. Viele Faktoren verkomplizieren das Bild, so dass unter realen Umständen nur ein kleiner Prozentsatz der Nachkommen das gewünschte Merkmal aufweisen kann.

Kernlose Orangen und kernlose Trauben sind das Ergebnis des Anbaus natürlich vorkommender kernloser Pflanzen. Die Nabelorange stammt von einem kernlosen Orangenbaum ab, der im 19. Jahrhundert auf einer Plantage in Brasilien gefunden wurde. Dieser Baum war eine Mutation, das heißt, etwas in seinem genetischen Material hatte sich spontan verändert, was zu dieser einzigartigen Pflanze führte. Orangenbauern vermehrten neue Bäume aus dem ursprünglichen Nabel, sodass alle heute auf dem Markt erhältlichen Nabel-Orangen von diesem brasilianischen Baum abstammen. Die im Supermarkt verbreiteten grünen kernlosen Trauben stammen von einer europäischen kernlosen Traubensorte ab, die wahrscheinlich zwischen dem Schwarzen und dem Kaukasusmeer entstanden ist. Weinbauern verbreiten diese Sorte auf der ganzen Welt, und dieselbe Art existiert unter vielen verschiedenen Namen. Es wird in den Vereinigten Staaten seit mindestens 1872 unter dem Namen Thompson angebaut. Auch andere kernlose Rebsorten, sogar rote und schwarze Sorten, stammen vom Thompson ab. Der Thompson hat eine genetische Anomalie, die dazu führt, dass die Samen die Entwicklung stoppen. Obwohl die Blüte bestäubt und die Eizelle befruchtet wird, hören die Samen nach einigen Wochen auf zu wachsen. Die Traube ist also nicht ganz kernlos; vielmehr werden die Samen abgebrochen und existieren als winzige Flecken in der Frucht. Kommerzielle Züchter behandeln die Pflanzen mit einem Wachstumshormon namens Gibberillin, das normalerweise von sich entwickelnden Samen ausgeschieden wird. Die Blüten werden mit dem Hormon getaucht oder besprüht, damit die Trauben trotz der arretierten Samen groß und saftig werden.

In den 1990er Jahren begannen kernlose Wassermelonen auf den Märkten der Vereinigten Staaten ein Verkaufsschlager zu sein. Neben der Bequemlichkeit, beim Verzehr nur wenige oder keine harten schwarzen Samen zu haben, hat die neue Sorte eine harte Schale, die den Versand erleichtert und eine längere Haltbarkeit ermöglicht. Kernlose Wassermelonen sind steril, das heißt kernlos, da sie drei Chromosomensätze haben. Dieser Zustand wird Triploid genannt. Standard-Wassermelonen haben wie Thompson-Trauben und die meisten anderen Organismen zwei Chromosomensätze und werden als diploid bezeichnet. Um triploide Wassermelonen zu produzieren, wird ein diploides Elternteil von tetraploiden Wassermelonen bestäubt, die vier Chromosomen haben. Während der sexuellen Fortpflanzung erbt der neue Organismus die Hälfte des genetischen Materials jedes Elternteils. Als Ergebnis erhält die neue Wassermelone ein Chromosom vom diploiden Elternteil und zwei vom tetraploiden, was sie triploid macht. Die triploide Hybride ist praktisch kernlos. Es produziert sehr wenige Samen, und diese können gepflanzt werden, um neue Wassermelonen zu züchten. Aber die neuen Pflanzen müssen mit üblichen diploiden Wassermelonen bestäubt werden, um Früchte zu produzieren.

Forschung &Entwicklung

Die Entwicklung einer neuen Sorte von kernlosem Obst oder Gemüse ist ein mühsamer Prozess. Die Forschung wird in der Regel von Gärtnern durchgeführt, die in einem landwirtschaftlichen Entwicklungslabor oder einer staatlichen Forschungsstation arbeiten, wo sie der Arbeit jahrelang widmen können. Ein Forscher untersucht Tausende von Setzlingen, um diejenigen mit den gewünschten Eigenschaften zu finden. Bei der Suche nach einer kernlosen Sorte müssen auch andere Faktoren berücksichtigt werden. Die kernlose Frucht wird nicht kommerziell lebensfähig sein, wenn sie keinen guten Geschmack hat, wenn sie anfällig für Krankheiten ist, wenn sie unförmig ist usw. Die Frucht muss so gut sein wie kernlose Sorten, mit einem zusätzlichen Vorteil ohne Kerne. Also züchtet der Forscher wahrscheinliche Pflanzen, untersucht die Nachkommen und züchtet diese mit anderen wahrscheinlichen Pflanzen. Der Entwickler der Flame Seedless, einer roten kernlosen Traube, experimentierte im Laufe der Suche mit über 100.000 Setzlingen. Die Pflanze, die die Flamme hervorbrachte, war eine Kreuzung aus fünf verschiedenen Sorten.

Das traditionelle Verfahren zur Züchtung kernloser Früchte bestand darin, eine gesäte weibliche Pflanze mit einem Stamm kernloser männlicher Pflanzen zu kreuzen. Die Nachkommen waren etwa 15 % der Zeit kernlos. Aus diesen 15% könnte dann eine Folgegeneration produziert werden. Ab den 1980er Jahren fanden Gärtner Wege, den Prozess zu beschleunigen, indem sie das Gewebe kernloser Pflanzen kultivierten. Bei Trauben werden die abgebrochenen Samen der kernlosen Sorte in einer Petrischale oder einem Reagenzglas gezüchtet. Dann können diese kernlosen Sorten mit anderen kernlosen Sorten gekreuzt werden, was zu 50-100% kernlosen Nachkommen führt. Diese Technik wurde mit großem Erfolg bei Trauben angewendet und beschleunigt die Markteinführung einer neuen kernlosen Sorte. Bei Wassermelonen wird die sprießende Spitze einer kernlosen Pflanze in eine Petrischale gelegt, die mit Wachstumsregulatoren und Nährstoffen gefüllt ist, und die eine Spitze lässt bis zu 15 Klonpflanzen sprießen. Diese Technik wurde auch verwendet, um kernlose Tomaten zu produzieren.

Anbau

Hochskalieren

• 1 Nachdem eine neue Sorte entwickelt wurde, lizenzieren kommerzielle Saatgutzüchter den Bestand und Zweites Mendelsches Gesetz. beginnen, genügend Saatgut in ausreichendem Umfang zu produzieren, um es an Landwirte zu verkaufen. Das folgende Verfahren gilt für kernlose Wassermelonen. Der kommerzielle Saatgutzüchter bezieht Saatgut oder Setzlinge vom Entwickler und pflanzt sie auf einem isolierten Feld. Dies sind die tetraploiden (vier chromosomalen) Pflanzen. Das Isolationsfeld muss fünf Kilometer von jedem anderen Wassermelonenfeld entfernt sein, damit Bienen die kernlosen Pflanzen nicht mit anderen Sorten bestäuben. Oder das Isolationsfeld kann von einer anderen Pflanze, wie beispielsweise Mais, umgeben sein. Das Isolationsfeld ist typischerweise ein bis fünf Morgen groß. Der Züchter pflegt die Pflanzen sorgfältig und behandelt sie wahrscheinlich mit einem Wachstumshormon. Bienen bestäuben die Pflanzen, wodurch möglicherweise Hunderte von Pfund Saatgut produziert werden. Als nächstes wird dieses Stammsaatgut zusammen mit einer Vielzahl von regulären diploiden Wassermelonen in einem Saatgutproduktionsfeld gepflanzt. Wenn die Pflanzen blühen, bestäuben die Züchter sie von Hand. Pollen von der männlichen diploiden Pflanze werden auf die weibliche tetraploide Blüte übertragen. Die resultierende Frucht hat triploide Samen. Dieses Saatgut wird an Bauern verkauft.

Keimung

• 2 Da triploide Pflanzen im Allgemeinen zerbrechlich sind und durch falsche Temperaturen leicht abgetötet werden, werden sie normalerweise in einem Gewächshaus zum Keimen gebracht und als Setzlinge auf das Feld gebracht. Triploide Samen haben auch eine ungewöhnlich dicke Beschichtung, sodass der Landwirt das abgerundete Ende des Samens vor dem Pflanzen einschneiden kann, um die Keimung zu beschleunigen. Der Bauer vergräbt die Samen in leichter Blumenerde und fügt etwas Wasser hinzu. Das Gewächshaus muss dann bei etwa 85°F (29°C) gehalten werden. Nachdem die meisten Samen gekeimt sind, wird die Temperatur auf 21-27 °C (70-80 °F) gesenkt.

Im Feld

• 3 Wenn die Sämlinge drei bis vier Wochen alt sind und zwei oder drei Blätter entwickelt haben, setzt der Bauer sie auf das Feld. Der Bauer muss auch eine standardmäßige diploide Wassermelone auf dem Feld pflanzen, eine Reihe für jeweils zwei oder drei der triploiden. Diese können früher direkt ins Feld gesät oder gleichzeitig verpflanzt worden sein. Die diploide Sorte wird so gewählt, dass sie gleichzeitig oder früher als die triploide reift. Um Verwechslungen zur Erntezeit zu vermeiden, sollte der Diploid auch eine andere Rindenfarbe als der Triploid haben, damit klar ist, welcher kernlos ist. Beide Sorten wachsen und reifen und Bienen bestäuben die Blüten. Die triploiden Pflanzen produzieren kernlose Wassermelonen. Diese werden geerntet und verkauft. Um im nächsten Jahr mehr triploide Wassermelonen anzubauen, muss der Bauer mit neuem Saatgut von vorne beginnen.

Die Zukunft

Aufgrund des Erfolgs ausgeklügelter Gewebekulturmethoden verkürzt sich die Zeit, die für die Entwicklung von kernlosem Obst und Gemüse benötigt wird. Dies bedeutet, dass Gärtner Sorten planen können, um bestimmte Marktlücken zu schließen, wie beispielsweise eine kernlose schwarze Traube, die im August reift, wenn nur noch wenige schwarze Trauben verfügbar sind. Eine andere Technik, die die Produktion kernloser Sorten beschleunigen kann, ist der Gentransfer. Biologen können ein neues Gen zu einer Obstpflanze fusionieren, das der Pflanze sagt, dass sie ein Wachstumshormon produzieren soll. Das Wachstumshormon stimuliert das Wachstum der Früchte auch ohne Bestäubung. Die unbestäubten Pflanzen produzieren keine Samen. In den späten 1990er Jahren wurde diese Methode erfolgreich an Tomaten und Wassermelonen durchgeführt. Diese Art der Biotechnologie ist einer der am schnellsten wachsenden Bereiche der Pflanzenwissenschaft. Die Zukunft kann also viel mehr kernlose Obst- und Gemüsesorten hervorbringen, ohne die lange Test- und Entwicklungszeit, die in der Vergangenheit erforderlich war.