Aus Zucker­hir­se wird Bio­gas, Bio­kraft­stoff und Polymere

Mit der Welt­be­völ­ke­rung wächst der Bedarf an Nah­rungs­mit­teln, Roh­stof­fen und Ener­gie. Dadurch neh­men die Belas­tun­gen für die Umwelt und das Kli­ma zu. Eine Stra­te­gie, den Treib­haus­gas­aus­stoß zu ver­rin­gern, besteht dar­in, soge­nann­te C4-Pflan­zen anzu­bau­en. Die­se betrei­ben beson­ders effi­zi­ent Pho­to­syn­the­se, bin­den daher Koh­len­di­oxid (CO2) bes­ser und bau­en mehr Bio­mas­se auf als ande­re Pflan­zen. Gewöhn­lich sind sie an son­ni­ge und war­me Stand­or­te gebun­den. Zu den C4-Pflan­zen gehört die Sorgh­um­hir­se, auch Moh­ren­hir­se genannt, eine Hir­se­art aus der Gat­tung Sorghum in der Fami­lie der Süß­grä­ser. Die beson­ders zucker­hal­ti­gen Sor­ten hei­ßen Zucker­hir­se. Zu den wei­te­ren Sor­ten gehört die als Fut­ter­mit­tel ein­ge­setz­te Kör­ner­hir­se. Sorgh­um­hir­se lässt sich auf schwer zu bewirt­schaf­ten­den soge­nann­ten Grenz­ertrags­flä­chen anbau­en, sodass sie nicht mit sons­ti­gen Nah­rungs- oder Fut­ter­pflan­zen in Kon­kur­renz tritt.
Eine am Karls­ru­her Insti­tut für Tech­no­lo­gie (KIT) ent­wi­ckel­te neue Zucker­hir­se­sor­te akku­mu­liert beson­ders viel Zucker und gedeiht unter hei­mi­schen Bedin­gun­gen. Wie die For­schen­den in der Zeit­schrift Indus­tri­al Crops & Pro­ducts berich­ten, hän­gen der Zucker­trans­port und die Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on mit dem Bau der Lei­tungs­bah­nen der Pflan­zen zusam­men. Dies ergab ein Ver­gleich zwi­schen Zucker- und Körnerhirse.
Eine neue Zucker­hir­se­sor­te namens KIT1 hat Dr. Adnan Kan­bar in der Arbeits­grup­pe Mole­ku­la­re Zell­bio­lo­gie, unter Lei­tung von Pro­fes­sor Peter Nick am Bota­ni­schen Insti­tut des KIT, ent­wi­ckelt. KIT1 gedeiht beson­ders gut unter gemä­ßig­ten Kli­ma­be­din­gun­gen. Sie lässt sich sowohl ener­ge­tisch zur Her­stel­lung von Bio­gas und Bio­kraft­stof­fen als auch stoff­lich zur Pro­duk­ti­on neu­er Poly­me­re nut­zen. Der geschätz­te Zucker­er­trag je Hekt­ar liegt bei über 4,4 Ton­nen, was knapp 3 000 Litern Bio­etha­nol ent­sprä­che. Dar­über hin­aus las­sen sich die bei der Bio­gas­her­stel­lung anfal­len­den Gär­res­te als Dün­ger nut­zen, der den knapp wer­den­den Phos­phat­dün­ger erset­zen kann.
Die Ana­to­mie des Pflanzenstängels
For­schen­de im Nick-Labor am Insti­tut für Ange­wand­te Bio­wis­sen­schaf­ten und am Insti­tut für Tech­ni­sche Che­mie des KIT sowie bei der Arcus Green­cy­cling Tech­no­lo­gy in Lud­wigs­burg haben nun die Zucker­hir­se­sor­te KIT1 und die Kör­ner­hir­se­sor­te Razi­nieh mit­ein­an­der ver­gli­chen, um die unter­schied­li­che Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on im Pflan­zen­stän­gel zu unter­su­chen. Für die in der Zeit­schrift Indus­tri­al Crops & Pro­ducts publi­zier­te Stu­die betrach­te­te das Team die Stän­gel­ana­to­mie. Dazu zäh­len die ver­dick­ten Berei­che oder Kno­ten (Nodi­en) und die schma­len Berei­che oder Abstän­de zwi­schen den Kno­ten (Inter­no­di­en), aber auch Tran­skrip­te wich­ti­ger Sac­cha­ro­se-Trans­por­ter-Gene sowie Stress­re­ak­tio­nen der Pflan­zen bei hoher Salz­kon­zen­tra­ti­on im Boden. Sowohl bei KIT1 als auch bei Razi­nieh war die Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on in den mitt­le­ren Inter­no­di­en am höchs­ten. Aller­dings zeig­te sich ein Zusam­men­hang zwi­schen der Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on und dem Bau der Lei­tungs­bah­nen, die dem Trans­port von Was­ser, gelös­ten Stof­fen und orga­ni­schen Sub­stan­zen die­nen. Die Lei­tungs­bah­nen sind zu Leit­bün­deln grup­piert. Die­se bestehen aus dem Phlo­em (Bast­teil) und dem Xylem (Holz­teil). Im Phlo­em wer­den vor allem Zucker und Ami­no­säu­ren, im Xylem vor allem Was­ser und anor­ga­ni­sche Sal­ze trans­por­tiert; zudem über­nimmt das Xylem eine stüt­zen­de Funk­ti­on. Die Unter­su­chung ergab, dass bei KIT1 und fünf wei­te­ren Zucker­hir­se­sor­ten im Stän­gel die Phlo­em-Quer­schnitts­flä­che wesent­lich grö­ßer als die Xylem-Quer­schnitts­flä­che ist – der Unter­schied ist viel aus­ge­präg­ter als bei der Kör­ner­hir­se­sor­te Razi­nieh. „Unte­re Stu­die ist die ers­te, die sich mit dem Zusam­men­hang zwi­schen dem Bau der Leit­bün­del und der Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on im Stän­gel befasst“, sagt Nick.
Zucker­hir­se wird mit Salz­stress bes­ser fertig 
Wie die Stu­die wei­ter ergab, führ­te Salz­stress zu höhe­rer Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on in KIT1 als in Razi­nieh. Die Expres­si­on von Sac­cha­ro­se-Trans­por­ter-Genen ist in den Blät­tern von KIT1 unter nor­ma­len Bedin­gun­gen höher und steigt unter Salz­stress deut­lich an. Neben den ana­to­mi­schen Fak­to­ren könn­ten auch mole­ku­la­re Fak­to­ren die Zucker­ak­ku­mu­la­ti­on im Stän­gel regu