Zusammenfassung

Im P³roLucas-Projekt wurden zentrale Fragen zur Verbesserung der nachhaltigen Erzeugung und Nutzung von Lupinen als proteinreiche Kulturpflanzen für die Bioökonomie bearbeitet. Im Mittelpunkt standen Lupinusangustifolius (schmalblättrige bzw. blaue Lupine) und Lupinus mutabilis (Andenlupine). Durch die Kombination von aktuellen Sorten, mikrobiellen Biostimulanz-Produkten sowie genomischen, transkriptomischen und metabolomischen Ansätzen konnten neue Erkenntnisse und praxisrelevante Lösungen zur Verbesserung der Stressresilienz bei gleichbleibender Saatgutqualität gewonnen werden. Ein zentrales Ergebnis war die Etablierung einer gut reproduzierbaren Saatgutbehandlungsmethode (Saatgutbeschichtung kombiniert mit „Priming“ durch Quellung und Rücktrocknung) mit Biostimulanzien, die robust, praxisnah und mit molekularen Analysen kompatibel ist. Interessanterweise löste bereits die Behandlung ohne Mikroben Wachstums- und Resistenzreaktionen aus. Labor- und Gewächshausversuche zeigten, dass ausgewählte bakterielle Biostimulanzien Wachstum und Resistenz gegen den Erreger der Lupinen-Anthraknose (Colletotrichum lupini) konsistent steigerten, insbesondere unter mildem Trocken- und Hitzestress. Feldversuche bestätigten die technische Umsetzbarkeit in der Praxis, zeigten jedoch auch Einschränkungen der Saatgutbehandlung mit Quellung und Rücktrocknung, insbesondere bei trockener Witterung nach der Aussaat. Daraus ergab sich die Empfehlung, optimierte Saatgutbeschichtungen künftig ohne vorherige Quellung einzusetzen. Darüber hinaus wurde das Potenzial zur Nutzung von Chinolizidinalkaloiden (QA) aus bitteren Lupinekultivaren als Nebenprodukt untersucht. Die Etablierung und Optimierung eine robusten, GC-MS-basierten Methodik ermöglichte detaillierte quantitative Analysen, die zeigten, dass Biostimulanzien die QA-Gehalte in den Samen nicht erhöhen und damit die Produktsicherheit gewährleistet ist. Bittere L. mutabilis- und L. angustifolius-Linien wiesen stabile, charakteristische Alkaloidprofile auf, die für eine Extraktion geeignet sind. Die optimierte Spartein-Synthese im Grammmaßstab und verbesserte, umweltfreundliche Extraktionsprotokolle demonstrierten die technische Machbarkeit, während die Integration der Metabolitdaten mit Transkriptomanalysen Einblicke in Biosynthese, Regulation und Transport der Alkaloide lieferte. Die hochwertige Genomassemblierung von L. mutabilis auf Chromosomenebene ermöglichte die Identifikation von Genen, die an Stresstoleranz und Alkaloidbiosynthese beteiligt sind, und zeigte, dass Alkaloide überwiegend in den Hülsen gebildet und anschließend in die Samen transportiert werden. Schließlich wurde die Adoption von Lupinen und Biostimulanzien in der deutschen Landwirtschaft untersucht. Wirtschaftliche, institutionelle und wahrnehmungsbezogene Faktoren bestimmen gemeinsam die Anbauentscheidung: Lupinen werden für Fruchtfolge- und Futtervorteile geschätzt, während Ertragsrisiken, Marktbedingungen und Konkurrenzkulturen die Nutzung einschränken. Innovativere Betriebe setzen eher Lupinen ein, sehr große Betriebe stehen aufgrund komplexerer Unkrautkontrolle vor zusätzlichen Herausforderungen. Bei Biostimulanzien bestehen weiterhin Unsicherheiten hinsichtlich Wirksamkeit und Handhabung, während politische Rahmenbedingungen deren Einsatz tendenziell begünstigen. Marktvertrauen, Wissen und ökonomische Veränderungen wie steigende Düngemittelpreise beeinflussen Adoption und Anbauintensität deutlich. Insgesamt vereinte P³roLucas grundlagenorientierte und anwendungsnahe Forschung, lieferte neue genomische Ressourcen, belastbare Strategien zur Anwendung von Biostimulanzien und eine realistische Bewertung des Potenzials, Alkaloide parallel zur Proteinproduktion zu nutzen. Damit bietet die Ergebnisse des Projekts eine solide Grundlage für zukünftige Züchtung, Innovation und den Aufbau integrierter, lupinenbasierter Wertschöpfungsketten in der Bioökonomie.

BOOST FUND 2.0 Projektleiter

Dr. Marco Löhrer
Bio3 - Institut für Pflanzenphysiologie, RWTH Aachen
email: loehrer@bio3.rwth-aachen.de

Partner

Prof. Dr. Schaffrath & Dr. Löhrer, Bio3 - Institut für Pflanzenphysiologie, RWTH Aachen
Prof. Dr. Usadel & Dr. Wiese-Klinkenberg, IBG-4: Bioinformatik, Forschungszentrum Jülich
Prof. Dr. Pietruszka & Dr. Classen, IBOC - Bioorganische Chemie, HHU Düsseldorf
Prof. Dr. Hartmann & Dipl.-Oecotroph. Klink-Lehmann, ILR - Marktforschung der Agrar -und Ernährungswirtschaft, Universität Bonn

Projektlaufzeit

01.07.2022 - 31.12.2025

Förderung

P3roLucas ist Teil des NRW-Strategieprojekts BioSC und wurde vom Ministerium für Kultur und Wissenschaft des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert.