European Consortium for Europäisches Konsortium ... · Breeding 4 Entwicklung in der...
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Organic Plant breeding
EkoSeedForum 20th February 2014 Poznan, Poland
ÖkologischePflanzen-züchtung
European Consortium for Organic Plant BreedingEuropäisches Konsortiumfür ökologischePflanzenzüchtungwww.eco-pb.org
Monika [email protected]
Organic Plant Breeding
Need for new conceptsConcepts / Definitions
Categories of varietiesPosition Paper ECO-PBIFOAM NormsSystems Breeding accordingto E.Lammerts van Büren
Participatory breedingSpecific breeding goalsBreeding efficiencyValorization
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Notwendigkeit neuer KonzepteKonzepte / Definitionen
SortenkategorienPositionspapier ECO-PBIFOAM StandardSystemzüchtung nach E. Lammerts van Büren
Partipative ZüchtungSpezifische ZuchtzieleZüchtungseffizienzWertschätzung
Ökologische Pflanzenzüchtung
Reduced number of crops & varieties per cropAbnahme der genutzten Kulturarten & Anzahl Sorten pro Spezies
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Maize, rice & wheat cover more than 50% of global calorie demandMais, Reis & Weizen decken über 50% des globalen Kalorienbedarfs
Dramatic drop of varieties during last 80 yearsStarke Reduktion von Gemüsesorten in 80 Jahren
Adopted from Edith Lammerts van Büren (Wageningen University & Louis Bolk Institute) 22.Jan 2014 Demeter International Meeting in Brussels
Development in Plant Breeding
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Entwicklung in der Pflanzenzüchtung
from farmer’s activity to business breedingfrom breeder’s observation skills to technical / molecular genetic / informatic skillsfrom low cost to capital intensive, high throughput businessfrom open to closed systems (patents, club varieties)from many crops to few but highly profitabel cropsfrom seed regulations to protect farmers to regulations to support competitiveness of breeding companies
Von bäuerlicher Tätigkeit zu hoch professionellen ZüchtungsfirmenVom «Züchterblick» zu mehr technischen / molekuar-genetischen / Informatik-Kenntnissen und FähigkeitenVon niedrigen Kosten zu Kapital-intensiven Züchtungsaktivitäten und MaterialschlachtenVon offenen zu geschlossenen Systemen (Patente, Clubsorten)Von vielen Kulturen zu wenigen aber hoch profitablen KulturenVon Saatgutrecht zum Schutz der Landwirte zu einem Recht um die Wettbewerbsfähigkeit der Züchtungsfirmen zu schützen
Concentration on global seed market Globaliserung des globalen Saatgutmarktes
Howard, 2009, Visualizing Consolidation in the Global Seed Industry: 1996–2008 Sustainability 5
Varieties used in organic farming
I. Varieties derived fromconventional plant breeding
Selected under mainstream conditionsusing seed treatment, herbizides & mineral fertilizer
II. Varieties derived frombreeding programs for organicfarming (product oriented)
Refraining from gen technology and cellfusionIntegrating breeding goals for organicfarming & certain selection steps underorganic
III. Varieties derived fromorganic plant breeding programs(process oriented)
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I. Sorten aus konventionellen Zuchtprogrammen
Selektiert unter konventionellen Anbau-bedingungen mit Beizmittel, Herbizide & Mineraldünger
II. Sorten aus Zuchtprogrammen für den ökologischen Anbau (Produkt-orientiert)
Keine Anwendung von gentechnischen Methoden und ZellfusionenBerücksichtigung der Zuchtziele des ökologischen Anbaus & Durchführung einzelner Selektionsschritte unter ökologischen Bedingungen
III. Sorten aus ökologischer Pflanzenzüchtung (Prozess orientiert)
Sorten im ökologischen Anbau
ECO-PB Position paper on Organic Plant Breeding
within frame of IFOAM principles of organic agriculture
Improve Soil fertilityPromote agro-biodiversityConserve natural resourcesAiming for ecological equilibriumSocial justice and equalityProcess of breeding as important asfinal cultivar
Dignity of creatures withintrinsic value
Integrity of plantRespecting crossing barriersMaintain Fertility & Adaptability
Allow plant to interact with itsenvironment (epigenetic effects)
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Innerhalb der IFOAM Prinzipien zu ökologischen Landwirtschaft
BodenfruchtbarkeitAgro-BiodiversitätNatürliche RessourcenÖkologisches GleichgewichtSoziale Gerechtigkeit und GleichheitZüchtungsprozess gleichbedeutend wie die fertige Sorte
Würde der Kreatur mit Selbstwert
Integrität der PflanzeKreuzungsbarrierenFortpflanzungs- & Anpassungsfähigkeit
Wechselwirkung der Pflanze mit ihrer Umwelt ermöglichen (epigenetische Effekte)
ECO-PB Positionspapier zur ökologischen Pflanzenzüchtung
Aims of Organic Plant Breeding
Sustainable use of genetic resources Dynamic equilibrium of the whole agro-ecosystemFood security & nutritional qualityFood sovereigntySecure supply of plant productsServe welfare of society Improve Agro-biodiversityAdaptation to climate changeBreeding goals match demand of complete market chain incl. customers’ needs
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Nachhaltige Nutzung genetischer RessourcenDynamischen Gleichgewichts im GesamtsystemNahrungsmittelsicherheit & QualitätNahrungsmittelsouveränitätVersorgung pflanzlicher RohstoffeZum Wohle der GesellschaftErhöhung der Agrar-BiodiversitätAnpassung an KlimawandelZuchtziele orientieren sich am Bedarf der gesamten Wertschöpfungskette inklusive Kundenbedürfnisse
Ziele der ökologischen Pflanzenzüchtung
Criteria for Organic Plant BreedingEthical issues
Genom is respected as indivisibleentity, no technical/physicalintervention (e.g. isolated DNA)Cell is respected as indivisible functional entity, no technical/physical intervention (e.g. cell fusion)Maintain reproducibility in species specific mannerNo legal or technical barriers to restrict breeders’ right Natural crossing barriers Promotion of open pollinated varieties as alternative to F1 hybrids
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Ethische KriterienRespektierung der Integrität des Genoms, kein physischer oder technischer Eingriff (z.B. isolierte DNA)Respektierung der funktionellen Integrität der Zelle, kein physischer oder technischer Eingriff (z.B. Zellfusion)Erhaltung der Art-spezifischen VermehrungsweiseKeine legalen oder technischen Hürden die den ZüchtervorbehalteinschränkenNatürliche Kreuzungsbarrieren Förderung von offen abblühenden Populationen als Alternative zu F1-Hybriden
Kriterien für eine ökologische Pflanzenzüchtung
Criteria for Organic Plant BreedingBreeding criteria
Selection takes place under organicfarming to benefit from plant –environment interactionPhenotypic selection can besupplemented by other methods (e.g. Marker assisted selection)Exclusion of GMO progenies
Socio-economic criteriaExchange of genetic material isencouraged & patenting of livingorganisms is prohibitedDisclosure of breeding material andtechniques usedPromotion of participatory breedinginvolving all stakeholdersPlurality of breeding programs
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ZüchtungskriterienSelektion erfolgt unter ökologischen Anbaubedingungen um von Pflanzen-Umwelt-Wechselwirkungen zu profitierenPhänotypische Selektion kann durch andere Methoden ergänzt werden (z.B. Marker gestützte Selektion)Keine gentechnisch veränderten Kreuzungspartner
Sozio-ökonomische KriterienAustausch von genetischem Material & keine Patente auf LebewesenOffenlegung des verwendeten Zuchtmaterials und der Züchtungs-methodenFörderung der partizipativen Züchtung mit Teilhabe aller InteressensgruppenVielfalt von Züchtungsprogrammen
Kriterien für eine ökologische Pflanzenzüchtung
IFOAM Norms on organic plant breeding
Selection under organic conditionsRefraining from genetic engineeringDisclosure of breeding techniquesgenome as well as cell is respected as an impartible entitynatural reproductive ability No patents on seeds
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Selektion unter ökologischen BedingungenKeine GentechnikOffenlegung der ZüchtungsmethodenGenom und Zelle werden als unteilbare Einheit betrachtet Erhaltung der natürlichen ReproduktionsfähigkeitKeine Patente auf Saatgut
IFOAM Normen für ökologische Pflanzenzüchtung
Systems-based Breeding
Farmer-based, chain-based, or community based breeding approachesOn-farm ResearchParticipatory ResearchMulti stakeholder networkingOpen Source Action Research
Restoring/renewing lost relationships among partners in the community!
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Züchtungsansätze ausgehend von Landwirten, der Wertschöpfungs-kette oder der lokalen Bevölkerung / Gemeinschaft On – Farm ForschungPartizipative ForschungInterdisziplinäre NetzwerkeFrei zugängliche SortenAktionsforschung
Wiederherstellung der Beziehungen zwischen den verschiedenen Parntern einerGemeinschaft!
System basierte Pflanzenzüchtung
Proposed by Edith Lammerts van Büren (Wageningen University & Louis Bolk Institute) 22.Jan 2014 Demeter International Meeting in Brussels
Level of participation BeteiligungsgradConventional researchResearch managed on station oron farm trialsConsultativeInformation sharing, farmers areconsulted, scientists takedecisionCollaborative Task sharing between farmersand scientistsFarmer managedno scientists involved
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Optimal: collective decision in group processsharing of responsibilities Gonsolves et al. 2005
Konventionelle ForschungForscher-orientiert auf Versuchsstation oder beim Landwirt BeratendInformationsaustausch, Landwirte beraten, Wissenschaftler entscheidenZusammenarbeitAufgabenteilung Zwischen Landwirt und ForscherLandwirt-orientiert Ohne Wissenschaftler
Optimal: Kollektive Entscheide im Gruppenprozess, Verantwortlich-keiten werden gemeinsam getragen
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Formal plant breeding and seedsupply / Formale Pflanzenzüchtung
Participatory plant breeding andseed multiplication / PartizipativeZüchtung und Saatgutvermehrung
Participatory Cultivar Evaluation and Plant BreedingPartizipative Sortenprüfung und Züchtung
Participatory cotton breeding in IndiaPartizipative Baumwollzüchtung in Indien
15.03.201415
Collaboration between
bioRe associationChetna organicUAS Dharwad
FiBL
Participatory breeding of locally adapted Durum wheat
Goal: locally adapted varieties for local products, supporting diversity, strengthening of rural regionsComprehension of farmers, breeders, merchant, consumer, sociologists → leading to new breeding criteriaDecentralized on farm testingFarmers are involved in decision processes Marketing aspects are included from the start
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Ziel: lokal angepasste Sorten für lokale Produkte, Förderung der Biodiversität, Stärkung ländlicher RegionenVerständnis von Landwirten, Züchtern, Händlern, Konsumenten und Soziologen führen zu neuen ZuchtzielenDezentrale on Farm PrüfungenLandwirte sind in Entscheidungsprozess miteinbezogenMarkrelevante Aspekte wurden von Beginn an miteinbezogen
Partizipative Züchtung von lokal angepasstem Durum
Dominique Declaux (INRA Montpellier) www.selection.participative.cirad.fr
Edith Lammerts van Büren (Wageningen University & Louis Bolk Institute)Chain based breeding in Bioimpuls – organic late blight resistance potato breeding / Bioimpuls – ökologische Resistenzzüchtung auf Kraut- und Knollenfäule
Forscher
12 Landwirt-Züchter
6 Züchtungsfirmen
Organic farming systems ökologischer Kreislauf
Closed nutrient cycles, farm based fertiliser & biological N fixation
Species and genetic diversity on farm level
Self-regulating systems promotion of beneficial organisms, symbiota, soil microbiotaadapted
varieties
Conservation of resources, sustainable
soil fertility
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Bodenfruchtbarkeit
Angepasste Sorten
Agro-Biodiversität auf Betriebsebene
Ressourcenschonend und nachhaltig
Selbstregulierende Systeme; Förderung von Nützlingen, Symbiosen, Boden-mikroorganismen
Geschlossene Nährstoffkreisläufe, Betriebsdünger & biologische N Fixierung
Request of farmers
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An Ökobetriebe angepasste Sorten, stabile Erträge, hohes Qualitätsniveau bei geringem Input Spezifische Sortenansprüche:
Rasche JugendentwicklungNährstoffeffizienzUnkrautunterdrückungsvermögen bzw. UnkrauttoleranzResistenzen gegen samenbürtigeKrankheitenAusnutzung von Symbiosen mit Bodenorganismen
NachbaufähigkeitGrosse Auswahl an Arten & SortenVerbot von GVO (Cytoplastenfusion)Erhaltung und freier Zugang zu GVO freien genetischen Ressourcen
Forderungen der Landwirte
Varieties adapted to organic farms, high and stable yields with a high quality even under low-external input conditions Special requirements for varieties:
Fast youth developmentNutrient efficiency (slow releasing fertilizer)Capability of weed suppression or tolerant against weeds/weedingResistant towards seed born diseasesUtilization of symbioses with soil organisms
Possibility of farm saved seedsBroad choice of crops & varieties Prohibition of GMO (incl. cell fusion)Preservation and free access to GMO free genetic resources
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Conventional farming CF
Konventioneller Anbau
Organic farming OF
ökologischer Anbau
Selection trials with maize under organic farmingSelektionsversuche bei Mais unter ökologischem Anbau
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Dry matter grain yield of maize breeding material group 151 across 3 locations in 2008
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11
12
13
14
9 10 11 12 13 14
Conventional farming DMY (T/ha)
Org
anic
farm
ing
DMY
(T/h
a)
rp = 0.36
rg = 0.59Selected under CF
Most genotypes performing best under OF would be discarded by indirect selection under CF
Lost opportunities if selected under convential farming (CF)Chancenverlust bei Selektion unter konventiollem Anbau
Kornertrag von Maiszucht-material, das unter konventionellen (CF) und ökologischen Anbau an drei Orten in 2008 geprüft wurdeBeste Sorten
unter konv. Bedingungen
Beste Sorten unter ökol. Bedingungen
Die meisten dieser Sorten würden bei Selektinunter konv. Bedingungen weggeschmissen werden
Breeding for mixed cropping / Züchtung auf Mischkultureignung
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Plant – Plant Interaction / Pflanzen – Pflanzen Wechselwirkungen
Plant – soil microbe Interaction /Pflanzen – Boden Wechselwirkungen
Plant – Fauna –MicrobeInteraction /Pflanzen-Fauna-Mikroorganismen Wechselwirkungen
Plant BreedingPflanzen-züchtung
VarietyTesting
Sortenprüfung
Propagation
VermehrungConventional
breedingConventional Conventional
untreatedconventional
breedingconventional organic
Breeding forOrganic
organic organic
organic plant breeding
organic organic
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Organic seed system / Biosaatgut
Valorization of organic plant breeding along the value chainAuslobung der ökologischen Züchtung entlang der Wertschöpfungskette
24www.bioverita.ch
Vermittlung des Mehrwert ökologischer PflanzenzüchtungLabell für ökologische Produkte aus ökologisch gezüchteten Sorten
Communication tool to show added value of organic plant breeding Labell for organic products derived from organically bred cultivars
Thanks a lot for your attention
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Joseph Tychonievich
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit