Ergebnisse und Probleme bei der züchterischen Nutzung transgener Pflanzen

Zusammenfassung Die vorwiegend bei Tabak, Petunie und Tomate gewonnenen Erkenntnisse über die genetischen Eigenschaften transgener Pflanzen werden referiert und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die pflanzenzüchterische Nutzung von Gentechnik und Gentransfer diskutiert. Die aus einem Transferexperiment hervorgehenden transgenen Pflanzen variieren hinsichtlich des Expressionsniveaus und der Transmissionsstabilität des transferierten Gens sowie als Folge von insertionsbedingten und spontanen (somaklonalen) Mutationen. Die bei züchterischen Gentransferprogrammen angestrebte verbesserte Sorte (Linie, Klon) kann daher nur in einem Selektions- und Vermehrungsprozeß durch kombinierten Einsatz von molekulargenetischen und konventionell-züchterischen Prüfverfahren gewonnen werden. Die zweckmäßige Gestaltung dieses Prozesses hängt vom Reproduktionsmodus der betreffenden Pflanzenart, möglichen Kriterien zur Früherkennung des züchterischen Wertes sowie möglichen Pleiotropien und Genotypspezifitäten in der Wirkung des transferierten Gens ab.

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Results and problems in the use of transgenic plants for crop improvement

Summary Transgenic plants have been obtained by bothAgrobacterium-mediated and direct gene transfer methods in tobacco, petunia, tomato, and very recently also in other plant species. In this review we summarize the results of molecular and genetical analyses of transgenic plants and discuss their implications with the use of recombinant DNA technology for crop improvement.These results indicate that by the methods presently available it is possible to insert a foreign gene into the plant genome in a highly stable and fully functional form without altering other characters of this plant variety. However, this ideal type of a transgenic plant has to be selected from a large number of less favourable transfer products. The transgenic individuals generated in a single transfer experiment vary with respect to the number, structure and chromosomal localization of the gene copies integrated, and consequently differ in the expression and stability of the foreign gene. Moreover, their genotype may have been changed by insertional and spontaneous (somaclonal) mutations. Whether or not a foreign gene is capable of improving a given variety, can therefore only be decided by testing a series of transgenic lines. These tests obviously cannot be confined to screening the primary transgenic plants for high expression level. It is necessary to propagate several of the selected plants, to establish homozygous transgenic lines and to evaluate the agronomic performance of these lines in field trials. Since the transgenic individuals can be identified by biochemical tests, it will generally not be difficult to recover the homozygous lines, although this procedure sometimes may be complicated by the presence of functional gene copies at more than one locus. In principle, it would also be necessary to see whether the foreign gene is transmitted to progeny with the high degree of meiotic stability required for commercial varieties. However, assessment of the genetic stability depends on an easily detectable phenotype and therefore will in most cases be extremely difficult.We discuss several factors that may influence the selection of the desired transgenic variety or may limit its agronomic value, e.g. deleterious pleiotropic effects of the transferred gene, modifications of the gene effect by the recipient genotype, and effects of marker genes co-transferred with the desired gene.

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Genetische Grundlagen der Halmverkürzung (Dwarfismus) beim Weizen und Möglichkeiten der züchterischen Nutzung

Zusammenfassung Im internationalen Maßstab führte die Einbeziehung von Formen mit einer genetisch determinierten reduzierten Pflanzenlänge in Weizenzüchtungsprogrammen zu nachweisbaren Ertragsverbesserungen. Unter diesem Aspekt werden die genetischen Grundlagen der drei Hauptverzwergungsformen des Weizens (Semidwarfs, Hybrid-Dwarfs, Stunting-Dwarfs) beschrieben. Den Schwerpunkt bilden dabei die Semidwarf-Formen, die sich auf der Grundlage ihrer Reaktion gegenüber exogen applizierter Gibberellinsäure nochmals in GA-sensitive und GA-insensitive Genotypen unterteilen lassen. Neben einer Reduzierung der Pflanzenlänge und damit Verbesserung der Standfestigkeit werden durch die Semidwarf-Gene eine Reihe weiterer züchterisch wichtiger Merkmale wie beispielsweise die Einzelährenfertilität, die Anzahl ährentragender Halme je Pflanze oder die -Amylase-Aktivität im Korn beeinflußt. Die genetischen Effekte auf die Ausprägung solcher Merkmale werden dargelegt.

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Genetics of reduced plant height (dwarfism) in wheat and its significance in breeding

Summary The introduction of varieties with a reduced plant height into breeding programms led to higher yields in most of the wheat producing countries during the last four decades.The genetical basis of the three main groups of phenotypic dwarfness (semidwarfs, hybrid-dwarfs, stunting-dwarfs) of wheat is reviewed. Because most of the genetical analysis of reduced plant height has been done within the semidwarfs which show, in addition, differential reaction to exogenous applied gibberellic acid special emphasis was given to the two categories of GA₃ responders, sensitive and insensitive ones.The semi-dwarfing genes affect some further characters with importance in breeding, e.g. single ear fertility, number of ears per plant or -amylase activity in grains. The genetical (pleiotropic) effects of the semi-dwarfing genes on these characters are discussed.

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Einschätzung der potentiellen wassererosionsgefährdung für gemeinden und regionen der bundesländer Mecklenburg‐Vorpommern,brandenburg, Sachsen‐Anhalt und der freistaaten Thüringen und Sachsen

Eine Karte der potentiellen Wassererosionsgefährdung für die östlichen Bundesländer wurde auf der Grundlage gemeindebezogener Datensätze mit Ergebnissen der Mittelmaßstäbigen landwirtschaftlichen Standortkartierung (MMK) erarbeitet. Die Karte enthält das Resultat einer vergleichenden Beurteilung der landwirtschaftlich genutzten Böden hinsichtlich der potentiellen Gefährdung durch Wassererosion auf der Grundlage von Kartierungseinheiten der MMK. Die potentielle Wassererosionsgefährdung wird nach Substrat‐ und Hangneigungsflächentypen eingeschätzt. Auf der Grundlage der gemeindebezogen digitalisierten Kartierungseinheiten der MMK wird der Flächenanteil der auf der landwirtschaftlichen Nutzfläche der einzelnen Gemeinden vorkommenden Gefährdungsklassen berechnet. Die Beurteilungskenngrößen können zum Vergleich erosionsrelevanter Grunddaten naturräumlicher und administrativer Gebietseinheiten dienen. Werden detailliertere Informationen benötigt, sind darüberhinaus konturenund schlagbezogene Bewertungen möglich. Nach entsprechender Interpretation ist es möglich, Daten zur überschlägigen Abschätzung potentieller Bodenund Schadstoffeinträge in Flußeinzugsgebiete bereitzustellen.     

Die zu Würz- und Speisezwecken kultivierten Arten der GattungAllium L

Ohne Zusammenfassung     

Kennwerte und Eigenschaften der auf Braunkohlenbasis durch oxidative Ammonolyse hergestellten Humusdüngestoffe

Der auf Braunkohlenbasis durch oxidative Ammonolyse hergestellte Humusdüngestoff wird anhand seiner Standardparameter, Elementgehalte und chemischen Eigenschaften beschrieben. Hiernach ist die N-modifizierte Braunkohle ein schadstoffarmes, N-reiches, dauerhumusähnliches Bodenverbesserungsmittel, das als Granulat sehr lagerungsbeständig ist. Der neue Humusdüngestoff enthält stabil 5,78 ± 0,38% Gesamtstickstoff, der chemisch unterschiedlich gebunden ist. Aufgrund seiner vergleichsweise geringen N_min-Gehalte kann er in größeren Mengen zur nachhaltigen Verbesserung der KAK_pot und N_t-Bodenvorräte humusfreier und kolloidarmer Kippenböden eingesetzt werden.     

Der Einfluß von Stickstoff und Magnesium auf Ertrag und Qualität der Zuckerrübe

Die deutsche Wissenschaft trägt internationale Verantwortung für die Weiterentwicklung der Wissenschaft als gemeinsames Gut aller Völker, für die Stärkung des Friedens in Europa und der Welt und für die Erhaltung der Umwelt—regional und global.

Diese dreifache Verantwortung erwächst ihr aus der reichen Tradition der deutschen Wissenschaft, aus unserer immer noch guten ökonomischen Situation und aus der Tatsache, daß wir Verursacher und Leidtragende von regionalen und globalen Umweltschäden sind. Der Nutzen für die deutsche Wissenschaft ist evident: Wissenschaft gedeiht im internationalen Dialog und leidet in der Isolation, sie profitiert von Frieden und Wohlstand in der Welt, von Exportindustrie und Technologietransfer und sie braucht den Zugang zu fremden Lebensräumen für die Umweltforschung im weitesten Sinne.

An Beispielen aus der Ökologie tropischer Küstenzonen werden Formen kombinierter Forschungs‐ und Ausbildungsprojekte als Schritte zur Entwicklung partnerschaftlicher Zusammenarbeit und zum Aufbau von eigenständiger Forschungskapazität in Entwicklungsländern geschildert.     

Anwendung der Protoplastentechnologie in der Züchtungsforschung der Kartoffel — eine Literaturübersicht

Zusammenfassung Die Kartoffel als eine der wichtigsten Kulturpflanzen eignet sich gut für die verschiedenen Arten der Gewebekultur einschließlich der Protoplastenkultur. Gegenwärtig werden von einigen Forschergruppen die Möglichkeiten der Anwendung der Protoplastentechnik in der Züchtungsforschung und ihrer Einbeziehung in die praktische Züchtung untersucht, wobei das Hauptaugenmerk vorerst auf die Ausnutzung der somaklonalen Variabilität zur Auffindung wertvoller Varianten und auf die somatische Hybridisierung gerichtet ist. Außerdem eignen sich Kartoffelprotoplasten als Objekte für phytopathologische Untersuchungen.

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Application of protoplast technology in breeding research of potato — a literature review

Summary Potato as one of the most important crop plants is well suitable in different kinds of tissue culture including protoplast culture. The possibilities of protoplast technology for the application in breeding research and as an additional tool in breeding is examined by several teams. At present the main view is directed onto selection of agronomically valuable variants using somaclonal variation and onto somatic hybridization. Further potato protoplasts are used as objects in phytopathological studies.

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Entwicklung einer Kleinstdurchlaufküvette und ihre Anwendung zur Phosphatbestimmung bei der systematischen Bodenuntersuchung

In dreijährigen Versuchen auf zwei Standorten des nordostdeutschen Tieflandes (Müncheberg, Kreis Märkisch‐Oderland und Berge, Kreis Havelland) konnte gezeigt werden, daß Zwischenfrüchte (Gelber Senf, Ölrettich, Phacelia), die über Winter absterben, den Gehalt an mineralischen N‐Verbindungen im Boden bis Frosteintritt wirksam verringerten. In kurzer Zeit nach dem Abfrieren bis etwa Mitte Januar setzten sie jedoch bis zu 60% der aufgenommenen N‐Menge wieder frei. Die damit dem N_min‐Pool des Bodens zugeführte N‐Menge unterlag nur zeitlich verzögert der Verlagerung in Form von NO₃. Die Freisetzungsintensität wurde durch die Höhe der N‐Gabe zur Zwischenfrucht beeinflußt. Steigende N‐Mengen führten zu einer Verringerung des C/N‐Verhältnisses in den Zwischenfrüchten und zu höherer Freisetzungsintensität.

Winterharte Zwischenfrüchte wie Winterraps und Winterrübsen speicherten im Vergleich dazu die aufgenommene N‐Menge wirksam in der Biomasse, so daß die NO₃‐ Verlagerung im Boden bis zur Aussaat der Folgefrucht auf ein Minimum reduziert wurde.     

Änderungen der agrarpolitischen Rahmenbedingungen und Auswirkungen auf die Grünlandnutzung in Nordostdeutschland

Die Änderung der agrarpolitischen Rahmenbedingungen über den Zeitraum 1989 bis 1992/93 wurde anhand der Auswirkungen auf die Grünlandnutzung in 13 Kreisen Nordostdeutschlands untersucht. Durch Stillegung von Grenzertragsböden und entsprechende Förderprogramme besteht eine Tendenz zur Erhöhung der Grünlandanteile, insbesondere der grundwasserfernen Magerrasen. Drastische Reduzierungen im Tierbestand haben zu einer deutlichen Extensivierung in der Grünlandnutzung geführt. Optionen der Umnutzung zu Forstflächen werden diskutiert, wobei hier keine akzeptable Alternative zur flächendeckenden extensiven Grünlandnutzung abzuleiten ist. Unter den gegebenen Bedingungen sinkender Aufwendungen für die Bewirtschaftung und reduzierter Milchquoten werden großräumige Extensivweidesysteme an Bedeutung gewinnen. Damit ergeben sich beträchtliche Chancen einer ökologiegerechten und nachhaltigen Landnutzung.     

Der Einfluß der Stickstoffspätdüngung auf Ertrag und Qualität verschiedener Winter- und Sommerweizensorten

Aus vorliegenden Versuchsergebnissen werden Aussagen zum N‐Kreislauf auf Niedermoorgrünland bei gestaffelter Stickstoffdüngung gemacht. Variierte Düngung und Torfmineralisation sind entscheidende Inputgrößen. Die Outputseite wird durch Nährstoffentzüge der Pflanzen wesentlich bestimmt. Es wird auf die zeitlichen Disproportionen zwischen N‐Freisetzung und N‐Entzug eingegangen. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf die N‐Kreisläufe größerer Niedermoorgebiete zu und können als Grundlage für Grünlandmodelle dienen.     

Prazisionsstufen der Stickstoffdüngungsbemessung zu Winterweizen und Winterroggen auf Sandigen Böden*

In einer Versuchsserie von 1996 bis 1998 wurden auf vier sandigen Standorten Feldversuche mit Winterweizen bzw. Winterroggen durchgeführt. In die Parzellen sind Mikroparzellen für die Düngung mit ¹⁵N‐Tracern installiert worden. Varianten: ungedüngt, halbierte Düngung, 120kgha^?1 ? in 2 bzw. 3 Teilgaben sowie Düngerberechnung über ein EDV‐Programm unter Einbeziehung des N_min‐Gehaltes des Bodens und schließlich zuzüglich der indirekten Messung des Chlorophyllgehaltes der Blätter des Getreides.

Die über Computer. N_min‐Ermittlung und Chlorophyll‐Tester modifizierten N‐Aufwendungen haben zu keiner eindeutigen Ertragsverbesserung geführt. Insgesamt wurden zwischen Ertrag und N_min‐Werte + N‐Düngung enge Beziehungen errechnet. Die Spanne der N‐Entzüge ist von 41 bis 160 kgha^?1 bei Weizen und 48 bis 83 kg ha^?1bei Roggen weit. Der N_min‐Gehalt zum Erntezeitpunkt ist unterschiedlich. Je niedriger die Rest‐N‐Mengen sind, um so mehr verringert sich der prozentuale Anteil des düngerbürtigen ? bzw. die Wiederfindungsrate des eingesetzten Mineraldüngers.     

Zur Charakterisierung der Blüten und Infloreszenzen vonArabidopsis thaliana (L.) Heynh.

Zusammenfassung Bei der Rasse Dijon vonArabidopsis thaliana (L.) Heynh. wird die Morphologie der Blüte sowie der Streckungsverlauf im reproduktiven Bereich beschrieben. Daran schließt sich eine kurze Charakterisierung der Bestäubungsverhältnisse an. Auf Grund von Versuchsergebnissen und praktischen Arbeitserfahrungen werden verschiedene Methoden der künstlichen Kreuzung erörtert.

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Summary The morphology of inflorescences and flowers ofArabidopsis thaliana (L.) Heynh., strain Dijon, as well as details of their growth by expansion are described.The biology of flowering and the mode of pollination are reported. Experiments have been made to improve the technique of artificial hybridization.

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Leitbündeldichte und Stomatafrequenz von Gramineen-Arten mit C3-beziehungsweise C4-pathway der Photosynthese

Zusammenfassung Bei Gramineen-Arten mit C₃-pathway der Photosynthese ist der mittlere Abstand der Blattleitbündel etwa zweimal so groß wie bei Gräsern mit C₄-pathway. Die Stomatafrequenz ist bei den C₄-Gäsern ca. 1,5 mal so groß wie bei C₃-Gräsern. Bei C₄-Gräsern sind die Stomata durchschnittlich gleichmäßig auf die adaxiale und abaxiale Blattseite verteilt. Bei C₃-Gräsern überwiegt die Zahl der Arten, die auf der adaxialen Seite mehr Stomata besitzen als auf der abaxialen.

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Leaf vein density and stomatal frequency in gramineous species with C₃ and C₄ pathway of photosynthesis

Summary In C₄ grasses the mean distance between leaf veins is two times smaller and the stomatal frequency 1.5 times higher in comparison to C₃ grasses. In C₄ grasses the stomatal density at the abaxial and adaxial surface of the leaf is nearly equal. In C₃ grasses most species have more stomata at the adaxial surface.

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Bedeutung der rhizosphären‐ und endophytischen bakterien für die pflanzenernährung

Die Nährstofftransformation in der Rhizosphäre von Kulturpflanzen ist maßgeblich mikrobiell bedingt und bildet die Grundlage für die Bereitstellung der Makro‐ und Mikronährstoffe für das Pflanzenwachstum. Am Beispiel der Mineralisierung organischer Bodensubstanz und der assoziativen biologischen Luftstickstoffbindung durch Bakterien wird der Einfluß der C‐ und N‐Verfügbarkeit in der Rhizosphäre auf die bakterielle Aktivität und die Expression des Nitrogenase Enzyms analysiert und diskutiert. Sowohl Düngung als auch die Bakterienpopulationsstruktur in der Rhizosphäre beeinflussen die Menge und Zusammensetzung der Wurzelexsudate und somit die Keimzahl und die Aktivität der Rhizosphärenmikroflora. Eigene und Literaturergebnisse weisen auf die Bedeutung der Ernährungs‐ und Wachstumsbedingungen der Pflanzen hin, wenn Bruttonährstoffumsetzungen in der Rhizosphäre gemessen werden sollen.     

Charakterisierung der organischen bodensubstanz (OBS) nach dem grad ihrer umsetzbarkeit und ihre bedeutung für transformationsprozesse für nähr‐ und schadstoffe

Aus langjährigen Untersuchungen sowie aus Literaturdaten werden unterschiedliche Kriterien der Fraktionierung der OBS vorgestellt und diskutiert. Es wird abgeleitet, daß die OBS für die Beurteilung von Umsatzprozessen in mindestens zwei Fraktionen unterteilt werden muß. Zur Abschätzung des umsetzbaren Anteils der OBS, zur Stickstoffnachlieferung aus dem Boden sowie trendweise zur Abschätzung von Mobilitäten und Verfügbarkeiten von Schwermetallen und Schadorganika wird die Eignung der einfach zu erfassenden heißwasserextrahierbaren Fraktion der OBS herangezogen.     

Möglichkeiten und Ansätze für einen Gentransfer bei der Zuckerrübe (Beta vulgaris L.)

Zusammenfassung Durch Übertragung von klonierten Fremdgenen läßt sich die genetische Variabilität der Kulturpflanzen wesentlich erweitern. Insbesondere die Übertragung monogen bedingter Resistenzeigenschaften gelingt bei einer zunehmenden Zahl von Kulturpflanzen. Für die ökonomisch wichtige Zuckerrübe ist ein etabliertes Gentransferverfahren bisher nicht verfügbar. Während Einschleusung, Integration und Expression von Fremdgenen in Zuckerrübenzellen und -gewebe mit einer Vielzahl von Gentransfermethoden erreicht werden können, ist die Regeneration transgener Zuckerrübenzellen zu transgenen Pflanzen bisher nur in wenigen Laboratorien gelungen. Die experimentellen Details wurden bisher nicht publiziert. Die vorliegende Arbeit beschreibt Verfahren, die sich für einen Gentransfer bei der Zuckerrübe eignen sollten. Expression und meiotische Stabilität der transferierten Gene werden behandelt sowie Anwendungsmöglichkeiten des Gentransfers bei der Zuckerrübe kurz diskutiert.

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Chances and approaches for gene transfer in sugar beet (Beta vulgaris L.)

Summary The genetic variability of cultivated plants can be extensively increased by the transfer of cloned genes. Especially the transfer of monogeneously coded resistancies is established for an increasing number of cultivated plants. A routine gene transfer method is not available for the economicly important sugar beet. Though transfer, integration and expression of foreign genes in cells and tissues of sugar beet can be achieved by a number of gene transfer methods, only a few laboratories succeeded in the regeneration of transgenic cells of sugar beet to transgenic plants. The experimental details have not been published until now. This paper deals with methods which could be useful for gene transfer in sugar beet. Expression and meiotic stability of transferred genes are described and the aims of gene transfer in sugar beet are shortly discussed.

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(Beta vulgaris L.)

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