30.10.2002

Forschung Projekte

Abbau von Glufosinat in transgenem und nicht transgenem Mais und Raps

(1997 – 2000) Bayerische Landesanstalt für Ernährung und Bayerische Landesanstalt für Bodenkultur und Pflanzenbau, München

Thema

In transgenen herbizidresistenten Pflanzen ist im Vergleich zu konventionellen Pflanzen nach Anwendung des Komplementärherbizids mit einem veränderten Abbauverhalten zu rechnen. Am Beispiel von Raps- und Maispflanzen mit einer gentechnisch vermittelten Resistenz gegen das Herbizid Glufosinat (Wirkstoff Phosphinothricin) wurden in diesem Projekt folgende Fragen untersucht:

  • Gibt es Unterschiede im Abbau von Glufosinat in transgenen Pflanzen im Vergleich zu konventionellen Pflanzen?
  • Wie sind die Rückstände in den verschiedenen Pflanzenteilen verteilt?
  • Unterscheiden sich D- und L-Form des Wirkstoffs in ihrer Abbaubarkeit? Welche Rolle spielt es, ob der Abbau in Zellkulturen oder in ganzen Pflanzen im Freiland stattfindet? (Verschiedene Moleküle gibt es in zwei Varianten, die sich in ihrer räumlichen Form unterscheiden: die rechtsdrehende (D-) und die linksdrehende (L-) Form. Beide Varianten haben oft eine unterschiedliche Wirkung, die Mischung beider im Verhältnis 1:1 wird Racemat genannt.)

Zusammenfassung

In transgenen Pflanzen ist N-Acetyl-Phosphinothricin das Hauptumwandlungsprodukt (Metabolit) des eingesetzten Herbizids (Glufosinat). Darüber hinaus kommen in Zellen aus herbizidresistenten und konventionellen gegen das Herbizid empfindlichen Pflanzen dieselben Abbauprodukte vor.

Die D-Form des Herbizid-Wirkstoffs wird nicht von den Pflanzen abgebaut. Im Freiland können Bakterien die D- in die L-Form umwandeln, die dann in den Pflanzen weiter abgebaut werden kann

Versuchsbeschreibung

Der Versuch geht von der Annahme aus, dass die festgelegte Herbizid-Höchstmenge beim Anbau von transgenem Raps und Mais nicht überschritten und die gute fachliche Praxis eingehalten wird. Die Untersuchungen basieren auf einer entsprechenden Dosierung des Herbizids.

Unterschiede im Abbau von Glufosinat

Unterschiede im Abbau von Glufosinat wurden in Zellkulturen und in Pflanzen untersucht.

  • Für die Abbaustudien an sterilen Zellkulturen wurden jeweils herbizidsensitive (konventionelle) und herbizidresistente (transgene) Raps- und Maiszellen mit radioaktiv markiertem Herbizid versetzt und nach 3-21 Tagen vom Nährmedium abfiltriert.
  • Die Abbaustudien an transgenen Raps- und Maispflanzen erfolgten unter Freilandbedingungen (in einer Gitterhalle). Auf die Blätter wurde im Frühjahr der radioaktiv markierte Wirkstoff aufgetragen.

Verteilung der Rückstände in den verschiedenen Pflanzenteilen

Zur Ernte wurden verschiedene Pflanzenteile (behandelte und unbehandelte Blätter, Stängel und Körner) entnommen und untersucht.

Unterschiede zwischen D- und L-Form des Wirkstoffs

Die Zellkulturen ebenso wie die transgenen Pflanzen wurden jeweils sowohl mit beiden Formen des Wirkstoffs gemeinsam als auch einzeln behandelt und untersucht.

Extrakte aus den Pflanzenteilen bzw. der filtrierten Zellen wurden mit einer speziellen Methode untersucht. Die Abbauprodukte wurden durch Vergleich mit bekannten, radioaktiv markierten Referenzsubstanzen identifiziert und über die Radioaktivität quantifiziert (Radiodetektion und Szintillationsmessung).

Ergebnisse

Unterschiede im Abbau von Glufosinat

In transgenen Zellen und Pflanzen war N-Acetyl-Phosphinothricin das Hauptumwandlungsprodukt. Dieses bleibt in transgenen Pflanzen stabil.

Zusätzlich wurden in geringen Mengen dieselben Abbauprodukte (Methylphosphinicofettsäuren) wie in Zellen aus herbizidempfindlichen Pflanzen gefunden.

Verteilung der Rückstände in den verschiedenen Pflanzenteilen

Ungefähr 70-90% des auf die transgenen Pflanzen aufgebrachten Herbizids gehen im Laufe der Vegetationsperiode durch Regen und abgefallene Blätter wieder verloren. Zur Ernte wurden die höchsten Rückstandsgehalte in den behandelten Blättern (4-15% der verabreichten Menge), die niedrigsten in Maiskörnern bzw. Rapssamen (0,1-0,6%) nachgewiesen.

Unterschiede zwischen D- und L-Form des Wirkstoffs

Weder in sensitiven noch in transgenen Pflanzenzellen wurde die D-Form des Herbizid-Wirkstoffs umgewandelt. Alle Umwandlungsprodukte entstanden aus der L-Form. Die D-Form wird auch in ganzen transgenen Pflanzen nicht abgebaut, sondern größtenteils mit dem Regen abgewaschen.

95 Prozent der Gesamtrückstände des Herbizids waren wasserlöslich.