Auswirkungen von Bt-Mais auf Maisstroh abbauende Mikroorganismen

Thema

In diesem Projekt sollen mögliche Auswirkungen von gentechnisch verändertem Bt -Mais (MON89034xMON88017), der drei verschiedene Bt‑Proteine bildet, auf die Maisstroh abbauenden Bakterien und Pilze ermittelt werden. Bisherige Untersuchungen mit einfach-resistentem Bt-Mais ergaben nur geringfügige Effekte, die sich im Rahmen natürlicher Schwankungen bewegten. Die Kombination unterschiedlicher Bt-Gene könnte jedoch durch wechselseitige Beeinflussung die Wirkung auf die Mikroorganismen und deren Aktivität verstärken.

Beim pfluglosen Anbau von Bt-Mais könnte ein möglicherweise verlangsamter Abbau des Maisstrohs zu einer Anreicherung von Getreideschimmelpilzen (Fusarien) führen, die für den Menschen giftige Substanzen (Mykotoxine ) produzieren.

Folgende Fragestellungen werden untersucht:

• Ändert sich die Zusammensetzung der Mikroorganismen-Gemeinschaft in der Streu beim Anbau von Bt-Mais?

• Ändert sich die Zusammensetzung der aktiv am Abbau des Maisstrohs beteiligten Mikroflora?

• Reichern sich Fusarien, die giftige Mykotoxine bilden, im Maisstroh an und geschieht dies in Fruchtfolgen mit Bt-Mais in stärkerem Ausmaß als bei konventionellem Mais?

Versuchsbeschreibung

In einem Freilandversuch werden die gentechnisch veränderte Sorte, ihreisogene Ausgangssorte sowie zwei weitere konventionelle Maissorten zum Vergleich angebaut. Auf diese Weise können potenzielle Bt-Effekte von Sorteneffekten unterschieden werden.

Das Stroh verbleibt auf dem Versuchsfeld und wird im Rahmen der Bodenbearbeitung teilweise in den Oberboden eingearbeitet. Vier und acht Wochen nach der Ernte sowie im folgenden Frühjahr wird verrottendes Pflanzenmaterial mit anhaftendem Boden von der Versuchsfläche entnommen. Aus diesen Proben werden DNA und RNA isoliert.

Charakterisierung der Zusammensetzung der Bakterien- und Pilzgemeinschaften

Um herauszufinden, welche Bakterien- und Pilzgruppen sich beim Abbau des Maisstrohs anreichern, werden mit der DNA aus verrottendem Pflanzenmaterial so genannte genetische Profile(Fingerprints ) erstellt. Dabei werden einzelne Gene untersucht, die bei allen Bakterien bzw. Pilzen vorhanden sind, von denen aber bekannt ist, dass sie gruppenspezifische Unterschiede in der DNA-Sequenz aufweisen. Für einzelne mikrobielle Gruppen werden genauere Sequenzvergleiche durchgeführt.

Um herauszufinden, ob sich verschiedene Mykotoxin bildende Pilze im Maisstroh anreichern, benutzt man ein Verfahren, das die Kopienzahl spezifischer DNA-Sequenzen misst. Daraus kann man auf die Anzahl der jeweiligen Mykotoxinbildner in der untersuchten Probe schließen.

Charakterisierung des Anteils der Bakterien- und Pilzgemeinschaften, die am Abbau des Maisstrohs beteiligt sind.

Um zu ermitteln, welche Bakterien bzw. Pilze aktiv am Abbau des Maisstrohs beteiligt sind, werden genetische Profile (s.o.) mit der RNA aus verrottendem Pflanzenmaterial erstellt. Im Gegensatz zur Untersuchung der DNA erfasst man bei der Untersuchung der RNA die stoffwechselaktiven Mikroorganismen, bei denen in starkem Maße die DNA abgelesen und in Proteine übersetzt wird und die somit maßgeblich den Strohabbau vermitteln.

Zur Quantifizierung des Anteils einzelner Mikroorganismengruppen am Maisstrohabbau benutzt man ein Verfahren, das die Kopienzahl spezifischer RNA-Sequenzen misst. Daraus kann man auf die Anzahl der Bakterien der jeweiligen Gruppe in der untersuchten Probe schließen.

Statistische Analysen

Mit verschiedenen statistischen Methoden werden die Daten zu den mikrobiellen Gemeinschaften und zu ihrem stoffwechselaktiven Teil zueinander und zu den einzelnen Maisvarianten in Beziehung gesetzt.
 

Ergebnisse

Bestimmung des mikrobiellen Maisstrohabbaus

Es wurden signifikante Sortenunterschiede im Strohabbau festgestellt. So war die CO₂-Freisetzung (Bodenatmung) des transgenen Bt-Maises sowie der isogenen Ausgangssorte deutlich höher als die der beiden anderen konventionellen Sorten. Zwischen Bt-Mais und isogener Sorte wurden hingegen keine Unterschiede gefunden.

Analyse der Struktur der am Abbau des Maisstrohs beteiligten Bakterien- und Pilzgemeinschaften

Die Analyse der ersten Probennahme vier Wochen nach der Ernte ergab, dass die Fingerprintmuster der Gesamtbakterienflora (über DNA) mit denen der stoffwechselaktiven bakteriellen Gemeinschaften (über RNA) zum größten Teil übereinstimmten. Darüber hinaus zeigten die Muster der aktiven Gemeinschaften eine ähnlich hohe Diversität. Die Bakteriengemeinschaften an den Pflanzenresten waren somit zu diesem Zeitpunkt offensichtlich weitgehend stoffwechselaktiv.

Es ließ sich kein Einfluss der unterschiedlichen Maissorten auf die Struktur der jeweiligen Gemeinschaften erkennen. Es zeigte sich aber eine starke Abhängigkeit von der Bodenbeschaffenheit.

In der Vegetationsperiode 2008 war auf dem Versuchsfeld nur ein geringer Befall mit Mykotoxin bildenden Fusarien sichtbar. Die Untersuchung des Maisstrohs zur Ernte ergab einen mittleren Befall durch Fusarien, die das Mykotoxin Trichothecen bilden. Im Vergleich der Maisvarianten zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Vier Wochen nach der Ernte ging der Befall durch diese Fusarien etwa um den Faktor zehn zurück und blieb bis März auf annähernd gleichem Niveau.

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