Ich bin dann mal im Garten…

Mein Hybrid-Mais

oder: Was passiert, wenn gelber Zuckermais mit schwarzem Körnermais gekreuzt wird.

Wer wissen will, wie weit ich auf meinem Weg gekommen bin, einen (neuen) schwarzen, super-süßen Zuckermais zu erschaffen, der wird in diesem Beitrag eine ganze Menge Überraschungen erleben und außerordentlich viel Neues erfahren – so wie ich in diesem Jahr. Nachdem ich nämlich im September die Hüllblätter (Lieschen) von den ersten reifen Kolben entfernt hatte, machte ich riesengroße Augen, und als ich mich für diesen Beitrag genauer mit der Vererbung von Farbe und Süße der Maiskörner beschäftigte, war ich geplättet von all dem, was ich bis dahin nicht wusste.

Also, dieser Beitrag wird lang und lehrreich.

1. Einleitung: Gezielte Züchtung
2. Kreuzung von schwarzem Tortija-Mais mit gelbem Zuckermais
3. Das theoretische Ergebnis meiner Kreuzung
4. Die Farbe der Maiskörner
5. Wie entsteht die Farbe der Maiskörner?
6. Wodurch wird die Süße eines Maiskorns bestimmt?
7. Die F2-Generation meiner Mais-Züchtung
8. Die weiteren Schritte: Fortgesetzte Selektion (Auslese)
9. Statt grauem Zuckermais… Huitlacoche

Einleitung: Gezielte Züchtung

Viele Obst- und Gemüsearten ziehe ich aus Samen von irgendwelchen – ok, meist hoffentlich „guten“ – Früchten/Pflanzen. Oder ich ziehe x-beliebige Sämlinge auf, die sich aus unbekannten Samen selbstständig in meinem Garten entwickeln. Oder ich lasse verschiedene Sorten sich wahllos mischen, bevor ich ihre Samen als Saatgut verwende (Zwiebel, Möhre, Melone).

Ich wähle dann für den weiteren Anbau aus, was mir gefällt und was mir die Umweltbedingungen (Wetter, Nährstoffmangel, Krankheiten und sonstige Schädlinge) in guter Qualität übrig lassen.

Ich züchte damit zwar, aber nicht gezielt, d. h., ich habe keinerlei Vorstellungen davon, was ich gerne haben möchte. Was dabei herauskommt, weiß nur der „liebe Gott“, der Zufall.

Bei diesem Projekt ist das anders: Ich will einen schwarzen, super-süßen Zuckermais haben.
Ich habe also ein Zuchtziel.

Das ändert einiges: Ich mische nicht mehr irgendwelche Pflanzen und ich lasse nicht mehr nur den blinden Zufall walten.
Ich wähle gezielt die Ausgangspflanzen für meine Züchtung und beachte möglichst exakt die Vererbungsregeln.

Gezielte Züchtung ist eigentlich nichts für Hobby-Gärtner*innen, wenn sie nur ein paar Pflanzen anbauen, die sich immer nur untereinander befruchten können – zu leicht kommt es dabei zur „Inzucht“ und den damit verbundenen Schwächungen der Pflanzen; aber ich mache das ja nur zum Spaß, um zu sehen, was dabei herauskommt.

Kreuzung von schwarzem Tortija-Mais mit gelbem Zuckermais

Ich habe nun im letzten Jahr den Tortilla-Mais „Schwarzer Tessiner“ sich mit den Nachkommen der gelb-körnigen Zuckermais-Sorte „Earlibird“ mischen lassen. Letzteren hatte ich schon mehrere Jahre nachgebaut und dazu immer Körner aus dem Vorjahr verwendet; da ich nie mehr als 10-15 Pflanzen habe wachsen lassen, könnte diese Sorte schon einen problematischen Status von Inzucht erreicht haben, wie z. B. kleine, kurze Kolben.

Auch bei einer Landsorte, die ja heute auch nur noch in geringen Mengen angebaut wird, kann es leicht zu Inzucht-Depressionen kommen.

Wenn zwei (extreme) Inzuchtlinien miteinander gekreuzt werden, sind die daraus hervorgehenden Nachkommen oft besonders vital und kräftig: Es tritt der so genannte „Heterosis“-Effekt ein. Bei der Pflanzenzüchtung macht man sich diesen zunutze, indem man gezielt Inzuchtlinien erzeugt und das Ergebnis der Kreuzungen von Inzuchtlinien testet. Bei besonders guten Ergebnissen wird das Saatgut dann als F1-Hybrid-Saatgut verkauft.

Wenn ich also annehme, dass meine beiden Kreuzungssorten schon ein wenig „inzüchtig“ waren, dann hatte ich waschechtes F1-Saatgut erzeugt.

Das theoretische Ergebnis meiner Kreuzung

Wie ich seit kurzem weiß, hätten bei der gegenseitigen Befruchtung meiner beiden Mais-Sorten nur schwarze, pralle Körner entstehen dürfen (laut Mendels Uniformitätsregel); denn die schwarze Farbe ist dominant gegenüber der gelben, ebenso wie die normale Umwandlung von Zucker in Stärke bei der Reife die Nicht-Umwandlung dominiert.

Ich bin nämlich bei der Frage nach den Vererbungsverhältnissen beim Mais im Internet auf eine Publikation des Schulbiologiezentrums Hannover gestoßen, in dem diese Sachverhalte sehr anschaulich dargestellt werden: „Mendel neu entdeckt: mono- und dihybride Kreuzungen mit Mais“ („dihybrid“ bedeutet, dass die Vererbung von zwei Merkmalen betrachtet wird).
Mein Vorhaben ist eine solche Kreuzung: ich will sowohl die Farbe als auch die Süße der Maiskörner beeinflussen.

Ein weitere Wissensquelle, auf die ich gestoßen bin, ist eine Anleitung der US-amerikanischen „Organic Seed Alliance“ mit dem Titel „How to Breed Sweet Corn for Organic Agriculture“. Hier geht es weniger um die Theorie als um die praktischen Fragen der Züchtung: Prüfung der Elternpflanzen, Kriterien bei der Auswahl der Nachkommen, die Arten der Befruchtung u. a.

Wenn ich also im Folgenden Wissen vermittle, dann schöpfe ich bevorzugt aus diesen Quellen.
Bevor ich diese entdeckt hatte, war ich ein völlig Ahnungsloser auf dem Gebiet der Mais-Züchtung. Dabei ist Mais eine Pflanze, an der viele Gesetze der Vererbung hervorragend dargestellt werden können und auch entdeckt und erforscht wurden (fast so gut wie an den von Gregor Mendel benutzen Erbsen).

Nachtrag am 22. 12. 2018: Heute bin ich zufällig auf zwei Menschen, d. h., zwei wunderbare, leider aus der Zeit gefallene Webseiten gestoßen, auf denen etwas ganz Ähnliches beschrieben wird, wie ich das hier beschreibe: Rebsie Fairholm (Sweetcorn 2008) und Alan Bishop (Astronomy Domine Sweet Corn) erzeugen bunten Zuckermais und erhöhen seine genetische Variabilität maximal.

Die Farbe der Maiskörner

Man muss wissen, dass jedes Maiskorn durch einen eigenständigen Befruchtungsvorgang entsteht.
Jede weibliche Ei-Anlage des Kolbens besitzt einen langen Faden (Narbenfaden, Griffel), der oben aus den Hüllblättern, den Lieschen, des Kolbens hervorschaut. Dieser Faden nimmt Pollenkörner auf und leitet die (männlichen) Erbanlagen von einem Pollenkorn zu den weiblichen der Eizelle. Nach erfolgreicher Befruchtung trennt sich dieser Faden von der Eizelle und vertrocknet.

Da die Erbeigenschaften schon bei der Bildung des Korns wirksam sind, kann man manche Eigenschaften eines Korns schon an dessen Aussehen erkennen.

Wie oben erwähnt hätten bei meinem Kreuzungsversuch von schwarzem und gelbem Mais sämtliche Maiskörner, die aus einer Befruchtung durch die jeweils andere Sorte entstanden sind, schwarz und prall sein müssen. Da in meinem Fall einzelne Maiskörner auch durch eine Befruchtung mit Pollen der eigenen Sorte entstanden sein können (ich hatte ja die männlichen Blütenstände, die Fahnen, beider Sorten stehen und Pollen ausstreuen lassen), hätte ich die Körner mit ungemischten Eigenschaften an den schwarzen Kolben nicht erkennen können; sie wären genauso schwarz und prall gewesen wie die gemischten.

Ich hätte sie aber an den gelben Kolben als schwarze, pralle Körner erkennen müssen.

Ich fand aber an Kolben des gelben Zuckermaises (nur) gelblich-schwärzliche, pralle Körner; solche fanden sich auch an den Kolben des „Schwarzen Tessiners“.

Eine von beiden Sorten (oder gar beide) war nicht „rein“, d. h., gleich-erbig (homozygot) für die Erbanlage „Farbe“, nehme ich jetzt mal an.

Wie entsteht die Farbe der Maiskörner?

Ein Maiskorn besteht aus mehreren Schichten und Bestandteilen: Die äußere, dünne Schicht wird „Pericarp“ genannt; darunter liegt die etwas dickere, aus Eiweißen (Proteinen) gebildete „Aleuron“-Schicht. Der Rest des Korns besteht aus dem Reservestoff, in diesem Fall in der Regel „Stärke“, und trägt die Bezeichnung „Endosperm“. Der Embryo, aus dem sich später die neue Pflanze entwickelt, liegt dem Endosperm seitlich als flaches Scheibchen an.

Nun kann sowohl die Aleuron-Schicht durch Anthocyane (oder deren Vorstufen) als auch das Endosperm durch Carotinoide gefärbt sein; die Aleuron-Schicht kann farblos oder schwarz (bzw. rot), das Endosperm weiß, blaß-, hell- oder dunkel-gelb sein, je nach der Zusammensetzung der Erb-Eigenschaften auf den beiden Chromosomensätzen (Mais ist diploid und hat zehn Chromosomen in doppelter Ausführung, auch „2 x 10“ geschrieben). Beim Endosperm ist die Sache noch ein wenig komplizierter, da jede Zelle drei Chromosomen hat, also triploid ist, zwei von der Mutterpflanze und eins vom Vater, dem Pollenspender.

Die ganze Geschichte wird noch komplizierter durch so genannte „Springende Gene“ (Transposons), die die Farbgene des Aleurons beeinflussen. Diese springenden Gene können nämlich die Farbbildung während des Kornwachstums vorübergehend hemmen, wodurch es zu farbigen Punkten und Streifen in der Aleuronschicht kommt.

Wenn man nun die verschiedenen Möglichkeiten kombiniert, kann man sich ausrechnen, wie viele verschiedene Farbvarianten es geben kann. Ein Beispiel: ein Korn ist dunkelschwarz, wenn die Aleuron-Schicht komplett schwarz ist. Damit ein Maiskorn kräftig gelb ist, so wie wir es gewohnt sind, muss die Aleuron-Schicht farblos und das Endosperm dunkel-gelb sein.

Wer jetzt noch mehr Details wissen will, den verweise ich auf das PDF des Schulbiologiezentrums Hannover.

Wodurch wird die Süße eines Maiskorns bestimmt?

Mit den genetischen Grundlagen der Süße beim Mais habe ich mich ja schon im Vorläufer dieses Beitrags ausführlicher befasst; ich rekapituliere bzw. präzisiere noch einmal: Es gibt drei (mutierte) Gene, die Einfluss auf die Süße bzw. deren Dauer haben.

Die erste (und schon den amerikanischen Ur-Einwohnern bekannte) Mutation verhindert, dass der in den Blättern gebildete Zucker im Maiskorn schnell und direkt zu Stärke zusammengesetzt wird – das Korn ist also in der „Milchreife“ süßer; erst wenn das Korn aushärtet, wird der Zucker zu Stärke umgesetzt. Dieses Gen wird mit „su1“ (für „sugary“) bezeichnet.

Eine weitere Mutation führte dazu, dass der Zucker noch langsamer in Stärke umgewandelt wird. Wenn ein Kolben von der Pflanze getrennt wird, wird diese Umsetzung normalerweise beschleunigt, der Kolben wird „notreif“. Ist allerdings das Gen „se“ (für „sugary enhancer“) vorhanden, wird dieser Vorgang gehemmt und die Maiskörner bleiben länger süß.

Die dritte, wirksame Mutation wird als sh2 (shrunken2-Gen) bezeichnet; diese verhindert, dass der Zucker bei der Reife (Aushärtung) vollständig in Stärke umgewandelt wird. Körner mit solchen Genen enthalten auch dann noch über 10% Zucker, wenn sie vollständig ausgehärtet sind; deshalb sehen sie verschrumpelt, runzelig aus, wenn sie trocken sind (ein milch-reifes Maiskorn ist prall mit Stärke gefüllt bzw. mit Wasser-Zuckerlösung; da Zucker wasserlöslich ist, verdunstet bei der Trocknung aus einem solchen Korn mehr Wasser als aus einem reinen stärke-haltigen Korn – es schrumpelt).

Alle drei „Süß-Gene“ sind nur wirksam, wenn sie in doppelter Ausfertigung, also auf beiden Chromosomen vorliegen, da sie rezessiv („zurücktretend“, nicht in Erscheinung tretend, nicht-dominant) sind.
Aus diesem Grunde dürfen Zuckermais-Sorten niemals von anderen Mais-Sorten befruchtet werden; auch die Zuckermais-Sorten mit den unterschiedlichen Süß-Genen dürfen sich nicht gegenseitig befruchten (vor allen su1/se nicht mit sh2 und umgekehrt).
Wer also Zuckermais anbaut, sollte darauf achten, dass im Umkreis von ungefähr 200 m (so weit kann Maispollen durch den Wind verfrachtet werden) keine anderen Mais-Sorten wachsen – sie sollten zumindest nicht zum gleichen Zeitpunkt blühen (Pollen ausschütten).

Die F2-Generation meiner Mais-Züchtung

Nach so viel Theorie wirst Du wahrscheinlich darauf brennen, das Ergebnis meiner Kreuzung zu sehen (so wie ich vor ein paar Wochen).

Ich hatte die grau-gelben, glatten Körner Anfang Mai gut in die Erde bekommen. Sie wuchsen trotz Trockenheit sehr gut, auch weil ein paar Bohnen, die an ihnen emporrankten, sie gut mit Stickstoff versorgten. Den Wachstumsprozess konntest Du ja schon auf den Bildern oben verfolgen.

Komme ich jetzt also endlich zur Ernte der Kolben.

Und noch dringlicher: zu ihrer Enthüllung.

Was meinst Du? Abgefahren, oder? Mit so vielen Varianten hätte ich nicht gerechnet.
Die Kolben meiner F2-Pflanzen unterscheiden sich ziemlich stark von dem Beispiel, das im PDF des Schulbiologiezentrums gezeigt wird; dort hätte die F1-Generation ja auch vollständig schwarz sein sollen.

Ich habe also wieder jede Menge zu tun, mir diese Abweichungen und die dahinter steckenden Erbregeln zu erklären: Warum waren die Körner der F1-Generation überhaupt gelb-grau? Warum gibt es nun vollständig weiße Körner in der F2-Generation? Warum gibt es keine dunkel-schwarzen Körner wie beim „Schwarzen Tessiner“ mehr? Woher kommt die rote Färbung mancher Körner?

Spannend.

Ich kann aber auch all diese Fragen unbeantwortet lassen und im kommenden Jahr einfach nur schwarze, schrumpelige Körner aussäen. Wenn diese dann anständig keimen – das tun diese mutierten Zucker-Körner nicht so gut wie die originalen Stärke-Körner – dann sollte ich schon im kommenden Jahr meinen schwarzen, super-süßen Zuckermais haben; denn die geschrumpften Körner müssen das sh2-Gen in doppelter Ausführung besitzen und können also kein nicht-mutiertes, stärke-erzeugendes Gen mehr vererben. Ob die Kolben dann nur schwarze Körner haben, ist noch eine andere Frage.

Oder ich wechsele einfach das Zuchtziel: Ich entscheide mich für weißen oder roten Tortilla-Mais oder weißen Zuckermais oder grauen mit weißen Einsprengseln. Das Ausgangsmaterial habe ich vorliegen.

Die weiteren Schritte: Fortgesetzte Selektion (Auslese)

Um aber nun nicht nur einen schwarzen Zuckermais zu bekommen, sondern einen richtig guten schwarzen, super-süßen Zuckermais, muss ich in den kommenden Jahren bei der weiteren Vermehrung noch auf die anderen Qualitätsmerkmale achten, die einen guten Zuckermais auszeichnen, wie z. B., Dicke (16 Körner) und Länge (40 Körner) der Kolben, die Gesundheit und Frohwüchsigkeit der Pflanzen, und darauf, dass die Kolben vollständig mit Körnern besetzt sind und möglichst lange süß bleiben.

Ich werde das mit Hilfe der „negativen Massenauslese“ versuchen, also nur die schlechtesten Kolben und Pflanzen von der weiteren Beteiligung an meinem Züchtungsversuch ausschließen, damit ich nicht zu schnell Probleme mit der Inzucht kriege; die bekäme ich bei meinen paar Pflanzen schneller, wenn ich die „positive Massenauslese“ benutze, d. h., wenn ich z. B. nur geschrumpfte, schwarze Körner von den besten Kolben und Pflanzen weiter verwende (obwohl ich damit schneller zum Ziel käme).

Durch eine solche Auslese enge ich die genetische Vielfalt, die ich nun gerade erzeugt habe, wieder (drastisch) ein.

Worauf ich allerdings keinen Einfluss habe – und dass wurde mir erst durch einen Nebensatz in der Anleitung der „Organic Seed Alliance“ bewusst: Ob mir (und Dir) graue Zuckermais-Kolben schmecken?
In der Milchreife, dann, wenn die Kolben geerntet und gegessen werden, sind die Kolben nämlich noch nicht schwarz sondern grau.

Tja.

Statt grauem Zuckermais… Huitlacoche

Aber vielleicht schmeckt uns ja „Huitlacoche“? Bei dieser mexikanischen Mais-Spezialität ist die Körnerfarbe unwichtig.

Der Maisbeulenbrand, der die „Huitlacoche“ erzeugt, befällt alle Sorten von Mais gleichermaßen – auch meine bunte Körnermischung hat diesem Pilz gefallen, zumindest hat er sie an einem Kolben mal getestet.

Ich hoffe, er lässt meinen „Schwarzen/Grauen Zuckermais“ in Zukunft komplett in Ruhe. Nicht dass ich im nächsten Jahr nur „Huitlacoche“ anstatt grauem Zuckermais probieren kann und den Beitrag über den Fortgang meiner Mais-Züchtung mit „Das Zuckermaisgrauen“ überschreiben müsste.

Egal.

Ich hoffe, Ihr hattet ein wenig Spaß beim Lesen und überlegt, ob Ihr nicht noch mehr Spaß bei einem eigenen praktischen Versuch haben könntet.

Macht nicht mit beim großen Vereinheitlichen unserer Nutzpflanzen! Verwendet nicht das Saatgut der paar verbliebenen Groß-Konzerne! Helft, die genetische Vielfalt unserer Kulturpflanzen zu erhalten und zu mehren! Nehmt das Schicksal in Eure eigenen Hände!

Ich sage Euch: Ihr könnt alles, was Ihr anbaut, kreuzen und vermischen, gewinnt nur selber Saatgut, dann passiert das fast immer ohne Euer Zutun; wenn Ihr dann noch mehrere Sorten zusammen wachsen lasst, ist Vielfalt und Spaß auf jeden Fall garantiert.

Das einzige „Unglück“, das Euch dabei zustoßen kann, ist: Die Samen werden von anderen verspeist oder von Krankheiten befallen; aber das lässt Euch ja heutzutage nicht einmal mehr Hunger leiden.

Also? Ich würde mich über Eure Erfahrungsberichte in den Kommentaren mächtig gewaltig freuen…