Analyse heimischer Pappelarten

Angesichts des Klimawandels und des Verlusts von Lebensräumen sind Förster und Försterinnen auf der Suche nach den besten Strategien für klimaresiliente Wälder. Dazu gehört beispielsweise die Wahl der Baumarten oder Herkünfte, die Stress widerstehen und gleichzeitig möglichst schnell wachsen. Eine aktuelle Studie mit natürlichen Pappelhybriden zeigt nun: Der Erfolg einer Aufforstung entscheidet sich bereits in der DNA der Jungbäume. 
Natürliche Hybridzonen dienen Forschern und Forscherinnen als wertvolle „Feldlabore“, die es ermöglichen, den Anpassungsprozess und die Erhaltung von Artengrenzen zu untersuchen. Expertinnen und Experten des Bundesforschungszentrums für Wald (BFW), der Universität Wien und der Universität Salerno (Italien) untersuchten, wie sich die genetische Vermischung natürlicher Hybridpappeln auf deren Fitness, also ihre Überlebensfähigkeit sowie Fortpflanzungserfolg und Anpassung an den Standort, auswirkt. 

Die Studie: Silberpappel trifft Zitterpappel
Im Fokus stand der natürliche Hybridkomplex zweier europäischer Pappelarten: der Silberpappel (Populus alba, auch Weißpappel genannt) und der Zitterpappel (Populus tremula). Diese beiden Arten kreuzen sich auf natürliche Weise und bilden den Hybrid Graupappel (Populus × canescens). Dieser Begriff ist nicht mit anderen Hybriden wie Kanadapappel (Populus × canadensis) zu verwechseln, der aus der Kreuzung der nordamerikanischen Populus deltoides mit der Schwarzpappel (Populus nigra) entsteht. 
Die beiden Elternarten unterscheiden sich ökologisch deutlich: Die Silberpappel bevorzugt Auengebiete und verträgt Trockenheit sowie Salz, während die Zitterpappel eher in höheren Lagen vorkommt. Graupappel-Hybride weisen ein großes Spektrum an genetischen Kombinationen auf. In natürlichen Hybridzonen können Graupappeln sogar häufiger vorkommen als die reinen Elternarten. Deswegen bestand Unsicherheit darüber, wie zuverlässig sich die Graupappel-Hybride anhand äußerer Merkmale von den Elternarten unterscheiden lassen. Deshalb sequenzieren die Forscher und Forscherinnen heute das gesamte Genom oder verwenden unterschiedliche genetische Markersysteme, um ganz präzise verschiedene Hybridklassen zu identifizieren. 

In der forstlichen Praxis und Züchtung werden vor allem folgende Hybridklassen unterschieden: 

• F1: direkte Nachkommen aus der Kreuzung der beiden Elternarten
• Fn: spätere Kreuzungen zwischen Hybriden, etwa F2
• Rückkreuzungen (Backcrosses, BC): Kreuzungen eines Hybriden mit einer der beiden Elternarten

In der Studie untersuchte das Forscherteam, wie sich unterschiedliche genetische Ausstattungen der Hybride auf vier Fitnessmerkmale auswirken: das Überleben der Jungpflanzen, den Erfolg der Bewurzelung von Steckhölzern (auch als Klonbarkeitserfolg bezeichnet), die Wuchsrate und die Behaarung der Blätter. Dafür wurden mehr als 670 über ein Jahr alte Pflanzen an drei Versuchsstandorten in Österreich, der Schweiz und Italien über mehrere Jahre untersucht. Im Laufe des gesamten Studienzeitraums wurden Tausende von Einzelmessungen vorgenommen, um die Entwicklung der Bäume umfassend zu dokumentieren. 

Höhere Überlebensraten
Das genetische Profil der Hybride spielte eine entscheidende Rolle dabei, ob sie die kritische Phase des Jungbaumstadiums überlebten. In den ersten drei Jahren wiesen reine Silberpappeln, Hybride der ersten Generation (F1) und Rückkreuzungen mit einem hohen Anteil an Silberpappel-Vorfahren deutlich bessere Überlebensraten auf. Im Gegensatz dazu neigten Hybride, die genetisch näher an der Zitterpappel lagen oder mehr „gemischte“ DNA späterer Generationen aufwiesen, eher dazu, früh abzusterben.

Einfachere Vermehrung
Die Studie zeigte, dass „silberpappel-ähnliche“ Hybride eine deutlich höhere Bewurzelungsrate der Steckhölzer aufweisen. Reine Zitterpappeln und Hybride mit einem hohen Anteil an Zitterpappel-DNA ließen sich dagegen nur schwer über Holzstecklinge vermehren. Für die Forstpraxis ist die Fähigkeit, Bäume aus Stecklingen zu ziehen, insbesondere bei Arten wie Pappeln, von großer Bedeutung. Daher ist bei Bewurzelung von Zitterpappeln und deren Rückkreuzungen mit höheren Kosten zu rechnen.

Schnelleres frühes Wachstum
Auch hier zeigte sich ein ähnliches Muster: Hybride mit einem höheren Anteil an Silberpappel-Vorfahren erreichten während des Untersuchungszeitraums größere Höhen. Dieses rasche frühe Höhenwachstum ist ein großer Vorteil im Wettbewerb mit Begleitvegetation und beim schnellen Aufbau eines Walddachs.

Schützende Blattbehaarung: genetisch bedingt und Fitnessindikator
Silberpappeln sind für ihre behaarten Blattunterseiten bekannt. Diese Haare dienen als natürlicher Schutz. Sie reflektieren UV-Strahlung, kühlen das Blatt und reduzieren den Wasserverlust in Dürreperioden. Die Behaarungsdichte wurde in der Studie über die Lichtreflexion der Blattunterseiten gemessen und erwies sich als zuverlässiger und kostengünstiger Indikator für die genetische Durchmischung der untersuchten Jungbäume. Das Merkmal wird entsprechend der genetischen Abstammung an die Hybriden weitergegeben. 

Implikationen für die Waldbewirtschaftung und Restaurierung / Renaturierung
Gezielte Selektion: Bei der Wiederherstellung degradierter Uferzonen oder Auen kann die Auswahl von Hybriden mit hohem Silberpappel-Anteil beziehungsweise von F1-Hybriden ein besseres Überleben gewährleisten. Die Behaarung der Blattunterseite korreliert dabei direkt mit dem Anteil der Silberpappel-DNA. Je „flauschiger“ die Unterseite, desto höher sind die Stresstoleranz und die Wüchsigkeit der Pappelhybride. Eine bloße haptische Prüfung des Blatts reicht jedoch nicht aus; erforderlich ist die Messung der Blattreflexion. Dadurch kann bereits in der Baumschule mit dieser einfachen Methode eine effiziente Vorauswahl geeigneten Materials getroffen werden. So können nur die Genotypen in den Wald gelangen, die das größte Potenzial für rasches Frühwachstum und höhere Stressresilienz besitzen. Effiziente Forstwirtschaft und Naturschutz können somit mit dem richtigen Blick fürs Detail – direkt am Blatt – beginnen.