Zuckerrohr

Mehr als drei Viertel der Weltzuckerproduktion stammt aus Zuckerrohr (Saccharum officinarum). Mit Abstand führend ist Brasilien, es folgen Indien, China, Thailand und Pakistan.

Zucker aus Zuckerrohr findet Verwendung in zahlreichen Lebensmitteln. Melasse, ein sirupartiges Nebenprodukt der Zuckerproduktion, ist Rohstoff für Rum und andere Spirituosen.

Zuckerrohr wird auch genutzt als

• Futtermittel (gehäckselte Pflanzen sowie die faserigen Pflanzenreste aus der Zuckerproduktion (Bagasse))
• Energiepflanze: Aus Zuckerrohr und Melasse wird Bioethanol erzeugt. Brasilien ist weltweit führend in der Nutzung von Bioethanol als Automobilkraftstoff. Zuckerrohr wird in Brasilien auch zur Elektrizitätsgewinnung eingesetzt.
• Nachwachsender Rohstoff: für die Produktion abbaubarer Kunststoffe (Bio-Plastik), für die Papier- und Kartonherstellung, als Werkstoff für Möbel, Türen und in der Automobilherstellung.

Beispiele Forschung und Entwicklung (Gentechnik, neue Züchtungsverfahren)

Resistenz gegen Stängelbohrer (Sugarcane borer). Dieser im Zuckerrohranbau verbreitete Schädling wird bisher vor allem mit Insektiziden bekämpft. Im Juni 2017 wurde ein von dem brasilianischen Technologieunternehmen CTC (Centro de Tecnologia Canavieira) entwickeltes schädlingsresistentes gentechnisch verändertes (gv) Zuckerrohr (CTC20BT), in das ein Bt-Gen eingebracht wurde, für den kommerziellen Anbau zugelassen. 2018 wurde erstmals auf 400 Hektar Bt-Zuckerrohr angebaut, 2022 sind die Flächen auf 70.000 ha gestiegen.

Anpassung an Trockenheit. In Indonesien haben staatliche Forschungseinrichtungen gv-Zuckerrohr mit einer erhöhten Trockentoleranz (NXI-4T) entwickelt. In den veränderten Pflanzen wird ein bakterielles Protein gebildet, das Pflanzenzellen unter Trockenstress stabilisiert. Das gv-Zuckerrohr liefert unter Trockenstressbedingungen 20 bis 30 Prozent mehr Zucker als vergleichbare konventionelle Sorten.

Nach einer Überprüfung der Umwelt- und Lebensmittelsicherheit wurde das gv-Zuckerrohr 2013 für den Anbau in Indonesien zugelassen. Im August 2018 folgte die bis dahin noch fehlende Zulassung als Futtermittel. 2018 wurde es erstmals auf rund 1300 Hektar angepflanzt, 2019 auf 2000 Hektar.

Mehr Effizienz bei der Gewinnung von Bioethanol. In verschiedenen Forschungsprojekten wird daran gearbeitet, die Effizienz der Bioethanolerzeugung aus Zuckerrohr zu erhöhen. Es gibt verschiedene Ansätze:

• erhöhter Zuckergehalt, bessere Verdaulichkeit
  Wissenschaftler der brasilianischen Agrarforschungsgesellschaft Embrapa (Abteilung Agroenergy) haben mit Hilfe der Genome Editing-Methode CRISPR/Cas zwei Zuckerrohrsorten (Flex I und II) entwickelt, die eine bessere Zellwandverdaulichkeit bzw. höhere Zuckergehalte aufweisen. Bei beiden Sorten wurde jeweils ein Gen ausgeschaltet. Flex I weist in Folge der Gen-Editierung eine veränderte Zellwandstruktur auf, was den enzymatischen Aufschluss bei der Zuckergewinnung vereinfacht. Flex II bildet in den Stängeln rund 15 Prozent mehr Saccharose, außerdem auch mehr Glukose und Fruktose. In den Blättern ist der Zuckergehalt um bis zu 200 Prozent erhöht.
  Die bei der Zuckergewinnung anfallende Bagasse eignet sich aufgrund ihrer höheren Verdaulichkeit besser für die Verwendung als Tierfutter als herkömmliche Bagasse.
• veränderte Ligninbildung
  Ziel ist es, in den Pflanzen weniger Lignin und dafür mehr Cellulose zu bilden. Im Gegensatz zu Lignin kann Cellulose bei der Bioethanolgewinnung verwertet werden. Wissenschaftler an der University of Florida haben mit Genome Editing (TALEN) bei Zuckerrohrpflanzen ein Gen (Caffeic acid O-methyltransferase, COMT) ausgeschaltet, welches an der Ligninbiosynthese beteiligt ist. Die so editierten Zuckerrohrpflanzen wurden bereits in Feldversuchen getestet: Der Ligningehalt war knapp 20 Prozent reduziert, die Verzuckerungseffizienz konnte insgesamt um 43,8 Prozent gesteigert werden.
• verbesserte Umwandlung von Cellulose in Zucker
  Durch Einführung geeigneter Gene sollen in den Zuckerrohrpflanzen bestimmte Enzyme gebildet werden, welche die Umwandlung von Cellulose in Zucker effektiver machen. Forschungsprojekte mit diesem Ziel gibt es z.B. in Australien.
• mehr Biomasse durch gesteigertes Größenwachstum

Großes Foto oben: Embrapa