Klimawandel verändert die Proteinzusammensetzung von Weizen und beeinflusst dessen Qualität
Eine aktuelle Untersuchung des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München zeigt, dass steigende CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre die Zusammensetzung der Weizenproteine je nach Sorte erheblich verändern können. Diese Veränderungen wirken sich nicht nur auf die Backeigenschaften aus, sondern könnten auch die Verträglichkeit von Weizenprodukten beeinflussen. Die Studie empfiehlt, bei der Züchtung von Kulturpflanzen künftig neben Ertragssteigerungen auch Qualitätsaspekte wie die Proteinzusammensetzung zu berücksichtigen.
Steigende CO₂-Werte und ihre Auswirkungen auf Weizen
Seit 1980 ist die atmosphärische CO₂-Konzentration von etwa 340 ppm auf rund 425 ppm im Jahr 2024 angestiegen. Prognosen zufolge könnte dieser Wert bis 2050 auf circa 600 ppm ansteigen, abhängig von zukünftigen sozioökonomischen Entwicklungen. Weizen, als eines der wichtigsten Grundnahrungsmittel weltweit, wird somit unter deutlich veränderten Umweltbedingungen angebaut werden.
Feldversuche zur Proteinzusammensetzung unter erhöhtem CO₂
Bislang existieren nur wenige Feldstudien, die den Einfluss erhöhter CO₂-Konzentrationen auf die Proteinzusammensetzung von Weizen analysieren. Um diese Forschungslücke zu schließen, kultivierten Wissenschaftler zehn verschiedene Winterweizensorten unter realistischen Anbaubedingungen. Dabei wurden die Pflanzen entweder einer erhöhten CO₂-Konzentration von 546 ppm oder den aktuellen atmosphärischen Bedingungen ausgesetzt.
Nach der Ernte erfolgte eine detaillierte Analyse der Weizenproteine mittels einer eigens entwickelten hochauflösenden massenspektrometrischen Methode. Im Fokus standen dabei Proteine wie Amylase/Trypsin-Inhibitoren, Puroindoline, Glutenproteine sowie Zöliakie-aktive Peptide.
Ergebnisse: Sortenabhängige Veränderungen der Proteinprofile
- Der Gehalt an Amylase/Trypsin-Inhibitoren erhöhte sich unter erhöhten CO₂-Bedingungen.
- Die Konzentrationen von Puroindolinen, Glutenproteinen und bestimmten Zöliakie-aktiven Peptiden nahmen ab.
- Die Intensität dieser Veränderungen variierte stark zwischen den untersuchten Weizensorten.
- Ein Rückgang der Glutenproteine korrelierte mit einer Verschlechterung der Backqualität.
Dr. Sabrina Geißlitz, Leiterin der Studie, betont die Bedeutung dieser Ergebnisse für die zukünftige Züchtung von Weizensorten. Katharina Scherf, Professorin für Food Biopolymer Systems, weist darauf hin, dass die beobachteten Veränderungen auch Auswirkungen auf weizenbedingte Erkrankungen haben könnten, deren genaue biologische und immunologische Bedeutung jedoch weiterer Forschung bedarf.
Empfehlungen und Ausblick
Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit, Weizensorten zu identifizieren und zu entwickeln, die auch bei steigenden CO₂-Werten eine hohe Backqualität gewährleisten und gleichzeitig möglichst geringe Mengen potenziell unverträglicher Proteine enthalten.
Das interdisziplinäre Forschungsteam setzte sich neben dem Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie aus Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie, der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft sowie des Forschungszentrums Jülich zusammen.
Hintergrundinformationen zu den untersuchten Weizensorten
Die Studie umfasste die Winterweizensorten Apostel, Asory, Campesino, Foxx, Hyvega, Informer, KWS Emerick, LG Initial, Moschus und RGT Reform. Besonders auffällig war die Sorte Hyvega, bei der unter erhöhtem CO₂ ein Anstieg des Proteingehalts um 2,7 % beobachtet wurde. Die übrigen neun Sorten zeigten dagegen eine Abnahme des Eiweißgehalts zwischen 1,9 und 10,3 %.
Die Analyse offenbarte zudem deutliche Sortenunterschiede hinsichtlich der Sensitivität gegenüber erhöhtem CO₂: Asory, Campesino, LG Initial und Moschus reagierten empfindlich, während Apostel und KWS Emerick eine vergleichsweise hohe Toleranz zeigten.
Funktionelle Bedeutung der Weizenproteine
- Amylase/Trypsin-Inhibitoren: Diese Proteine schützen die Pflanze vor Fraßfeinden, stehen jedoch im Verdacht, Allergien und Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität zu fördern.
- Puroindoline: Sie bestimmen die Kornhärte und beeinflussen somit die Verarbeitungs- und Backeigenschaften des Mehls.
- Glutenproteine: Wesentlich für die Backqualität, enthalten sie Aminosäuresequenzen, aus denen während der Verdauung Zöliakie-aktive Peptide entstehen können, welche bei genetisch prädisponierten Personen Immunreaktionen auslösen.
Zöliakie ist eine chronische Dünndarmerkrankung, die durch Glutenunverträglichkeit ausgelöst wird. Neben der genetischen Veranlagung sind weitere Faktoren für die Entstehung der Krankheit bislang nicht abschließend geklärt.
Publikation und Finanzierung
Die Ergebnisse wurden veröffentlicht in:
Geisslitz S, Kaemper C, Norwig MC, Fechner A, Knopf O, Muller O, Geyer M, Hartl L, Scherf KA. Elevated CO₂ induces cultivar-dependent changes in wheat proteins linked to wheat-related disorders and baking quality. Food Chem. 2026 Sep 20;530:151161. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2026.151161
Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Landwirtschaft, Ernährung und Heimat (BMLEH) sowie der Europäischen Union kofinanziert. Die geäußerten Ansichten spiegeln ausschließlich die Meinung der Autorinnen und Autoren wider.
Kontaktinformationen
Dr. Sabrina Geißlitz
Arbeitsgruppe Food Biopolymer Chemistry
Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München
Lise-Meitner-Str. 34, 85354 Freising
Telefon: +49 8161 71-2975
E-Mail: s.geisslitz.leibniz-lsb@tum.de
Kurzprofil Dr. Sabrina Geißlitz
Dr. Gisela Olias
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Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie
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