Können moderne Verfahren der Pflanzenproduktion das Angebotsproblem lösen? Chancen und Risiken von Biotechnologie und Gentechnik?

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1 Können moderne Verfahren der Pflanzenproduktion das Angebotsproblem lösen? Chancen und Risiken von Biotechnologie und Gentechnik? Markus Schorling, Susanne Stirn, Volker Beusmann Forschungsschwerpunkt Biotechnik, Gesellschaft und Umwelt (FSP BIOGUM), Universität Hamburg, Ohnhorststr. 18, Hamburg Die Rolle des Forschungsschwerpunktes Biotechnik, Gesellschaft und Umwelt im Rahmen gesellschaftlicher Kontroversen und Konflikte Die Entwicklung und Umsetzung der Gentechnik in Landwirtschaft und Ernährung ( Grüne Gentechnik ) wird seit über zwei Jahrzehnten kontrovers diskutiert. Ziel des Forschungsschwerpunktes Biotechnik, Gesellschaft und Umwelt (FSP BIOGUM) ist es, durch inter- und transdisziplinäre Forschung das Verständnis des Verhältnisses von technischer Innovation und sozial-kultureller Entwicklung zu verbessern und zur Entscheidungsfindung über Zukunftsfragen beizutragen. Der Forschungsschwerpunkt besteht z. Zt. aus den beiden Forschungsgruppen Landwirtschaft und Pflanzenzüchtung sowie Medizin/Neurowissenschaften. Dauerhafte Arbeitsschwerpunkte der Forschungsgruppe Landwirtschaft und Pflanzenzüchtung sind die Abschätzung und Bewertung der Folgen der Entwicklungen moderner Biotechnologie, insbesondere der Gentechnik, in der Landwirtschaft. Technikfolgenabschätzung wird dabei als Auftrag angesehen, möglichst unvoreingenommen gesellschaftliche Wahrnehmungen und wissenschaftliche Erkenntnisse zu Chancen, Risiken und Alternativen zu modernen Biotechnologien für die natürliche und gesellschaftliche Umwelt zu analysieren, zu bewerten und Handlungsoptionen zu untersuchen. Inhaltliche Schwerpunkte sind dabei der Stand der Technik sowie mögliche Entwicklungspotentiale, die ökologischen und gesundheitlichen Implikationen der Freisetzung, des Anbaus und Vermarktung gentechnisch veränderter Organismen und der daraus hergestellten Lebensmittel ökonomische, soziale und politische Implikationen transgener Organismen sowie Gestaltungsoptionen und deren Bewertung. Hierzu werden normative, theoretische, konzeptionelle und methodische Fragen zur Technikbewertung in Landwirtschaft und Ernährung geklärt und ggf. empirische Forschungen, Dialogprozesse, Diskurs- und Verhandlungsverfahren durchgeführt und ausgewertet. Fragestellungen im Projekt Potenziale der Gentechnik bei Energiepflanzen Die Nutzung und Gewinnung von Energie aus nachwachsenden Rohstoffen könnte prinzipiell einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Energieproduktion und zur Erreichung von Klimaschutzzielen wie der Reduktion von Treibhausgasen leisten. Hierfür sind u. a. Anbaukonzepte zu entwickeln, eine darauf ausgerichtete Pflanzenzüchtung und Sortenwahl anzustreben sowie die Bereitstellung der Biomasse über gezielten Anbau oder Reststoffnutzung bis hin zur Verwertung und technischen Aufbereitung zu koordinieren. Das zurzeit laufende, vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) und dem Bundesamt für Naturschutz (BfN) geförderte Projekt Potenziale 1

2 der Gentechnik bei Energiepflanzen konzentriert sich auf die Züchtung von Energiepflanzen, insbesondere unter Einsatz gentechnischer Methoden, den Biomasseanbau und die damit verbundenen Nutzungskonzepte. Dabei werden folgende Fragestellungen bearbeitet: 1) Welches Potenzial hat die Gentechnik für die Züchtung von Energiepflanzen? 2) Welche Anbau- und Nutzungskonzepte sind mit gentechnisch veränderten Energiepflanzen verbunden? 3) Welche Auswirkungen könnten sich daraus für den Naturschutz und die Umwelt ergeben? 4) Welche Regulationen und Anreizsysteme könnten diese Prozesse in Richtung nachhaltiger Entwicklung steuern? Erste Ergebnisse von Literatur- und Dokumentenrecherchen zum Einsatz der Gentechnik bei Energiepflanzen (Modul 1) sowie Umfragen bei Unternehmen und Forschungseinrichtungen zu Forschungsprojekten im Bereich Energiepflanzen (Modul 2) liegen bereits vor und werden im Folgenden kurz dargestellt. Untersuchungen möglicher Umweltwirkungen des Energiepflanzenanbaus in verschiedenen Landbausystemen (Modul 3) sowie Untersuchungen zu möglichen Steuerungsmechanismen in Hinblick auf die Energie- und Umweltpolitik (Modul 4) werden im weiteren Verlauf des Projektes (bis Ende 2007) durchgeführt werden. Resultate zum Stand der Forschung und Entwicklung: Energiepflanzen, Züchtungziele und -methoden Internetrecherche bei öffentlich geförderten Forschungsprojekten In Modul 1 haben wir Züchtungsziele bei Energiepflanzen in Hinblick auf die verschiedenen Nutzungsoptionen (Biodiesel, Bioethanol, Biogas und BtL) zusammengetragen und öffentlich geförderte Projekte im Zuständigkeitsbereich der Ministerien BMELV, BMBF und BMU recherchiert. In den vergangenen Jahren ( ) wurden nur wenige Projekte gefördert, bei denen gentechnische Methoden zur Energiepflanzenzüchtung zum Einsatz kamen. Hauptsächlich wurden gentechnische Verfahren bei der stofflichen Nutzung nachwachsender Rohstoffe herangezogen (z.b. veränderte Stärke- oder Fettsäurezusammensetzung für die chemische Industrie). Auch in der Literatur finden sich erst wenige gentechnische Ansätze bei Modellpflanzen die Biomasseproduktion zu steigern (Meyer et al., 2007; Kebeish et al., 2007). Große Fortschritte, die Gesamtbiomasse für die Biogaserzeugung zu erhöhen, wurden bei Mais mit Hilfe biotechnologischer Methoden wie der markergestützten Selektion erzielt (Schmidt, 2005). Weitere Züchtungsziele, die auch bei Energiepflanzen verfolgt werden, dienen der Ertragssicherung (z.b. Resistenzen gegenüber biotischem und abiotischem Stress). Diese Züchtungsziele werden auch mit Hilfe gentechnischer Methoden verfolgt, sind aber nicht spezifisch für die Züchtung von Energiepflanzen. Umfragen bei Unternehmen und Forschungseinrichtungen Um ein aktuelles Bild von Züchtungszielen hinsichtlich Energiepflanzen zu erlangen, wurde innerhalb des Projektes ein anonymisierter Fragebogen an insgesamt 81 Einrichtungen verschickt. Unter den 81 Einrichtungen waren 51 Firmen, Ausgründungen und Vereine (private Einrichtungen) und 30 Institute von Universitäten und öffentlichen Forschungseinrichtungen (öffentliche Einrichtungen). Diese Liste der befragten Institutionen wurde zusammengestellt aus den Mitgliedern der Abteilung Biotechnologie und Gentechnik des Bundes Deutscher Pflanzenzüchter (BDP), den 2

3 geförderten Institutionen im Genomforschungsprojekt GABI ( den Antragstellern von Freisetzungsversuchen in Deutschland und persönlichen Empfehlungen aus dem Biozentrum Klein-Flottbek der Universität Hamburg (Stand ). Geantwortet haben 18 private Einrichtungen sowie 14 öffentliche Einrichtungen. Davon betreiben sechs private Einrichtungen und fünf öffentliche Einrichtungen keine Forschung auf dem Gebiet Energiepflanzen. Abb. 1 zeigt die Kulturen; die züchterisch für die Nutzung als Energiepflanzen bearbeitet werden. Dabei wurden die Kulturen nach der Häufigkeit ihrer Nennung aufgelistet. Hierbei wird noch keine Unterscheidung zwischen konventionellen, biotechnologischen und gentechnischen Züchtungsmethoden vorgenommen. Wie bei allen weiteren Auswertungen ist zu berücksichtigen, dass nicht alle Einrichtungen geantwortet haben, aber auch Mehrfachnennungen möglich waren. Häufigkeit der Bearbeitung Raps Mais Weizen Roggen Zuckerrübe Gräser Hirse Triticale Sonnenblume Pappel Abb. 1: Kulturen, die züchterisch für die Nutzung als Energiepflanzen bearbeitet werden Die Einrichtungen, die geantwortet haben, bearbeiten Mais, Raps und Zuckerrübe mit Hilfe gentechnischer Methoden. Dabei wird unterschieden, ob das Züchtungsziel der Ertragssteigerung oder der Ertragssicherung dient (Abb. 2). Mais Raps Zuckerrübe Ertragssteigerung - Kornertrag - Erhöhung Ölgehalt - Verringerung Proteingehalt - Fettsäuremodifikation - Fettsäure-Qualität - Sinapin-Reduktion - Erhöhung Zuckergehalt Ertragssicherung - Insektenresistenz - Trockentoleranz - Kühletoleranz - Insektenresistenz - Virusresistenz - Pilzresistenz Abb. 2: Züchtungsziele, die mittels gentechnischer Methoden verfolgt werden 3

4 Durch zwei weitere Fragen sollte ermittelt werden, warum gentechnische Verfahren angewendet bzw. nicht angewendet werden. Abb. 3 zeigt die Antworten der Einrichtungen in Klassen eingeteilt und nach der Häufigkeit der Nennung aufgelistet. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass von einer Einrichtung mehrere Antworten in die Auswertung einfließen können (Mehrfachnennungen). - Ziel nur mit Gentechnik erreichbar - politische/rechtliche Rahmenbedingungen Häufigkeit der Nennung (n = 29) - kostengünstigere und schnellere Methode - gezielter Eingriff - Vorteile für Umwelt und Gesundheit - Erweiterung der konventionellen Züchtung - sonstige Häufigkeit der Nennung (n = 36) - konventionelle Züchtung ausreichend, teilw. besser - hohe Kosten und hoher Aufwand - Gentechnik (noch) nicht möglich - mangelnde Verbraucherakzeptanz - sonstige Abb. 3: Warum Gentechnik angewendet bzw. nicht angewendet wird Zusammenfassung Zusammenfassend lässt sich nach einer ersten Auswertung der Ergebnisse feststellen, dass die Optimierung von Pflanzen als Energieträger in Zukunft eine wichtige Rolle in der Pflanzenzüchtung einnehmen wird. Biotechnologische und gentechnische Verfahren werden hierbei als Erweiterung der konventionellen Züchtung Anwendung finden. Biotechnologische Verfahren werden bereits umfassend eingesetzt. Gentechnische Verfahren werden zur Zeit (noch) überwiegend mit dem Ziel der Ertragssicherung durch Resistenzen und Toleranzen, nur selten zur direkten Ertragssteigerung und Veränderung der wertgebenden Inhaltsstoffe genutzt. Technische und ökonomische Faktoren werden von den Entwicklern als teils fördernd, teils hemmend eingeschätzt, der politisch-rechtliche Rahmen und die Verbraucherakzeptanz als hemmend. Für die Umwelt und die Gesundheit werden teils positive, teils negative Effekte von gv-pflanzen erwartet. Die Befragung erfolgte vor der Novellierung des deutschen Gentechnikgesetzes. Im weiteren Verlauf des Projektes (bis Ende 2007) sollen Untersuchungen zu möglichen Umweltwirkungen des Energiepflanzenanbaus gentechnisch veränderter Pflanzen (Modul 3) sowie möglicher Steuerungsmechanismen in Hinblick auf die Klima-, Energie-,Umwelt- und Agrarpolitik (Modul 4) durchgeführt werden. Literatur Beusmann, V. (2007): Dialogische Formen der Politikberatung aus Sicht universitärer Technikfolgenabschätzung, -bewertung und gestaltung (TA) zur Grünen Gentechnik. In: 4

5 Kropp, C., Schiller, F., Wagner, J. (Hg), Die Zukunft der Wissenskommunikation. Berlin: edition sigma: Kebeish, R., Niessen, M., Thiruveedhi, K. et al. (2007): Chloroplastic photorespiratory bypass increases photosynthesis and biomass production in Arabidopsis thaliana. Nature Biotechnology 25 (5): Meyer, R.C., Steinfath, M., Becher et al. (2007) The metabolic signature related to high plant growth in Arabidopsis thaliana. PNAS 104 (11): Sauter A., Hüsing, B. (2005): TA-Projekt Grüne Gentechnik Transgene Pflanzen der 2. und 3. Generation. Endbericht. Büro für Technikfolgen-Abschätzung beim Deutschen Bundestag (Hg.), Berlin. Abrufbar unter: Zugriff: Schmidt, W. (2005): Energiemais aktueller Stand und Perspektiven aus Sicht der Pflanzenzüchter. abrufbar unter: Schorling, M. (2006): Ökologische und phytomedizinische Untersuchungen zum Anbau von Bt-Mais im Maiszünsler-Befallsgebiet Oderbruch. abrufbar unter: Stirn, S., Lörz, H. (2006): Genetically Modified Plants. In: Heller, Knut J. (Hrsg.) Genetically Engineered Food. Methods and Detection, 2nd Edition, Wiley VCH, Weinheim, ISBN: , S Dr. Susanne Stirn: Projektbearbeitung Modul 1 Dr. Markus Schorling: Projektbearbeitung Module 2-4 Prof. Dr. Volker Beusmann: Projektleitung 5