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Studie: Wirkungen transgener Maispflanzen auf nützliche Pflanzen-Mikroben-Interaktionen und den mikrobiellen Stickstoffumsatz im Boden

Die im Auftrag des ehemaligen BMG und BMLFUW verfasste Studie mit dem Titel "Wirkungen transgener Maispflanzen auf nützliche Pflanzen-Mikroben-Interaktionen und den mikrobiellen Stickstoffumsatz im Boden" wurde von Doz.in Dr.in Angela Sessitsch vom AIT Austrian Institute of Technology GmbH, Bioresources Unit, erstellt und ist 2012 erschienen.

Zusammenfassung

Die Nutzung von transgenen Kulturpflanzen, die insektizide Proteine des Bacillus thuringensis-Bakteriums exprimieren und dadurch Resistenz gegenüber Schadorganismen aufweisen, kann den Einsatz von herkömmlichen Pestiziden in der Landwirtschaft einschränken. Jedoch können potenziell nachteilige Effekte von Bt-Pflanzen auf das Ökosystem derzeit nicht zulänglich beurteilt werden, da die Wirkungen von Bt-Pflanzen auf das System Pflanze-Boden-Mikroorganismen und die mikrobiellen Nährstoffumsetzungen nicht ausreichend bekannt sind.

Das Forschungsprojekt untersuchte die Interaktionen von, pflanzen- und boden-assoziierten Mikroorganismengemeinschaften mit Pflanzen von gentechnisch modifizierten, Bt-Maissorten bzw. den entsprechenden isogenen und konventionellen Sorten und analysierte Prozesse des Stickstoffkreislaufes in den Böden. Die Studie umfasste drei Vegetationsperioden.

Beginnend mit dem Anbau von Mais im ersten Jahr wurde im zweiten Jahr Ackerbohne als Folgefrucht und im dritten Jahr wiederum Mais gepflanzt. Im ersten Projektjahr wurden im Containment-Versuch die drei gentechnisch veränderten, Bt-Toxin exprimierenden Maislinien DK3945 MON 88017, DK 3945 MON 89034 und DK 3945 MON 88017x89034 (stacked event) sowie die isogene Linie DK315 (=DK3945) und die konventionellen Linien DKC3420, DKC5143 und Antares in Töpfen angebaut, wobei zwei unterschiedliche Böden (Fischamend und Tulln) verwendet wurden. Die Maispflanzen wurden geerntet, und aus der Wurzel gewonnene mikrobielle DNA wurde für die Analyse der Endophytengemeinschaften herangezogen. Außerdem wurden Endophyten-Isolate aus der Wurzel gewonnen.

50 bakterielle Isolate wurden pro Maislinie und Boden für die nachfolgende Analyse ausgewählt, die insgesamt 143 IGS-Typen umfassten und den phylogenetischen Gruppen der Actinobacteria, Alpha-, Beta-, und Gamma-Proteobacteria, Firmicutes (Bacilli) und Cytophaga-Flavobacterium-Bacteroides zugeordnet wurden. Die Isolate aus den verschiedenen Maislinien (inklusive Bt- und Isolinie und konventionelle Linien) wiesen ähnliche Diversitätsmerkmale auf und waren ähnlich hinsichtlich der benefiziellen Eigenschaften bezüglich Pflanzenwachstumsförderung. Unter den Isolaten, die das Pflanzenhormon 3-Indol-Essigsäure (IAA) produzierten, waren hauptsächlich Alphaproteobacteria, während ACC Deaminaseproduktion als pflanzenwachstumsfördernde Eigenschaft hauptsächlich bei Vertretern der Actinobacteria und der Alpha- und Gammaproteobacteria gemessen wurde.

In der kultivierungsunabhängigen Analyse waren sowohl die bakteriellen als auch die pilzlichen Endophytengemeinschaften aus den verschiedenen Maislinien spezifisch zusammengesetzt. Endophytengemeinschaften aus Bt- Maislinien waren in ihrer Zusammensetzung nicht speziell gegenüber den konventionellen bzw. der Isolinie abgegrenzt, und sie zeigten korrespondierende Diversitätsmerkmale. PCA (Phenazin-1-carboxylsäure)- and Phl (2,4-Diacetylphloroglucinol)-Gene wurden von Endophytengemeinschaften aus allen Maislinien mittels PCR amplifiziert, während AcdS (ACC deaminase)-Gene vermutlich in zu geringer Kopiezahl vorlagen.

Nach der Ernte der Maispflanzen und dem Einarbeiten der Maisstreu sowie (im zweiten Jahr) der Pflanzenreste der Folgekultur Ackerbohne wurde die zeitliche Dynamik der Stickstoffprozesse im Boden beobachtet. Die Mineralstickstoffgehalte in den Böden aus Fischamend und Tulln wiesen gleichermaßen eine ausgeprägte zeitliche Dynamik auf, jedoch ohne Unterschiede hinsichtlich der Maislinien. Die mineralisierbaren N-pools waren im Boden aus Tulln größer als in jenem aus Fischamend, während die Maislinie im ersten Jahr keinen Einfluss auf das Mineralisierungspotenzial hatte. Auch die mikrobiellen Gruppen der Nitrifizierer und Denitrifizierer in den Böden waren nach der Kultivierung und Mineralisierung der verschiedenen Maissorten jeweils gleich abundant. Somit wurden in Folge des Anbaues von Bt-Maissorten gegenüber konventionellen Sorten keine differentiellen Wirkungen auf den mikrobiellen Stickstoffkreislauf im Boden festgestellt. 

(09.03.2012)

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