30.10.2002

Forschung Projekte

Auswirkungen von Fruchtfolgen mit transgenen Nutzpflanzen (Mais und Zuckerrübe) auf Bodenmikroorganismen

(1998 – 2001) Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) (seit 2008 Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI)), Institut für Agrarökologie; Braunschweig

Thema

Zuckerrüben und Mais werden oft innerhalb eines dreijährigen Fruchtwechsels angebaut. In diesem Projekt sollten mögliche Auswirkungen einer mehrjährigen Fruchtfolge von gentechnisch veränderten herbizidresistenten Zuckerrüben- und Maispflanzen auf Bodenmikroorganismen untersucht werden.

Wie wirkt sich der Anbau der transgenen Pflanzen auf Struktur und Funktion von mikrobiellen Gemeinschaften in Böden aus?

Zusammenfassung

Es zeigte sich, dass jede Pflanzenart in dem umgebenden Boden eine charakteristische mikrobielle Gemeinschaft hat. Hingegen waren keine Unterschiede zwischen transgenen und nicht-transgenen Sorten feststellbar. Auch der eingesetzte Herbizid-Wirkstoff und die Form der Bodenbearbeitung hatten keine messbaren Auswirkungen auf die Mikroorganismen im Boden. Hingegen konnte ein Verschiebung der Gemeinschaften beim Altern der Pflanzen beobachtet werden.

Ein großer Teil der Bodenmikroorganismen ist gegenüber dem zur Unkrautregulierung eingesetzten Herbizid resistent. Es gibt aber auch Bakterien, die auf sehr hohe Konzentrationen des Herbizids empfindlich reagieren.

Versuchsbeschreibung

Anbauversuche. Auf einer Fläche von ca. vier Hektar wurden im Freiland innerhalb einer dreijährigen Fruchtfolge Mais und Zuckerrüben jeweils mit gentechnisch vermittelter Herbizidresistenz angebaut. Zwischenfrucht war nicht-transgener Weizen. Zur Kontrolle wurde die gleiche Fruchtfolge ohne GVO-Pflanzen untersucht. Hier wurden übliche Herbizide zur Unkrautregulierung eingesetzt.

Die Versuchsfelder beider Fruchtfolge-Varianten wurden jeweils in konservierender (pfluglos) und konventioneller (mit Pflügen) Bodenbearbeitung bestellt.

Dazu gab es Kontrolluntersuchungen ohne Herbizide.

Bodenmikroorganismen. Während der Fruchtfolge wurde die Vielfalt von Bodenmikroorganismen und Mikroorganismen aus den wurzelnahen Bodenschichten (Rhizosphäre) untersucht. Um die enorme Vielfalt der Bodenmikroorganismen der verschiedenen Versuchsparzellen erfassen und vergleichen zu können, wurde DNA direkt aus dem Boden bzw. der Rhizosphäre extrahiert. Zur Charakterisierung der Mikroorganismen und Bestimmung ihrer Verwandtschaft wurden mit einem speziellen PCR-Verfahren verschiedene variable Regionen der ribosomalen Gene (16S rRNA) miteinander verglichen.

Ergebnisse

Mikrobiologie. Über drei Jahre wurden genetische Profile aus Rhizosphären und Bodenproben aus Feldern mit transgenem Mais und Zuckerrübe erstellt.

  • Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den Pflanzenarten, d.h. jede Art entwickelte in dem umgebenden Boden eine spezifische mikrobielle Gemeinschaft.
  • Die Gemeinschaften zwischen gentechnisch veränderten Sorten und ihren nicht-veränderten Sorten unterschieden sich hingegen nicht.
  • Ebenso konnten keine Unterschiede als Folge von Herbizidbehandlung oder Bodenbearbeitung gefunden werden.
  • Unterschiede bei parallelen Bodenproben eines Feldes sind auf heterogene Bodeneigenschaften zurückzuführen.

Resistenzverbreitung bei Mikroorganismen. Ein erheblicher Teil der Boden-Mikroorganismen besitzt eine (natürliche) Resistenz gegenüber dem Komplementärherbizid, das mit den herbizidresistenten Mais- und Zuckerrübenpflanzen einzusetzen ist. Es wurden aber auch sensitive Bakterien identifiziert, allerdings reagierten die Bakterien nur auf Herbizidkonzentrationen oberhalb solcher, die in der Praxis im Feld auftreten.

Im Labor wurde die Herbizid-Resistenz von einem Bodenbakterium (Serratia sp.) auf E.coli-Bakterien übertragen und näher untersucht. Ziel ist es, die verantwortlichen Gene für die bei Bakterien weit verbreitete Herbizid-Resistenz zu identifizieren.