Testung von Gibberellinanwendungen im Energiepflanzenanbau

Abstract

Ziel der Arbeit war es festzustellen, ob durch den Einsatz aktiver Vertreter des Phytohormons Gibberellin (GA) ein Beitrag zur Optimierung des Energiepflanzenanbaus in Form einer Gesamtpflanzenbiomassesteigerung und/oder Erhöhung des Anteils energierelevanter Inhaltsstoffe geleistet werden kann. Aus ökologischer und ökonomischer Sicht ist es sinnvoll und notwendig, mittelfristig Wege der Optimierung des Energiepflanzenanbaus zu prüfen, da die Bioenergie-Potentiale in Deutschland vor allem durch Nutzungskonkurrenzen begrenzt sind. Als unter dem Aspekt der energetischen Verwertung interessante landwirtschaftliche Kulturarten wurden Winterweizen (Triticum aestivum L.), Winter- bzw. Sommerraps (Brassica napus L.), Mais (<em L.), Sonnenblume (Helianthus annuus L.) sowie Chinaschilf (Miscanthus sacchariflorus (Maxim.) Hack.) für die Untersuchungen ausgewählt. Getestet wurden die bioaktiven Gibberelline GA4, GA7, GA1, GA5 sowie die kommerziell erhältlichen Gibberellinpräparate GA3 und GA4/7, wobei der Vergleich der Gibberelline GA4 und GA7 aufgrund ihrer nachgesagten unterschiedlichen Wirkungsstärke und -länge im Mittelpunkt der Untersuchungen stand. Es wurden verschiedene Formulierungen, Gibberellinkonzentrationen, Applikationsarten, -termine und -häufigkeiten untersucht. Nachfolgend werden die im Rahmen dieser Arbeit aufgestellten Fragestellungen zusammenfassend beantwortet.
Wie, in welcher Formulierung, zu welchem Zeitpunkt, in welcher Konzentration und wie häufig müssen Gibberelline bei den jeweiligen Kulturarten appliziert werden?
Welche Wirkung besitzen kommerziell erhältliche Gibberelline (GA3, GA4/7) und isolierte, bioaktive Gibberelline (GA4, GA7) auf den Gesamtpflanzenbiomasse- bzw. Kornertrag, den Anteil energierelevanter Inhaltsstoffe sowie den Blühzeitpunkt und die Abreifedauer?
Wie verändern sich die endogenen Gibberellingehalte in Mais nach mehrfacher Behandlung mit den bioaktiven Gibberellinen GA4 und GA7 bzw. nach kombinierter Behandlung mit GA4 und dem Wachstumshemmer Moddus und was lässt sich daraus für die Gibberellinbiosynthese in Mais ableiten?
Zusammenfassend zeigen die Versuche zur Optimierung des Energiepflanzenanbaus durch Gibberellinapplikation im Sinne einer Gesamtpflanzenbiomasse- bzw. Ertragssteigerung sowie Zunahme energierelevanter Inhaltsstoffe tendenziell ein Potential für den Gibberellineinsatz in der landwirtschaftlichen Praxis auf. Als grundsätzlich positiv zu bewerten ist die Möglichkeit einer Abreifeverfrühung bei gleichzeitiger Ölgehaltssteigerung bei der Sonnenblume durch GA7. Eine Abreifeverfrühung kann zu einer Ertragsstabilisierung, besonders auf Grenzstandorten wie z. B. Braunschweig beitragen, da aus einer früheren Reife auch eine frühere Ernte resultiert, denn diese bedeutet eine Verkürzung der Standzeit im feuchten Herbst, wodurch das Risiko eines Pilzbefalls (Sclerotinia sclerotiorum, Botritis spp.) und damit einhergehender Ertragsausfälle reduziert werden kann. Zur Bestätigung des Effektes der Blüh- und Abreifeverfrühung sind jedoch noch weitere Untersuchungen notwendig. Da in Feldversuchen nur tendenziell eine Gesamtpflanzenbiomassesteigerung erzielt werden konnte, wird vermutet, dass für eine signifikante Erhöhung des Gesamtpflanzenbiomasseertrages eine durchgängige Anwendung von GA4 bzw. GA7 in kurzen Intervallen von drei bis sieben Tagen bis zum Ende des vegetativen Wachstums notwendig ist. Mit dem jetzigen Wissensstand ist jedoch ein derartig aufwändiger GA-Einsatz aus pflanzenbaulicher, arbeits- und insbesondere betriebswirtschaftlicher Sicht wenig sinnvoll. Grund dafür ist das bisher mangelnde Wissen über die Höhe des möglichen Mehrertrags, die Kosten der Gibberelline und deren Ausbringung sowie über die Höhe der Ertragseinbußen durch die sehr späten Überfahrten und die langjährigen Auswirkungen. Außerdem sind dem Überfahren mit einem Spritzgestänge höhenmäßig Grenzen gesetzt, wenn nicht teure Spezialmaschinen eingesetzt werden sollen. Auch in diesem Zusammenhang können weitere Untersuchungen aufschlussreich sein. Neben der Applikation von Gibberellinen auf wachsende Pflanzenbestände sollte auch den Forschungsansätzen zur endogenen Steuerung des Spiegels bioaktiver Gibberelline durch molekulargenetische Beeinflussung des GA-Stoffwechsels Beachtung geschenkt werden. Gerade im Hinblick auf ein gesichertes und reproduzierbares Ergebnis könnte die molekulargenetische Beeinflussung zielführender sein, wenngleich dieser Weg auch kosten- und zeitintensiver ist und trotz intensiver Bemühungen in den letzten Jahren an unterschiedlichen Kulturarten bisher nicht realisiert werden konnte. Mögliche Beispiele der Beeinflussung der Gibberellinbiosynthese auf molekularbiologischer Ebene sind die Ausschaltung (Silencing) der GA2-Oxidasen, wodurch eine Inaktivierung der bioaktiven Gibberelline GA1 und GA4 dauerhaft gewährleistet werden könnte, eine Überexpression der GA20- Oxidasen und GA3-Oxidase, was zu einer endogenen Steigerung an GA1 und GA4 führt oder die Inaktivierung der DELLA-Proteine (Repressoren), wodurch die negative Feedback-Regulation nach einer Gibberellinapplikation in einem geringerem Ausmaß erfolgt.