Projektlaufzeit: 1997-2000 

Leitung:

Dr. rer nat. Burkhard Schmidt
Univ.-Prof. i.R. Dr. rer. nat. Ingolf Schuphan

Bearbeitung:

Boris Müller
Carin Jansen
Zhen Xu
Brigitte Thiede, TA
Hildegard Patti, TA
Michaela Siever

Auftraggeber:

Eigenfinanzierung mit Unterstützung von AgrEvo

 

Hintergrund:

Glufosinat (oder Phosphinotricin) ist ein vergleichsweise modernes Herbizid, das seit etwa 25 Jahren in Gebrauch ist. Bei der Verbindung handelt es sich um eine Aminosäure; üblicherweise bezeichnet man das DL-Racemat als Glufosinat, das L-Enantiomer als Phosphinothricin. Die Verbindung ist Teilstruktur eines von den Pilzen Streptomyces viridochromogenes und Streptomyces hygroscopicus produzierten natürlichen Antibiotikums (Tripeptid: L-Alanin-L-Alanin-L-Phosphinothricin). Neben seiner antibakteriellen Wirkung zeigt Glufosinat eine nicht-selektive herbizide Wirkung.

Der antibakterielle und herbizide Effekt geht nur vom L-Enantiomer aus; das D-Enantiomer ist inaktiv. Sowohl Glufosinat (Racemat) als auch das Tripeptid (Bialaphos oder Bilanaphos; mit L-Enantiomer) werden als Herbizide vermarktet. Die herbizide Wirkung von Phosphinothricin beruht auf einer Inhibition der Glutaminsynthetase. Glufosinat weist günstige ökotoxikologische Eigenschaften auf, z.B. bezüglich Versickerung, Abbau sowie Toxizität gegenüber Tier und Mensch. Auf Grund dieser Eigenschaften ist Glufosinat ein geeigneter Kandidat zur Herstellung gentechnisch modifizierter Herbizid-resistenter Pflanzen, um Glufosinat auch selektiv - im Nachauflauf - einsetzen zu können. Dazu wurden verschiedene Spezies, wie z.B. die Zuckerrübe, mit dem bar-Gen aus Streptomyces hygroscopicus transformiert. Das bar-Gen codiert für eine Phosphinothricin-N-acetyltransferase, die Phosphinothricin zum nicht herbizid-wirksamen, stabilen N-Acetylderivat umsetzt. Bei entsprechend hoher Expression des bar-Gens resultiert eine Glufosinat-resistente Pflanze.

Ein Ziel unseres Forschungsvorhabens war es, den Metabolismus von Glufosinat und der einzelnen Enantiomere (L- und D-Phyosphinothricin) in transgenen und nicht transgenen Pflanzenzellkulturen zu untersuchen. Die transgenen Kulturen, die von der Zuckerrübe (Beta vulgaris) stammten, waren mit dem bar-Gen transformiert, exprimierten demnach die Phosphinothricin-N-acetyltransferase. Sie wurden aus entsprechenden Sprosskulturen initiiert. Daneben wurden nicht-transgene Kulturen von Zuckerrübe, Karotte (Daucus carota), Fingerhut (Digitalis purpurea) und Stechapfel (Datura stramonium) untersucht. In einer zweiten Versuchsserie wurden abgetrennte Sprosse und Blätter von 20 Wildpflanzen auf den Metabolismus von Glufosinat untersucht. Es sollte überprüft werden, ob qualitative und quantitative Unterschiede im Umsatz des Herbizids im Pflanzenreich vorkommen und möglicherweise eine natürliche (teilweise) Resistenz gegenüber Glufosinat existiert. Schließlich wurde das Schicksal des Herbizids im Boden (Abbau, Versickerung) nach Aufbringung des Wirksstoffs in einer handelsüblichen Formulierung auf ein bewachsenes Versuchsfeld im Freiland untersucht.