Zitterpappel Genetik erforscht in Bayern; keine Hybride in beprobten Beständen

Zitterpappel – Genetik und Vermehrungsgut B. Fussi, J. Eckel, M. Šeho W!R erforschen baumHERKUNFT und empfehlen waldZUKUNFT!

Warum ist die Genetik wichtig?

Vielfältige Genvarianten erhöhen die Anpassungsfähigkeit

Zitterpappel (Populus tremula) – eine weit verbreitete Baumart

Zitterpappel (Populus tremula) – beprobte Bestände Karte: Y.-D. Hoffmann Bepropte Zitterpappel in Unterneukirchen, Foto: M. Šeho EZR-Reg. nr. 091 900 01 002 2

Artunterscheidung Zitterpappel Graupappel Silberpappel X Foto: B. Fussi Foto: B. Fussi

Artunterscheidung anhand genetischer Marker o Fünf Bestände der Zitterpappel in Bayern (1 = Unterneukirchen, 2 = Salzweg, 3 = Eslarn, 4 = Zapfendorf, 5 = Langenaltheim) o Referenzpopulationen für Zitterpappel (Nr. 6) und Silberpappel (Nr. 7) o Keine Hybride in den beprobten Beständen o Hybrid-Potential: Natürliche Hybride P. × canescens (Zitter- × Silberpappel) treten in Flussniederungen auf

Klonale Strukturen Bestand Klon-Vorkommen Anzahl betroffener Genotypen Unterneukirchen 3 Genotypen, je 2 Rameten 34 einzelne Genotypen (statt 37) Zapfendorf 7 Genotypen, 2-4 Rameten 32 einzelne Genotypen (statt 44) Langenaltheim 8 Genotypen, 2-3 Rameten 36 einzelne Genotypen (statt 47) Salzweg & Eslarn Keine Klone gefunden – Bestand bei Zapfendorf. Foto: Jonas Eckel, AWG In Klongruppen nur von einzelnen Bäumen Saatgut ernten

Grundlegende genetische Merkmale Merkmal Wert Beschreibung Allelzahl pro Bestand (Na) 4,9 – 5,8 Höchster Wert in Eslarn Effektive Allelzahl (Ne) 2,9 – 3,2 Anpassungspotential der nächsten Generation hoch und Flaschenhalseffekte niedrig Erwartete Heterozygotie (He) 0,70 – 0,75 vergleichbar mit anderen europäischen Beständen Private Allele 15 insgesamt häufig in Salzweg & Eslarn Viele Varianten innerhalb der Bestände, geringe Differenzierung zwischen Beständen Foto: B. Fussi

Fallbeispiel Eslarn o 23 ha große, zugelassene Zitterpappel- Saatguterntebestand o Hohe Qualität und Wüchsigkeit o mehrschichtiger Fichten-Zitterpappel- Mischbestand mit t.w. nennenswerten Beimischungen von Lärche, Waldkiefer, Schwarzerle und Birke o 5 private Allele → lokaler genetischer Mehrwert, Nutzung dieser Allele für standortangepasste Pflanzungen o Empfehlung: Kanditat für Generhaltung und sollte als Saatgutquelle verstärkt genutzt werden Fotos: J. Eckel

Möglicher Plusbaum der Zitterpappel in Eslarn Foto: J. Eckel o Aufbau von Samenplantagen o Hohe Qualität (z. B. Stammformen) o Genetisch vielfältige und qualitativ hochwertige Individuen in einer Anpflanzung für die spätere Saatgutproduktion o Hohe Anzahl an Plusbäumen in der Plantage (80-100) führt zu genetisch vielfältigem Vermehrungsgut 9,2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 BW_Birkensohl BW_Lerchenberg BW_Obergriesbach BY_Hersching BY_Iphofen BY_Neumarkt BW_01_0503 BW_02_0513 BW_03_0521 BW_04_0035 BW_05_0042 BW_06_0001 BW_07_0050 BW_08_0052 BW_09_0018 BW_10_0013 BW_11_030 BY_1_0063 BY_1_K20L BY_2_047 BY_3_0044 BY_3_024 BY_4_0033 BY_4_0119 BY_5_0120 BY_5_0029 BY_6_1043 BY_6_1044 BY_6_1046 BY_7_1012 BY_7_N4 BY_8_n1 BY_8_n2 BY_8_1009 Plusbäume Plantage Neudeorf Genetische Vielfalt Bsp. Elsbeere Ar Mittlere Ar Baier et al. AFZ-DerWald 20/2017

Fallbeispiel Zapfendorf Foto: J. Eckel o Bestand 9 ha, reine Laubholz-Mischung, Zitterpappel führend o Klonale Strukturen (32 statt 44 Genotypen) → reduziert genetische Vielfalt o Empfehlung: Saatgut aus nicht-klonalen Bereichen ernten o Ergänzend: vegetative Vermehrung von ausgewählten Klonen für gleichbleibende Qualität in Samenplantagen

Züchtung und lokale Anpassung o Züchtung in Europa

ab den 1930er Jahren o Kreuzung von Populus tremula

mit der amerikanischen Zitterpappel

(Populus tremuloides) o FASTWOOD-Projekte ab 2009: erzeugte Hybridsorten mit 1,5- bis mehr als 2-fache Leistung in der Biomasseproduktion und deutliche Höhenunterschiede im Vergleich zu den reinen Europäischen Aspen (Schneck und Liesebach 2015) o Die HuVs der Bayerischen Forstverwaltung enthalten eine Auswahl für Bayern empfohlener Zitterpappel- und Zitterpappel-Hybrid-Sorten (https://www.awg.bayern.de/319397/index.php) Bild Schneck V, Liesebach M (2015) Potenziale von Aspe im Kurzumtrieb. In: Mirko Liesebach (ed) (2015) FastWOOD II: Züchtung schnell- wachsender Baumarten für die Produktion nachwachsender Rohstoffe im Kurzumtrieb – Erkenntnisse aus 6 Jahren FastWOOD. Braunschweig: Johann Heinrich von Thünen-Institut, 210 p, Thünen Rep 26

Züchtung und lokale Anpassung o Genetische Differenzierung

bei quantitativen

Merkmalen hoch o z.B. Knospenaufbruch,

Wachstumsperiode und

Kälteresistenz o d.h. natürliche Selektion

und lokale Anpassung finden statt o Nördliche Populationen weisen kürzere Wachstumsperioden und höhere Frosttoleranz auf als südliche Populationen o Nutzung der frosttoleranteren Herkünfte für Vorwald in Frostlagen https://de.dreamstime.com

Saatgut o Ernte von Ende April bis Anfang Mai, kurz vor Aufplatzen der Kätzchen o Ernte von geschlossenen weiblichen Blüten - Äste abschneiden, 5-10 Tage Nachreife im Wasser o Sammeln per Hand, Staubsauger oder Leiter – je nach Zugänglichkeit o Tausendkorngewicht 0,2 – 0,4 g → 2,5 – 5 Mio. Samen / kg (Vergleich Eiche: 3-4 kg für 1000 Samen) o Keimrate 60 – 80 % → ca. 1 – 1,5 Mio. Sämlinge / kg o Kurzzeitlagerung: trocken und kühl (2-3 Tage) o Langzeitlagerung: Trocknung auf < 8 % Wassergehalt, Entfernung der Samenwolle, luftdicht verpacken, bei 18 – 20 °C → 2-5 Jahre Fotos: B. Fussi

o Generativ (Saatgut) ➢Aussaat im Freiland, durchgehend feucht halten, Schattierung nötig ➢Keimung bereits nach 1-2 Tagen, Sämlinge 20-50 cm im ersten Jahr o Vegetativ (Stecklinge, Wurzelbrut, In-Vitro) ➢Stecklinge benötigen Wuchsstoff-Behandlung für höhere Anwuchsraten ➢Wurzelbrut (Rameten) bildet große Klonflächen (bis 55 m Radius) Vermehrungsmethoden Foto: B. Fussi

o Genetische Kontrolle – Vor Zulassung von Saatgutbeständen Artprüfung und Klon-Analyse durchführen o Bestandsauswahl – Priorität für nicht-klonale, genetisch vielfältige Bestände (z. B. Salzweg, Eslarn), um Flaschenhalseffekte zu vermeiden. o Klon-Sammlungen – Dokumentation und Erhalt von Klonen mit besonderen Eigenschaften (z. B. hohe Wuchskraft). o Anzucht: Feuchte Bedingungen & Schattierung in der Keimphase, ggf. Schutz vor Pilz-/Schädlingsbefall o Einsatz: Eignung als Vorwald aufgrund von raschem Jugendwachstum und Frosthärte, Wiederbewaldung nach Stürmen/Bränden o Provenienz-Tests – Nutzung des Anpassungspotentials für z. B. Frosttoleranz-Tests für nördliche vs. südliche Herkunft Praktische Konsequenzen für die Forstpraxis

Zusammenfassung o Hohe genetische Vielfalt innerhalb aller bayerischen Bestände, aber geringe Differenzierung. o Genetische Vielfalt ist in Bayern weitgehend homogen, aber private Allele bieten lokale Chancen o Private Allele bieten lokale Anpassungspotenzial – wichtig für Provenienz- und Zuchtprogramme. o Klonale Strukturen reduzieren die effektive Allelzahl; Bestände ohne Klone sind bevorzugt für Saatgut. o Adaptive Differenzierung ist stark ausgeprägt – Heritabilität von Phänotypen ermöglicht gezielte Selektion. o Optimale Saatguternte, Lagerung und Anzucht sichern qualitatives Vermehrungsgut für die Forstwirtschaft

Ausblick & Forschungsschwerpunkte o Weiterführende Provenienz-Tests entlang von Höhen-/Klimagradienten o Integration von Klimamodellen in Provenienz-Versuche, um zukünftige Standort-Eignung zu prognostizieren. o Erweiterte Genom-Sequenzierung (z. B. GWAS) zur Identifikation von Genen für Klima-Resilienz. o Langzeit-Klon-Sammlungen für besonders wertvolle Genotypen (z. B. hohe Frosttoleranz). o Integration von genomischer Selektion zur Beschleunigung von Züchtungsvorhaben o Lagerversuche, um die Lagerdauer von Saatgut zu verlängern

W ! R l e g e n d e n S A M E N f ü r d i e Z U K U N F T ! Dank an Labormitarbeiterinnen in SG1: Alexandra Schillinger Susan Fuchs Susanne Nowak