PhenGenFi - Präzisionsphänotypisierung und Hochdurchsatzgenotypisierung

13.03.2026 Pressemitteilung - ThüringenForst

Gemeine Fichten (Picea abies) entwickeln je nach Höhenlage unterschiedliche Kronenformen und Wachstumsstrategien. Hochlagenfichten im Thüringer Wald – etwa die „Schloßbergfichte“ bei Oberhof – bilden überwiegend schmale Kronen. Diese Architektur erhöht die mechanische Stabilität und reduziert Schneebruchrisiken. Tieflagenfichten zeigen häufig breitere Kronen und abweichende Wachstumsmerkmale (z.B. schnelleres Wachstum).

Bisher beschrieb die Forschung diese Unterschiede vor allem an älteren Bäumen. PhenGenFi untersucht zusätzlich das Jugendstadium. Das Projekt analysiert, ob genetische und äußerlich messbare Merkmale stabile Hochlagenfichten frühzeitig kennzeichnen und so erkennbar sind und so bereits bei Bestandespflege Hochlagen-Typen erhalten und gefördert werden können.

Die Ergebnisse schaffen eine wissenschaftliche Grundlage für die Auswahl geeigneter Herkünfte und stärken den standortangepassten Waldumbau im Thüringer Wald.

Zentrale Zielstellungen

Identifikation genetischer und phänotypischer Zeigermerkmale stabiler Hochlagenfichten
Vergleich von Hoch- und Tieflagenfichten im Sämlings- und Erwachsenenstadium
Entwicklung eines parametrisierbaren 3D-Modells der Kronenarchitektur
Simulation unterschiedlicher Lastsituationen (Schnee und Wind)
Anlage einer ex-situ Generhaltungsfläche zur Sicherung genetischer Ressourcen der Hochlagenfichte

Wissenschaftliche Fragestellungen

Lassen sich Hoch- und Tieflagenfichten bereits im Sämlingsstadium eindeutig unterscheiden?
Welche architektonischen Merkmale beeinflussen die Stabilität unter Schnee- und Windbelastung?
Welche Eigenschaften bieten unter verschiedenen Belastungsszenarien konkrete Vorteile?

Merkmale: Phänologie, Wachstum, Krone, Beastung, Nadeln, Stomata, Zapfen, Samen

Relevanz für ThüringenForst und Gesellschaft

PhenGenFi liefert belastbare Daten für die Auswahl standortangepasster Fichtenherkünfte. Das Projekt stärkt die Entwicklung stabiler, strukturreicher Dauerwälder im Thüringer Wald und sichert entsprechende genetische Ressourcen dieser heimischen Fichtenherkunft.

Die Sicherung der Hochlagenfichte erhält genetische Vielfalt und unterstützt die Anpassung an Extremwetterlagen mit Nassschnee. ThüringenForst integriert die Ergebnisse direkt in strategische waldbauliche Entscheidungen und erhöht die langfristige Stabilität von Schutz-, Nutz- und Erholungsfunktionen des Waldes.

Typische Wuchsform der Hochlagenfichten mit schmaler Krone. Auf dem letzten Bild sieht man schön den Vergleich, zwischen Hoch- und Tieflagenfichten. In der Mitte befindet sich die schmalkronige Hochlagenfichte und drumherum Tieflagenfichten mit ausladender Krone und zum Teil steil aufwärtsgerichteten Ästen.

Methodik und Untersuchungsdesign

Das Projekt gliedert sich in drei Teilvorhaben mit klarer Aufgabenverteilung.

Teilvorhaben 1 (TV1): Genomweite Assoziationsanalysen genetischer und epigenetischer Variation zur Früherkennung von Hochlagenfichten
Teilvorhaben 2 (TV2): Biomechanische Simulation der Kronenarchitektur von Fichten unterschiedlicher Herkünfte zur Quantifizierung adaptiver Vorteile des Hochlagen-Phänotyps
Teilvorhaben 3 (TV3): Phänotypisierung von Hoch- und Tieflagenfichten in Altbeständen

Datenerhebung und Auswertung

Teilvorhaben 1 – Früherkennung im Jugendstadium

Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung, Prof. Dr. Oliver Gailing

Das Team zieht Hoch- und Tieflagen-Sämlinge unter kontrollierten Bedingungen an. Es erfasst Keimungsraten, Höhenwachstum, Kronenentwicklung, Biomasseverteilung sowie physiologische Merkmale. Parallel analysiert es genetische und epigenetische Unterschiede. Die Auswertung identifiziert Merkmale, die eine frühe Differenzierung der Herkünfte ermöglichen.

Georg-August-Universität Göttingen, Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Ökoinformatik, Biometrie und Waldwachstum, Prof. Dr. Winfried Kurth

Die Forschenden vermessen adulte Fichten der Hoch- und Tieflagentypen detailliert. Sie erfassen unter anderem Kronenlänge, Verzweigungsstruktur, Astwinkel und Benadelung. Auf dieser Datengrundlage entwickeln sie ein parametrisierbares 3D-Strukturmodell, welches quantifizierbare Indikatoren zur Unterscheidung der Typen liefert.

Das Team simuliert mehrere Lastszenarien, darunter unterschiedliche Schneelasten und Windbelastungen. Es vergleicht verschiedene Kronentypen systematisch und analysiert, welche strukturellen Eigenschaften unter welchen Belastungsfällen Stabilitätsvorteile zeigen. Die Auswertung quantifiziert die mechanischen Unterschiede zwischen Hoch- und Tieflagentypen.

Teilvorhaben 3 – Feldaufnahmen und Generhaltung

ThüringenForst - AöR, Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum (FFK Gotha), Ingolf Profft

Das Teilvorhaben wählt geeignete Altbestände ab 175 Jahren aus und führt detaillierte phänotypische und phänologische Erhebungen durch. Es identifiziert geeignete Individuen für die langfristige Sicherung der genetischen Information.

Im Forstamt Oberhof, Revier Goldlauter (Abt. 242a1), richtet ThüringenForst eine Generhaltungsfläche ein. Die betriebseigene Forstbaumschule Gottlob König in Breitenworbis zieht die Pflanzen an. Die Pflanzung erfolgt im Herbst 2026.

Projektbeteiligte

Georg-August-Universität Göttingen

Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Forstgenetik und Forstpflanzenzüchtung, Prof. Dr. Oliver Gailing (TV1)
Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie, Abteilung Ökoinformatik, Biometrie und Waldwachstum, Prof. Dr. Winfried Kurth (TV2)

ThüringenForst - AöR

Forstliches Forschungs- und Kompetenzzentrum (FFK Gotha), Ingolf Profft (TV3)

Ergebnisse

Aus Teilvorhaben 1

Die Analysen zeigen signifikant höhere Keimungsraten bei Tieflagenherkünften als bei Hochlagenherkünften. Auch innerhalb der Hochlagenherkünfte unterscheiden sich die Nachkommenschaften einzelner Samenbäume signifikant.

Messungen der Sämlingshöhe im frühen Entwicklungsstadium bestätigen diese Unterschiede. Die Ergebnisse zeigen signifikante Differenzen sowohl zwischen Hoch- und Tieflagenherkünften als auch zwischen einzelnen Samenbäumen innerhalb der Hochlage.

Die Hochdurchsatz-Phänotypisierung erfasst zusätzlich Unterschiede in mehreren Architekturmerkmalen, darunter Pflanzenhöhe und konvexe Hüllenfläche. Auch Parameter der Chlorophyll-Fluoreszenz wie Quenching und Quantenausbeute unterscheiden sich zwischen den Varianten. Weitere Analysen sollen klären, welche dieser Unterschiede statistisch signifikant sind.

Aus Teilvorhaben 2

Die bisher erhobenen Datensätze liefern eine solide Grundlage für die Modellierung der Baumstruktur. Das Forschungsteam entwickelte eine Analysepipeline zur Parametrisierung eines statischen Strukturmodells adulter Fichten auf Basis von TLS-Punktwolken.

Die Auswertung bestätigt bekannte morphologische Unterschiede zwischen Hoch- und Tieflagenfichten. Die Daten quantifizieren diese Unterschiede erstmals systematisch.

Aus Teilvorhaben 3

Die geringe Fruktifikation im Jahr 2024 verhinderte neue Einzelbaumabsaaten. Die Forschenden griffen deshalb auf vorhandenes Saatgut aus der staatlichen Klenge in Fischbach zurück.

Für die Generhaltungsfläche der Hochlagenfichte identifizierte ThüringenForst eine geeignete Freifläche im Forstamt Oberhof, Revier Goldlauter. Die Forstbaumschule Gottlob König in Breitenworbis zieht die Pflanzen an. Die Pflanzung ist für Herbst 2026 geplant.

Parallel dazu wählte das Projektteam 269 Altbestände mit einem Alter von über 175 Jahren für detaillierte phänotypische und phänologische Untersuchungen aus. Rund drei Viertel dieser Flächen wurden bereits begangen. Dabei identifizierten die Forschenden insgesamt 56 geeignete Einzelbäume.

Wissenstransfer

Das Team bereitet zentrale Erkenntnisse für eine breitere Fachöffentlichkeit auf und veröffentlicht seine Ergebnisse in nationalen, internationalen Fachzeitschriften sowie auf wissenschaftlichen Konferenzen.

Zum Original-Beitrag: PhenGenFi - Präzisionsphänotypisierung und Hochdurchsatzgenotypisierung

13.03.2026 Pressemitteilung - ThüringenForst

Das Copyright für Text-/ und Bildmaterial liegt beim genannten Original-Herausgeber.

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Bildnachweis Foto: Dr. Horst Sproßmann

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Zentrale Zielstellungen

Wissenschaftliche Fragestellungen

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Methodik und Untersuchungsdesign

Datenerhebung und Auswertung

Teilvorhaben 1 – Früherkennung im Jugendstadium

Teilvorhaben 3 – Feldaufnahmen und Generhaltung

Projektbeteiligte

Ergebnisse

Aus Teilvorhaben 1

Aus Teilvorhaben 2

Aus Teilvorhaben 3

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