05.05.2010

Forschung Live

Mikrobieller Abbau von Bt-Maispflanzen

Maisstreu und Mikroorganismen

Stoppeln, so weit das Auge reicht. Es ist Mitte April, das Mais-Versuchsfeld liegt verlassen da, bis zur nächsten Aussaat sind es noch einige Wochen. Wissenschaftler aus Müncheberg sind angereist, um Proben der Maisstreu zu sammeln, die bei der Ernte im letzten Herbst auf der Ackerfläche belassen wurde. Sie untersuchen, ob der Anbau von Bt-Mais sich auf die bodenbewohnenden Bakterien und Pilze auswirkt, die die Streu abbauen.

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Ben Bubner und Dr. Regina Becker vom ZALF Müncheberg nehmen in jeder Anbauparzelle eine Maisstroh-Probe.

Dr. Andreas Ulrich leitet die Arbeitsgruppe am ZALF Müncheberg, die im Rahmen des BMBF- Forschungsverbundes zu Bt-Mais den Streuabbau untersucht.

Das abgeerntete Mais-Versuchsfeld.

Die Maiswurzeln graben sich teilweise in mehreren Etagen in die Erde.

Martina Wiemer misst am Infrarot-Gasanalysator, wie gut die Maisstreu von Mikroorganismen abgebaut wird.

Kohlendioxid-Menge, die in 100 Stunden beim Streuabbau von den Mikroorganismen freigesetzt wird. Im ersten Versuchsjahr gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen Bt-Mais und isogener Ausgangssorte, dafür aber zwischen diesen beiden und den beiden weiteren konventionellen Maissorten, die auf dem Versuchsfeld angebaut werden.

Ben Bubner mörsert das Maisstroh, das zuvor mit flüssigem Stickstoff schockgefroren wurde.

Fein gemahlenes Maisstroh, das Ausgangsmaterial für die Gewinnung von DNA und RNA.

Genetische Profile der Bakteriengemeinschaften, die die Streu der verschiedenen Maissorten abbauen. Jeder Peak repräsentiert eine andere Bakteriengruppe. Im ersten Versuchsjahr gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Bt-Mais, der isogenen Ausgangssorte und den beiden anderen konventionellen Maissorten.

Ausgestattet mit Plastiktüten und Latexhandschuhen sind Regina Becker und Ben Bubner auf dem Versuchsfeld unterwegs. In jedem Versuchsjahr nehmen sie dreimal Proben: Vier und acht Wochen nach der Ernte und kurz vor der nächsten Aussaat im Frühjahr. Quer über alle Anbauparzellen hinweg zieht sich ein Streifen, auf dem die Reste kompletter Maispflanzen auf der Erde liegen. Im Gegensatz zu der übrigen Anbaufläche wurden hier nur die Körner geerntet. Die Pflanzen sind noch lange nicht vollständig zersetzt; überall sieht man Reste von Kolben, Fahnen, Stängeln und Wurzeln. Auf jeder Anbauparzelle sammeln Regina Becker und Ben Bubner eine Handvoll Maisstreu ein. Nach eineinhalb Stunden sind alle Proben genommen und es geht zurück nach Brandenburg.

Müncheberg ist ein kleiner Ort am Rande der Märkischen Schweiz, 50 Kilometer östlich von Berlin. Auf dem Gelände des heutigen Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) wird seit 1928 zu Pflanzenzüchtung, Ackerbau und Bodenfruchtbarkeit geforscht. Heute arbeitet hier eine Vielzahl von Forschergruppen zu unterschiedlichen agrar- und forstwissenschaftlichen Themen. Im Forschungsbereich „Landschaftsstoffdynamik“ beschäftigt sich die Arbeitsgruppe von Andreas Ulrich unter anderem mit gentechnisch verändertem Bt-Mais.

In den letzten Jahren wurden in einigen wissenschaftlichen Studien Unterschiede zwischen dem mikrobiellen Abbau von Bt-Maissorten und ihren konventionellen Ausgangssorten gefunden. Als mögliche Ursache werden Unterschiede in der stofflichen Zusammensetzung der Pflanzen, z.B. im Ligningehalt, diskutiert, die indirekt durch den Einbau des Transgens in das Genom verursacht sein sollen. Durch einen verlangsamten Streuabbau könnten Fruchtfolgeprobleme entstehen, wie beispielsweise eine stärkere Anreicherung von Getreideschimmelpilzen (Fusarien). Andreas Ulrich und sein Team wollen herausfinden, ob es auch auf dem Mais-Versuchsfeld in Braunschweig Unterschiede beim Streuabbau gibt. Sie vergleichen die verschiedenen Sorten daraufhin, wie schnell die Streu abgebaut wird und welche Bakterien und Pilze daran beteiligt sind.

Sorteneffekte beim Streuabbau

Glasröhrchen, Schläuche, Pumpen - das ist der Arbeitsplatz von Martina Wiemer. Die Anlage, mit der die Streuabbaurate gemessen wird, füllt einen kleinen Raum. Martina Wiemer mischt genau abgewogene Mengen von Maisstrohmehl und Boden von jeweils einer Anbauparzelle. Die Gemische füllt sie in Glasröhrchen, die für hundert Stunden kontinuierlich mit Luft überströmt werden. Wenn die Mikroorganismen von den Pflanzenresten und aus den Bodenproben das Maisstrohmehl abbauen, verbrauchen sie Sauerstoff und produzieren Kohlendioxid. Ein Infrarot-Gasanalysator misst die Kohlendioxid-Konzentration in der Luft, bevor und nachdem sie durch die Proben geleitet wurde. Je besser das Maisstrohmehl von den Mikroorganismen abgebaut werden kann, desto mehr Kohlendioxid entsteht.

Im ersten Versuchsjahr gab es keine signifikanten Unterschiede im Streuabbau zwischen dem Bt-Mais und der isogenen Ausgangssorte. Statt dessen zeigte sich aber, dass die Streu der beiden anderen konventionellen Sorten, die auf dem Versuchsfeld angebaut werden, signifikant langsamer abgebaut wird als die der Bt-Maissorte und ihrer Ausgangssorte.

Genetische Profile: Keine Unterschiede

Im molekularbiologischen Labor wabern weiße Schwaden über die Arbeitsfläche. Für kurze Zeit meint man in einer Alchimistenküche zu stehen, wenn Ben Bubner flüssigen Stickstoff über das Maisstroh gießt. Nachdem das Stroh auf diese Weise schockgefroren wurde, kann es mit einem Mörser besonders fein gemahlen werden. Anschließend werden daraus DNA und RNA gewonnen.

Mit Hilfe einer molekularbiologischen Methode, der PCR , werden dann Abschnitte von Genen vermehrt, die bei allen untersuchten Bakterien und Pilzen vorkommen, von denen aber bekannt ist, dass sie gruppenspezifische Sequenzunterschiede aufweisen. Durch diese Sequenzunterschiede entstehen oder verschwinden die Erkennungssequenzen einiger Restriktionsenzyme. Deshalb entstehen bei der Behandlung der PCR-Produkte mit Restriktionsenzymen unterschiedlich große DNA-Fragmente. Diese können durch Elektrophorese der Größe nach aufgetrennt werden. Man erhält dann für jede Maissorte ein charakteristisches Peakmuster, ein so genanntes genetisches Profil, wobei jeder Peak eine bestimmte Bakterien- oder Pilzgruppe repräsentiert.

Im ersten Versuchsjahr gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Bt-Mais, der isogenen Ausgangssorte und den beiden anderen konventionellen Maissorten, was die Zusammensetzung der Bakterien- und Pilzgemeinschaften betrifft. Dagegen zeichnet sich ab, dass die Bodenbeschaffenheit einen deutlichen Einfluss hat. Um zu endgültigen Ergebnissen zu kommen, werden Andreas Ulrich und sein Team noch einige Male nach Braunschweig fahren und Streu sammeln müssen.