Morgen Kaffee?  

Text: Christian Schafmeister & querFELDein

Vier, fünf Tassen Kaffee sind es schon, die Kerstin Neumann jeden Tag trinkt. Und damit liegt die Wissenschaftlerin des IPK voll im Trend: Im Jahr 2024 betrug der Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland 163 Liter. Nun beschäftigt Neumann sich auch wissenschaftlich mit Kaffee und leitet im europäischen Forschungsprojekt BOLERO eines von fünf Arbeitspaketen. „Der Forschungsfokus unseres Instituts liegt eher auf Getreide und Hülsenfrüchten. Partner bei BOLERO wurden wir aufgrund unserer Erfahrungen im Bereich der Phänotypisierung. Unsere Möglichkeiten am IPK eine große Menge an Testpflanzen individuell in ihrem Wachstum genau und kontinuierlich zu beobachten, sind schon fast einzigartig“, erzählt die Arbeitsgruppenleiterin selbstbewusst.

Die Fragen, die sich das IPK und 13 weitere Partner im BOLERO-Projekt stellen, sind dieselben wie bei Getreide und anderen Kulturpflanzen. „Auch bei Kaffee geht es um die Anpassung an den Klimawandel, also an Hitze und Trockenheit, eine verbesserte Aufnahme und Nutzung von Nährstoffen und Wasser, aber auch die Anpassung an höhere Lagen beim Anbau“, erklärt die Leiterin der IPK-Arbeitsgruppe „Automatisierte Pflanzenphänotypisierung“. Wie alle Kaffeetrinkerinnen und -trinker merkt auch sie schon heute die Auswirkungen des Klimawandels im Alltag: Laut dem Statistischen Bundesamt (Destatis) stiegen die Verbraucherpreise für Bohnenkaffee im April 2025 um 12,2 Prozent gegenüber dem Vorjahresmonat. Im Vergleich zum April 2021 erhöhten sie sich sogar um 31,2 Prozent. Grund hierfür sind unter anderem Ernteausfälle durch extreme Wetterlagen.

Einmal um die ganze Welt

Kaffee gehört zur Familie der Rötegewächse und ist, im Vergleich zu Getreide, dessen Kultivierung vor rund 10.000 Jahren begann, eine vergleichsweise junge Kulturpflanze. Seit dem 17. Jahrhundert wird in Europa Kaffee getrunken – verbreitet durch die Araber und Türken. Die Gattung Coffea wurde im Jahr 1753 durch Carl von Linné aufgestellt. Bekannt sind 124 Arten, wovon fast alle ursprünglich aus tropischen, subtropischen Gebieten in Afrika, Madagaskar und den Maskarenen, einer Inselkette nördlich von Madagaskar, stammen. Heute befinden sich die Hauptanbaugebiete jedoch in Südamerika, vor allem in Brasilien. Doch auch auf der anderen Seite der Welt, beispielsweise in Vietnam oder Indonesien, wird Kaffee angebaut. Afrika liegt mit 10-15 % der weltweiten Kaffeeproduktion heute auf Platz Drei der Anbaugebiete. Hier stammen die Bohnen vor allem aus Äthiopien, Uganda, Kenia und Tansania.

Von den 124 Kaffeearten sind jedoch bislang nur zwei für den Markt relevant. Die mit einem weltweiten Marktanteil von bis zu 70 % am häufigsten angebaute Kaffeesorte ist Coffea arabica, deren Urform aus den Hochländern Äthiopiens und des Sudans stammt. Coffea arabica ist eine natürliche Hybride aus zwei Kaffeearten und entstand vor über 10.000 Jahren ohne menschlichen Einfluss. Eine der Elternpflanzen, Coffea canephora, wird ebenfalls angebaut, um daraus den Kaffee Robusta herzustellen. Mit etwas über 30 % Marktanteil ist er der zweithäufigste Kaffee der Welt.

Viele hochwertige Kaffeesorten wachsen am besten in höheren Lagen: „Nur dort findet zum Beispiel die Sorte Arabica die notwendige Licht- und Wassermenge, die richtigen Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht sowie den idealen Boden vor“, erläutert Neumann. Zumindest bislang. Durch den Klimawandel verschieben sich die jeweiligen Trocken- und Regenzeiten jedoch so rasant, dass sich die Pflanzen nicht mehr anpassen können.

Die Tropen in Sachsen-Anhalt

Um den Kaffeeanbau zukunftsfähig zu machen, konzentriert sich BOLERO auf die Wurzeln der Kaffeepflanze. Genau hier bietet das IPK mit seiner weltweit einzigartigen „Phänosphäre” die Möglichkeit, eine sogenannte „Hochdurchsatz-Phänotypisierung” von Kaffeepflanzen durchzuführen. “In der Phänosphäre können wir die Wachstumsbedingungen für Kaffeepflanzen sehr wirklichkeitsnah nachbilden: tropisches Klima inklusive realistischer Tagesverläufe bezüglich Licht und Temperatur – und das inmitten von Sachsen-Anhalt! Spezielle Pflanzkästen im sogenannten Rhizotronsystem erlauben es uns, die Wurzeln der Kaffeepflanzen während der gesamten Wachstumsperiode automatisiert und sehr genau zu erfassen. Der Begriff ‚Hochdurchsatz‘ bezieht sich also weder auf die Anzahl der angebauten Pflanzen noch darauf, dass diese in der Phänosphäre schneller wachsen würden. Es geht um die hohe Anzahl an Wurzeln, die wir auswerten können“, erläutert Neumann den Mehrwert der Phänosphäre.

In drei Versuchen am IPK wurde das Wachstum von insgesamt 700 Pflanzen, darunter auch vielversprechende Wildarten, beobachtet, dokumentiert und analysiert. „Für den ersten Versuch haben wir Jungpflanzen genutzt, die zuvor bei unserem Partner CIRAD in Frankreich herangezogen und anschließend nach Deutschland gebracht wurden“, erzählt Neumann. „Für die zwei folgenden Versuche haben wir die Pflanzen selbst angezogen – das können wir also nun auch“, schmunzelt die Forscherin. Ziel war es, die Kultur- und Wildarten unter unterschiedlichen Bedingungen wachsen zu lassen: einmal unter Stickstoffmangel und einmal mit ausreichender Versorgung. „Wir haben das Wurzelwachstum automatisiert mit Kameras zwei- bis dreimal pro Woche erfasst. Unser System schafft auch deutlich mehr, aber Kaffee wächst als Baumart ja eher langsam. Zusätzlich machen wir natürlich auch Aufnahmen vom Spross und haben somit auch das oberirdische Wachstum im Blick. So konnten wir beispielsweise sehen, dass sich der Stickstoffmangel stärker auf das Wachstum des Sprosses als der Wurzel auswirkt“, so Neumann.

Wurzeltausch

Der Fokus der Forschung auf die Wurzeln hat den Vorteil, dass auch andere Sorten von den Wurzeln einer Kaffeesorte profitieren können: „Kaffee kann einerseits über Samen und andererseits wie beim Wein über das Pfropfen angebaut werden“, erklärt Kerstin Neumann. Beim Pfropfen wird der Spross eines Kaffeebaums auf die Wurzel eines anderen Kaffeebaums gebunden, sodass sie zusammenwachsen. Das Pfropfen im Kaffeeanbau ist keine neue Idee, sondern wird schon seit vielen Jahren praktiziert. „In unseren Untersuchungsgebieten werden seit jeher 30 bis 40 Prozent der Kaffeebäume gepfropft. Das ist zusätzliche Handarbeit und wird nur gemacht, weil es sich lohnt“, so Neumann. Der Mehrwert zeigt sich vor allem in der Erntemenge und -qualität. „In BOLERO geht es uns nun darum, neue und noch bessere Kombinationen von Spross und Wurzelstock zu finden. Dafür nutzen wir auch gezielt Wurzeln von Wildarten“, so Neumann.

Die Tests finden jedoch nicht nur in der Phänosphäre des IPK statt: „In Vietnam und Nicaragua gibt es Feldtests von Frauenkooperativen, die dieses Pfropfen in 21 verschiedenen Kombinationen von Spross und Wurzeln durchführen. Dabei wurde eine sehr hohe Erfolgsrate mit Wildarten erzielt, wodurch die Ernten von Robusta- oder Arabica-Kaffee merklich profitierten. Unser Partner Illy-Kaffee auch eine anatomische Untersuchungen der Pflanzen durchgeführt, um zu klären, wie genau die Gewebe von Spross und Wurzel zusammengewachsen sind“, erläutert Neumann.

Nach den Versuchen am IPK und in den Anbaugebieten wurden die Wurzeln der Pflanzen geerntet und Proben an drei Projektpartner geschickt, darunter das bekannte italienische Kaffeeunternehmen Illy. Die Kolleginnen und Kollegen aus Italien nutzten die Proben des IPK für mikroskopische Untersuchungen der Wurzelanatomie und verglichen Kultur- und Wildarten miteinander. Weitere Proben gingen an das „Institute of Science and Technology Austria“ in Wien und an die Universität Utrecht in den Niederlanden.

„Wir alle wollen die Grundlage dafür schaffen, dass wir auch in Zukunft noch unseren geliebten Kaffee trinken können“, sagt die IPK-Wissenschaftlerin. Die Ergebnisse sollen jedoch nicht nur dem Kaffeeanbau zugutekommen. Bereits im Projektantrag für BOLERO wurde das Ziel formuliert, Methoden und Ergebnisse zu entwickeln, die auch auf andere Kulturarten wie Obst oder Wein übertragbar sind.

Weitere Informationen:

• Website des BOLERO-Forschungsprojektes

Hinweis zum Beitrag:

Bei der Erstellung dieses Beitrags kamen KI-Tools für Transkription, Textredaktion und Lektorat zum Einsatz. Die inhaltliche Redaktion erfolgte ausschließlich durch querFELDein, sowie die beteiligten Forscherinnen bzw. Forscher der Partnerinstitute.

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