PDF / 53,9 MB - Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft

Bericht des Instituts für Biodiversität (BD)
terschiedliche Cry-Proteine (Cry1A.105, Cry2Ab2, Cry3Bb1)
produziert, auf die Umwelt untersucht. Um potenziell durch
die Cry-Proteine verursachte Effekte von Sorteneffekten unterscheiden
zu können, wurden neben der gentechnisch veränderten
Sorte auch die Ausgangssorte sowie zwei konventionelle
Maissorten angebaut.
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Abb. 1: Entnahme von
Bodenproben aus dem
Wurzelbereich (Rhizosphäre)
von Freilandkultivierten
Bt-Mais
Pflanzen – Soil sampling
from rhizosphere of
field grown Bt-maize
In unserem Projektteil ging es darum, die Konzentrationen der
Cry-Proteine zu bestimmen und Effekte auf die Diversität natürlicher
Bakteriengemeinschaften im Wurzelraum (Rhizosphäre)
von Maispflanzen (Abb. 1) und auf die bakterielle Darmflora
von Bienen zu erfassen. Beide ökologische Nischen sind dadurch
charakterisiert, dass es zu einer relativ hohen Exposition gegenüber
den Cry-Proteinen kommen kann, und deshalb dort negative
Auswirkungen am Wahrscheinlichsten wären. Für Pollen wurden
Cry-Proteinkonzentrationen im Bereich von 0,33 µg bis 8,6 µg
je g Frischgewicht nachgewiesen. In der Rhizosphäre ließen sich
jedoch nur Konzentrationen von maximal 0,44 ng je g Boden
(TG) nachweisen.
Die Diversität der Bakteriengemeinschaften wurde mit Hilfe
kultivierungsunabhängiger genetischer „Fingerabdrücke“ auf
Grundlage von PCR-amplifizierten 16S rRNA Genen bestimmt.
Die bakteriellen Gemeinschaften unterschieden sich in der Rhizosphäre
der verschiedenen Wurzelabschnitte (Fein- und Grobwurzeln)
deutlich. Die Vielfalt der Bakteriengemeinschaften in den
Rhizosphären war außerdem für jede der vier Sorten charakteristisch.
Der Unterschied zwischen der gentechnisch veränderten
Sorte und den anderen ging nicht über den natürlichen Sorteneffekt
hinaus. Erstmals wurde im Rahmen dieses Vorhabens die
Vielfalt der PCR-amplifizierten 16S rRNA Gene mit Hilfe neuer
DNA-Hochdurchsatzsequenzierung (Pyrosequenzierung) charakterisiert.
Von zehn unterschiedlichen Proben der Rhizosphäre des
Bt-Mais, der Vergleichssorten und von Fein- und Grobwurzeln
derselben Pflanzen wurden insgesamt 600.000 DNA-Sequenzen
von rRNA Genen erhalten. Die Ergebnisse erlauben einen bisher
nicht möglichen, umfassenden Blick auf die mikrobielle Diversität
in den Rhizosphären der Maispflanzen. Erste Analysen der
noch laufenden bioinformatischen DNA-Auswertungen geben
keinen Hinweis auf besondere Effekte des Bt-Mais im Vergleich
zu den herkömmlich gezüchteten Sorten.
Die Untersuchungen der Bienendärme (Abb. 2) zeigten, dass
diese von nur wenigen unterschiedlichen Bakterien besiedelt
waren. Die genetischen Fingerabrücke der Bakteriengemeinschaften
waren empfindlich genug, Unterschiede zwischen Mittel-
und Enddarm der Bienen zu detektieren. Außerdem wiesen
die Ergebnisse darauf hin, dass sich die Zusammensetzung der
Bakteriengemeinschaften von den Pollen der unterschiedlichen
Maissorten beeinflussen ließ. Es gab keinen Hinweis auf Veränderungen
durch die Aufnahmen von Pollen mit und ohne Cry-
Proteine.
Die Arbeiten werden durch das BMBF gefördert.
Abb. 2: Präparierter Darm einer Honigbiene, der auf bakterielle Besiedlung
untersucht wurde, mit Honigblase (Hb), Mitteldarm (Md)
und Enddarm (Ed) – Gut of honey bee which was analyzed for its
associated bacterial diversity with the respective compartments
honey stomach (Hb), midgut (Md), and hindgut (Ed).Foto: Harmen
Hendriksma, Universität Würzburg
2. Agrobiodiversität im Klimawandel
2.1 Screening von Sorghum-Genotypen hinsichtlich ihrer
Wachstumsreaktion unter geänderten Klimabedingungen–
Screening of Sorghum-genotypes with respect to the growth response
to future climate change
Remy Manderscheid, Martin Erbs, Hans-Joachim Weigel
Sorghum-Hirse ist wie Mais eine C 4 -Pflanze mit hoher Wachstumsrate
während der warmen Sommermonate und wird im
Energiepflanzenanbau als eine mögliche Alternative zu Mais
gesehen. Angesichts des Klimawandels (u. a. steigender CO 2 -
Konzentrationen und Zunahme der Sommertrockenheit) war zu
prüfen, wie Sorghum darauf reagiert und ob es genotypische
Unterschiede in der Reaktion auf den Klimawandel gibt, die für
eine optimale Anpassung von Sorghum an zukünftige Klimabedingungen
genutzt werden könnten. Dazu wurde 2010 ein
zweijähriges Feldexperiment begonnen, in dem das Wachstum
verschiedener Sorghum-Sorten und einer Energiemaissorte bei
normaler und erhöhter CO 2 -Konzentration sowie bei unterschiedlicher
Wasserversorgung untersucht werden soll. Die Manipulation
der CO 2 -Konzentration erfolgte mit der FACE-Technik,
und die unterschiedliche Wasserversorgung (feucht/trocken)
wurde durch Zusatzbewässerung und eine Regenausschlussvorrichtung
(Rain-Shelter) erzielt (Abb. 3), die Niederschlag nach
Bedarf abhielt. Dies führte zu einem Abfall der Bodenfeuchte
im August (Abb. 4), der sowohl bei Sorghum als auch bei Mais
unter CO 2 -Anreicherung verlangsamt war. Trotzdem war der Einfluss
der Wasserversorgung auf die Trockenmasseerträge eher
gering, was wahrscheinlich auf der ungewöhnlich feuchten und
strahlungsarmen Witterung im August basierte.