14.11.2002

Forschung Projekte

Ökologische Untersuchungen zu möglichen Umweltrisiken gentechnisch veränderter virusresistenter Zuckerrüben (Themenschwerpunkt: Umweltverhalten verschiedener transgener Kreuzungshybriden aus Kultur- und Wildrüben bzw. Mangold)

(1992 – 2000) RWTH Aachen; Lehrstuhl für Biologie V

Thema

In drei aufeinander folgenden Projekten wurde untersucht, ob sich gentechnisch veränderte Zuckerrüben mit einer Resistenz gegen die von Viren ausgelöste Rizomania-Krankheit in der Umwelt anders verhalten als konventionelle Rüben.

Dabei ging es um drei Themenschwerpunkte.

Themenschwerpunkt (2): Umweltverhalten verschiedener Hybriden aus Kultur-, Wild- und Unkrautrüben sowie Mangold

Werden gentechnisch veränderte Zuckerrüben angebaut, sind Auskreuzungen auf verwandte Arten wie Mangold oder Wildrübe möglich. Es ist denkbar, dass die so entstehenden Kreuzungshybriden sich in der Umwelt anders verhalten als konventionelle Vergleichspflanzen.

  • Unterscheiden sich Kreuzungshybriden aus transgenen Zuckerrüben (Resistenz gegen Rizomania-Virus) und Wildrüben bzw. Mangold in ihrem Einbürgerungs- und Ausbreitungsverhalten von konventionellen Vergleichspflanzen?
  • Verleihen die integrierten Gene den transgenen Hybriden einen Fitnessvorteil, der sich in stärkerer Konkurrenzkraft, Überwinterungs- und Überdauerungsfähigkeit äußert?

Weitere Themenschwerpunkte:

Zusammenfassung

  • Konkurrenzverhalten. Die gentechnisch erzeugte Virusresistenz führt nicht zu einem stärkeren Konkurrenzverhalten der transgenen Hybriden. Bei Virusbefall zeigen transgene Hybriden eine leicht erhöhte Konkurrenzkraft gegenüber nicht-transgenen Vergleichpflanzen.
  • Überwinterungsverhalten. Weder in kalten noch in milden Wintern konnte ein unterschiedliches Überwinterungsvermögen zwischen transgenen und nicht-transgenen Hybriden festgestellt werden

Versuchsbeschreibung

Über mehrere Jahre wurden Freisetzungsversuche durchgeführt - an einem Standort mit Befall durch Rizomania-Virus (Mainz) und an einem Standort ohne Befall (Aachen).

In die Versuche einbezogen waren:

  • transgene virusresistente Zuckerrübensorten (mit einem Herbizidresistenz-Gen als Marker)
  • verschiedene Hybriden aus transgenen Zuckerrüben und Wildrüben bzw. Mangold. Diese wurden künstlich über Handbestäubung erzeugt.
  • die jeweiligen isogenen, nicht gentechnisch veränderten Vergleichslinien

Ergebnisse

Konkurrenzverhalten

Zur Simulation von Konkurrenzverhältnissen wird ein typisches Unkraut (Chenopodium album) in verschiedenen Dichten (hoch, niedrig, ohne) zusammen mit den zu untersuchenden Hybriden gepflanzt. Als Indikator für die jeweilige Konkurrenzkraft wird die Biomasseproduktion gemessen.

Die Versuche wurden an Standorten mit und ohne Virusbefall durchgeführt.

  • Transgene Hybride liefern nur dann eine höhere Biomasse, wenn keine Unkraut-Konkurrenz vorhanden ist und zudem Virusbefall vorliegt. Unter diesen Umständen verleiht die Virusresistenz einen Konkurrenzvorteil.
  • Unter allen übrigen Bedingungen waren zwischen transgenen und nicht-transgenen Hybriden keine signifikanten Unterschiede bei der Biomasseproduktion festzustellen
  • Konkurrenzdruck durch das Chenopodium-Unkraut führt bei allen Hybrid-Typen sowie bei transgenen Zuckerrüben zu einer verringerten Biomasseproduktion.
  • Virusbefall führt - unabhängig vom Konkurrenzdruck - zu einer geringeren Biomasse.

Überwinterungsverhalten der Pflanzen

Zuckerrüben sind zweijährige Pflanzen. Im ersten Jahr bilden sie den Rübenkörper aus. Um im zweiten Jahr zur Blüte zu kommen, müssen sie einen Winter überstehen. Dieses gelingt in Mitteleuropa nur unter milden klimatischen Bedingungen.

An verschiedenen Standorten mit und ohne Virusbefall wurde das Überwinterungsverhalten von Mangold- und Wildrübenhybriden untersucht. Im Herbst wurden die Felder nicht beerntet und im Frühjahr nach überlebenden Pflanzen untersucht. Erfasst wurden die überlebenden Pflanzen, die produzierten Samen und die fertilen Nachkommen.

Die Befunde wurden mit klimatischen Daten (Schneetage, Kältesummen) korreliert.

  • Die Überlebensrate nahm allgemein stark ab, wenn es häufig Temperaturen unter -4°C gab.
  • Die Untersuchungen mit transgenen Mangoldhybriden und den dazugehörigen Kontrollpflanzen konnten wegen des begrenzten Samenmaterials nur im Winter 1996/97 durchgeführt werden. Aufgrund des strengen Winters war an allen Standorten - mit und ohne Virusbefall - die Zahl der überlebenden Pflanzen sehr gering. Signifikante Unterschiede zwischen transgenen und nicht-transgenen Pflanzen waren nicht feststellbar.
  • Im Winter 1997/98 zeigten am Nicht-Befallsstandort verschiedene Hybriden ein höheres Überwinterungs- vermögen als die jeweiligen Ausgangslinien. Eine stärkere Vitalität der Hybriden kann mit dem Heterosiseffekt erklärt werden.
  • Keine signifikanten Unterschiede zeigten sich zwischen den transgenen Hybriden und ihren jeweiligen nicht-transgenen Kontrollpflanzen.