Auswirkungen des Anbaus Cyanophycin-produzierender Kartoffeln auf Bodeneigenschaften und Bodenorganismen

Thema

In diesem Projekt soll untersucht werden, ob durch den Anbau von gentechnisch veränderten Kartoffeln, die Cyanophycin in ihren Knollen produzieren, die chemischen Eigenschaften des Bodens sowie die Zusammensetzung der Mikroorganismen-Gemeinschaften im Boden verändert werden. Cyanophycin ist ein Biopolymer , das für verschiedene industrielle Anwendungen genutzt wird.

In der Natur wird das Polypeptid Cyanophycin von Blaualgen gebildet, kommt daher in Ackerböden normalerweise nicht vor. In der gentechnisch veränderten Kartoffel wird es auf Kosten der in der Knolle reichlich vorhandenen Kohlenhydrate gespeichert. Beim Abbau von Cyanophycin im Boden ist zu erwarten, dass andere Mikroorganismen gefördert werden als beim Abbau von Kohlenhydraten.

Die wichtigsten Schlüsselorganismen in mitteleuropäischen Böden, die Regenwürmer, könnten ebenfalls auf Cyanophycin reagieren.

Des Weiteren enthalten Cyanophycin-produzierende Kartoffeln gegenüber Wildtyp -Kartoffeln eine höhere Menge an Peroxidasen. Das sind Enzyme , die Pflanzen vor dem Eindringen von Mikroorganismen schützen, die aber im Boden wesentlich zur Humusbildung beitragen. Der erhöhte Gehalt an Peroxidasen könnte zum einen eine langsamere Verrottung der transgenen Kartoffeln, zum anderen eine veränderte Humusbildung bewirken.

Folgende Fragestellungen werden untersucht:

• Wie verläuft der mikrobielle Abbau Cyanophycin-produzierender Kartoffeln im Boden im Vergleich zu Wildtypkartoffeln?

• Ändern sich beim Anbau Cyanophycin-produzierender Kartoffeln die chemischen Eigenschaften des Bodens und die Zusammensetzung der Bodenmikroorganismen-Gemeinschaft?

• Sind Auswirkungen auf Regenwürmer festzustellen?

Versuchsbeschreibung

Mikrobieller Abbau Cyanophycin-produzierender Kartoffeln im Vergleich zu Wildtyp-Kartoffeln

Für dieses Teilprojekt muss zunächst eine Nachweismethode für Cyanophycin entwickelt werden. Dazu werden chromatographische Methoden verwendet, bei denen chemische Substanzen anhand ihrer Größe aufgetrennt und identifiziert werden.

Der mikrobielle Abbau der Kartoffeln wird im Labor untersucht. Transgene Kartoffeln und Wildtypkartoffeln gleichen Volumens werden in Erde eingebracht und verbleiben dort unter kontrollierten Bedingungen (Temperatur, Feuchte) für mehrere Monate. Zu fünf Zeitpunkten werden von den verrottenden Kartoffeln Proben genommen und deren Trockensubstanz und Aschegehalt bestimmt. Zur Bestimmung des Aschegehalts wird Kartoffelgewebe bei 500°C verbrannt und der Rückstand gewogen. Bezogen auf die Trockenmasse eines Gewebes nimmt der Aschegehalt mit zunehmendem Abbaugrad zu, ist also ein Maß für den fortschreitenden Abbau der Kartoffeln.

In den ersten vier Wochen, in denen die mikrobielle Aktivität am höchsten ist, wird die Freisetzung von CO₂ kontinuierlich gemessen, da sie Rückschlüsse auf die mikrobiellen Umsatzraten zulässt. Außerdem wird der Cyanophycingehalt des Bodens regelmäßig gemessen.

Außerdem werden so genannte genetische Profile erstellt. Dabei werden einzelne Gene untersucht, die bei allen Bakterienarten vorhanden sind, von denen aber bekannt ist, dass sie artspezifische Unterschiede in der DNA -Sequenz aufweisen.

Die bodenchemischen und mikrobiologischen Untersuchungen werden auch an den Laboransätzen (s.o.) durchgeführt, um die Ergebnisse der Freilandversuche abzusichern.

Auswirkungen auf Regenwürmer

Die Reaktion von Regenwürmern auf den Anbau Cyanophycin-produzierender Kartoffeln wird u.a. anhand von Aktivitätstests und der Menge der Ausscheidungen ermittelt.

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