Die Kartoffel (Solanum tuberosum), in Teilen Deutschlands, Österreichs und der Schweiz auch als Erdapfel, Erdbirne,Eintrag im Wiktionary Grundbirne, Potaten (nur im Plural), TüffkeGrimms Wörterbuch und unter weiteren Regionalnamen bekannt, ist eine Nutzpflanze aus der Familie der Nachtschattengewächse (Solanaceae). Im allgemeinen Sprachgebrauch werden mit Kartoffeln meist die im Boden heranwachsenden Knollen bezeichnet, mit denen die Pflanze sich vegetativ vermehrt und welche als einzige Pflanzenteile essbar sind, da sie wenig Solanin enthalten.
Das Wort Kartoffel (im 17. Jahrhundert noch Tartuffel) leitet sich von ab, dem italienischen Wort für Trüffel, das wiederum abgeleitet ist von lateinisch terrae tuber („Erdknolle“). Die nur entfernt verwandte Süßkartoffel (Ipomoea batatas) bekam ihren Namen wegen der ähnlichen Verwendung und des ähnlichen Aussehens der Knollen.
Die Samen werden in tomatenähnlichen Beeren gebildet, welche, wie alle grünen Teile der Pflanze und die Keime der Knolle, für Menschen leicht giftig sind.
Weltweit werden jährlich seit 2011 zwischen 350 und 370 Millionen Tonnen Kartoffeln geerntet. Die Kartoffel(knolle) ist eines der wichtigsten Nahrungsmittel der Welt, daneben aber auch Futtermittel und Industrierohstoff. Wegen ihrer überwiegend giftigen Pflanzenteile (alles Grüne und die Keimlinge) wurde die Kartoffel im Jahr 2022 zur Giftpflanze des Jahres gewählt.Kartoffel zur Giftpflanze des Jahres gekürt. Botanischer Sondergarten zu Wandsbek, https://www.hamburg.de/wandsbek/gdj-2022-kartoffel/
Beschreibung
Erscheinungsbild und Blatt Kartoffeln sind aufrecht oder kletternd wachsende, ausdauernde krautige Pflanzen, die Wuchshöhen von über 1 Meter erreichen können. Die Sprossachse ist manchmal vierkantig, teilweise sogar geflügelt. Unterirdisch oder knapp über der Oberfläche bildet die Pflanze knollentragende Stolone aus.
Die wechselständig angeordneten Laubblätter sind in kurzen Blattstiel und Blattspreite gegliedert. Die unpaarig gefiederte Blattspreite ist 10 bis 30 Zentimeter lang und 5 bis 15 Zentimeter breit. Die sich gegenüber oder auch wechselständig stehenden Teilblätter sind leicht bis stark behaart, oft von unterschiedlichster Form und Größe. Die größeren Teilblätter sind zum Teil gestielt und sind bei einer Länge von 2 bis 10 Zentimetern sowie einer Breite von 1 bis 6 Zentimetern eiförmig bis länglich-eiförmig mit etwas herzförmiger Basis sowie spitzem bis zugespitztem oberen Ende. Die kleineren Teilblätter sind bei einem Durchmesser von 2 bis 15 Millimetern breit-eiförmig bis kreisförmig und besitzen eine Basis, die mehr herzförmig ist, ein stumpferes oberes Ende. Die Teilblätter sind mehr oder weniger dicht flaumig behaart.
Blütenstand und Blüte mini|Blüten der Kartoffel Die Blüten stehen in trugdoldenförmigen Blütenständen. Die Blütenstandsschäfte sind 5 bis 15 Zentimeter lang und behaart. Die Blütenstiele sind ebenfalls behaart und 3 bis 35 Millimeter lang.
Die zwittrigen Blüten sind radiärsymmetrisch und fünfzählig mit doppelter Blütenhülle. Der Blütenkelch ist bei einem Durchmesser von 1,5 bis 2 Zentimetern glockenförmig und fünflappig. Die Kelchlappen sind spitz bis stark zugespitzt. Die Kronblätter sind weiß bis blau, die Krone ist doppelt so lang wie der Kelch und hat einen Durchmesser von 3,5 bis 4 Zentimeter. Die gelben Staubbeutel stehen frei, aufrecht und porig.
Frucht und Samenknollen mini|Früchte der Kartoffelpflanze (oberirdisch, giftig) Die Frucht ist eine gelblich-grüne, zweikammerige Beere mit vielen SamenJames A. Duke: Solanum tuberosum L. In: Handbook of Energy Crops. 1983, unveröffentlicht., die aufgrund des enthaltenen Solanins nicht für den menschlichen Verzehr geeignet ist.
Ontogenese mini|Unterer Teil einer Pflanze, die Mutterknolle ist dunkel gezeichnet.
Die Keimung erfolgt epigäisch. Am Beginn treten nur die Wurzelanlage und das Hypokotyl aus der Samenschale hervor, während die Keimblätter zunächst noch in ihr verbleiben. Erst später verlassen auch sie die Samenschale, ergrünen und werden zu den ersten Assimilationsorganen. Die zunächst gebildeten Primärblätter sind noch einfacher gebaut als die später gefiederten Folgeblätter.Wilhelm Troll: Praktische Einführung in die Pflanzenmorphologie. Teil 1: Der vegetative Aufbau. Gustav Fischer Verlag, Jena 1954, , S. 226–230.
An den basalen Teilen des Sprosses treiben Achselknospen aus, die in den Boden eindringen und dort waagrecht (plagiotrop) ausläuferartig weiterwachsen und zu den Stolonen werden. Anstatt Laubblättern tragen sie Schuppenblätter. Die Enden dieser Ausläufer verdicken sich und wandeln sich in die Knollen um. Es handelt sich hierbei um ein primäres Dickenwachstum. Es sind also Sprossknollen. Die Knolle besitzt nur kleine, schuppenartige Blätter, die jedoch hinfällig sind, also früh abfallen. In den Achseln der Blattnarben sitzen die Knospen (hier Augen genannt), aus denen die Knolle nach der Ruhephase wieder austreibt. Die Knolle ist polar differenziert: Die Basis, das der Mutterpflanze zugewendete Ende, wird Nabelende genannt. Es ist die Ansatzstelle des Ausläufers, der nach Reifung der Knolle zugrunde geht. An der Spitze sitzt die Endknospe in einer grubenartigen Vertiefung. Beim Wiederaustrieb wächst bevorzugt die Endknospe aus, die dann senkrecht (orthotrop) wachsend einen Luftspross bildet.
Vor allem in der Schale der Kartoffel und in der Schicht darunter befinden sich Alkaloide, wie Solanin und Chaconin, die eine natürliche Abwehrbarriere zum Beispiel gegen Bakterien und Insekten bilden. Der Solanin-Gehalt steigt bei der Lagerung unter Lichteinfluss. Grüne Stellen sowie Keime müssen vor dem Verzehr entfernt werden, da es sonst zu Vergiftungserscheinungen wie Durchfall, Erbrechen, Kopfschmerzen oder Schlimmerem kommen kann.
Taxonomie und Systematik Solanum tuberosum wurde 1753 von Carl von Linné in Species Plantarum Band 1 Seite 185 erstbeschrieben.
Solanum tuberosum gehört innerhalb der Gattung der Nachtschatten (Solanum) zur Untergattung Potatoe und wird in die Sektion Petota eingeordnet. Zu dieser Sektion gehören schätzungsweise 190 Arten, von denen viele Wildarten sind (ebenfalls knollentragend). Zudem existiert eine große Anzahl an südamerikanischen Landsorten, die zum Teil mit zu Solanum tuberosum gerechnet werden, andererseits jedoch auch in bis zu 21 eigene Arten aufgeteilt werden. Die nächsten wilden Verwandten der kultivierten Kartoffel werden im Solanum brevicaule-Komplex zusammengefasst. Aufgrund phylogenetischer Untersuchungen konnte die Herkunft der südamerikanischen Landsorten und damit auch der kultivierten Kartoffel auf die südperuanische Art Solanum bukasovii aus dem Solanum brevicaule-Komplex zurückgeführt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchung widerlegten damit die These, dass die kultivierten Kartoffeln mehrere Ursprünge besitzen.
Genom und Gentechnik Das Potato Genome Sequencing Consortium, ein Team aus 29 Forschungsgruppen aus 14 Ländern, begann im Januar 2006 mit der Arbeit an der Sequenzierung. Am 10. Juli 2011 wurde das Genom der Kartoffel in Nature veröffentlicht. Die 1n = 12 Chromosomen enthalten mehr als 39.000 proteincodierende Gene.Genome sequence and analysis of the tuber crop potato bei nature.com, Nature volume 475, pages 189–195 (14 July 2011), abgerufen am 20. Mai 2018.Chloe McIvor: All eyes on the potato genome. In: Nature, 10. Juli 2011. Die haploide Chromosomenzahl 12 ist mikroskopisch an den meiotischen Bivalenten zu zählen.Xiaomin Tang, Jan M de Boer, Herman J van Eck, Christian Bachem, Richard G F Visser, Hans de Jong: Assignment of genetic linkage maps to diploid Solanum tuberosum pachytene chromosomes by BAC-FISH technology. In: Chromosome Res 17, 7, 2009: 899–915. Es gibt tausende Kultursorten; die meisten sind nicht mehr Diplonten (2n = 24), sondern haben durch züchterische Auswahl einen tetraploiden Chromosomensatz, nämlich 2n = 4x = 48.Ruth Freire, Marius Weisweiler, Ricardo Guerreiro, Nadia Baig, Bruno Hüttel, Evelyn Obeng-Hinneh, Juliane Renner, Stefanie Hartje, Katja Muders, Bernd Truberg, Arne Rosen, Vanessa Prigge, Julien Bruckmüller, Jens Lübeck, Benjamin Stich: Chromosome-scale reference genome assembly of a diploid potato clone derived from an elite variety. In: G3 (Bethesda) 11, 12, 2021.
Die Kenntnis der DNA-Sequenz soll es Züchtern ermöglichen, Ertrag, Qualität, Nährwert und Krankheitsresistenz zu verbessern. Auch soll die Zeit für die Gewinnung neuer Sorten (derzeit 10–12 Jahre) verkürzt werden. Eine wichtige Entdeckung sind über 800 Krankheitsresistenzgene, von denen jedes potenziell zur Bekämpfung bedeutender Krankheiten wie des Befalls mit Goldnematoden oder der Kartoffelfäule eingesetzt werden kann.
Die wichtigste Entdeckung der Kartoffelgenforschung ist die Klärung der lange ungelösten Herkunftsfrage knollentragender Kartoffelpflanzen. Durch die Gensequenzierung konnte plausibel gemacht werden, dass die moderne Kartoffel vor etwa neun Millionen Jahren aus einer Kreuzung zwischen Tomatenpflanzen und kartoffelähnlichen (aber nicht knollentragenden) Gewächsen in Südamerika hervorgegangen ist. Bereits bekannt war, dass die drei Sektionen Petota, Etuberosum und Tomato aus der Untergattung Potatoe innerhalb der Gattung Nachtschatten (Solanum) eng miteinander verwandt sind, aber dass die Kartoffel durch Hybridisierung entstanden ist, gilt als Überraschung. Es zeigte sich, dass eine Schwesterbeziehung zwischen den Sektionen Petota und Tomato, die bislang angenommen wurde, unwahrscheinlich ist; auch eine Schwesterbeziehung zu Etuberosum kommt nicht in Frage. Vielmehr stellte sich heraus, dass Tomato und Etuberosum die mutmaßlichen Elternpflanzen von Petota sind. Nachdem sich Vertreter dieser Gruppen gekreuzt hatten, begann die daraus hervorgehende Hybridpflanze damit, Knollen auszubilden, eine Eigenschaft, über die keine der Elternpflanzen verfügt. Zeitlich fiel das Kreuzungsereignis mit der Auftürmung der Anden zusammen und fand damit in einer Phase statt, in der neue ökologische Lebensräume entstanden. Knollen ermöglichten es den Kartoffelpflanzen, sich ohne Samen oder Bestäubung zu vermehren. Diese durch eine Kombination unterschiedlicher Gene beider Eltern erworbene Eigenschaft trug zur raschen Ausbreitung und Besiedlung ökologischer Nischen bei und führte zu einer explosionsartigen Diversifizierung und Anpassung an unterschiedlichste Lebensräume, zu der die Elternarten nicht in der Lage waren.
Biotechnologie
Die Stärke der transgenen Kartoffelsorte Amflora besteht durch Ausschalten der Amylose-Synthese mit Antisense-RNA fast ausschließlich aus Amylopektin und ist somit für industrielle Anwendungen geeignet. Amflora wurde im März 2010 zum Anbau zugelassen, die Genehmigung wurde jedoch inzwischen wieder zurückgezogen.Dixelius, C. et al. (2012). „European agricultural policy goes down the tubers.“ Nat Biotechnol. 30(6): 492–493. doi:10.1038/nbt.2255. Parallel dazu hat das Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie (IME) mit dem TILLING-Verfahren eine Kartoffelsorte gezüchtet, die als Stärke ausschließlich Amylopektin enthält. Dieses Verfahren kommt ohne Gentechnik aus, so dass es sich um eine konventionelle Kartoffel handelt.Fraunhofer-Gesellschaft: Turbo-Züchtung schafft Super-Kartoffel, Presseinformation vom 8. Dezember 2009.Muth, J. et al. (2008). „Precision breeding for novel starch variants in potato.“ Plant Biotechnology Journal 6(6): 576–584. doi:10.1111/j.1467-7652.2008.00340.x.