Freiburg, Germany
June 10, 2014
A lack of bees and other wild insects to pollinate crop plants can reduce harvest yields more drastically than a lack of fertilizer or a failure to provide the crops with sufficient water. When crops are adequately pollinated, on the other hand, the plants bear more fruit and their nutrient content changes. These are the findings of an experiment on almond trees conducted in California by the Freiburg ecologist Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein and her colleagues from the USA. The team published articles presenting their findings in the journals Plant Biology and PLoS ONE. Alexandra-Maria Klein will receive the 25,000-euro CULTURA Prize on Tuesday, 17 June 2014, for this and other research projects on the importance of insects for the pollination of crop plants. Conferred by the Alfred Toepfer Foundation, the prize recognizes European scientists for innovative and exemplary research approaches in the areas of nature conservation, agriculture and forestry, and related sciences.
Together with students and colleagues at the University of California, Berkeley, Alexandra Klein manipulated almond trees by preventing bees from pollinating blossoms with the help of cages, allowing the bees to pollinate the blossoms, or pollinating them by hand. In addition, the researchers watered and fertilized trees in accordance with local practices or gave them only little water or no fertilizer. In the case of several almond trees, they combined the various manipulations in order to study in isolation and in combination the effects on harvest yield and the composition of nutrients in the nuts. The almond trees that were pollinated by hand produced the most nuts, but they were also very small. By contrast, a tree that was left unpollinated hardly produced any nuts at all – but the few that it did produce were very large. The yield of the trees pollinated by bees was roughly 200 percent higher than that of self-pollinatedtrees.
Fertilization and watering only had an effect on harvest yield in combination with the pollination manipulations. However, the inadequately watered trees lost more leaves, and the leaves of the unfertilized trees increasingly turned yellow. This led the scientists to the conclusion that an almond tree can compensate for a lack of nutrients and water in the short term by directing stored nutrients and water to the fruits but cannot compensate for insufficient pollination. Furthermore, the scientists demonstrated that the composition of nutrients differs depending on the pollination mode: Nuts from the self-pollinated trees contained a lower proportion of linoleic acid but a higher proportion of vitamin E.
Original publications:
Klein, A.M., Hendrix, S.D., Clough, Y., Scofield, A., Kremen, C. 2014. Interacting effects of pollination, water and nutrients on fruit tree performance. Plant Biology, online first, DOI:10.1111/plb.12180
Brittain, C., Kremen, C., Garber, A., Klein, A.M. 2014. Pollination and plant resources change the nutritional quality of almonds for human health. PLoS ONE 9: e90082. DOI:10.1371/journal.pone.0090082
Press release of the Alfred Toepfer Foundation
Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein – Preisträgerin 2014
„Wenn die Biene einmal von der Erde verschwindet, hat der Mensch nur noch vier Jahre zu leben. Keine Bienen mehr, keine Bestäubung mehr, keine Pflanzen mehr, keine Tiere mehr, kein Mensch mehr.“ Damit die dramatische Warnung von Albert Einstein nicht Realität wird, erforscht Professor Alexandra-Maria Klein, wie sich Landschaftsänderungen auf Bienen und andere Bestäuber auswirken und wie sie als natürliche Alternative in der landwirtschaftlichen Produktion eingesetzt werden können. Für ihre wissenschaftliche Arbeit wird sie mit dem CULTURA-Preis 2014 ausgezeichnet.
Alexandra-Maria Klein untersucht Wildbienen und ihre Bedeutung für die Bestäubung von Nutzpflanzen. Ihre Arbeiten umfassen mechanistische Ansätze zum Verständnis des Einflusses von Wildbienen auf die Bestäubung von Pflanzen wie auch zur Interaktion zwischen Wildbienen und Honigbienen. Darüber hinaus hat sie deutlich gemacht, welche Bedeutung Wildbienen für eine nachhaltige Landwirtschaft haben und welchen Gefährdungen sie heutzutage ausgesetzt sind. Daraus leitete sie Handlungskonzepte für die Lebensraumverbesserung der Wildbienen ab, die geeignet sind, die Diversität der Wildbienenarten zu erhalten und ihre Leistungen für eine nachhaltige Lebensmittelproduktion sicherzustellen. Damit verknüpft ihre Forschungsarbeit wissenschaftliche Exzellenz und praktische Relevanz auf vorbildliche Weise. So fand sie zusammen mit Forschern aus den USA in einem Experiment an Mandelbäumen in Kalifornien heraus, dass der Ausfall von Bestäubern kurzfristig zu höheren Ertragseinbußen führen kann als fehlende Düngung oder stark reduzierte Bewässerung. Mangelhafte Bestäubung führt dabei nicht nur zu weniger Früchten, sondern auch zu veränderten Nährstoffgehalten in den Früchten.
Alexandra-Maria Klein, geboren 1972, ist Professorin für Naturschutz und Landschaftsökologie an der Universität Freiburg im Breisgau. Sie absolvierte ein Studium der Biologie an der Universität Göttingen und promovierte 2003 in Agrarökologie und Zoologie in Indonesien. Von 2007 bis 2008 war sie Gastwissenschaftlerin im Labor von Claire Kremen in Berkeley, 2010 habilitierte sie an der Fakultät für Agrarwissenschaften der Universität Göttingen. Im April 2010 wurde sie Professorin für Ökosystemfunktionen am Institut für Ökologie an der Universität Lüneburg, das sie bis 2013 leitete.
Die Preisverleihung findet am 17. Juni 2014 im Saal der Paulinerkirche in Göttingen statt.
Bienen können wichtiger als Dünger sein
Das Fehlen von Bienen und anderen wildlebenden Insekten als Bestäuber von Nutzpflanzen kann den Ernteeintrag der Landwirtschaft stärker mindern als ausbleibende Düngung oder stark reduzierte Bewässerung. Findet dagegen Bestäubung in ausreichendem Maß statt, tragen die Pflanzen mehr Früchte, und deren Nährstoffgehalte verändern sich. Diese Ergebnisse hat die Freiburger Ökologin Prof. Dr. Alexandra-Maria Klein gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den USA in einem Experiment an Mandelbäumen in Kalifornien erzielt. Das Team hat dazu Artikel in den Fachzeitschriften „Plant Biology“ und „PLoS ONE“ veröffentlicht. Für diese und weitere Arbeiten über die Bedeutung von Insekten für die Bestäubung von Kulturpflanzen erhält Alexandra-Maria Klein am Dienstag, 17. Juni 2014, den mit 25.000 Euro dotierten CULTURA-Preis. Die Alfred Toepfer Stiftung F.V.S. würdigt mit der Auszeichnung europaweit innovative und beispielhafte Arbeitsansätze auf den Gebieten Naturschutz, Land- und Forstwirtschaft sowie den damit verbundenen Wissenschaften.
Alexandra Klein manipulierte zusammen mit Studentinnen sowie Kolleginnen der University of California, Berkeley Mandelbäume, indem sie Bienen mit Hilfe von Käfigen vom Blütenbesuch ausschlossen oder die Bestäubung durch Bienen zuließen oder die Blüten mit der Hand bestäubten. Zudem bewässerten und düngten die Forscherinnen und Forscher Bäume nach lokalen Praktiken oder gaben ihnen nur wenig Wasser oder keinen Dünger. An einigen Mandelbäumen kombinierten sie die verschiedenen Manipulationen, um die Effekte auf den Ertrag und die Zusammensetzung der Nährstoffe in den Nüssen getrennt und in Kombination zu untersuchen. Mandelbäume, die mit der Hand bestäubt wurden, brachten die meisten Nüsse hervor, allerdings waren diese sehr klein. Dagegen trug ein Baum, der nicht bestäubt wurde, kaum Nüsse – aber sehr große. Der Ertrag durch Bienenbestäubung konnte im Vergleich zur Selbstbestäubung um etwa 200 Prozent gesteigert werden.
Düngung und Bewässerung hatten nur in Kombination mit den Bestäubungsmanipulationen einen Effekt auf den Ertrag. Allerdings verloren die unzureichend bewässerten Bäume mehr Blätter, und ohne Dünger wurden die Blätter vermehrt gelb. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schlossen aus den Ergebnissen, dass ein Mandelbaum kurzfristig Nährstoff- und Wasserentzug ausgleicht, indem Nährstoff- und Wasserreserven aus dem Baum in die Früchte geholt werden. Defizite in der Bestäubung kann der Baum allerdings nicht ausgleichen. Weiter zeigten die Wissenschaftler, dass die Nährstoffzusammensetzungen sich je nach Bestäubungsmanipulation unterschieden: Nüsse aus Selbstbestäubung enthielten einen geringen Anteil an Linolsäuren, aber einen höheren Anteil an Vitamin E.
Information der Alfred Toepfer Stiftung F.V.S.:
http://toepfer-stiftung.de/cultura-preis
Originalveröffentlichungen:
Klein, A.M., Hendrix, S.D., Clough, Y., Scofield, A., Kremen, C. 2014. Interacting effects of pollination, water and nutrients on fruit tree performance. Plant Biology, online first, DOI:10.1111/plb.12180
Brittain, C., Kremen, C., Garber, A., Klein, A.M. 2014. Pollination and plant resources change the nutritional quality of almonds for human health. PLoS ONE 9: e90082. DOI:10.1371/journal.pone.0090082
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