close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

ForschungsReport 1997-2 - BMELV-Forschung

EinbettenHerunterladen
DIE ZEITSCHRIFT DES SENATS DER BUNDESFORSCHUNGSANSTALTEN
Bundesministerium für
Ernährung, Landwirtschaft
und Forsten
2/1997
FORSCHUNGS
Report
ERNÄHRUNG · LANDWIRTSCHAFT · FORSTEN
Qualität bei
Obst und Gemüse
Wie nützlich sind
die Nützlinge?
Tierzucht: Durch LASER
zum geplanten Geschlecht
Bundesministerium für
Ernährung, Landwirtschaft
und Forsten
D E R
F O R S C H U N G S B E R E I C H
Das Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
(BML) unterhält einen Forschungsbereich, um wissenschaftliche Entscheidungshilfen für
die Ernährungs-, Land- und Forstwirtschaftspolitik der Bundesregierung zu erarbeiten und
damit zugleich die Erkenntnisse auf diesen Gebieten zum Nutzen des Gemeinwohls zu
erweitern (Rochusstr. 1, 53123 Bonn, Tel.: 0228/529-0, Fax: 0228/529-4262).
Dieser Forschungsbereich wird von 10 Bundesforschungsanstalten und der Zentralstelle für Agrardokumentation und -information (ZADI) gebildet und hat folgende Aufgaben:
■ Bundesforschungsanstalt für
Landwirtschaft
Braunschweig-Völkenrode
(FAL):
Erhaltung und Pflege natürlicher Ressourcen agrarischer Ökosysteme und
Weiterentwicklung der Nahrungs- und
Rohstoffproduktion unter verstärkter Einbeziehung neuer Wissensgebiete und Forschungsmethoden. Dabei stellen die Analyse, Folgenabschätzung und Bewertung
von zukünftigen Entwicklungen für die
Landwirtschaft und die ländlichen Räume
einen besonderen Schwerpunkt dar (Bundesallee 50, 38116 Braunschweig, Tel.:
0531/596-1, Fax: 0531/596-814).
■ Biologische Bundesanstalt
für Land- und Forstwirtschaft
(BBA):
Eine selbständige Bundesoberbehörde
und Bundesforschungsanstalt mit im Pflanzenschutz-, Gentechnik- und Bundesseuchengesetz festgelegten Aufgaben. Forschung auf dem Gesamtgebiet des Pflanzen- und Vorratsschutzes; Prüfung und Zulassung von Pflanzenschutzmitteln; Eintragung und Prüfung von Pflanzenschutzgeräten; Beteiligung bei der Bewertung
von Umweltchemikalien nach dem Chemikaliengesetz; Mitwirkung bei der Genehmigung zur Freisetzung und zum Inverkehrbringen gentechnisch veränderter Organismen (Messeweg 11/12, 38104
Braunschweig, Tel.: 0531/299-5, Fax:
0531/299-3000).
■ Bundesanstalt für Milchforschung (BAM):
Erarbeitung der Grundlagen für die Erzeugung von Milch, die Herstellung von
Milchprodukten und anderen Lebensmitteln und die ökonomische Bewertung der
Verarbeitungsprozesse sowie den Verzehr
von Lebensmitteln mit dem Ziel einer gesunden Ernährung (Hermann-WeigmannStr. 1, 24103 Kiel, Tel.: 0431/609-1,
Fax: 0431/609-222).
■ Bundesforschungsanstalt für
Fischerei (BFAFi):
Bearbeitung der Probleme der
Fischwirtschaft von der Produktion bis zur
Verarbeitung unter Berücksichtigung aller
Zweige der Küsten- und Hochseefischerei
und zum Teil auch der Binnenfischerei
(Palmaille 9, 22767 Hamburg, Tel.:
040/38905-0; Fax: 040/38905200).
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
■ Bundesforschungsanstalt für
Forst- und Holzwirtschaft
(BFH):
Wissenschaftliche Untersuchungen zur
Erhaltung des Waldes und zur Steigerung
seiner Leistung sowie zur Verbesserung
der Nutzung des Rohstoffes Holz und zur
Steigerung der Produktivität in der
Holzwirtschaft (Leuschnerstr. 91, 21031
Hamburg, Tel.: 040/73962-0, Fax:
040/73962-480).
■ Bundesanstalt für Getreide-,
Kartoffel- und Fettforschung
(BAGKF):
Forschungsarbeiten mit der Zielsetzung einer Qualitätsverbesserung von Getreide, Mehl, Brot und anderen Getreideerzeugnissen, von Kartoffeln und deren
Veredlungsprodukten sowie der Lösung
wissenschaftlicher und technologischer
Fragen im Zusammenhang mit Ölsaaten
und -früchten und daraus gewonnenen
Nahrungsfetten
und
-ölen
sowie
Eiweißstoffen (Schützenberg 12, 32756
Detmold, Tel.: 05231/741-0, Fax:
05231/741-1 00).
■ Bundesforschungsanstalt für
Viruskrankheiten der Tiere
(BFAV):
Eine selbständige Bundesoberbehörde
mit im Tierseuchengesetz und Gentechnikgesetz festgelegten Aufgaben. Erforschung und Erarbeitung von Grundlagen
für die Bekämpfung viraler Tierseuchen
(Paul-Ehrlich-Str. 28, 72076 Tübingen,
Tel.: 07071/967-0, Fax: 07071/967303).
■ Bundesanstalt für Fleischforschung (BAFF):
Erforschung der Voraussetzungen, unter denen die Versorgung mit qualitativ
hochwertigem Fleisch sowie einwandfreien Fleischerzeugnissen einschließlich
Schlachtfetten und Geflügelerzeugnissen
sichergestellt ist (E.-C.-Baumann-Str. 20,
95326 Kulmbach, Tel.: 09221/803-1,
Fax: 09221/803-244).
■ Bundesforschungsanstalt für
Ernährung (BFE):
Horizontale, das gesamte Gebiet der
Ernährungs-, Lebensmittel- und Haushaltswissenschaften übergreifende Aufgabenstellung (Engesserstr. 20, 76131 Karlsruhe, Tel.: 0721/6625-0, Fax: 0721/
6625-111).
2
■ Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen
(BAZ):
Erhöhung der biotischen Resistenz und
der Verbesserung der abiotischen Toleranz der Kulturpflanzen sowie Entwicklung
von Zuchtmethoden und Verbesserung der
Produktqualität (Neuer Weg 22/23,
06484 Quedlinburg, Tel.: 03946/47-0,
Fax: 03946/47-255).
■ Zentralstelle für Agrardokumentation
und -information (ZADI):
Aufbau des Deutschen Agrarinformationsnetzes (DAlNet), Online-Angebot nationaler und internationaler Datenbanken,
Forschung und Entwicklung auf den Gebieten Agrardokumentation und Informatik
sowie Koordinierung der Dokumentation
im Fachinformationssystem Ernährung,
Land- und Forstwirtschaft (FIS-ELF) (Villichgasse 17,53177 Bonn, Tel.: 0228/
9548-0, Fax: 0228/9548-149).
● Forschungseinrichtungen der
Blauen Liste:
Darüber hinaus sind sechs Forschungseinrichtungen der Blauen Liste dem Geschäftsbereich des BML zugeordnet: Deutsche Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie (DFA) (Lichtenbergstr. 4, 85748
Garching, Tel.: 089/3209-1, Fax:
089/3209-4183); Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung
e. V. (ZALF) (Eberswalder Str. 84, 15374
Müncheberg, Tel.: 033432/82-0, Fax:
033432/82-212); Institut für Agrartechnik Bornim e. V. (ATB) (Max-Eyth-Allee
100, 14469 Potsdam-Bornim, Tel.:
0331/5699-0, Fax: 0331/5699849); Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeeren/Erfurt e. V. (IGZ)
(Theodor-Echtermeyer-Weg 1, 14979
Großbeeren, Tel.: 033701/78-0, Fax:
033701/55391); Forschungsinstitut für
die Biologie landwirtschaftlicher Nutztiere
(FBN) (Wilhelm-Stahl-Allee 2, 18196
Dummerstorf, Tel.: 038208/68-5, Fax:
038208/686-02); Institut für Agrarentwicklung in Mittel- und Osteuropa (IAMO)
(Magdeburger Str. 1,06112 Halle/S.,
Tel.: 0345/5008-111, Fax: 0345/
5126599).
Die wissenschaftlichen Aktivitäten des
Forschungsbereiches werden durch den
Senat der Bundesforschungsanstalten
koordiniert, dem die Leiter der Bundesforschungsanstalten, der Leiter der ZADI und
sieben zusätzlich aus dem Forschungsbereich
gewählte Wissenschaftler angehören.
Der Senat wird von einem auf zwei Jahre
gewählten Präsidium geleitet, das die Geschäfte des Senats führt und den Forschungsbereich gegenüber anderen wissenschaftlichen Institutionen und dem BML vertritt
(Präsidium des Senats der Bundesforschungsanstalten, c/o BBA, Messeweg 11/12,
38104 Braunschweig, Tel.: 0531/299-5,
Fax: 0531/299-3001).
E D I T O R I A L
I N H A LT
Guten Tag,
2
DER FORSCHUNGSBEREICH
dieses Heft – Sie werden es beim Blättern in den Portraits der
Forschungseinrichtungen feststellen – ist beinahe so etwas wie
eine Jubiläumsausgabe. Einige runde Geburtstage stehen in
den nächsten Wochen und Monaten an.
BERICHTE AUS DER FORSCHUNG
Geschmack bei Obst und Gemüse
Eine neue Herausforderung für die Züchtung
Vor 75 Jahren wurde das Institut für Betriebswirtschaft und
Marktforschung der Lebensmittelverarbeitung, eines von sechs
Instituten der Bundesanstalt für Milchforschung, gegründet.
Auf 50 bewegte und erfolgreiche Jahre kann die Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) zurückblicken. Und Anfang des
kommenden Jahres, am
28. Januar 1998, wird mit
der Biologischen Bundesanstalt für Land- und
Forstwirtschaft die älteste
Forschungseinrichtung im
Geschäftsbereich des Bundesministeriums für
Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (BML)
100 Jahre alt.
Qualitätsanalyse von Gemüse
Alte Einrichtungen also? Eher Forschungsstätten mit Tradition,
die – sich anpassend an wechselnde Bedürfnisse und Forschungsfragen – flexibel und innovativ und dadurch jung
geblieben sind. Denn Triebfeder für die Forschung ist immer
das Neue, die Faszination des Entdeckens.
Gesunde Nahrung und intakte Umwelt sind nach wie vor
Bereiche, die jeden von uns angehen. Die Bundesforschungsanstalten des BML leisten auf diesen Gebieten seit Jahrzehnten
wichtige Arbeit. Dabei geht es nicht nur um die Gewinnung
neuen Wissens, sondern auch um die praktische Umsetzung
dieser Erkenntnisse: Viele Bereiche in unserer hochtechnisierten
Welt sind so kompliziert geworden, daß sie ohne wissenschaftliches Fachwissen, das aus aktuellen Forschungsarbeiten
schöpft, nicht mehr beurteilt und geregelt werden können.
Hier leisten die Bundesforschungsanstalten einen unverzichtbaren Beitrag in der Beratung der politischen Entscheidungsträger. Deshalb sehe ich für unsere Einrichtungen auch künftig einen festen Platz in der deutschen und internationalen
Forschungslandschaft.
Die aktuellen Beiträge dieses ForschungsReports führen Sie,
liebe Leserinnen und Leser, aus der Tiefe der Geschichte direkt
in die Zukunft. Lassen Sich sich mitnehmen auf diese Reise
durch die Zeit.
Ihr
Prof. Dr. Fred Klingauf
Präsident des Senats der Bundesforschungsanstalten
3
4
8
Wie nützlich sind die Nützlinge?
Natürliche Helfer gegen Blattläuse
unter die Lupe genommen
12
Agrarlandschaft & Artenvielfalt
Neue Varianten zur Strukturierung der
ostdeutschen Ackerflächen
17
Pasteurisieren unter Hochdruck
Was haben wir von der neuen
Konservierungsmethode zu erwarten?
22
Verminderung biogener Amine
in Rohwurst
25
Tierzucht: Durch LASER zum
geplanten Geschlecht
Ökobilanzen für Forst und Holz
28
32
Heringsforschung im Spiegel
der Jahrhunderte
Eine 250 Jahre alte Theorie und
neue Erkenntnisse
36
PORTRAIT
100 Jahre biologische Forschung
für Land- und Forstwirtschaft
40
50 Jahre Bundesforschungsanstalt
für Landwirtschaft (FAL)
42
75 Jahre Institut für Betriebswirtschaft und Marktforschung
der Lebensmittelverarbeitung, Kiel
44
Institut für Gemüse-,
Heil- und Gewürzpflanzenzüchtung,
Quedlinburg
45
Institut für Agrarentwicklung in
Mittel- und Osteuropa, Halle/Saale
46
NACHRICHTEN
47
TAGUNGEN
50
IMPRESSUM
51
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Z Ü C H T U N G S F O R S C H U N G
Geschmack bei Obst und
Gemüse
Eine neue Herausforderung für die Züchtung
Hartwig Schulz (Quedlinburg)
W
ir alle als Verbraucher wünschen uns qualitativ hochwertige Lebensmittel.
Gemüse soll knackig, Obst soll frisch sein, und schmecken soll es außerdem.
Während in der Vergangenheit die Züchtungsziele bei neuen Obst- und Gemüsekulturen in erster Linie in einem hohen Ertrag und in spezifischen
Resistenzen gegen Schaderreger lagen, rückt in der Züchtungsforschung heute auch die
Verbesserung der geschmacklichen Eigenschaften stärker in den Vordergrund. Geschmack ist jedoch – so denkt man – etwas Subjektives. Lassen sich Geschmack und
Aroma, läßt sich das wohlige Gefühl beim Beißen in eine leckere Frucht überhaupt objektivieren?
WAS IST ‘QUALITÄT’
FÜR DEN ZÜCHTER?
Die Qualität pflanzlicher Agrarprodukte wird unter anderem durch
den Standort (Licht, Boden, Klima)
und durch menschliche Einflüsse (Anbaubedingungen) bestimmt. Vor allem sind es aber die genetischen Anlagen, die die Entwicklung der Pflanzen und die Ausprägung ihrer Eigenschaften steuern. Der Züchtungs-
forschung kommt hier also eine
besondere Bedeutung zu.
Bei den durch
Züchtung beeinflußbaren Qualitätsmerkmalen
handelt es sich
zunächst einmal um den
Nährwert,
der durch
die jewei-
Tab. 1: Klassifizierung unterschiedlicher Aromatypen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung
Aromatyp
Kulturart
Aroma-Schlüsselkomponente
Aroma wird durch eine
komplexe Mischung vieler
Aromastoffe geprägt
Erdbeere
Säuren, Ester, Alkohole, Lactone,
Carbonylverbindungen
Aroma wird durch einige
wenige Aromakomponenten
bestimmt
Tomate
Hexanal, (E)-2-Hexenal, (Z)-3-Hexenal,
β-Ionon, 2-Isobutylthiazol
γ-Lactone, d-Lactone, Ester
Ethyl-2-methylbutyrat, Hexanal, (E)-2-Hexenal
Aroma wird entscheidend
durch eine Aromakomponente
geprägt; andere Aromastoffe
runden das Profil lediglich ab
Himbeere
Birne
Pfirsich
Apfel
Knoblauch
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
1-(4-Hydroxyphenyl)-3-butanon
(E)-2-(Z)-4-Methyldecadienoat,
(E)-2-(Z)-4-Ethyldecadienoat
Di-2-propenyldisulfid
4
ligen Anteile der Hauptnährstoffe
Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße
repräsentiert ist. Lebenswichtige
Stoffe wie Vitamine und Mineralstoffe, aber auch unerwünschte Verbindungen – etwa Oxalsäure, Alkaloide oder bestimmte Proteine (z. B. Allergene) – charakterisieren den Gesundheitswert. Darüber hinaus ist es
dank der bemerkenswerten Fort-
Z Ü C H T U N G S F O R S C H U N G
schritte in der Aromaanalytik heute
möglich, bereits zu einem frühen
Zeitpunkt im Rahmen der Züchtung
Einfluß auf den Genußwert von
Agrarprodukten zu nehmen. In diesem Zusammenhang sind gleichermaßen die nichtflüchtigen Inhaltsstoffe (Geschmacksstoffe) wie Zucker,
Fruchtsäuren und Bitterstoffe als
auch die flüchtigen Aromastoffe von
Bedeutung. Schließlich spielt noch
der Eignungswert eine Rolle, der
durch die technologischen Prozesse
(Ernte, Verarbeitung, Lagerung) bestimmt wird.
Darüber hinaus kann auch eine
Resistenz gegenüber bestimmten
Schädlingen und Pflanzenkrankheiten zur Qualität von Agrarprodukten beitragen: Widerstandsfähige Sorten müssen weniger
mit Pflanzenschutzmitteln behandelt werden. Das Risiko von
uner wünschten
Rückständen ist dadurch geringer.
BEISPIEL
AROMA
Am Beispiel des
Aromas
von
Agrarprodukten
s o l l
veranschaulicht werden, wie
man
sich
dem Begriff
‘Qualität’ analytisch nähern kann.
Dabei wird schnell
klar, daß Geschmack und Aroma
viel mit Chemie zu tun haben.
Dank der stürmischen Entwicklung
auf dem Gebiet der instrumentellen
Analytik ist es heute möglich, Aromen sehr detailliert zu charakterisieren und mit Testergebnissen aus sensorischen Untersuchungen (d. h. Geschmacks- und Geruchsproben) in
Zur Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen werden physiko-chemische und physikalische
Techniken eingesetzt
Einklang zu bringen. Während in
Obstfrüchten das jeweils typische
Aroma bereits in der intakten, reifen
Frucht voll ausgeprägt ist, werden
die Aromen in rohem Gemüse oftmals erst im Verlauf küchentechnischer Prozesse (Zerkleinern, Kochen) oder beim Verzehr in der
Mundhöhle durch das Kauen bzw.
durch die Enzyme im Speichel gebildet. Man unterscheidet demzufolge zwischen den Aromen, die im
Rahmen des Stoffwechsels im
pflanzlichen Gewebe entstehen
(Primär-Aromen) und den durch enzymatische, oxidative oder thermische Einflüsse gebildeten SekundärAromen.
Darüber hinaus lassen sich Aromen hinsichtlich ihrer stofflichen Zusammensetzung in drei Gruppen unterteilen (Tabelle 1). Bei der ersten
Gruppe wird der Aromaeindruck
durch eine komplexe Mischung vieler Aromastoffe verursacht. Dies ist
zum Beispiel bei Erdbeeren der Fall,
deren Aroma sich aus einer Vielzahl
verschiedener Ester, Alkohole, Lactone, Carbonylverbindungen und Säuren zusammensetzt. Der zweiten
Gruppe werden solche Aromen zugeordnet, die durch einige wenige
Leitsubstanzen bestimmt sind (Beispiel: Tomaten, Äpfel). Bei der drit-
5
ten Gruppe, zu der unter anderem
Birnen und Knoblauch zählen, ist
das Aroma im wesentlichen durch
eine einzelne Aromakomponente
geprägt; weitere Stoffe tragen hier
nur zur Abrundung des gesamten
Aromaeindrucks bei.
ANALYTISCHE UND
SENSORISCHE UNTERSUCHUNGSMETHODEN
Am Institut für Qualitätsanalytik
der Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen (BAZ) wird
das gesamte Spektrum der Qualitätsforschung und -züchtung an
Obst- und Gemüsekulturen sowie an
Kräutern und Heilpflanzen bearbeitet. Dabei ist die Aromaforschung
ein wichtiges Teilgebiet.
Zur Bestimmung von Pflanzeninhaltsstoffen werden hier bevorzugt
physiko-chemische und physikalische Techniken eingesetzt. Diese
weisen im Vergleich zu den chemischen Analysenmethoden eine bedeutend bessere Trennleistung und
Selektivität auf. Sie erfordern darüber hinaus geringere Probenmengen und liefern vor allem in wesentlich kürzerer Zeit Ergebnisse. Überwiegend werden verschiedene
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Z Ü C H T U N G S F O R S C H U N G
chromatographische Methoden angewendet, mit denen sich die Stoffgemische in ihre Einzelkomponenten auftrennen lassen.
Zusätzliche Informationen kann
die sogenannte Gaschromatographie(GC)-Olfaktometrie
geben.
Hierbei werden gasförmige Proben
aufgetrennt und durch eine Strömungsteilung in zwei Bahnen gelenkt. Ein Teil der Probe erreicht den
GC-Detektor, während der andere
Teil zu einem sogenannten „SniffingPort” geleitet wird. Dort registriert
eine entsprechend geschulte Person
kontinuierlich die jeweiligen Geruchseindrücke (Abb. 1), die an-
Abb. 2: Die Bildung aromaaktiver Inhaltsstoffe in Obst und
Gemüse
schließend mit den synchron erhaltenen GC-Signalen in Zusammenhang gebracht werden.
BILDUNG DER
AROMASTOFFE
Während die in Obst- und Gemüse vorkommenden primären Inhaltsstoffe wie Zucker, Fette und Proteine
teilweise bereits vor der Ernte gebildet werden, setzt die Synthese der
Aromastoffe bei Obstkulturen zumeist erst während der Reifephase
ein. Dabei ist zunächst eine Zunah-
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
me der Atmungsintensität der Früchte
festzustellen, das heißt, die reifenden Früchte verbrauchen Sauerstoff
und geben Kohlendioxid (CO2) ab.
Im Verlauf des Reifeprozesses nimmt
die Atmung wieder langsam ab.
Der Anstieg der CO2-Produktion ist
auf die Steigerung der Eiweiß-Synthese in den Früchten zurückzuführen. Außerdem ist bei mehreren
Obstkulturen während dieser Zeit
eine deutliche Änderung in den einzelnen Stoffwechselwegen zu beobachten.
Die Konzentration der gebildeten
Aromastoffe ist bei den in Europa
handelsüblichen Obst- und Gemüseprodukten außerordentlich gering.
Oftmals beträgt der Aromaanteil weniger als 30 mg/kg, und der Gehalt
einzelner Aromastoffe mit starker Intensität kann teilweise sogar unterhalb von 1 µg/kg liegen.
Um die bei der technologischen
Verarbeitung auftretenden Aromaveränderungen und Aromafehler bereits bei der Züchtung neuer Sorten
mit zu erfassen, müssen züchtungsbegleitend Studien zur technologischen Qualität im Labormaßstab
durchgeführt werden. Nur so läßt
sich berücksichtigen, daß einige
Aromastoffe erst durch die Verarbeitungsprozesse oder die Enzyme des
Mundspeichels chemisch verändert
und „aktiviert” werden.
Die Synthesewege zur Bildung
der primären Aromastoffe sind heute
bis auf wenige Ausnahmen bekannt.
Wie in Abbildung 2 dargestellt, gehen diejenigen Aromastoffe, die zur
Gruppe der aliphatischen, unverzweigten Alkohole, Ester, Aldehyde,
Säuren, Ketone und Lactone zählen,
aus dem Fettsäure- Stoffwechsel hervor, während die aliphatischen methylverzweigten Verbindungen aus
dem Aminosäure-Stoffwechsel stammen. Darüber hinaus weiß man,
daß die sehr zahlreichen aromaaktiven Mono- und Sesquiterpen-Verbindungen Produkte des TerpenStoffwechsels sind. Andere Verbindungen werden im Zimtsäure-Metabolismus gebildet.
6
Abb. 1: Am „Sniffing-Port” werden die
verschiedenen Geruchseindrücke einer
Probe von einer geschulten Testperson genau registriert. Später werden diese Angaben den Signalen aus dem Gaschromatographen (kleines Bild) zugeordnet
LAGERUNG UND
AROMA
Um die Früchte länger haltbar zu
machen, werden sie heute oftmals
unter sogenannten „controlled atmosphere” (CA)-Bedingungen gelagert. Hierbei wird die Sauerstoffkonzentration in der Luft des Lagerraums
künstlich erniedrigt und die Konzentration von CO2 entsprechend erhöht. Das führt zu einer Verlangsamung des Stoffwechsels in den
Pflanzenzellen und damit unmittelbar zu einer längeren Haltbarkeit.
Allerdings muß bei diesem Prozeß
eine verminderte Aromaproduktion
in Kauf genommen werden. Werden Äpfel zu lange gelagert, so lassen sich darüber hinaus erhöhte Gehalte von Acetaldehyd und Ethanol
feststellen, die auch auf das Auftre-
Z Ü C H T U N G S F O R S C H U N G
ten von Kernhaus- und Schalenbräune hinweisen können.
VERARBEITUNG UND
AROMA
Bei der Charakterisierung und Bewertung der individuellen AromaEindrücke sind nicht nur die Aromastoffe im intakten, pflanzlichen Gewebe zu betrachten. Auch die bei
Verletzung der pflanzlichen Zellen
einsetzenden enzymatischen Prozesse sind von Bedeutung. Hierbei können aus nichtflüchtigen Vorläufersubstanzen (Präkursoren) flüchtige Aromastoffe entstehen, die oftmals in
den intakten Pflanzen gar nicht vorkommen. Das gilt insbesondere für
einige Allium-Arten (z. B. Zwiebel,
Knoblauch, Schnittlauch und Porree). In der Zwiebel kommt
hauptsächlich der aus den Aminosäuren Valin und Cystein gebildete Präkursor 1-Propenylcysteinsulfoxid vor. In Gegenwart des Enzyms
Alliinase werden aus diesem Stoff in
mehreren Reaktionsschritten die beiden wichtigen Aroma-Schlüsselver-
Die dargestellten Beispiele zeigen, daß es bei der durch Züchtung
angestrebten Aromaverbesserung in
Obst und Gemüse unbedingt erforderlich ist, ein umfassendes Verständnis für den pflanzlichen Stoffwechsel zu entwickeln. Darüber hinaus muß die Weiterverarbeitung der
Agrarprodukte mit berücksichtigt
werden, denn die Qualitätsanforderungen orientieren sich letztendlich
am verzehrsfertigen Produkt. Es
reicht daher nicht aus, lediglich Aromakomponenten
im
frischen
Pflanzenmaterial zu analysieren.
Auch die bei der Zubereitung, Weiterverarbeitung und Haltbarmachung auftretenden Veränderungen
im Aromaprofil müssen sehr sorgfältig charakterisiert werden. Die Arbeiten des Instituts für Qualitätsanalytik der BAZ schaffen somit die
Grundlagen für eine erfolgreiche
Züchtung
aromatischer,
wohlschmeckender und hochwertiger
Obst- und Gemüsesorten.
■
bindungen Diallyldisulfid und Diallylthiosulfonat
gebildet.
Auch
während des Kochvorgangs kommt
es bei Zwiebeln zu charakteristischen Stoffumwandlungen, die das
Aroma prägen.
Bei der Zerkleinerung von Tomaten und Gurken wandeln verschiedene Enzyme die Fettsäuren Linolbzw. Linolensäure aus dem pflanzlichen Gewebe in wichtige Aromastoffe um, zum Beispiel in C6-Alkohole und C6-Aldehyde. In Abbildung 3 wird am Beispiel der Tomate
verdeutlicht, in welcher Weise –
ausgehend von Linolensäure – in
Gegenwart des Enzyms Lipoxygenase zunächst über die Zwischenstufe Hydroperoxifettsäure die wichtigen Aromastoffe Hexanal und 3-Hexenal gebildet werden. Durch die
Einwirkung weiterer Enzymsysteme
(Alkoholdehydrogenase und Isomerase) werden Hexanol, 2-Hexenal,
3-Hexenol und 2-Hexenol erzeugt,
die ebenfalls für das typische Tomatenaroma bedeutsam sind. Unterschiede im Aroma verschiedener Tomatensorten sind meist auf die unterschiedliche Zusammensetzung und
Konzentration der entsprechenden Verbindungen zurückzuführen.
Dir. und Prof. Dr. Hartwig Schulz,
Bundesanstalt für Züchtungsforschung an Kulturpflanzen, Institut für
Qualitätsanalytik, Neuer Weg
22/23, 06484 Quedlinburg
Linolensäure
COOH
Lipoxygenase
Hydroperoxifettsäuren
Hydroperoxidlyase
H
Hexanal
(Z)-3-Hexenal
Alkoholdehydrogenase
(ADH)
Hexanol
OH
CHO
ADH
(Z)-3-Hexenol
OH
Isomerase
(E)-2-Hexenal
CHO
ADH
(E)-2-Hexenol
O
Abb. 3: Die Bildung von Aromastoffen in der Tomate, ausgehend von der
Linolensäure
7
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
L E B E N S M I T T E L
Qualitätsanalyse
von Gemüse
Helga Auerswald und Angelika Krumbein (Großbeeren)
I
n den Gemüseregalen finden die Konsumenten heutzutage ein vielfältiges Angebot vor. Nur
hochwertige Erzeugnisse lassen sich dabei am Markt plazieren. Die sensorischen, mit den Sinnen wahrnehmbaren Eigenschaften der Produkte – also Kriterien wie Aussehen, Geschmack,
Festigkeit – spielen beim Kaufverhalten eine zunehmende Rolle. Um im Wettbewerb bestehen
und Verbraucherwünschen gerecht werden zu können, müssen die Zusammenhänge zwischen
den einzelnen qualitätsbeeinflussenden Faktoren analysiert werden – sowohl im Produktionsprozeß als auch auf dem Weg der Produkte vom Produzenten bis zum Verbraucher. Im Institut
für Gemüse- und Zierpflanzenbau Großbeeren/Erfurt e. V. werden daher Untersuchungen zum
Einfluß verschiedener Faktoren wie pflanzenbauliche Maßnahmen, Sorten, Standort-, Klima-,
Nacherntebedingungen auf die Qualität von Gemüse durchgeführt. Voraussetzung dafür ist aber
das Wissen um die einzelnen Qualitätsparameter.
In Großbeeren
werden u.a.
Qualitätsparameter von
Radies und
Möhren ermittelt
Am Anfang der
jeweiligen
Forschungsarbeiten
steht zunächst die
Suche nach den Eigenschaften, die
die Qualität des Erzeugnisses bestimmen. Dies kann
natürlich nur unter
Beachtung der Ansprüche der jeweiligen Abnehmer geschehen. Die Qualitätskriterien müssen daher in Zusammenarbeit mit
Produzenten, Handel und Konsumenten festgelegt werden.
Unsere vom Bundeslandwirtschaftsministerium und den
Landwirtschaftsministerien der Länder Brandenburg und Thüringen geförderten Arbeiten konzentrieren
sich gegenwärtig auf Gewächshaustomaten, Brokkoli, Radies und
Möhren.
Die Schwerpunkte der Untersuchungen bestehen darin,
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
■ Produkte umfassend charakterisieren zu können,
■ Zusammenhänge zwischen sensorischen Produkteigenschaften
und wichtigen Inhaltsstoffen sowie zu Textureigenschaften aufzuzeigen und
■ Ursachen für Konsumentenpräferenzen zu finden.
Die einzelnen Arbeitsschritte erfolgen auf der Grundlage chemischer,
physikalischer und sensorischer Analysen (Abb. 1).
Am Beispiel der Gewächshaustomaten sollen im folgenden einige Arbeitsschritte und Ergebnisse vorgestellt werden.
SENSORISCHE ANALYSE
Eine sensorische Analyse fährt in
der Regel zweigleisig: Zum einen
werden die jeweiligen Produkte von
einer besonders geschulten Prüfergruppe (deskriptives Panel) bewertet,
zum anderen werden Konsumenten
nach ihren Eindrücken befragt.
Während das Urteil der Konsumenten von ihrer Vorliebe oder Abneigung gegenüber einem Produkt
geprägt und in der Regel nicht sehr
fein differenziert ist, arbeitet die Prü-
8
L E B E N S M I T T E L
fergruppe als eine Art Meßinstrument. Sie ist in der Lage, die Produkte sowohl qualitativ zu charakterisieren als auch die Intensität bestimmter sensorischer Merkmale
quantitativ, reproduzierbar und wertungsfrei zu bestimmen, das heißt,
eine Analyse des sensorischen Profils von Produkten vorzunehmen. Das
Ergebnis dieser Profilanalyse – darstellbar in einem sogenannten Profilogramm – läßt Produktunterschiede
in einzelnen sensorischen Komponenten deutlich werden. Diese Komponenten charakterisieren Produktmerkmale wie Aussehen, Form, Farbe, Geruch, Geschmack, Mundgefühl und Nachgeschmack im Detail.
Als Beispiel dazu sind für einige
Tomatensorten die Ergebnisse der
Profilanalyse zu den Merkmalen Geschmack (Abb. 2, S. 10) und Mundgefühl (Abb. 3, S. 10) dargestellt.
Beim Geschmack zeigt sich, daß
die Sorte ‘Supersweet’ durchgängig
stärkere Geschmackseigenschaften
aufweist als die beiden anderen
Sorten. Es überwiegen die Komponenten ‘intensiv’, ‘fruchtig’, ‘sauer’
(erster Eindruck, beim Abbeißen),
‘tomatig’ und ‘süß’ (zweiter Eindruck, beim Kauen). Aber auch andere charakteristische Komponenten
wie ‘frisch geschnittenes Gras’ wurden in geringem Maße von den geschulten Prüfern ausgemacht. Die
Abb. 1: Arbeitsschritte zur Charakterisierung der Produktqualität
Produkt
(frisch geerntet und aus Nachernte)
Physikalische
Messungen
Sensorische Analysen
Konsumentenurteil
(hedonisch)
Chemische
Analysen
Profilanalyse durch
deskriptives Panel
(analytisch)
Umfassende Qualitätscharakterisierung des Produkts;
Verknüpfung aller Teilergebnisse zur Ermittlung der Beziehungen
zwischen den qualitätsbeeinflussenden Faktoren
9
Sorte ‘Vanessa’ schmeckte im ersten
Eindruck deutlich stärker sauer als
süß, während bei der Sorte ‘Gourmet’ diese beiden Eigenschaften
ausgeglichener auftraten.
Welche der Komponenten das Urteil der Konsumenten über das Produkt positiv oder negativ beeinflussen und welche Intensität die jeweilige Komponente haben sollte, bleibt
dabei noch offen. Über eine direkte
Befragung der Konsumenten ist zwar
zu erfahren, welche Produkte gefallen, nicht aber, was die speziellen
Gründe dafür sind. Dies läßt sich erst
über die Verknüpfung der Ergebnisse
der geschulten Prüfer mit denen der
Konsumenten feststellen. Um die Ursachen für bestimmte Komsumentenpräferenzen zu finden, werden
außerdem die physikalischen und
chemischen Analysenergebnisse einbezogen. Die Untersuchungen zeigen, daß für das Urteil der Konsumenten die Geschmackskomponenten süß, sauer, fruchtig und bitter von
Bedeutung waren. Tomaten, die zu
sauer schmeckten oder eine bittere
Note aufwiesen, wurden abgelehnt.
Die Beurteilung des Mundgefühls,
das die Konsumenten beim Verspeisen der Tomaten hatten, stand in Beziehung zu sensorischen Komponenten, die die Fruchtfestigkeit beschreiben (vgl. Abb. 3). Signifikante Zusammenhänge bestanden auch zwischen dem Gesamteindruck der
Konsumenten und der Form und Farbe der Produkte. Je gleichmäßiger
die Tomaten geformt und gefärbt
waren, desto besser gefielen sie
den Konsumenten.
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Geschmacksprüfung
von Tomaten
L E B E N S M I T T E L
matig’ sowie ‘sauer’. Ein hoher Säuregehalt hatte allerdings einen negativen Einfluß auf das Konsumentenurteil: Für diese Tomaten bestand
nur eine geringere Präferenz. Das
Äpfelsäure/Citronensäure-Verhältnis
lag bei den ausgewählten Sorten
bei Werten zwischen 0,33 und
0,03. Auf einen Teil Äpfelsäure kamen also zwischen drei und dreißig
Teile Citronensäure.
Die sensorische Bewertung zeigte, daß Sorten mit verhältnismäßig
wenig Äpfelsäure (Verhältnis unter
0,04) besser schmeckten als Sorten
mit einem hohen Äpfelsäure-Anteil
(Verhältnis über 0,17). Die Profilanalyse verdeutlichte, daß das Verhältnis der beiden Säuren die Geschmackskomponenten sauer, intensiv, tomatig und fruchtig beeinflußt.
Abb. 2: Profilanalyse zum Geschmack von drei Tomatensorten. Das mehr oder minder
sternförmige Muster gibt an, welche Komponenten des Geschmacksbuquets bei den einzelnen Sorten besonders hervorstechen. In diesem Fall sind die relevanten Geschmackskomponenten bei der Sorte ‘Supersweet’ stärker ausgeprägt als bei den Vergleichssorten. (1.E. - erster Eindruck, beim Abbeißen; 2.E. - zweiter Eindruck, beim Kauen)
Geschmack
––– Vanessa
––– Gourmet
––– Supersweet
intensiv
fruchtig
70
60
tomatig (1.E.)
50
bitter
sauer (1.E.)
40
30
20
10
rohe Kartoffel
süß (1.E.)
0
frisch geschn. Gras
tomatig (2.E.)
sauer (2.E.)
verdorben süßlich
muffig/modrig
süß (2.E.)
AROMASTOFFE
CHEMISCHE ANALYSEN
Der Geschmack von Tomaten
wird vorwiegend durch Zucker und
verschiedene Säuren sowie durch
flüchtige Aromastoffe bestimmt.
Um den Einfluß dieser Inhaltsstoffe
auf die Produkteigenschaften näher
charakterisieren zu können, wurde
der Gehalt an reduzierenden
Zuckern (Glucose, Fructose) und an
titrierbarer Säure (Summe der ungebundenen Säuren) bestimmt. Weiterhin interessierte, ob die Gehalte an
einzelnen Säuren bzw. deren Verhältnis zueinander einen Einfluß auf
den Geschmack haben. Deshalb
wurden die Hauptsäuren in Tomate
– Äpfelsäure und Citronensäure – in
die Untersuchungen einbezogen.
Die Resultate aller Untersuchungen wurden auf signifikante Beziehungen zu den sensorischen Daten
überprüft.
Es zeigte sich, daß Zusammenhänge bestanden zwischen dem
Zucker- bzw. Säuregehalt der Tomaten und den Eindrücken der Prüfer zu
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
einer Reihe von Geruchs-, Geschmacks- und Nachgeschmacksbegriffen. So korrelierte der Zuckergehalt positiv mit den Geschmackskomponenten ‘intensiv’, ‘süß’, ‘fruchtig’ und ‘tomatig’. Ein gleichsinniger
Zusammenhang ergab sich auch
zwischen dem Säuregehalt der Tomaten und den Geschmackskomponenten ‘intensiv’, ‘fruchtig’ und ‘to-
In den untersuchten Tomaten
konnten 54 Aromastoffe nachgewiesen werden. In Abhängigkeit
von der Tomatensorte wurden Unterschiede in der qualitativen und mengenmäßigen Zusammensetzung dieser Stoffe gefunden.
Zwischen den ermittelten Aromastoffen und den von den Prüfern benannten Geruchs-, Geschmacks-
Abb. 3: Profilanalyse zum Mundgefühl beim Verzehr von drei Tomatensorten
––– Vanessa
––– Gourmet
––– Supersweet
Mundgefühl
Fruchtfleisch weich/fest
80
Fruchtschale hart
60
Fruchtfleisch saftig
40
20
0
Fr.-Fl. schleimig/breiig
Fruchtfleisch knorpelig
10
Fruchtfleisch mehlig
Fruchtfleisch körnig
L E B E N S M I T T E L
und Nachgeschmackskomponenten
ergaben sich eine Reihe von positiven und negativen Korrelationen. So
korrelierte die Geruchskomponente
‘süßlich’ positiv mit 1-Penten-3-on
und die Geruchskomponente ‘Tomatenblätter’ positiv mit β-Phellandren.
Zwischen dem „Ersten spontanen
Gesamteindruck” im sensorischen
Konsumententest und der Nachgeschmackskomponente ‘frisch geschnittenes Gras’, ermittelt durch die
geschulten Prüfer, bestand eine signifikante negative Beziehung. Diese
Komponente wird durch (Z)-3-Hexen-1-ol bestimmt, welches eine grasig/grüne Note hat.
ANNÄHERUNG AN
VERBRAUCHERWÜNSCHE
Die Untersuchungen im Institut
für Gemüse- und Zierpflanzenbau zeigen, daß mit Hilfe von
Profilanalysen durch geschulte Prüfer die qualitative und
quantitative sensorische Charakterisierung von Gemüsearten möglich ist. Für Tomaten
wurden
Zusammenhänge
zwischen
geschmacklichen
Einzelkomponenten und den Inhaltsstoffen Zucker und Säure sowie dem Verhältnis Äpfelsäure/Citronensäure und zu
Aromastoffen gefunden.
Die Analysen ermöglichen es, Produkteigenschaften zu erkennen,
die bei den Konsumenten erwünscht oder unerwünscht sind. Daraus
eröffnen sich Perspektiven, von vornherein – zum
Beispiel über die Sortenwahl oder spezielle Anbaumethoden – Einfluß auf die Produktqualität zu nehmen.
■
Dr. Helga Auerswald und Dr. Angelika Krumbein, Institut für Gemüseund Zierpflanzenbau Großbeeren/Erfurt e. V., Th.-EchtermeyerWeg 1, 14979 Großbeeren
11
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
P F L A N Z E N S C H U T Z
Wie nützlich sind die Nü
Natürliche Helfer gegen Blattläuse unter die Lupe genommen
Bernd Freier und Holger Triltsch (Kleinmachnow)
Eine ältere
Marienkäferlarve
auf Nahrungssuche im Getreide
(kleines Bild
oben);
Der SiebenpunktMarienkäfer
zählt zu den
wirtschaftlich
wichtigsten
Marienkäfern
(großes Bild
rechts)
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
12
P F L A N Z E N S C H U T Z
ützlinge? M
oderne Pflanzenschutzkonzepte haben zum Ziel, soviel chemische Pflanzenschutzmittel wie möglich einzusparen. Die Regulation von Schädlingen durch
ihre natürlichen Gegenspieler ist daher ein bedeutender Aspekt des integrierten
Pflanzenschutzes. Im Winterweizen zählen die blattlausfressenden Marienkäfer zu den
wichtigsten Nützlingen. Doch wie effektiv sind diese Tierchen wirklich? Trotz eines enormen Kenntnisstandes zum Vorkommen und zur individuellen Leistung dieser räuberischen Insekten war es bislang schwierig, ihre Leistungen im Feld realistisch einzuschätzen. In einem mehrjährigen Forschungsprogramm am Institut für integrierten Pflanzenschutz der Biologischen Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA) wurde die
Nützlichkeit der Marienkäfer im Zusammenhang mit dem gesamten Gegenspielerpotential der Getreideblattläuse im Winterweizen untersucht.
Die natürliche Regulation der Getreideblattläuse durch Nützlinge hat
in den letzten zwei Jahrzehnten weltweit große Aufmerksamkeit erfahren. Einerseits zählen Getreideblattläuse zu den wichtigsten Schadorganismen im Weizenanbau, andererseits steht ihnen eine große Zahl
von natürlichen Feinden gegenüber:
Neben pilzlichen Krankheitserregern und parasitischen Wespen treten vor allem die relativ blattlausspezifischen Marienkäfer und deren Larven, aber auch die Larven der
Schwebfliegen und der Florfliegen
als Antagonisten auf. Hinzu kommen Laufkäfer und Spinnen, die allerdings ein breites Beutespektrum
haben und nicht nur Blattläuse fressen.
Trotz umfangreicher Kenntnisse
zur Artenvielfalt der Nützlingsfauna,
zur Populationsdynamik und zur
individuellen
Fraßleistung vieler
Nützlinge
fällt
eine reale Bewertung ihrer Nützlichkeit bislang
schwer, weil sich
die Wechselwir-
Marienkäfer
legen ihre Eier in
großer Zahl auf
Pflanzen ab
13
kungen zwischen Schädling und
Nützling ungeheuer kompliziert darstellen. Entsprechende Unsicherheiten führen schnell zu einer Fehlbewertung einzelner Gegenspielergruppen. So mag es nicht verwundern, wenn die Nützlinge in Getreidefeldern sogar schon zum Zankapfel bei der Bewertung des ökologischen Zustandes von Agrarräumen
geworden sind. Im Mittelpunkt der
Diskussion stand die Frage: Gibt es
auf unseren Feldern genügend Nützlinge ?
VORKOMMEN DER
MARIENKÄFER
Im BBA-Institut für integrierten
Pflanzenschutz in Kleinmachnow
wurde 1993 ein Forschungsprogramm zur Bewertung der Nützlinge
eingeleitet. Im Mittelpunkt standen
dabei die Marienkäfer. Es erfolgten
Feldstudien, Labor- und Klimakammerversuche, Käfigexperimente und
Computersimulationen.
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Schwebfliegenlarve (Episyrphus
balteatus)
frißt eine
Getreideblattlaus
P F L A N Z E N S C H U T Z
In Deutschland treten etwa
80 verschiedene Marienkäferarten
auf, von denen 58 als Nützlinge
gelten. 37 Arten ernähren sich bevorzugt von Blattläusen. Diese Blattlausfresser interessieren uns in den
Agrarlandschaften besonders. In
Getreidefeldern kommen im wesentlichen zwei Arten vor:
Eine Florfliegenlarve saugt den
Körperinhalt einer
Blattlaus aus
■ der
Siebenpunkt-Marienkäfer
(Coccinella septempunctata) und
■ der Vierzehnpunkt-Marienkäfer
(Propylaea quatuordecimpunctata).
Die Tiere überwintern als Käfer
häufig an Feld- und Waldrändern.
Bei anhaltenden Temperaturen von
mehr als 9 °C werden sie aktiv und
suchen Nahrung. Ab Mitte Mai fliegen sie auch in die Weizenfelder,
wo in der Regel vom Juni bis zur
Gelbreife des Getreides Massenvermehrungen der Blattläuse stattfinden.
Die Weibchen des Siebenpunkts
legen bis zu 1000 Eier, vornehmlich
an Pflanzen, ab. In Japan wurde
kürzlich nachgewiesen, daß Marienkäfer ihre Eier sogar an Straßenrandabfällen wie Bierdosen, die
sich durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt hatten, ablegen. Die Larven
fressen ebenso wie die ausgewachsenen Tiere Blattläuse. In der Regel
kommt im Jahresverlauf nur eine Generation zustande.
In fünfjährigen Feldstudien auf
Winterweizenfeldern an zwei unterschiedlichen Standorten (Fläming
und Magdeburger Börde) traten im
Durchschnitt von achtwöchentlichen
Terminen 2,2 Marienkäfer und 2,1
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
Larven pro m2 auf – allerdings mit
teils erheblichen Schwankungen. Immerhin waren Marienkäfer damit
aber die zweithäufigste Nützlingsfraktion nach den Schwebfliegenlarven (5,6 Ind./m2) und vor den Spinnen (4,0 Ind./m2). Etwa jeder vierte
registrierte Nützling war ein Marienkäfer.
In den Untersuchungen konnte wider Erwarten nicht nachgewiesen
werden, daß die Marienkäfer die
Weizenfelder mit wachsendem
Blattlausbefall zunehmend besiedeln. In jedem Jahr und auf jedem
Feld herrschte eine andere Situation.
Das Besiedlungsverhalten der Marienkäfer gibt uns noch viele Rätsel
auf. Jedoch nahm die Eiablage mit
steigendem Blattlausbefall und somit
besserem Ernährungszustand der
Weibchen zu.
NÜTZLINGSPOTENTIAL
DER MARIENKÄFER
Das Nützlingspotential der wichtigsten räuberischen Antagonisten
wird in Laborversuchen bei einer
Überschußfütterung („Essen, soviel
Sie wollen!”) von Einzeltieren ermittelt. Die Abbildung 1 veranschaulicht den durchschnittlichen Tages-
fraß von Marienkäfern und anderen
Nützlingen bei 20 °C. Sie zeigt,
daß Marienkäfer sehr hohe Fraßleistungen erreichen.
Im Feld werden diese Fraßmengen jedoch nicht realisiert, denn
schwankende Witterungsbedingungen und vor allem das begrenzte
Nahrungsangebot mindern die tägliche Nahrungsaufnahme. Weiterhin ist zu berücksichtigen, daß die
Larven bei Nahrungsmangel zu
Kannibalen werden und sich gegenseitig auffressen können. Es scheint
aber, daß diese „Selbstvernichtung”
im Kampf um die Nahrungsressourcen unbedeutender ist als bislang
angenommen.
ANTRIEB HUNGER
Der entscheidende Antrieb, eine
bestimmte Menge an Blattläusen zu
fressen, ist für die Marienkäfer der
Hunger. Dieser resultiert aus dem aktuellen Nahrungsdefizit und der Temperatur. Den Hunger messen wir als
Änderung des Körpergewichts bei
Überschußfütterung im Vergleich
zum Ausgangszustand. Grundsätzlich gilt: je höher die Temperatur, desto größer der Hunger. Weizenfelder mit 500–1000 Blattläusen/m2
Abb. 1: Tägliche Fraßleistung wichtiger Blattlausgegenspieler bei Nahrungsüberschuß unter Laborbedingungen und einem mittleren Blattlausgewicht von 0,4 mg
14
P F L A N Z E N S C H U T Z
DER TRICK MIT DEN
PRÄDATOREINHEITEN
Bringt Blattläusen kein Glück: Der Vierzehnpunkt-Marienkäfer
sicherten bei den männlichen Marienkäfern bereits einen guten
Ernährungszustand, Weibchen benötigten eine doppelt so hohe Blattlausdichte.
MARIENKÄFER SIND
„KÄLTEMUFFEL”
Die Temperatur bestimmt weitgehend die Lebensfunktionen der Marienkäfer. Der Entwicklungsnullpunkt
des Siebenpunkts liegt bei etwa
10 °C. Erst bei Temperaturen über
15 °C bequemen sie sich zu fliegen. Das Temperaturoptimum für
ihre Entwicklung, Nahrungsaufnahme und Vermehrung liegt bei 25 °C.
Getreideblattläuse haben ihr Temperaturoptimum aber bereits bei
22 °C!
Durch Versuche in Klimakammern
konnte eindeutig nachgewiesen
werden, daß dieser Unterschied
zwischen Beute und Räuber gravierende Auswirkungen haben kann.
So konnten die Käfer in einem Experiment bei 20 °C eine aufkommende Massenvermehrung von Blattläusen an Weizenpflanzen nicht aufhalten, in einem anderen Experiment bei 22 °C den Befall
aber weitestgehend kontrollieren
(Abb. 2). Die Ergebnisse haben
eine große Bedeutung für die situationsbezogene Nützlingsbewertung.
Bei der Leistungsermittlung der Marienkäfer im Rahmen der gesamten
Prädatorgesellschaft (Gemeinschaft
der räuberischen Gegenspieler) standen wir vor einem Problem: Die einzelnen Räuber lassen sich nicht einfach addieren, da ihr Leistungspotential extrem unterschiedlich ist. Deshalb wurde das Nützlingsauftreten
leistungsbezogen gewichtet. Grundlage hierfür waren die Daten der täglichen Fraßmengen bei ca. 20 °C
und Überschußfütterung (vgl. Abb.
1). Die Angaben wurden einheitlich
auf mg Blattläuse/Tag umgerechnet.
Da die Nahrung der räuberischen
Laufkäfer, Kurzflügler und Spinnen nur
zum Teil aus Blattläusen besteht, wurde bei diesen Prädatoren noch ein
Faktor für den Nahrungsanteil Blattläuse berücksichtigt. Außerdem wurde festgelegt, daß ein Weibchen des
Siebenpunkt-Marienkäfers als Bewertungsbasis dient und den Wert von
1,0 Prädatoreinheiten erhält. Tabelle
1 veranschaulicht die Bewertung einzelner Prädatoren in Form von Prädatoreinheiten. Das Nützlingsauftreten
in den untersuchten Weizenfeldern
wurde nun in Prädatoreinheiten (PE)
umgerechnet. Im Durchschnitt von 80
Abb. 2: Blattlausvermehrung und
Fraßleistung von Marienkäfern in Klimakammer-Versuchen mit Winterweizen und Getreideblattläusen bei
unterschiedlichen Temperaturen
Blattläuse/Tag
30
■ Fraß eines Marienkäfers/Tag
■ Nachkommen von
80 Getreideblattläusen/Tag
25
20
15
10
5
0
17 °C
20 °C
22 °C
Tagesmitteltemperatur
15
Erhebungen ergab sich ein Mittelwert
von 5,6 PE/m2, wobei im Einzelfall
die Werte zwischen fast Null und
mehr als 30 PE/m2 schwanken konnten – abhängig vom Zeitpunkt und
vom Standort. Der Wirkungsanteil
der Marienkäfer betrug immerhin fast
50 %.
Tab. 1: Bewertung der Prädatoren der Getreideblattläuse auf der Basis von Prädatoreinheiten (PE) bei
20–22 °C
Prädator
PE
Marienkäfer
– Siebenpunkt
Weibchen
Männchen
Larve
– Vierzehnpunkt
Erwachsene
Larve
Schwebfliegen (insb. Episyrphus balteatus) Larve
Florfliegen (Chrysoperla carnea)
Larve
Laufkäfer (große Arten)
Erwachsene
Kurzflügler
Erwachsene
Spinnen
Erwachsene
ERMITTLUNG DER
NÜTZLICHKEIT
Um die befallsreduzierende Wirkung der Marienkäfer zu messen,
wurden vierjährige Versuche mit
2 m2-Feldkäfigen in Weizenbeständen durchgeführt. In den Käfigen entwickelten sich Blattlauspopulationen,
die von einer bestimmten Anzahl Käfer und Larven des Siebenpunkt-Marienkäfers angegriffen wurden. Der
„weggefressene Befall” wurde genau analysiert. Dabei zeigte sich,
daß etwa 19 Prädatoreinheiten von
Marienkäfern und deren Larven pro
Quadratmeter notwendig waren, um
den Blattlausbefall klar unter der wirtschaftlichen Schadensschwelle zu
halten (Dieser Schwellenwert gibt
an, ab welcher Schadenshöhe eine
Bekämpfung, die ja auch Kosten verursacht, ökonomisch sinnvoll ist).
Aber die Ergebnisse dieser Käfigversuche, in denen sich Blattläuse besonders gut entwickeln können, lassen sich nur unvollkommen auf reale
Streßbedingungen im Freiland übertragen. Es kann angenommen wer-
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
1,00
0,88
0,33
0,58
0,23
0,46
0,14
0,18
0,003
0,002
P F L A N Z E N S C H U T Z
FALLSTUDIEN MIT
SIMULATIONSMODELL
den, daß im Feld oft weniger
Prädatoreinheiten/m2
notwendig
sind, um Blattlaus-Massenvermehrungen aufzuhalten.
Deshalb wurden 64 Felderhebungen genauer mathematisch-statistisch
analysiert, wobei wir uns entschieden, die Marienkäfer nicht getrennt
von den anderen Räubern zu betrachten. Es wurde das gesamte Prädatorpotential analysiert. Demnach
dürften
bereits
8
Prädatoreinheiten/m2 ein Blattlausauftreten
unterdrücken können. Das können
zum Beispiel 10 Siebenpunkt-Marienkäfer oder 17 Schwebfliegenlarven oder 57 Florfliegenlarven sein.
Schließlich wurde auch ein Computer-Simulationsmodell mit den Submodellen Weizen, Getreideblattläuse und Marienkäfern entwickelt. Das
Modell mit der Bezeichnung GTLAUS liegt bereits in der Version 4.0
vor und wird für Szenarien zur Ermittlung der Nützlingswirkung unter
verschiedendsten Bedingungen verwendet. Die Simulationsergebnisse
mit feldähnlichen Daten bestätigen,
daß unter bestimmten Bedingungen
(kleiner Blattlausausgangsbefall, viele andere natürliche Gegenspieler
und warme Witterung) schon relativ
wenige Marienkäfer (insgesamt ca.
15 PE/m2) eine natürliche Kontrolle
der Getreideblattläuse sichern können (Abb. 3, Version A). Die Simulationen zeigten aber auch eindrucksvoll, daß unter anderen Bedingungen (z. B. starker Blattlausfrühbefall,
keine anderen natürlichen Gegenspieler, kaltes Wetter) mehrfach
höhere Marienkäferpotentiale erforderlich sind, um den Blattlausbefall
abzuwehren (Abb. 3, Version B).
Abb. 3: Computersimulation des Blattlausauftretens an Winterweizen unter zwei verschiedenen Befallsbedingungen. Unter ungünstigen Bedingungen (Version B) sind wesentlich mehr Marienkäfer notwendig, um eine Blattlausvermehrung zu begrenzen
NUTZENSSCHWELLEN
Ein wichtiges Ziel der Studien war
es auch, aus den gewonnenen Daten sogenannte Nutzensschwellen
abzuleiten. Darunter versteht man
eine Nützlingsdichte, die den Schädlingsbefall von sich aus unter der wirtschaftlichen Schadensschwelle zu
halten vermag. Unter Einbeziehung
des gesamten Räuberpotentials könnte unter normalen Umweltbedingungen eine mittlere Nutzensschwelle
zwischen 8 und 20 Prädatoreinheiten/m2 angenommen werden. Das
bedeutet zum Beispiel für den Siebenpunkt 5–10 Käfer oder 12-30
Larven/m2 bei einem angenommenen 50 %igen Wirkungsanteil der
Marienkäfer an der Räubergesellschaft. Dieses Potential finden wir in
Deutschland in vielen Weizenfeldern. Es signalisiert, daß eine chemische Bekämpfung der Getreideblattläuse in diesen Fällen nicht gerechtfertigt ist. Allerdings haben wir auch
gelernt, daß die natürliche Regulationsfähigkeit bei Temperaturen unter
20 °C stark schwindet und Blattläuse
begünstigt werden. Insgesamt kann
man davon ausgehen, daß die Nützlingspotentiale in der Regel beachtlich dazu beitragen, Getreideblattläuse unter Kontrolle zu halten. Leistungsträger sind hierbei vor allem
der Siebenpunkt- und der Vierzehnpunkt-Marienkäfer mit ihren Larven
sowie die Schwebfliegenlarven.
Dennoch können sich die Landwirte
nicht darauf verlassen, daß ihnen
Marienkäfer & Co. genügend Glück
bringen. Eine Erhebung des Blattlausbefalls am Ende der Weizenblüte ist
daher unerläßlich. Die parallele Erfassung des Gegenspielerpotentials
und ein Blick auf die Wetterprognose
zeigen dabei, wie nützlich die Nützlinge im konkreten Fall sind.
■
Dr. Bernd Freier und Dr. Holger
Triltsch; Biologische Bundesanstalt
für Land- und Forstwirtschaft, Institut
für integrierten Pflanzenschutz,
Stahnsdorfer Damm 81, 14532
Kleinmachnow
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
16
A G R A R Ö K O L O G I E
D
ie Struktur der Agrarlandschaften in
den östlichen Bundesländern wurde
in den vergangenen Jahrzehnten
wesentlich durch landwirtschaftliche
Großbetriebe mit bis zu 10.000 ha Betriebsgröße geprägt. Ausgedehnte, einheitliche Acker- und Grünlandschläge mit
Flächen bis zu 100 ha waren häufig anzutreffen. Diese Art der Landbewirtschaftung stand vornehmlich unter einem einseitigen technisch-technologischen Blickwinkel und wurde durch den Einsatz
großer Maschinenkomplexe und überdimensionierter, rollbarer Beregnungsanlagen geprägt. Landeskulturelle und ökologische Aspekte spielten dagegen nur eine
untergeordnete Rolle.
Abb. 1: Sehr strukturarmes und durch Großschläge geprägtes Ackerbaugebiet bei Dahmsdorf (Ostbrandenburgische Platte) mit ca. 1 % Flächenanteil von Kleinstrukturen
Agrarlandschaft & Artenvielfalt
Neue Varianten zur Strukturierung der ostdeutschen Ackerflächen
Hartmut Kretschmer und Jörg Hoffmann (Müncheberg)
Große Produktionsschläge konnten nur geschaffen werden, indem
ein erheblicher Teil der naturnahen
Kleinstrukturen im Agrarraum beseitigt wurde. Verbliebene ökologisch
wertvolle Reststrukturen gerieten in
eine räumliche Isolierung bzw. wurden verstärkt den Stoffeinträgen aus
angrenzenden Nutzflächen ausgesetzt. Ähnlich wie auf landwirtschaftlichen Vorzugsstandorten der alten
Bundesländer verursachten diese
Prozesse in den meisten Agrarräumen einen deutlichen Artenrückgang bei Flora und Fauna. Eine vom
Abb. 2: Strukturreiches, durch Heckensysteme geprägtes Ackerbaugebiet bei
Hasenholz (Ostbrandenburgische Platte)
mit ca. 15 % Flächenanteil von Kleinstrukturen
17
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
A G R A R Ö K O L O G I E
Bundesumweltministerium geförderte Studie ging deshalb der Frage
nach, welches Biotop- und Artenpotential in typischen Agrargebieten
der neuen Bundesländer noch vorhanden ist, welchen Einfluß Kleinstrukturen auf die Artendiversität haben und wie durch gezielte Maßnahmen zur Flurneugestaltung die
Belange des Arten- und Biotopschutzes stärker als bisher berücksichtigt werden können.
UNTERSUCHUNGSPROGRAMM
Zur Charakterisierung der derzeitigen Agrarlandschaftsstruktur wurden Flächenumfang, Verteilung und
Qualität aller Kleinstrukturen (Flurgehölze, Gras- und Staudensäume,
Magerrasen, Kleingewässer, Feldwege u. a.) in sieben typischen
Ackerbaugebieten
Ostbrandenburgs und Thüringens untersucht. Für
ganz BrandenTab. 1: Anteil von Kleinstrukturen in typischen Ackerbauburg konnte zugebieten Ostdeutschlands und Richtwerte aus der Literatur
sätzlich
eine
Auswertung der
FlurgeFlurgeFläche
Flurgehölzaushölzlänge
hölzfläche
Klein(km/km2 LN) (% der LN) strukturen
stattung auf der
(% der LN)
Grundlage eiOstbrandenburgische
Platte
0,8–2,2
0,8–2,7
2–5
ner 1986/87
durchgeführten
Oderbruch
0,4–1,4
0,5–1,6
2–3
FlurgehölzinNauener Platte
0,4–1,2
0,5–1,4
2–4
ventur
vorgeDurchschnitt für Brandenburg
ca. 1,0
ca. 1,1
(2–5)*
nommen werThüringer Becken
1,2–2,6
1,5–2,8
3–6
den.
Richtwerte
aus
der
Literatur
4–7
5–10
10–20
Die Bewer* geschätzt
tung vorhandener Kleinstrukturen für den Biotop- und Artenschutz erfolgte auf der
sprüche der einzelnen Pflanzen- und
Grundlage umfangreicher floristiTierarten in den jeweiligen Kleinscher Kartierungen und faunistischer
strukturen untersucht. Dabei wurden
Erhebungen zu den Tiergruppen
gezielt Flächen ausgewählt, die eiSäugetiere, Vögel, Lurche, Kriechtienen Gradienten von stark ausre, Tagfalter und Laufkäfer. Dazu
geräumt bis sehr gut strukturiert aufwurden in allen Ackerbaugebieten
wiesen (vgl. Abb. 1 und 2).
auf jeweils 100 ha Fläche Vorkommen, Häufigkeit und spezielle An-
Abb. 3: Beziehungen zwischen dem Flächenanteil von Kleinstrukturen in Ackerbaugebieten Brandenburgs und
Thüringens und der nachgewiesenen Artenzahl für Farn- und Blütenpflanzen sowie für verschiedene Tiergruppen
250
Artenzahl Farn- und Blütenpflanzen
65
Gesamtartenzahl
Artenzahl der Tiergruppen
60
225
55
Gräser und Kräuter
in Kleinstrukturen
200
Laufkäfer
50
175
45
150
40
Brutvögel
35
125
Gräser und Kräuter
auf Ackerflächen
100
30
Tagfalter
25
20
75
Säugetiere
15
50
10
Gehölze
25
5
0
Lurche/
Kriechtiere
0
0
5
10
Flächenanteil von Kleinstrukturen
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
15
0
5
10
Flächenanteil von Kleinstrukturen
18
15
AUSSTATTUNG MIT
KLEINSTRUKTUREN
Die Analyse des Flurgehölzanteils
auf Agrarflächen der Altkreise des
Landes Brandenburg ergab mit nur
0,45 bis 1,57 km Flurgehölzlänge
pro km2 landwirtschaftliche Nutzfläche sehr niedrige Werte. Für das
gesamte Bundesland Brandenburg
errechnete sich im Mittel ein Wert
von 1 km pro km2. Damit hatten die
Flurgehölze, bezogen auf die gesamte landwirtschaftliche Nutzfläche, nur einen Flächenanteil von
1,1 %. Verglichen mit allgemein anerkannten Richtwerten aus der Literatur bzw. gut strukturierten Agrargebieten zeigt sich ein erhebliches Defizit in der Flurgehölzausstattung
(Tab. 1). Einen besonders geringen
Flurgehölzanteil weisen dabei das
gesamte Oderbruch, die nordöstliche Uckermark sowie Teile der Nauener Platte auf.
Detaillierte Erhebungen zum
Flächenanteil aller noch vorhandenen Kleinstrukturen in charakteristischen Ackerbaugebieten Ostbran-
A G R A R Ö K O L O G I E
denburgs und des Thüringer
Beckens machten deutlich, daß dieses Defizit auch für die anderen naturnahen Strukturelemente (insbesondere Gras- und Krautsäume, Staudenfluren, kleinflächige Trockenrasen) gilt. Abgesehen von wenigen
Ausnahmen lag der Kleinstrukturanteil an der landwirtschaftlichen Nutzfläche in den meisten Untersuchungsgebieten unter 5 %, während
aus agrarökologischer Sicht 10–
20 % als Vorrangflächen für den Biotop- und Artenschutz innerhalb von
Agrargebieten für notwendig gehalten werden.
Abb. 4: Siedlungsdichte der Brutvögel
auf 100 ha eines
gering strukturierten Ackerbaugebietes (Jahnsfelde,
Ostbrandenburgische Platte)
STRUKTURREICHTUM
UND ARTENVIELFALT
Für die gewählten Untersuchungsgebiete konnte nachgewiesen werden, daß ein enger Zusammenhang
zwischen dem Flächenanteil von
Kleinstrukturen bzw. der vorhandenen Strukturvielfalt des Agrargebietes und dem anzutreffenden Arteninventar besteht. Das wurde nicht nur
bei Wildpflanzen deutlich, sondern
auch bei allen untersuchten Tiergruppen. Bezogen auf 100 ha der
jeweiligen
Untersuchungsgebiete
ließ sich mit zunehmender Kleinstrukturfläche beispielsweise eine Erhöhung der Artenzahl bei Farn- und
Blütenpflanzen um den Faktor 3-4
nachweisen, bei Brutvögeln und
Tagfaltern sogar um den Faktor 1012 (Abb. 3).
Schon eine relativ geringe Erhöhung der Strukturvielfalt führte im
Vergleich zu ausgeräumten, nahezu
strukturlosen Agrarflächen zu einer
relativ starken Zunahme der Artenzahl. Dies zeigte sich besonders bei
der Artenvielfalt der Brutvögel: Vollständig ausgeräumte Ackerflächen
wurden nur von der Feldlerche und
vereinzelt noch von der Schafstelze
besiedelt. Insuläre Gehölzstrukturen
bzw. wenige Linienstrukturen innerhalb großräumiger Ackerschläge
führten jedoch schon zu einer deutlichen Zunahme der Brutvogelarten
Abb. 5: Siedlungsdichte der Brutvögel
auf 100 ha eines
stark strukturierten
Ackerbaugebietes
(Hasenholz, Ostbrandenburgische
Platte)
19
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
A G R A R Ö K O L O G I E
(Abb. 4). Bei einer weitgehend optimalen Verteilung der Kleinstrukturen
zwischen Ackerflächen mit 10 bis
20 ha konnten auf 100 ha Agrarfläche bis zu 40 Brutvogelarten mit
hoher Siedlungsdichte einzelner Arten nachgewiesen werden (Abb. 5).
Eine kritische Analyse der nachgewiesenen hohen floristischen und
faunistischen Diversität bei reicher
Strukturvielfalt ergab jedoch auch:
Sowohl der Flächenanteil von Kleinstrukturen als auch einfache, undifferenzierte Artenzahlen sind nur begrenzt zur Beurteilung der biotischen
Abb. 6: Beziehung zwischen dem Eutrophierungsgrad (Stickstoffzeigerwert nach ELLENBERG) von Säumen und dem Vorkommen
standorttreuer Tagfalterarten an Kleinstrukturen in Ackerbaugebieten Ostbrandenburgs
Artenzahl
20
■ mittlere Anzahl
■ Gesamtartenzahl
16
12
8
4
0
4,5 – 5,5
5,5 – 6,5
6,5 – 7,5
Mittlerer Stickstoffzeigerwert Saum
> 7,5
Wertigkeit von Agrarlandschaften geeignet. Die Zahl der Arten allein sagt
noch nichts darüber aus, ob es sich
um spezialisierte bzw. seltene Arten
oder um „Allerweltsarten“ handelt.
Die Vegetationsaufnahmen an den
verschiedenen untersuchten Kleinstrukturen belegen, daß unabhängig
vom Strukturierungsgrad 80-90 % aller Saumstrukturen durch Fragmente
von Segetal- und Ruderalgesellschaften bestimmt sind. Besonders schmale Säume werden häufig von Brennesseln und Ackerkratzdisteln beziehungsweise von der Quecke dominiert. Dies ist durch die regelmäßigen Nährstoffeinträge aus den angrenzenden Ackerflächen – direkt
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
über Düngung bzw. indirekt über Erosion – bei gleichzeitig ausbleibendem Nährstoffentzug in den Saumstrukturen bedingt. Ursprüngliche
Charakterarten der Acker- und
Wegsäume bzw. Blütenpflanzen,
die gegenüber Nährstoffeinträgen
empfindlich sind, ließen sich in der
Regel nur an über fünf Meter breiten,
stärker von Nährstoffeinträgen abgepufferten Saumbereichen oder im
Zentrum größerer komplexer Strukturen nachweisen (z. B. Feldgehölze in
Verbindung mit Trockenrasen und
Staudensäumen, Kleingewässer mit
breiten und strukturreichen Säumen).
An schmalen Säumen prägen sich
hingegen überwiegend stickstoffliebende und meist artenarme Pflanzengesellschaften aus. Diese Strukturen
bieten in der Regel auch nur einer begrenzten Zahl fast ausschließlich weit
verbreiteter Insektenarten eine ausreichende Lebensgrundlage. Hingegen
konzentrierte sich der größte Teil der
Insektenarten auf den nur noch sehr
geringen Flächenanteil nährstoffarmer und blütenreicher Krautfluren,
die weitgehend von den Einflüssen
der angrenzenden Bewirtschaftung
abgeschirmt sind (Abb. 6 und 7).
Bei den Brutvogelarten dominierten selbst in den sehr gut strukturierten
Agrarlandschaften weit verbreitete
Arten der Wälder/Waldränder
bzw. Siedlungen, zum Beispiel der
Buchfink, die Dorngrasmücke oder
der Schilfrohrsänger. Charakteristische Feldvogelarten wie Rebhuhn,
Wachtel und Grauammer waren in
den meisten Ackerbaugebieten hingegen nicht bzw. nur noch in einzelnen Brutpaaren nachweisbar.
VARIANTEN FÜR EINE
NEUSTRUKTURIERUNG
Zusammenfassend belegen die
Untersuchungen, daß die Strukturierung der Agrargebiete durch Kleinbiotope für den Erhalt einer hohen Artendiversität von wesentlicher Bedeutung ist, dafür aber nicht alle Strukturtypen in gleicher Weise geeignet
20
sind. Den höchsten Beitrag sowohl
hinsichtlich der Habitatqualität als
auch der Lebensraumsicherung für
gefährdete Arten erbringen überwiegend breite bzw. komplexe Kleinstrukturen mit ausreichend hohem Pufferungspotential gegenüber Einträgen von Nährstoffen und Pflanzenschutzmitteln aus der angrenzenden
Bewirtschaftung. Schmale Linienstrukturen (Flurgehölze und Gras- bzw.
Staudensäume unter 3-5 m Breite)
können diese Funktion nur sehr begrenzt leisten.
Bei künftigen Flurneugestaltungsmaßnahmen bzw. Planungen zu Biotopverbundsystemen in weiterhin
konventionell genutzten Ackerbaugebieten sollten diese Aspekte verstärkt
berücksichtigt werden. Abb. 8 zeigt
drei mögliche Varianten für die Flurneugestaltung ausgeräumter Agrargebiete, bei denen von einem gleichgroßen Flächenanteil für neu anzulegende Kleinstrukturen ausgegangen
wird.
Modellvariante 1 entspricht dem
von den meisten Autoren geforderten
kleinräumigen Biotopverbund durch
eine engmaschige Netzstruktur mit
maximalen Feldbreiten von 150–
250 m und Feldlängen von ca. 400–
600 m. Die einzelnen meist linienförmigen Saumbiotope (überwiegend
Hecken) sind in der Regel kleinräumig
Abb. 7:
Blutströpfchen auf
SkabiosenFlockenblume
in einem
nährstoffarmen Saumbereich
A G R A R Ö K O L O G I E
direkt miteinander verbunden. Handelt es sich bei diesem Netz des
Biotopverbunds jedoch überwiegend um schmale Strukturen mit geringer Pufferwirkung gegenüber Bewirtschaftungsmaßnahmen auf den
angrenzenden Feldflächen, so wird
deren Biotopqualität stark beeinträchtigt. Die Vorteile dieser Strukturierung gehen insbesondere für sensible Arten verloren. Außerdem wurde
in letzter Zeit verstärkt belegt, daß
die meisten Charakterarten der offenen Agrarlandschaft sich relativ gut
ausbreiten können und damit nicht
zwingend auf Korridorbiotope in
Form direkter Verknüpfungen angewiesen sind.
Bei der Neustrukturierung ausgeräumter Agrarlandschaften kann
es daher hinsichtlich des Biotop- und
Artenschutzes sinnvoller sein, sowohl
bestehende naturnahe Restbiotope
gezielt zu vergrößern als auch durch
Neuanlage ein Mosaik extensiv genutzter bzw. nicht genutzter Kleinbiotope unterschiedlicher Strukturtypen
in einem losen räumlichen Verbund
zu schaffen. Wesentlich ist dabei,
daß Teilstrukturen (z. B. Wege, Grassäume, Flurgehölze, Kleingewässer,
Gräben) möglichst zu breiten, linienförmigen Strukturen bzw. zu komplexen Inselstrukturen gebündelt werden, um schädigende Randeinflüsse
zumindest für die zentralen Bereiche
zu minimieren. Gleichzeitig können
dadurch besser Mindestgrößen für
dauerhaft besiedelbare Habitate einzelner Tierarten berücksichtigt werden. Diesem Grundgedanken entsprechen die Modellvarianten 2 und
3. Beide Varianten weisen gegenüber der Variante 1 bei gleichem
Flächenanteil naturnaher Strukturen
größere Ackerschläge auf. Schläge
über 30 – 40 ha sollten jedoch
grundsätzlich aus ökologischer wie
auch landwirtschaftlicher Sicht verkleinert werden. Für größere
Flächeneinheiten sind auch keine
ökonomischen Vorteile mehr nachweisbar. Modellvariante 3 setzt vorrangig auf Teilflächen für Strukturelemente innerhalb von größeren, für
Ostdeutschland typischen Schlageinheiten. Dabei sollten bevorzugt jene
Teilflächen in extensive Nutzungsformen überführt bzw. ganz aus der Produktion genommen werden, die aufgrund von Vernässung (feuchte Senken,
Überschwemmungsbereiche
von Söllen, Quellbereiche) oder
Trockenheit (Sand- und Lehmkuppen)
meist schwer bewirtschaftbar sind
und damit ohnehin eine hohe Ertragsunsicherheit aufweisen. Eine
Konzentration auf diese Teilflächen
erfaßt hauptsächlich Extremstandorte
mit besonders hoher Bedeutung für
stark spezialisierte Arten der Agrarflächen und dürfte gleichzeitig die
Akzeptanz der Landwirte bei einer
Flächenumwidmung erhöhen. Ähnlich wie Variante 2 müssen diese
überwiegend inselförmigen Strukturen jedoch auch ausreichend breite
Randbereiche aufweisen, um den
Eintrag von Dünge- und Pflanzenschutzmitteln weitgehend abpuffern
zu können.
Ob und in welchem Maße solche
Flurgestaltungsmaßnahmen
umgesetzt werden, wird wesentlich von
den weiter zu verbessernden Förderprogrammen für die Landwirtschaft
abhängen. Diese sollten neben den
Belangen der Marktentlastung und
Betriebsökonomie stärker als bisher
die Verbesserung der landschaftsökologischen Qualität von Agrarlandschaften zum Ziel haben.
■
Abb. 8: Modellvarianten zur Neugliederung ausgeräumter
Agrarlandschaften durch Integration von Kleinstrukturen
Dr. Hartmut Kretschmer, Zentrum für
Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung e. V. (ZALF), Eberswalder
Str. 84, 15374 Müncheberg
Dr. Jörg Hoffmann, Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft
(FAL), Institut für agrarrelevante Klimaforschung, Eberswalder Str. 84 F,
15374 Müncheberg
21
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
E R N Ä H R U N G S F O R S C H U N G
Pasteurisieren unter Hochdruck
Was haben wir von der neuen Konservierungsmethode
zu erwarten?
Peter Butz und Bernhard Tauscher (Karlsruhe)
Z
ur Haltbarmachung von Lebensmitteln werden neben den traditionellen Konservierungsverfahren (Sterilisieren, Gefrieren, Trocknen) auch neue Methoden erprobt. Unter ihnen ist die Anwendung von hydrostatischem hohem Druck die vielversprechendste. Bei geeigneten Bedingungen bietet diese Art der Haltbarmachung entscheidende Vorteile. Der natürliche, frische Geschmack sowohl von rohem Fleisch und rohem Fisch als
auch von rohen Früchten und Säften bleibt erhalten. Darüber hinaus treten auch keine
Farbveränderungen auf, da Chlorophyll oder β-Carotin nicht zerstört werden. Es handelt
sich also um eine schonende Konservierungsmethode, mit der verderbniserregende Keime
dennoch zuverlässig abgetötet werden. Daneben lassen sich durch die Anwendung von hohem Druck auch die Struktureigenschaften von Lebensmitteln beeinflussen.
Produktionsanlagen zur Hochdruckbehandlung von Lebensmitteln
besitzen als Kernstück einen großvolumigen Autoklaven (Druckbehälter).
Die Produktvor- und -nachbereitung
ist ähnlich wie bei Pasteurisierungsverfahren. Die Anforderung an die
Behältnisse, die dem Druck ausgesetzt werden, sind minimal: Sie müssen nur flexibel genug sein, um die
geringe Komprimierbarkeit von Flüssigkeiten noch reversibel auszugleichen.
Das Verfahren der HochdruckPasteurisierung kommt aus Japan,
wo seit mehreren Jahren bereits entsprechende Lebensmittel auf dem
Markt sind. In Abbildung 1 sind einige Produkte beispielhaft gezeigt.
In Europa wird dieses Verfahren bislang nur im Pilotmaßstab eingesetzt.
Die Prozeßbedingungen hängen
vom Produkt ab; es werden Drücke
zwischen 4.000 und 8.000 bar
bei Temperaturen bis zu 55 °C verwendet. Die Einwirkungszeit beträgt
nur wenige Minuten. Die überwältigende Mehrheit sämtlicher Patente
im Zusammenhang mit der Hochdruck-Pasteurisierung stammt aus Japan.
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
Aus der Zahl der Patente wird deutlich, daß das neue Verfahren vor allem für Obst und Gemüse eingesetzt
wird. Aber auch für proteinhaltige Lebensmittel wie Milch, Milchprodukte,
Fleisch und Fisch ist es von Bedeutung. In Japan wird zum Beispiel
hochdruckbehandelter Mandarinensaft schon in einem Umfang von 1
Million Liter pro Jahr hergestellt. Durch
die Anwendung von Druck können
auch Reiskuchen produziert werden,
die eine geringere allergene Wirkung besitzen sollen.
GRUNDLAGEN
Temperatur und Druck sind zwei
Größen, die in der Thermodynamik
eine entscheidende Rolle spielen. Die
Anwendung von Wärme in der Lebensmitteltechnologie ist bestens untersucht und weit verbreitet, während
Druck bisher nur wenig genutzt wurde. Wie die Temperatur beeinflußt
auch der Druck chemische Reaktion
jeglicher Art, seien es Denaturierungsvorgänge, organisch-chemische
Reaktionen oder Ionisationsvorgänge. Und vor allem vermag hydrostati-
22
scher Druck auch Mikroorganismen
abzutöten.
Bei chemischen Reaktionen beeinflußt der Druck das Gleichgewicht sowie die Reaktionsgeschwindigkeit.
Weshalb ist dies so? Mit dem Ausüben von Druck wird versucht, Dinge
zusammenzupressen, also ihr Volumen zu verringern. Generell wird daher jeder Vorgang, sei es eine chemische Reaktion oder ein Phasenübergang, unter Druck bevorzugt ablaufen, wenn das Endprodukt ein kleineres Volumen einnimmt als das Ausgangsprodukt hatte. Dieses Prinzip
wird nach LeChatelier-Braun benannt
und als „Flucht vor dem Zwang” charakterisiert.
Ein schönes Beispiel ist das Eis:
Wasser hat in gefrorenem Zustand
ein größeres Volumen als bei 4 °C.
Bei Druckerhöhung weicht das Eis
dem Zwang durch Schmelzen aus,
da es auf diese Weise sein Volumen
verringert. Das heißt konkret, ein
–10 °C kalter Eiswürfel schmilzt nicht
nur bei Erwärmung, sondern auch
bei genügend hohem Druck. In diesem Fall entsteht –10 °C kaltes flüssiges Wasser. Umgekehrt gefriert Wasser bei einer Abkühlung unter 0 °C
nicht, sofern es unter genügend hohem Druck steht, da sich beim Kristallisieren sein Volumen vergrößern würde. Bei –22 °C beispielsweise ist
Wasser gerade noch flüssig, wenn es
einem Druck von 2100 bar ausgesetzt ist.
Eine praktische Anwendung ist das
sogenannte Drucktauen: Ein tiefgefrorenes stückiges Lebensmittel taut normalerweise langsam und von außen
nach innen fortschreitend auf. Durch
Druckapplikation verläuft der Auftau-
E R N Ä H R U N G S F O R S C H U N G
vorgang jedoch wesentlich schneller.
Allerdings muß Wärme nachgeliefert
werden, um nach Druckentlastung
die Produkte aufgetaut zu erhalten.
Dieses Verfahren hat sich in Japan
ebenfalls schon fest etabliert.
Die Abtötung von Mikroorganismen mit hydrostatischem Hochdruck
gelingt dann, wenn wasserhaltige Lebensmittel behandelt werden. Ein minimaler Wert frei verfügbaren Wassers ist unabdingbare Voraussetzung
zur Abtötung. Die Angriffsziele für die
Druck-Inaktivierung – verschiedenartige biologische Makromoleküle – sind
nur in hydratisiertem Zustand druckempfindlich, Proteinkristalle sind zum
Beispiel völlig druckstabil.
DRUCK UND HITZE
ERGÄNZEN SICH
Die Widerstandskraft von Mikroorganismen kann beachtlich sein. Zwar
sind die lebenden Formen von Bakterien in der Wachstumsphase sehr
druckempfindlich, Hefe- und Schimmelpilze ebenfalls. Demgegenüber
sind Sporen als Überdauerungsform
von Mikroorganismen gegen vielfältige äußere Einflüsse sehr widerstandsfähig. Sie gehören zu den resistentesten Formen des Lebens überhaupt.
Drücke von über 10.000 bar können
sie überleben; nach Druckentlastung
keimen sie wieder aus und vermehren
sich.
An der Bundesforschungsanstalt für
Ernährung (BFE) untersuchten wir die
Ascosporen des hitzetoleranten Pilzes
Byssochlamys nivea. Diese Keime
sind die häufigste Ursache für verdorbene Obstkonserven, da sie die üblichen Pasteurisierungsbedingungen
überstehen können. Während weder
eine Erwärmung auf 60 °C noch eine
Hochdruckbehandlung mit 7.000
bar bei Raumtemperatur den Sporen
etwas anhaben konnten, beeinflußte
der gleiche Druck bei 60 °C ihre
Temperaturempfindlichkeit signifikant.
Bereits nach 15 Minuten Druckbehandlung wurden die Sporen empfindlich gegen eine nachfolgende
30minütige Temperaturbehandlung
von 80 °C. Das heißt: Auch diese an
sich hitzetoleranten Ascosporen können in einem Druck- und Temperaturschritt inaktiviert werden. In Abbildung 2 (S. 24) sind die Ascosporen
von Byssochlamys nivea ohne Druckbehandlung und nach einstündiger
Behandlung bei 7.000 bar und
70 °C in physiologischer Kochsalzlösung dargestellt. Man erkennt deutlich, daß die Cluster der Sporen sich
auflösen und die Sporen Einkerbungen auf ihrer Oberfläche aufweisen.
Aber nicht nur Mikroorganismen
reagieren empfindlich auf Druck.
Überraschende Reaktionen zeigten
beispielsweise bei unseren Untersuchungen die Eier der schädlichen
Mittelmeerfruchtfliege: Sie erleiden
keinen Schaden, wenn sie bei ca.
30 °C mit 1000 bar Druck für 20 Minuten behandelt werden. Bei niedrigeren bzw. höheren Temperaturen
schlüpfen allerdings schon bei geringeren Drücken keine Larven mehr.
halt bei gleichen Wärmebedingungen stets etwas niedriger liegt. Das
Pro-Vitamin β-Carotin verhält sich in
ähnlicher Art und Weise. Aus den
Daten kann gefolgert werden, daß
bei optimierten Prozeßbedingungen
die Hochdruck-Pasteurisierung eine
sehr schonende Methode im Hinblick
auf die Erhaltung von Vitaminen darstellt.
ANTIMUTAGENE STOFFE
Wie steht es mit der Stabilität anderer gesundheitsrelevanter Faktoren
in Lebensmitteln? Wir untersuchten
die antimutagene Aktivität von Lebensmittel-Inhaltsstoffen. Diese Stoffe
VITAMINGEHALT IN
LEBENSMITTELN
Wertgebende Lebensmittel-Inhaltsstoffe, beispielsweise Vitamine, sollten durch die Anwendung von hydrostatischem Hochdruck nicht beeinflußt werden. Wir untersuchten deshalb die Vitamine A, B1, B2, B6 und
C. In der Tat sind die genannten Vitamine bei niedrigen Temperaturen und
kurzen Druckeinwirkungszeiten stabil.
Lediglich bei höheren Temperaturen
(70 °C) und Einwirkungszeiten hoher
Drücke bis zu 60 Minuten verringern
sich die Gehalte der meisten untersuchten Vitamine um bis zu 50 Prozent. Bemerkenswert ist, daß Vitamin
C unter Sauerstoffausschluß selbst unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen über längere Zeit stabil
bleibt. Der Zusammenhang zwischen
Wärmebehandlung und dem Verlust
von Vitaminen in Lebensmitteln ist unter normalen Druckverhältnissen gut
untersucht; es zeigte sich jetzt, daß
unter Druckeinwirkung der Vitaminge-
23
schützen gegen erbgutschädigende
Substanzen, die sich unter bestimmten
Bedingungen bei der Zubereitung
von Mahlzeiten bilden. Beim Braten
von Fleisch können zum Beispiel die
sogenannten „Cooked Food Mutagens” entstehen, die wir als typische
Schadstoffe für unsere Tests verwendeten. Am Beispiel Blumenkohlsaft
konnte nachgewiesen werden, daß
die antimutagene Aktivität des frisch
gepreßten, nicht behandelten Saftes
durch Druckbehandlung für 10 Minuten bei 6.000 bar und 25 °C vollständig erhalten bleibt. 10minütiges
Kochen zerstört diese Aktivität nahezu
vollständig. Alle Gemüsesäfte, die wir
testeten, wurden durch Wärmebehandlung mehr oder weniger inakti-
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Abb. 1: Eine Auswahl der in Japan
erhältlichen durch
hydrostatischen
Hochdruck behandelten Produkte
E R N Ä H R U N G S F O R S C H U N G
NUR POSITIVE ASPEKTE?
Abb. 2:
Ascosporen des
hitzetoleranten
Pilzes
Byssochlamys
nivea. Links ohne
Druckbehandlung,
rechts nach einstündiger Behandlung
mit 7.000 bar bei
70°C in physiologischer Kochsalzlösung. Vergrößerung 5000fach.
viert, nicht aber durch Druck. Erdbeerund Grapefruitsaft verlieren weder
durch Hitze noch durch Druckbehandlung ihre antimutagene Wirkung. Diese vielversprechenden Ergebnisse
eröffnen ein breites Anwendungsfeld
dieser neuartigen Form der Haltbarmachung mit dem Ziel, dem Verbraucher gesunde Frucht- und Gemüsesäfte zur Verfügung zu stellen.
WENIGER UNERWÜNSCHTE
OXIDATIONEN
Einen ähnlich positiven Einfluß hat
die Druckbehandlung auch auf unerwünschte Oxidationsprozesse. Am
Beispiel der ungesättigten Fettsäuren
Öl-, Linol- und Linolensäure konnten
wir zeigen, daß auch in reiner Sauerstoffatmosphäre der Oxidationsprozeß während der Druckbehandlung
unterbunden wird. Das heißt, Sauerstoff ist unter Druck nicht in der Lage,
die oxidationsempfindlichen chemischen Verbindungen anzugreifen.
Abb. 3: Druck/Temperaturphasen-Diagramm eines Proteins. Unterhalb der Kurve ist das Protein im nativen unveränderten Zustand, oberhalb der Kurve im denaturierten
6 000
denaturiert
5 000
Druck (bar)
4 000
3 000
2 000
nativ
1 000
0
0
10
20
30
40
Temperatur (°C)
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
50
60
Dennoch müssen mögliche Umsetzungen von Inhaltsstoffen oder Lebensmittel-Zusatzstoffen sorgfältig in
Betracht gezogen werden. So konnten wir zum Beispiel zeigen, daß der
synthetische Süßstoff Aspartam, der
in einigen gesüßten diätischen Getränken enthalten ist, unter Druck bei
geeigneten Bedingungen bereits in
wenigen Minuten abgebaut wird und
in Produkte zerfällt, die auch bei längerer Lagerung der Säfte entstehen.
Der Abbauweg und der Anteil der
einzelnen Abbauprodukte hängt dabei stark von dem jeweiligen Lebensmittel ab, dem Aspartam zugesetzt
wurde. In unseren Untersuchungen
traten die Abbauprodukte in Wasser
zum Beispiel in einem anderen Verhältnis auf als in Vollmilch. Dieses Ergebnis macht deutlich, daß neuartige
Verfahren in der Lebensmittelproduktion auch auf unerwünschte Effekte hin
untersucht werden müssen. Dieser
Forschungsbedarf ist unabwendbar,
um sichere und gesunde Lebesmittel
zu produzieren.
PROTEINE, ENZYME
Proteine zeigen bei zunehmendem
Druck einen Phasenübergang vom
nativen in den denaturierten Zustand, das heißt, ihre ursprüngliche
Struktur verändert sich. Enzyme, die
ja aus Eiweißen bestehen, werden
durch eine Druck-Denaturierung inaktiviert (Abb. 3). Die Kenntnis derartiger Zustandsgrenzen ermöglicht es
dem Lebensmitteltechnologen, Produkte haltbar zu machen und zusätzlich nach Wunsch gezielt zu denaturieren oder auch nicht. Von besonderem Interesse ist das Denaturierungsverhalten von Proteinen unter Druck
bei niedrigen Temperaturen. An der
BFE untersuchten wir das Enzym ‘Lipoxigenase I’ der Sojabohne auf sein
Druck/Temperaturverhalten: Es zeigte, wie erwartet, die allgemeine
Charakteristik der Protein-Denaturierung. Die Lipoxigenase wird, wenn
24
sie für 30 Minuten bei 40 °C einem
Druck von 6.400 bar ausgesetzt
wird, in ihrer Aktivität reduziert – und
zwar parallel zur Abnahme des nativen Proteins. In anderen Fällen kann
die Enzymaktivität aber auch verstärkt
werden oder seine Substratspezifität
ändert sich. In jedem frischen Lebensmittel ist eine Vielzahl von Enzymen
vorhanden. Die Produktdesigner in
der Lebensmittelindustrie stehen also
vor der Aufgabe, für jedes Produkt
eine Zeit/ Druck/Temperatur-Optimierungsbehandlung zu erarbeiten.
AUSBLICK
Im Labormaßstab werden an vielen Lebensmitteln Experimente mit hydrostatischem Hochdruck durchgeführt und Veränderungen im Lebensmittel analysiert:
■ bei Eiweiß und Eigelb,
■ bei Milch und Milchprodukten,
■ bei Fisch und Fleisch und ihren Produkten,
■ bei Pektin und anderen Biopolymeren, aber auch bei Getreideprodukten.
Durch diese neuartige Pasteurisierungsmethode lassen sich Lebensmittel herstellen, die ihre ursprüngliche
Frische bewahrt haben, aber dennoch wie „gekocht” sind. Deshalb
spricht man bei der HochdruckPasteurisierung auch von „kaltem Kochen”. Es können allerdings auch unerwünschte Veränderungen des
Nährstoffgehaltes und der Textur auftreten, die tunlichst durch eine Optimierung der Prozeßbedingungen zu
vermeiden sind. Bei dem neuen Verfahren stehen die biologische Verfügbarkeit der Nährstoffe, die Verdaulichkeit und die mikrobielle Sicherheit
der Lebensmittel im Mittelpunkt des Interesses. Auf innovative Produkte, die
mit dieser Methode hergestellt werden, dürfen wir gespannt sein.
■
Dr. P. Butz und Prof. Dr. B. Tauscher,
Bundesforschungsanstalt für Ernährung, Institut für Chemie und Biologie,
Engesserstr. 20, 76131 Karlsruhe
FLEISCHFORSCHUNG
G
ibt es einen Zusammenhang zwischen dem
Glücksgefühl nach dem Genuß von Schokolade und
Kopfschmerzen nach durchzechter Nacht? Eventuell schon!
Die verbindende Klammer könnten „biogene Amine” sein: Eine Stoffklasse mit verschiedenen chemischen Verbindungen, die in vielen Lebensmitteln
vorkommen und die für zahlreiche, ganz unterschiedliche Reaktionen im menschlichen
Körper verantwortlich gemacht werden.
Verminderung biogener Amine
in Rohwurst
Rainer Scheuer und Wolfgang Rödel (Kulmbach)
Biogene Amine entstehen beim
Abbau eiweißhaltiger Lebensmittel.
Genauer gesagt, aus den Einzelbausteinen der Eiweißverbindungen,
den Aminosäuren. Charakteristisch
für Aminosäuren sind – wie der
Name schon sagt – eine stickstoffhaltige Amino-Gruppe und eine Carboxylgruppe, die für den Säurecharakter verantwortlich ist. Amine entstehen durch die Abspaltung dieser
Säuregruppe. Viele Mikroorganismen sind dazu in der Lage. Daher
die Zusatzbezeichnung „biogen”.
In allen eiweißhaltigen Lebensmitteln findet man biogene Amine. Art
und Menge können aber in den einzelnen Lebensmitteln sehr unterschiedlich sein. Hohe Mengen kommen nur in gereiften bzw. fermentierten, also durch Mikroorganismen
„veredelten” Produkten und in bestimmten pflanzlichen Nahrungsmitteln vor. So können Käse, Wein, Spinat, aber auch einige Fischarten
(Thunfisch, Makrele, Sardine) in Einzelfällen beachtliche Histamin-Gehalte aufweisen; in Schokolade kann
relativ viel 2-Phenylethylamin vorkommen. Ananas und Bananen enthalten
reichlich Serotonin. Fermentierte
Fleischerzeugnisse, Käse und Schokolade können mit erheblichen Tyramin-Mengen belastet sein.
Die meisten biogenen Amine sind
hitzestabil. Sind die Amine gebildet
und liegen sie in den Nahrungsmitteln vor, so kann durch Erhitzung die
Aminkonzentration nicht vermindert
werden.
PHARMAKOLOGISCHE
WIRKUNG
Insbesondere die ringförmig aufgebauten (aromatischen) biogenen
Amine können pharmakologische
Wirkungen haben und Beschwerden
hervorrufen. Histamin, 2-Phenylethylamin, Serotonin und Tyramin
sind Gewebshormone oder haben
Gewebshormonen verwandte Strukturen. Im Gegensatz dazu wirken kettenförmige (aliphatische) biogene
Amine wie das Putrescin, Cadaverin,
Spermin und Spermidin nur indirekt:
Sie begünstigen die Aufnahme der
wirksamen ringförmigen Amine.
Die Wirkungen von Histamin – einem Stoff, der besonders Allergikern
ein Begriff ist – sind am genauesten
untersucht. Histamin ist wie Tyramin
25
und Serotonin eine gefäßaktive Substanz. In hohen Konzentrationen
kann Histamin zu Übelkeit, Atemnot,
Hautreizungen (besonders im Bereich des Gesichtes), Schwitzen,
Herzklopfen, Kopfschmerzen, einem
trockenen Gefühl im Mund sowie zu
Veränderungen
des
Blutdrucks
führen. Es zeigen sich dabei gleiche
Symptome wie bei einer klassischen
allergischen Reaktion, da Histamin,
das mit der Nahrung aufgenommen
wurde, die gleichen Erscheinungen
hervorruft wie körpereigenes Histamin, das aufgrund einer allergischen
Reaktion im Organismus freigesetzt
wird. Histamin-Vergiftungen werden
daher häufig als NahrungsmittelAllergien fehldiagnostiziert.
Tyramin soll beim Menschen
Migräneanfälle auslösen können.
Bisher sind die Mechanismen der
Entstehung von Migräne jedoch
noch nicht ausreichend geklärt, so
daß keine genauen Angaben über
die Wirkung von Tyramin gemacht
werden können. Migräne-Patienten
wird aber empfohlen, einen übermäßigen Genuß von Käse und Schokolade zu vermeiden. Neben dem
Tyramin soll auch das Serotonin an
der Auslösung von Migräneanfällen
beteiligt sein.
2-Phenylethylamin wiederum soll
für Lust- und Glücksempfindungen
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
F L E I S C H F O R S C H U N G
nach dem Genuß von Schokolade
verantwortlich sein. Eine ähnliche
Wirkung wird auch dem Serotonin
zugeschrieben. Beide Verbindungen
sind Stammsubstanzen vieler Halluzinogene (rauscherzeugende Stoffe).
Normalerweise werden die mit
der Nahrung aufgenommenen biogenen Amine vom Organismus durch
spezielle Enzyme – Aminoxidasen –
relativ schnell abgebaut. Probleme
entstehen aber, wenn aufgrund einer
erblich bedingten Störung, durch die
Einnahme bestimmter Medikamente
oder eines hohen Alkoholgenusses
die Funktion dieser Enzyme eingeschränkt ist.
AUCH POSITIVE ASPEKTE?
Vielfach wird behauptet, daß biogene Amine neben den mehr oder
weniger unerwünschten Merkmalen
auch erwünschte Eigenschaften besitzen können. Bei fermentierten NahAbb. 1: Konzentration biogener Amine in Rohwurst-Erzeugnissen aus Deutschland (halb-logarithmische Auftragung). Ergebnis
aus 23 Proben. Angegeben sind der jeweilige Mittelwert und
das 95 % Konfidenzintervall (Intervall, das in 95 % aller Wiederholungen den Mittelwert enthält)
400
mg/kg Trockenmasse
350
300
250
200
150
100
50
0
Cadaverin
Histamin
Putrescin
Spermidin
Spermin
Tyramin
rungsmitteln wie Rohwurst, Rohschinken, Käse oder Sauerkraut sind danach bestimmte biogene Amine für
den typischen Geruch und Geschmack prägend und Vorstufen für
Aromastoffe. Endgültige Klarheit
herrscht hierüber allerdings nicht. Vor
allem bei solchen Lebensmitteln wäre
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
aber ein Konflikt zwischen dem Gesundheitsaspekt und den erwünschten
sensorischen Eigenschaften denkbar.
VORKOMMEN BIOGENER
AMINE IN ROHWURST
Fermentierte Fleischerzeugnisse
wie Rohwurst (z. B. Salami, Mettwurst) haben immer einen gewissen
Säuregehalt. Mikroorganismen, die
am besten im neutralen Bereich gedeihen, puffern durch die Bildung
der Amine die im Produkt gebildete
Milchsäure ab und sichern somit ihre
weitere Lebensfähigkeit.
Die wichtigsten erwünschten Mikroorganismen für die Herstellung
von Rohwurst gehören zu den Gattungen Lactobacillus, Staphylococcus und Micrococcus. Diese als Starterkulturen eingesetzten Bakterien besitzen üblicherweise nicht die Fähigkeit, Amine zu bilden. Das Ausgangsmaterial Fleisch enthält aber
noch eine Vielzahl weiterer Bakteriengruppen, die als Hauptursache für
das Vorkommen von biogenen Aminen in gereiften Fleischerzeugnissen
gelten. Die Vorbehandlung des
Rohmaterials, die Reifungstemperatur, die Wasseraktivität, der pHWert, das Vorhandensein von Luftsauerstoff und verschiedene Zusätze
bestimmen weitgehend die mikrobielle Entwicklung in fermentierten
Fleischerzeugnissen und damit auch
die Art und die Menge der gebildeten Amine.
An der Bundesanstalt für Fleischforschung wurden Rohwursterzeugnisse aus Deutschland auf ihren Gehalt an biogenen Aminen untersucht.
Die Meßergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt. Von den untersuchten Aminen kam das Tyramin in
den höchsten Konzentrationen vor.
Der Mittelwert für Tyramin lag bei
über 250 Milligramm pro Kilogramm
Trockenmasse und kann in dieser
Höhe bei bestimmten Personengruppen (mit eingeschränkter Aminoxidase-Aktivität) Beschwerden hervorrufen. Spermin und Spermidin wiesen
26
die geringsten Konzentrationen auf.
Dazwischen lagen Putrescin, Histamin und Cadaverin mit Mittelwerten
von 222, 109 und 95 mg/kg. Die
Putrescin- und Tyramin-Konzentrationen wiesen dabei die stärkste Streuung auf.
STEUERUNG DER
AMINBILDUNG
Die Untersuchungen zeigten
außerdem, daß sich Rohwurstprodukte sowohl in ihrem Amin-Gesamtgehalt als auch in der Art der biogenen
Amine erheblich unterscheiden. Die
Aminbildung müßte demnach in beachtlichem Umfang bei der Rohwurstproduktion zu beeinflussen sein.
Die Ursachen für die Bildung der
Amine sind bekannt. Aus dieser
Kenntnis ergeben sich zwangsläufig
die Punkte, die eine prinzipielle Beeinflussung der Aminbildung ermöglichen. Das sind die mikrobiologische
Qualität des Rohmaterials, der Einfluß der zugesetzten Stoffe (z. B. Nitritpökelsalz) und die Steuerung des
Reifungsprozesses. Von Bedeutung
ist auch die Auswahl der Starterkulturen, also der für die Fermentation
benötigten Mikroorganismen. Ergebnisse zum Einfluß von Nitritpökelsalz
und Starterkulturen werden im folgenden beschrieben.
Die Zugabe von Nitritpökelsalz
hat einen großen Einfluß auf die
F L E I S C H F O R S C H U N G
Aminbildung. In einer frischen Brätprobe aus Schweinefleisch, die bei
20 °C gelagert wird, steigt normalerweise die Konzentration der biogenen Amine (Putrescin, Cadaverin, Tyramin und Histamin) im Verlauf der
Lagerung exponentiell an. Nach Zugabe von 2,8 % Nitritpökelsalz – einer üblichen Salzzugabe zum Rohwurstbrät – war diese Zunahme jedoch deutlich verlangsamt.
In Abbildung 2 ist die Zunahme
der Aminkonzentration in Abhängigkeit zur Lagerungszeit beschrieben.
Bereits nach drei Tagen ist die Aminkonzentration in einem Brät ohne Nitritpökelsalz etwa doppelt so hoch
wie in einem Brät mit 2,8 %iger Salzung. Bemerkenswert ist hier auch
eine geringfügige Abnahme der
Aminkonzentration kurz nach der
Beimpfung mit einer Starterkultur bei
beiden Proben. Offensichtlich werden die im Hackfleisch gelösten einfachen Bausteine wie Amine oder
Aminosäuren unmittelbar nach der
Beimpfung mit hohen StarterkulturKeimzahlen verbraucht, da diese
Substanzen günstige Energie- und
Nährstoffquellen für die Mikroorganismen darstellen. Die Prüfung verschiedener Starterkulturen für Rohwurst ergab interessante Ergebnisse.
Auf zwei Wegen kann eine Starterkultur die Produktion von biogenen
Aminen beeinflussen: Entweder direkt durch eigene Amin-Produktion
oder indirekt über Wechselwirkungen mit der vorhandenen mikrobiellen Begleitflora. Alle von uns eingesetzten Starterkulturmischungen waren nach Angabe der Hersteller nicht
in der Lage, selbst Amine zu bilden.
Die Wirkung der geprüften Kulturen
kann deshalb nur auf eine unterschiedlich stark ausgeprägte Hemmwirkung der natürlichen Begleitflora
in der Rohwurst zurückzuführen sein.
Die geprüften Starterkulturen bewirkten deutliche Änderungen im
Endprodukt; sowohl in der Zusammensetzung als auch in der Menge
der gebildeten Amine. Wie aufgrund
der vorherigen Untersuchungen an
Rohwurst zu erwarten war, wurde
Abb. 2: Einfluß von Nitritpökelsalz (NPS) auf die Aminbildung in Fleischerzeugnissen
(halb-logarithmische Auftragung)
1 000
Gesamtkonzentration in ppm
100
■ 2,8 % NPS
▼ ohne NPS
0
0
2
4
6
Lagerzeit in Tagen
das Tyramin generell in den höchsten
Konzentrationen gebildet. Hierbei
zeigten die einzelnen Starterkulturen
aber auch die größten Unterschiede:
Während bei zwei (von einem Hersteller stammenden) Starterkulturen
die Tyramin-Konzentrationen über
den gesamten Reifungsverlauf nahezu bei Null blieben, konnten bei den
übrigen Kulturen Tyramin-Konzentrationen bis zu 400 mg/kg gemessen
werden. Das Ergebnis verdeutlicht
die hohe Einflußnahme von Starterkulturen auf den Amingehalt und
zeigt die Notwendigkeit auf, die verschiedenen Kulturen in Reifungsversuchen auf diese Eigenschaft hin zu untersuchen. Nur so kann die Hemmwirkung auf die Begleitflora und damit auch das Ausmaß der Bildung
biogener Amine in Rohwurst abgeschätzt werden.
VERMINDERUNG DES
AMINGEHALTS IST MÖGLICH
Fleischerzeugnisse aus der Bundesrepublik Deutschland können
recht unterschiedliche Gehalte an
biogenen Aminen aufweisen. Bei
Verwendung von frischen Ausgangsprodukten, ausreichenden Mengen
von Nitritpökelsalz und dem Einsatz
geeigneter Starterkulturen ist es möglich, Rohwursterzeugnisse mit verringerten Amingehalten herzustellen.
27
8
10
12
Insbesondere kann der Gehalt an Tyramin stark vermindert werden. Die
gezielte Herstellung von Lebensmitteln mit niedriger Aminkonzentration
könnte für die Zukunft von zunehmender Bedeutung sein, da beim Verbraucher in steigendem Maße Empfindlichkeiten gegen bestimmte biogene Amine beobachtet werden.
Diese Entwicklung kann möglicherweise auch mit einer erhöhten Anwendung von Arzneimitteln in Zusammenhang gebracht werden, die
die Aktivitäten der Amin-abbauenden Enzyme (Aminoxidasen) im Organismus beeinträchtigen.
■
Dr. Rainer Scheuer, Dr. Wolfgang Rödel, Bundesanstalt für Fleischforschung, Institut für Mikrobiologie und
Toxikologie, E.-C.-Baumann-Str. 20,
95326 Kulmbach
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Einsatz von
Nitridpökelsalz
N U T Z T I E R F O R S C H U N G
Tierzucht: Durch LASER zum
geplanten Geschlecht
D. Rath (Neustadt) und L. A. Johnson (Beltsville, USA)
B
ei der Haltung und der Produktion von Nutztieren spielt das Geschlecht der Tiere oft
eine wichtige Rolle. Beispielsweise sind in milchproduzierenden Betrieben in erster
Linie weibliche Tiere von Interesse, während bei der Fleischproduktion Mastbullen
bevorzugt werden. Seit geraumer Zeit sucht man daher schon nach Möglichkeiten, das
Geschlechtsverhältnis in der Nachkommengeneration zu beeinflussen. Dies kann effektiv nur durch Selektion der Spermien vor der Befruchtung erfolgen. Ein zuverlässiges Verfahren zur Spermienselektion wurde nahezu bis zur Praxisreife entwickelt und wird in
diesem Beitrag vorgestellt.
HINTERGRUND
Die Natur kennt verschiedene
Mechanismen, um das Geschlecht
der Nachkommen zu bestimmen.
Bei niederen Tieren kann dies zum
Beispiel die Anzahl der X-Chromosomen sein oder bei Reptilien die
Umgebungstemperatur während der
Tab. 1: Abhängigkeit der Sortiergenauigkeit von der DNADifferenz zwischen X- und Y-Chromosom
Tierart
Eber
Bulle
Kaninchen
X-Y-DNA
Differenz (%)
% Y-Spermien
bei Selektion
nach Y
% X-Spermien
bei Selektion
nach X
3,7
3,9
3,0
91,2 ± 2,6
92,8 ± 0,9
84,3 ± 5,7
92,7 ± 1,6
90,4 ± 1,4
88,0 ± 2,2
Embryonalphase. Bei Säugetieren
wird das Geschlecht durch die Kombination der Geschlechtschromosomen festgelegt. Eizellen sind immer
X-chromosomal; Spermien tragen
entweder ein X- oder ein Y-Chromosom. Das Spermium bestimmt also
das Geschlecht des Nachkommens:
Die Befruchtung einer Eizelle mit einer X-Chromosom-tragenden Samenzelle erzeugt einen weiblichen
Nachkommen,
Y-Chromosom-tragende Spermien lassen einen männ-
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
lichen Nachkommen entstehen. Die
wesentliche Information zur Ausbildung des männlichen Geschlechts
(Ausbildung der Hodenanlage und
Unterdrückung des weiblichen Geschlechts) ist auf dem kurzen Arm
des Y-Chromosoms angelegt. Die
entsprechende Gen-Region ist bekannt und durch Erstellung transgener, also gentechnisch veränderter
weiblicher Mäuse mit Ausbildung einer Hodenanlage und der entsprechenden Hormonproduktion funktionell nachgewiesen.
VERFAHREN DER
GESCHLECHTSERKENNUNG
Auf verschiedene Weisen ist eine
Geschlechtserkennung möglich:
■ Durch
Ultraschalluntersuchung
des Fetus (Darstellung des Geschlechtshöckers bzw. Hodenoder
Gesäugeanlage,
vgl.
Abb. 1) sowie durch Chromosomenanalyse nach Amniozentese.
Beide Verfahren werden vorwiegend beim Menschen eingesetzt.
Das Letztere dient insbesondere
dazu, geschlechtsgebundene Erkrankungen in der frühen Schwangerschaft zu erkennen. Bei landwirtschaftlichen Nutztieren wird
28
diese Technik kaum angewandt,
da eine Unterbrechung zu diesem
Zeitpunkt der Trächtigkeit (Tag
55–100) aus Tierschutzgründen
obsolet ist und außerdem erhebliche Probleme bei einer folgenden Trächtigkeit auftreten können.
■ Durch mikrochirurgische Entnahme einzelner Zellen und anschließender
molekular-genetischen Aufarbeitung im Rahmen
des Embryotransfers. Die Entnahme von Zellen ist zu diesem Zeitpunkt ohne wesentlichen Einfluß
auf die Weiterentwicklungsfähigkeit des Embryos, da alle Zellen
noch „omnipotent” sind. Diese
Methode der Geschlechtsbestimmung ist vor allem beim Rind bis
zur Praxisreife entwickelt worden.
Nachteil des mikrochirurgischen
Eingriffs in den Embryo ist aber,
daß die den Embryo umgebende
Hülle, die Zona pellucida, eröffnet wird. Hierdurch wird eine
wichtige keimabweisende Barriere des Embryos zerstört. Aufgrund
internationaler Regularien dürfen
solche Embryonen nur bedingt ex-
Abb. 1: Ultraschallaufnahme eines männlichen Rinderfetus
nen ist der Hodensack (Skrotum) erkennbar (vgl. nebenste
N U T Z T I E R F O R S C H U N G
Die Entwicklung
des Rinderembryos.
Am 29. Tag ist er
etwa 10 mm groß
(2. Bild), wächst
in 10 Tagen um
weitere 10 mm
und zeigt am
65. Tag eine
Größe von 9 cm
portiert werden. Auch die Möglichkeit der Langzeitlagerung mikrochirurgisch behandelter Embryonen
ist
eingeschränkt.
Schließlich werden bei dieser
Methode nur die Embryonen mit
dem gewünschten Geschlecht auf
Empfängertiere übertragen; die
verbleibenden rund 50 % werden
vernichtet.
BEEINFLUSSUNG DES
GESCHLECHTS (SEXING)
Eleganter wäre daher ein Verfahren, mit dem sich das Geschlecht
bereits im Vorfeld gezielt festlegen
läßt, also zum Zeitpunkt der Befruchtung. Hierzu wurden in den vergangenen Jahrzehnten die unterschiedlichsten Ansätze geprüft. Geschlechtsgebundene Geschwindigkeitsmuster wurden ebenso unter-
s nach ca. 100 Tagen Trächtigkeit. Zwischen den Hinterbeie hende schematische Abbildung)
sucht wie verschiedene Oberflächenladungen oder die unterschiedlichen Größen- und Gewichtsverhältnisse zwischen X- und Y-Chromosom-tragenden Spermien. Diese
auf rein physikalischen Merkmalen
basierenden
Verfahren
führten
aber alle nicht zum gewünschten Erfolg.
Einen erfolgreicheren Ansatz verfolgten Forscher des USDA (United
States Department of Agriculture) in
Beltsville, USA. Ausgehend von dem
unterschiedlichen DNA-Gehalt von
X- bzw. Y-Chromosom-tragenden
Spermien entwickelten sie in den
letzten 10 Jahren ein Verfahren, diese Unterschiede meßbar zu machen
und für die Steuerung einer Sortiereinrichtung zu nutzen. Mittlerweile
hat man dort die sogenannte „Beltsville Sperm Sexing Technology
(BSST)” soweit verfeinert, daß in
Kombination mit anderen Biotechniken bislang circa 300 Nachkommen vor allem bei Rind, Schwein
und Kaninchen erzeugt werden
konnten (Das Kaninchen diente in
den jeweiligen Untersuchungsphasen als Modelltier für die Techniken,
die später an den landwirtschaftlichen Nutztieren zum Einsatz
kamen).
Das Institut für Tierzucht und Tierverhalten Mariensee der Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft
(FAL) beteiligt sich an den Untersuchungen im Rahmen der von BML
und USDA geförderten deutsch-amerikanischen Kooperation seit 1990,
29
wobei insbesondere die Erzeugung
von Nachkommen beim Schwein
durch in-vitro-Befruchtung und alternative Besamungsverfahren im Blickpunkt stehen.
DNA-GEHALT KANN
GEMESSEN WERDEN
Der Chromosomensatz eines
Spermiums besteht aus den sogenannten Autosomen, die die genetischen Informationen aller Körperzellen beinhalten, und einem von zwei
möglichen
Heterosomen
(Geschlechts-Chromosomen), die nach
ihrer Form als X- und Y-Chromosom
bezeichnet werden. Der DNA-Gehalt von „männlichen” Spermien ist
etwas geringer als der von „weiblichen” Spermien, da das Y-Chromosom kleiner als das X-Chromosom ist
und dementsprechend weniger
DNA enthält. Bei den landwirtschaftlichen Nutztieren beträgt
der Unterschied etwa 3–4 % (vgl.
Tab. 1). Der DNA-Gehalt der Autosomen ist relativ konstant.
Dieser kleine, aber entscheidende Unterschied läßt sich mit Hilfe
moderner fluoreszierender Vitalfarbstoffe optisch darstellen und kann
zur Steuerung einer Sortiervorrichtung genutzt werden. Als Basisgerät
dient ein sogenanntes Flowzytometer mit Zellsortierer, das an die besonderen morphologischen Bedingungen von Spermien angepaßt
werden mußte (Abb. 2, S. 30).
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Flowzytometer dienen zur Erkennung von DNA-Gehalten in Zellen
und werden zum Beispiel zur Bestimmung von Zell- und Partikelgrößen
oder Zellzahlen verwendet. Das
Grundgerät besteht aus einer energiereichen Lichtquelle wie einem Laser, einem Fotomultiplier, einem Light
Scatter sowie der eigentlichen Durchflußeinrichtung, die es erlaubt, einen
gerichteten Flüssigkeitsstrom mit den
zu untersuchenden Zellen an einer
Lichtquelle entlangfließen zu lassen.
Zur Sortierung der Zellen werden
elektrostatische oder piezoelektrische
Sortiereinrichtungen verwendet.
Für unsere Zwecke wurde der Light
Scatter Detektor durch eine zweite
Fotozelle (0° Detektor) ersetzt und
statt der üblicherweise zylindrischen
Einsaugdüse eine abgeschrägte,
rechteckig geformte Düse verwendet. Für den Sortiervorgang wurden
die Ejakulate auf 10 x 106 Spermien/ml verdünnt und mit einem
Fluoreszenzfarbstoff
(Bisbenzimid
Hoechst 33342) angefärbt. Der
Farbstoff durchdringt die Spermienmembran bei 32 °C innerhalb von
30 Minuten und lagert sich direkt an
die Spermien-DNA an. Die gefärbten Samenzellen werden anschließend in das Flowzytometer angesaugt. Durch die beschriebene Düsenform lassen sich die Spermien im
Flüssigkeitsstrom weitgehend so orientieren, daß ihre flache Seite möglichst senkrecht zu dem Laserstrahl
des Flowzytometers ausgerichtet ist.
Das energiereiche Laserlicht regt die
Spermien zur Aussendung eines
Fluoreszenzsignals an. Dieses Sig-
Abb. 2: Sortiervorgang für Spermien mit Hilfe eines Flowzytometers mit Zellsortierer
(oben Schema, rechts Bild der Anlage). Die Tröpfchen, die jeweils ein Spermium enthalten, werden abhängig vom Geschlechtschromosom unterschiedlich elektrisch geladen, abgelenkt und in den blauen bzw. rosa Röhrchen aufgefangen
nal, dessen Stärke proportional zum
DNA-Gehalt der Samenzelle ist,
wird von einer im 0° Winkel installierten Fotozelle registriert und einem
schnellen Rechner zugeführt.
Eine Besonderheit von Spermien
ist, daß sie von ihrem Rand zusätzlich ein zweites Fluoreszenzsignal
aussenden. Dieses ist nicht proportional zum DNA-Gehalt, sondern
kommt aufgrund des hohen Brechungsindexes der paddelförmigen
Spermien gegenüber dem Flüssigkeitsstrom zustande. Dieses Signal
wird von der zusätzlich installierten
Tab. 2: Biotechnische Verfahren zur Erzeugung von Nachkommen mit gesextem Sperma
Tierart
intrabutale
Samenübertragung
Keimzellentransfer
in den Eileiter
GIFT
In-vitroBefruchtung
IVF
unchirurgische
Besamung
IUI
+
+
+
–
–
+*
+
+
+
–
+
–
Kaninchen
Rind
Schwein
+ = Verfahren erprobt; – = nicht getestet oder Untersuchungen noch nicht abgeschlossen; * nur bis zum späten Embryonalstadium überprüft
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
30
Fotozelle (90° Detektor) registriert
und dient zur Ermittlung der Orientierung der Samenzellposition zum Laserlicht. Nur Samenzellen, die ein
hohes
Randsignal
aussenden
(Schwellwertmessung) und die mit ihrer flachen Seite senkrecht zu dem
auftreffenden Laserlicht orientiert
sind, werden für den eigentlichen
Sortiervorgang berücksichtigt. Alle
nicht eindeutig erfaßbaren oder nicht
optimal orientierten Spermien werden vom eigentlichen Sortierprozess
ausgeschlossen und in einem getrennten Sammelgefäß aufgefangen.
Der Flüssigkeitsstrom ist diskontinuierlich: Es entstehen Tröpfchen, die
maximal eine Samenzelle enthalten.
Je nach Stärke des vom Flowzytometer erkannten (DNA)-Signals werden
diese Tröpfchen elektrisch mehr oder
weniger stark geladen. Beim anschließenden Passieren eines elektrostatischen Feldes werden die
Tröpfchen in ihrer Flugrichtung entsprechend ihrer Ladung seitlich abgelenkt und können getrennt entsprechend ihres DNA-Gehaltes in Eppen-
N U T Z T I E R F O R S C H U N G
dorf-Röhrchen aufgefangen werden.
Die Röhrchen sind mit einem für die
Samenzellen geeigneten Kulturmedium gefüllt (Abb. 2).
Üblicherweise werden in einem
etwa zweistündigen Durchlauf ca.
150 Millionen Spermien sortiert.
Hiervon lassen sich mit modernen
Hochgeschwindigkeits-Flowzytometern circa 10 Millionen Spermien je
Geschlecht nach ihren chromosomalen Eigenschaften sortieren („sexen”).
Die Sortiergenauigkeit wird maßgeblich von der DNA-Differenz beeinflußt und schwankt bei den landwirtschaftlichen Nutztieren zwischen 85
und 95 % (Tab. 1). Dies läßt sich sehr
genau durch eine Rück-Analyse unmittelbar nach dem eigentlichen Sortiervorgang ermitteln.
NOCH ZU GERINGE
ANZAHL VON SPERMIEN
Auch wenn intensive Forschungsarbeiten in Zukunft eine hohe Zahl
gesexter Spermien in Aussicht stellen,
kann zur Zeit die begrenzte Ausbeute pro Ausgangsprobe noch nicht befriedigen. Für eine instrumentelle Samenübertragung, wie sie bei Rind
und Schwein üblich ist, werden 20
Millionen (Rind) bzw. 2 Milliarden
Samenzellen (Schwein) benötigt.
Das bedeutet: Um genügend gesexte
Spermien für eine einzige Samenübertragung beim Rind zu bekommen, müßte ein Flowzytometer rund
2 Stunden laufen. Das ist nicht wirtschaftlich. In der jüngsten Vergangenheit wurden jedoch biotechnische Verfahren entwickelt, mit denen
auch mit geringen Spermienzahlen
Nachkommen erstellt werden können. Hierzu zählen:
■ die
intra-tubale
Samenübertragung, d. h. die chirurgische
Besamung in dem Eileiter,
■ der sogenannte „Gamete intra fallopian transfer (GIFT)”, bei dem Eizellen und gesexte Spermien in
den Eileiter eines Empfängertieres
übertragen werden,
■ die in-vitro-Befruchtung (künstliche
Befruchtung „im Reagenzglas”) mit
anschließendem Embryotransfer,
■ und die hoch intra-uterine, nicht
chirurgische Samenübertragung
(IUI), die zur Zeit in Beltsville, Fort
Collins und am FAL-Institut in Mariensee für Rind und Schwein untersucht wird. Hierzu werden die
Spermien in die Spitze des Uterushorns an dem Übergang zum Eileiter übertragen.
Tabelle 2 faßt die Übertragungsmöglichkeiten bei verschiedenen
Tierarten zusammen. In Tabelle 3
sind einige Ergebnisse aufgeführt,
wie sie beispielhaft für den Einsatz
von gesextem Sperma beim Schwein
erzielt wurden.
Gegenwärtige Untersuchungen
zielen auf die Verbesserung der Spermienorientierung im Flowzytometer
(Beltsville), die Verbesserung der invitro-Methoden (Mariensee und Beltsville) und die hoch intra-uterine Besamung bei Rind und Schwein. Verschiedene Institutionen in den USA,
England, den Niederlanden und
Australien beteiligen sich an weiteren
Detailfragen. Es ist abzusehen, daß
die „Beltsville Sperm Sexing Technology (BSST)” in Kürze Eingang in moderne Zuchtkonzeptionen finden
wird. In den USA ist bereits ein Unternehmen gegründet worden, daß
sich ausschließlich mit dem Vertrieb
des patentierten BSST-Verfahrens, der
erforderlichen Geräte und dem Verkauf von gesextem Sperma beschäftigen wird.
■
Dr. D. Rath, Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL), Institut
für Tierzucht und Tierverhalten Mariensee, 31535 Neustadt
Dr. L. A. Johnson, U.S. Department
of Agriculture, Agricultural Research
Service, Germplasm and Gamete
Physiology Laboratory, Beltsville,
MD 20705, USA
Tab. 3: Geschlecht der Ferkel, die aus Befruchtungen mit gesextem Schweinesperma hervorgingen. A: nach intra-tubaler Besamung mit gesextem Schweinesperma. B: nach in-vitro-Befruchtung mit gesextem Schweinesperma
Behandlung
Wurfgröße
Nachkommen
real
weiblich
männlich
Vorhersage*
X
Y
A
sortiert für Y (männl.)
sortiert für X (weibl.)
7
8
1 (= 14 %)
7 (= 88 %)
6 (= 86 %)
1 (= 12 %)
15 %
89 %
85 %
11 %
B
sortiert für X (weibl.)
sortiert für X (weibl.)
6
4
6
4
0
0
89 %
89 %
11 %
11 %
* aufgrund der Rück-Analyse sortierter Spermien
31
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
F O R S T W I RT S C H A F T
Jörg Schweinle (Hamburg)
Ökobilanzen für
Forst und Holz
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
32
F O R S T W I RT S C H A F T
I
n der heutigen gesellschafts- und wirtschaftspolitischen Diskussion spielen Aussagen
über Umweltwirkungen bei der Beurteilung von Produkten, Produktionsprozessen und
Dienstleistungen eine immer größere Rolle. Neben Zertifikaten und Öko-Labels, wie
beispielsweise dem in Deutschland vergebenen „Blauen Engel”, werden auch Ökobilanzen eingesetzt, um die besondere Umweltverträglichkeit eines Produktes herauszustellen. Während mit den Zertifikaten und Öko-Labels ein bestimmter Umweltstandard bei
der Produktion eines Produktes oder bei dem Produkt selbst garantiert werden soll, gehen Ökobilanzen einen Schritt weiter: Mit ihnen wird versucht, die Umwelteffekte von
Produktionsprozessen, Produkten oder Dienstleistungen umfassend darzustellen und
vergleichbar zu machen.
An der Bundesforschungsanstalt
für Forst- und Holzwirtschaft (BFH)
wurde früh erkannt, daß Ökobilanzen eine große Chance bieten, die
Umweltfreundlichkeit des nachwachsenden Rohstoffes Holz und der daraus hergestellten Produkte darzustel-
Abb. 2: Energie-Input der Rohholzproduktion in MJ/t atro (atro = absolut trockenes Rohholz)
len. Entsprechende Ökobilanzen
wurden in einer Reihe von Forschungsprojekten entwickelt.
Das Ziel dieser Arbeiten ist, Ökobilanzen für alle wichtigen Holzprodukte zu erstellen und der Öffentlichkeit
zur Verfügung zu stellen. Bevor auf einige Ergebnisse eingegangen wird,
soll auf die Methodik der Ökobilanzierung kurz eingegangen werden.
Abb. 1: Modulstruktur der Rohholzproduktion
ZIELE UND AUFBAU
EINER ÖKOBILANZ
Ökobilanzen können auf betrieblicher Ebene der Produkt- und Prozeßoptimierung dienen. Daneben lassen
sie sich auch für Marketing und Werbezwecke heranziehen. Im gesellschafts- und umweltpolitischen Bereich können Ökobilanzen Entscheidungsgrundlagen für die Umwelt- und
Forschungspolitik sein sowie Information und Beratung von Verbrauchern
unterstützen.
Je nach Zielsetzung können Betriebs-Ökobilanzen und Produkt-Ökobilanzen voneinander unterschieden
werden. Im ersten Fall werden die
Wirkungen eines Betriebes oder Unternehmens auf die Umwelt so umfassend wie möglich dargestellt und im
zweiten Fall die Umweltauswirkungen, die von einem oder mehreren
Produkten bzw. Produktgruppen ausgehen. Umfassend dargestellt heißt,
daß sämtliche mit der Produktion eines Produktes, mit dessen Gebrauch
und eventuell mit dem Recycling bis
hin zu seiner Deponierung oder Verbrennung verbundenen Wirkungen
auf die Umwelt erfaßt werden. Es
wird also der gesamte Lebensweg
des Produktes betrachtet, quasi „von
der Wiege bis zur Bahre”.
Obwohl die Zielsetzungen sehr unterschiedlich sein können, sollen in Zukunft alle Ökobilanzen auf einer einheitlichen Methodik beruhen. Die International Organization for Standardization (ISO) bemüht sich, in vier
Normen (ISO 14040 bis 14043) die
33
methodischen Mindestanforderungen
für Ökobilanzen festzulegen. Wie in
den ISO-Normen festgelegt, gliedert
sich eine Ökobilanz in vier Teile:
■ Zieldefinition
■ Sachbilanz
■ Wirkungsabschätzung
■ Interpretation
Zieldefinition
Im ersten Abschnitt einer Ökobilanz
werden die Ziele der Bilanz definiert.
Mit der Zieldefinition wird klar, ob es
sich um eine Betriebs- oder ProduktÖkobilanz handelt und welche Zielgruppe angesprochen wird. Gleichzeitig wird der Bilanzraum, innerhalb
dessen die Bilanzierung stattfindet,
festgelegt. Das bilanzierte System
wird räumlich für ein bestimmtes geo-
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
F O R S T W I RT S C H A F T
graphisches Gebiet abgegrenzt, zeitlich auf einen bestimmten Bilanzierungszeitraum und sachlich auf einen
bestimmten Prozeß oder auf eines
oder mehrere Produkte begrenzt. Ein
weiterer Schritt ist die Definition der sogenannten „funktionalen Einheit” (z. B.
eine Tonne Holz, ein Holzprodukt mit
bestimmter Qualität und technischen
Eigenschaften). Auf diese Einheit werden alle erhobenen Daten bezogen.
Sachbilanz
In der Sachbilanz werden alle umweltrelevanten stofflichen und energetischen Ströme über die Bilanzraumgrenze hinweg sowie die Ströme innerhalb des Bilanzraumes erfaßt. Alle
Daten werden auf die vorher definierte funktionale Einheit bezogen. Um
nachvollziehen zu können, wo und
wann bestimmte Stoff- oder Energieflüsse auftreten, wird ein Produktionsprozeß oder der Lebensweg eines
Produktes in klar voneinander abgrenzbare Module unterteilt. Für jedes dieser Module wird eine Teilbilanz erstellt. Die Summe der Teilbilanzen ergibt die Gesamtsachbilanz.
Werden bei einem Produktionsprozeß mehrere Produkte produziert, so
werden die umweltrelevanten Daten
den einzelnen Produkten anteilsmäßig
zugeordnet.
Wirkungsabschätzung
Aufgabe der Wirkungsabschätzung ist es, die positiven und negativen Wirkungen des bilanzierten Systems auf die Umwelt zu verdeutlichen. Dies geschieht, indem der Beitrag zu bestimmten Wirkungskategorien wie Treibhauseffekt, stratosphärischer Ozonabbau, Versauerung, Eutrophierung etc. durch Indikatoren ermittelt wird. Dazu werden die Daten
der Sachbilanz herangezogen. Durch
die Einteilung in Kategorien lassen
sich gleichzeitig die unübersichtlichen
Informationen der Sachbilanz besser
handhaben. Bei der Herleitung der
Wirkungsindikatoren ist unbedingt
auf Transparenz zu achten. Neben
den quantifizierbaren Wirkungen auf
die Umwelt sollten auch die bisher nur
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
Tab. 1: Sachbilanzergebnis des
Moduls „Biologische Produktion”,
bezogen auf eine Tonne absolut
trockenes Rohholz
Input
CO2
Wasser
Output
1 851 kg Holz
1 000 kg
1 082 kg Wasser
541 kg
Sauerstoff 1 392 kg
qualitativ zu erfassenden Umweltwirkungen in der Wirkungsbilanz aufgeführt werden. Dazu gehören z. B. die
positiven Wirkungen des Waldes im
Bereich Klima-, Wasser-, Erosionsund Lawinenschutz.
Interpretation
Abgeschlossen wird eine Ökobilanz mit der Interpretation und Bewertung der Ergebnisse von Sachbilanz
und Wirkungsabschätzung. Die Bewertungskriterien können, abhängig
von der Zielsetzung und den Wertvorstellungen, sehr unterschiedlich sein.
Bisher sind die unterschiedlichsten Bewertungsansätze (normative und verbal-argumentative) in der Diskussion.
Es ist allerdings nicht abzusehen, daß
ein bestimmtes Verfahren vorgeschrieben wird. Wichtig ist nur, daß die
Herleitung eines Bewertungsverfahrens transparent und nachvollziehbar
ist. Nur so sind die Bewertungsergebnisse einer kritischen Überprüfung zugänglich.
BEISPIEL: ROHHOLZPRODUKTION IN
DEUTSCHLAND
Eine Ökobilanz für die Rohholzproduktion ist von besonderer Bedeutung, weil sie die Voraussetzung für
nachfolgende Produkt-Ökobilanzen
von Holzprodukten ist. Denn am Anfang eines Produktionsprozesses steht
immer die Erzeugung bzw. Gewinnung der benötigten Rohstoffe. Auszugsweise und stark verkürzt werden
im folgenden einige Ergebnisse einer
Ökobilanz für die Rohholzproduktion
in Deutschland vorgestellt.
34
Zieldefinition
Ziel dieser Ökobilanz war es, die
wesentlichen Produktionsabschnitte
der Rohholzproduktion in Deutschland
so vollständig wie möglich zu erfassen. Die Rohholzproduktion besteht
aus zwei ineinander greifenden Produktionsprozessen: Zum einen die
„Biologische Produktion” von Holzmasse durch Photosynthese und zum
anderen die „Technische Produktion”
von Rohholz durch waldbauliche
Maßnahmen wie das Pflanzen, die
Pflege von Kulturen, Durchforstungen
und die Endnutzung. Abbildung 1
zeigt graphisch die Modulstruktur der
Rohholzproduktion.
Die Submodule auf der linken Seite
sind die stets notwendigen Produktionsschritte der technischen Produktion
in ihrer zeitlichen Abfolge. Auf der
rechten Seite sind Produktionsschritte
zu finden, die unregelmäßig und nur
bei Bedarf durchgeführt werden. Das
zu bilanzierende System befindet sich
innerhalb des sogenannten Bilanzraums, markiert durch eine räumliche,
sachliche und zeitliche Bilanzraumgrenze.
Räumliche Abgrenzung bedeutet,
das System wird geographisch auf einen bestimmten Raum begrenzt, hier
Deutschland. Sachlich wird das System von anderen Produktionssystemen abgegrenzt, indem jeder Produktionsabschnitt (Modul, Submodul) in
seinen Abläufen eindeutig beschrieben wird. Zeitlich erstreckt sich der Bilanzraum auf das Jahr 1995.
Alle stofflichen und energetischen
Flüsse, welche die Bilanzraumgrenze
überschreiten, werden in der Sachbilanz erfaßt. Funktionale Einheit, auf
die sich alle umweltrelevanten Daten
beziehen, ist eine Tonne absolut
trockenes (t atro) Rohholz.
Sachbilanz
Tabelle 1 zeigt das Ergebnis der
Sachbilanz für das Modul „Biologische Produktion”. Es wurde ein sehr
vereinfachter Ansatz gewählt, bei
dem nur die wesentlichen für den Aufbau von Holz erforderlichen Stoffströme berücksichtigt sind.
Abb. 3: CO2-Input aus
Photosynthese und
CO2-Emissionen der
Rohholzproduktion
in kg/t atro
(atro = absolut
trockenes Rohholz).
Unten: Aufschlüsselung des mittleren
Wertes der CO2Emissionen nach
einzelnen Baumarten
● CO2-Input aus Photosynthese = 1 851 kg/t atro
● Mittlere CO2-Emissionen aus Kraftstoffverbrennung = 17 kg/t atro
Faßt man die Ergebnisse der Sachbilanz der Module „Biologische Produktion” und „Technische Produktion”
zusammen, so können zwei wesentliche Feststellungen gemacht werden:
■ Die Rohholzproduktion verbraucht,
wie Abbildung 2 zeigt, vergleichweise wenig fossile Energie. Lediglich der Kraftstoff für die Forstmaschinen schlägt hier zu Buche.
■ Die Kohlendioxid-(CO2)-Emissionen, welche aus dem Kraftstoffverbrauch der Forstmaschinen resultieren, sind daher sehr gering (Abb.
3). Man kann die Rohholzproduktion als nahezu CO2-neutral bezeichnen, da das in der Holzmasse gespeicherte CO2 ausschließlich der Atmosphäre entzogen wurde. Bei der Verbrennung von Holz
oder dem natürlichen Verrotten
wird daher kein zusätzliches CO2
freigesetzt, sondern nur das aus
der Atmosphäre stammende.
Wirkungsabschätzung
Ein wichtiges Resultat der Wirkungsabschätzung ist, daß durch die
Verwendung von langlebigen Holzprodukten dem Treibhauseffekt entgegengewirkt werden kann. Holz hat
nämlich als einziger Rohstoff ein negatives Global Warming Potential
(Global Warming = Treibhauseffekt).
Durch Photosynthese werden verhältnismäßig große Mengen treibhausrelevantes CO2 gebunden. Im Vergleich
50
CO2-Emissionen der Rohholzproduktion in kg/t
kg/t atro
40
30
20
10
0
Buche
Industrieholz
Buche
Stammholz
Eiche
Industrieholz
dazu werden aber nur geringe Mengen Treibhausgase (z. B. Kohlendioxid, Methan, Lachgas, Stickoxide)
durch den Einsatz von Maschinen
während der Waldpflege und Holzernte freigesetzt.
Ermitteln läßt sich das Global Warming Potential, indem man zunächst
die in der Sachbilanz quantifizierten
treibhausrelevanten Gase zusammenstellt. Da sich die einzelnen Gase in
ihrer Wirkung auf die Atmosphäre
teils sehr deutlich unterscheiden, muß
für jedes Gas ein entsprechender Faktor in die Berechnungen eingehen.
Die „Treibhauswirkung” von Methan
ist zum Beispiel 21 mal höher als die
von Kohlendioxid.
Wird CO2 als Basisgröße genommen, muß für eine Wirkungsabschätzung die Menge des gebildeten Methans mit dem Faktor 21 multipliziert
Tab. 2: Global Warming Potential (GWP) der Rohholzproduktion von Buche
und Fichte in kg/t atro Rohholz (atro = absolut trockenes Rohholz)
Emissionen
Kohlendioxid (CO2)
Methan (CH4)
Lachgas (N2O)
Kohlenmonoxid (CO)
Stickoxide (NOx)
flüchtige Kohlenwasserstoffe (NMVOC)
GWPFaktor
Buche
Buche
Fichte
Fichte
Industrie- Stamm- Industrie- Stammholz
holz
holz
holz
16,41
0,21
0,002
1,1
7,62
2,07
8,77
0,11
0,001
0,63
4,01
1,18
31,19
0,40
0,004
3,17
12,99
5,60
12,29
0,16
0,001
0,80
5,73
1,52
Summe (Emission x GWP-Faktor)
27,41
14,71
53,36
20,51
abzüglich des CO2-Inputs
1.851
1.851
1.851
1.851
Bilanz (Global Warming Potential)
1
21
270
3
40
11
Eiche
Stammholz
-1.823,59 -1.836,29 -1.797,64 -1.830,49
35
Fichte
Industrieholz
Fichte
Stammholz
Kiefer
Industrieholz
Kiefer
Stammholz
werden. Tabelle 2 zeigt beispielhaft
die Ergebnisse für Buche und Fichte.
Für Eiche und Kiefer liegen die Verhältnisse ähnlich.
Die geringeren Emissionswerte
beim Stammholz erklären sich unter
anderem dadurch, daß für die Ernte
von Stammholz weniger Zeit eingesetzt und damit weniger Treibstoff verbrannt werden muß als für die Ernte
von Industrieholz. Durch den Aufbau
von Holzmasse wird der Atmosphäre
CO2 entzogen und im Holz festgelegt. Durch die Verwendung langlebiger Holzprodukte wird demnach aktiv
zur Verringerung des Treibhauseffektes beigetragen.
FOLGERUNGEN
Ökobilanzen werden in der Zukunft ein wichtiges Instrument für die
ökologische Bewertung von Produkten sein. Für Holzprodukte bieten sie
die Chance, ihre ökologischen Vorteile gegenüber anderen konkurrierenden Materialen unter Beweis zu
stellen.
Ökobilanzen können darüber hinaus aber auch Schwachstellen im
Produktionsprozeß aufdecken und
zur ökologischen Optimierung von
Holzprodukten oder Produktionsprozessen beitragen.
■
Jörg Schweinle, Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft,
Institut für Ökonomie, 21027 Hamburg
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
F I S C H E R E I F O R S C H U N G
Heringsforschung im Spiegel
der Jahrhunderte
Eine 250 Jahre alte Theorie und neue Erkenntnisse
Gerd Wegner (Hamburg)
I
Abb. 1:
Der Hamburger
Bürgermeister
Johann Anderson
in einem
zeitgenössischen
Stich
n Hamburg erschien vor 250 Jahren eine Abhandlung zur Heringswanderung als Teil
der „Nachrichten von Island, Grönland und der Straße Davis” aus dem Nachlaß des
Bürgermeisters Dr. Johann Anderson. Diese sogenannte Polarstamm-Theorie wurde
über Jahrzehnte internationale Lehrmeinung. Sie wird auch heute noch als bemerkenswert eingestuft. Denn sie enthielt vor 250 Jahren schon Gedankengänge, die noch heute aktuell sind.
Seit vorgeschichtlichen Zeiten
wird der Hering in Europa als einer
der Hauptspeisefische genutzt. Sein
mengenmäßig stark variierendes
Vorkommen in den Fanggebieten
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
wird gerade in diesen Tagen wieder
von Fischern, Fischereibiologen und
Politikern diskutiert: Vor kurzer Zeit
noch als unproblematisch betrachtet, wurden in diesem Jahr für den
Nordseehering
einschneidende
Fangbeschränkungen zur Bestandssicherung notwendig. Die Frage,
warum die Bestände regional und
zeitlich so stark schwanken, beschäftigt Wissenschaft und Fischerei-Praxis seit eh und je.
Vor etwa 250 Jahren, im Oktober
1746, erschien in Hamburg ein
Bestseller, wie wir es heute nennen
würden: „Die Nachrichten von Island, Grönland und der Straße Davis”. Sie informierten über die naturkundlichen Fakten dieses Gebietes
und boten den am Seehandel, Fischund Walfang Interessierten umfangreiche Grundlagen für merkantile
oder wissenschaftliche Betätigungen über diese Region. Dort ist auch
eine Theorie wiedergegeben, die
das seit Jahrhunderten bekannte, immer wieder überraschend massenhafte Auftreten oder völlige Ausbleiben der Heringe an den Fangplätzen Europas erklären sollte: die sogenannte Polarstamm-Theorie.
Verfaßt hatte das Werk der Hamburger Bürgermeister und Jurist Dr. Johann Anderson (1674 - 1743).
36
DER AUTOR UND
SEINE MOTIVATION
Es kommt nicht häufig vor, daß
ein Bürgermeister, dazu noch ein
Doktor beider Rechte, ein naturwissenschaftliches Kompendium verfaßt. Deshalb seien einige Anmerkungen zum Autor gestattet.
Der aus einer Hamburger Kaufmannsfamilie stammende Johann
Anderson (Abb. 1) hatte neben seinem juristischen Hauptstudium umfangreiche naturwissenschaftliche
Kenntnisse erworben, unter anderem durch die Bekanntschaft mit
führenden Wissenschaftlern und Instrumentenherstellern, so dem Erfinder des Mikroskops, dem Holländer
Leeuwenhoeck.
Als Syndikus des Senates hatte er
sich ab 1708 dienstlich mit Heringen zu befassen. Zwar fingen die
Hamburger zu der Zeit selbst keine
Heringe. Aber der Handel mit den
in Fässern angelieferten Salzheringen, vorherrschend holländischer
Herkunft, war ein wesentlicher und
sehr lukrativer Geschäftsbereich.
Seit Jahren hatte die Britische Krone versucht, diesen Markt auch für
die schottischen Salzheringe zu öffnen. So handelte Anderson als Vertreter des Hohen Rates der Hansestadt Hamburg 1708/09 einen
Vertrag mit dem Vertreter der Briten
aus, der die Salzheringe unterschiedlicher Herkunft in Hamburg
gleichstellte. Aber Salzhering war
auch damals nicht gleich Salzhering. Die Niederländer betrieben zu
dieser Zeit den Heringsfang in der
Nordsee als Hochseefischerei. Sie
F I S C H E R E I F O R S C H U N G
Abb. 2: Die Wanderung der Heringe
gemäß Andersons Theorie (1746)
kehlten und salzten auf See. Die Briten dagegen fingen den Hering vornehmlich küstennah mit teils sehr kleinen Fahrzeugen und verarbeiteten
am Strand bzw. in den Häfen. Allein
durch diese unterschiedlichen Verfahrensweisen entstanden in Geschmack und Konsistenz unterscheidbare Produkte.
Um die Qualität der über Hamburg gehandelten Produkte zu sichern, hatten sich die niederländischen Fischer strengen Reglements
durch Hamburger Kaufleute unterwerfen müssen, zum Beispiel dem
Verbot, vor dem 24. Juni zu fischen.
Da aber im Frühjahr durch die saisonale Wanderung der Herings-
schwärme von Norden nach Süden
die Fische vor den schottischen Küsten schon im Mai zu fangen waren,
hielten sich die Schotten nicht an
dieses Verbot. Anderson mußte sich
das ganze kommende Jahrzehnt
37
über mit den Heringsproblemen befassen.
Da Anderson versuchte, seine
fischwirtschaftspolitischen Entscheidungen
durch
naturwissenschaftliche Erkenntnisse (die er dann
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
F I S C H E R E I F O R S C H U N G
später in seinem Buch zusammenfaßte) zu untermauern, können wir
ihn als einen der ersten Fischereiforscher in Hamburg, dem Sitz der heutigen Bundesforschungsanstalt für Fischerei, betrachten.
ANDERSONS
POLARSTAMM-THEORIE
Seit Menschengedenken zählt
der Hering in
Europa zu den
wichtigsten
Speisefischen
Für den Handel waren die räumlichen und zeitlichen Schwankungen
der Heringsvorkommen von größtem
Interesse. In seiner Abhandlung beginnt Anderson die Klärung dieser
Frage mit der Erörterung der räumlichen Herkunft der Fische.
Deren „Heymath” liegt seiner
Meinung nach dort, wo die Tiere,
die den Hering fressen, „sich in besonderer Menge und Fettigkeit finden”. Von Kabeljau, Haien, Zahnwalen und den Möwen kennt er die
Verbreitungsgebiete in der „nördlichen Nordsee” (womit das Europäische Nordmeer und das Barentsmeer gemeint ist). Da ihm außerdem
die Fischer von dem im Frühjahr von
Norden her einsetzenden Zug der
Heringe berichtet hatten, kann nur
der „allertiefste Norden die rechte
und eigentliche Heymath der Heeringe” sein. Und zwar die eines einzigen Stammes, eben des später so
genannten „Polarstammes”. Denn
unter dem „nimmer schmelzenden
Eis” haben die Fische die meiste
Ruhe zum Laichen und die „sichersten Verhältnisse zum Wachstum ihrer Brut”, weil es unter dem Eis und
in den größten Tiefen den Haien
und Kabeljauen „wegen beschwerli-
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
Abb. 3: Heringsfang heute mit Hilfe moderner Fischereitechnik
cher Atemschöpfung nicht bequemlich” ist (offenbar werden hier unterschiedliche Atmungsweisen von Heringen einerseits und Heringsfeinden
andererseits angenommen). Am allerwenigsten können den Heringen
„aber die menschlichen Fischer mit
ihren Nachstellungen beykommen
und deren stolze Ruhe stören”.
Aufgrund dieser ungestörten Vermehrung müssen die Heringe im zeitigen Frühjahr – da die Nahrung
knapp wird – „zahlreiche Colonien,
oder Heerzüge, gleichsam von sich
schicken, die sich in die offene See
begeben”.
Nebenbei: Da der Hering in
großen Schwärmen auftritt, quasi als
38
Heer von Fischen, schrieb Anderson
immer von „Heeringen”. Denn deshalb sei dem Tier „ohne Zweifel der
Deutsche Name gegeben worden”.
DER ZUG DER HERINGE
Anderson hat die Heringswanderung nur in Worten beschrieben. Die
Abbildung 2 ist ein Versuch, seine
Vorstellungen in einer Karte zusammenzufassen. Jeweils „früh im Jahr”
bricht der Hauptschwarm unter dem
nördlichen Eis hervor. Ein „Westlicher Flügel” spaltet sich gleich ab
und zieht in Richtung NordwestIsland und eventuell weiter bis vor die
amerikanische Küste. Der „Östliche
Flügel” zieht unter mehrfachem Aufspalten in die verschiedenen europäischen Fanggebiete, wo er sich
zu festen Zeiten einfindet.
Die Feinde des Herings folgen
den Schwärmen nach dem Verlassen
der schützenden Heimat und treiben
sie vor sich her in südlichere Seegebiete. Die Reste der Schwärme, die
den Nachstellungen von Möwen, Fischen, Walen und Menschen entgehen konnten, treffen sich gegen Ende
des Jahres im Englischen Kanal. Von
dort kehrt der Hering unter Einbezie-
F I S C H E R E I F O R S C H U N G
in unser Jahrhundert hinein allgemein
gültig.
ZUR WEITEREN
ENTWICKLUNG
hung der unterwegs erzeugten Brut
wieder nach Norden unter das Eis
zurück.
Dieser
außerordentlich
schnelle Rückzug sollte später einer
der ersten ernsthaften Kritikpunkte
werden. Die Herings-PolarstammTheorie erklärt sehr einfach die folgenden, damals schon intensiv diskutierten Phänomene: Der Hering
kommt stets zu vorhersagbaren Zeiten in den einzelnen Fanggebieten
vor. An unterschiedlichen Orten treten die Heringe unterschiedlich groß
auf, denn je weiter sie von ihrer eigentlichen Heimat – und dem besten
Fressen – weggetrieben werden, desto mehr verzehren sie sich und werden „abgemattet, entkräftet und mager”. Der geringer werdende Gehalt
des Wassers an „Schleimigtem” (ein
erster konkreter Hinweis auf das
Plankton!), von dem sich nach Anderson der Hering miternährt, kann
offenbar den Energiebedarf nicht
decken. Da sich der Hering durch
Gottes Bestimmung dem Menschen
„zur Speise und Handelschaft in unerschöpflicher (!) Menge überliefert”,
kann der Mensch durch keine noch
so große Entnahme Schaden anrichten. Sicherlich durch die enorme Verbreitung des Buches unterstützt, blieb
diese Auffassung Andersons bis weit
1782 unterschied der Berliner
Fischforscher Markus Eliser Bloch die
unterschiedlich großen Nordsee- und
Ostseeheringe als verschiedene Bestände mit relativ kleinen, getrennten
Lebensräumen. Ihm waren die für die
Anderson’sche Theorie notwendigen
Geschwindigkeiten des Nordzuges
der Heringe zu groß. Der Schotte James Anderson beschrieb einige Jahre
später die atlantischen Heringe als
separaten Bestand. Spätestens ab
Mitte des 19. Jahrhunderts waren
Ein-Stamm-Theorien nicht mehr haltbar. Vor allem skandinavische Forscher hatten gezeigt, daß die Heringe in den Meeresgebieten laichen
und aufwachsen, in denen sie auch
gefangen werden. Die gebietsweise
unterschiedlichen Größen der Tiere
waren als formen- oder rassenspezifisch erkannt worden. Damit mußten
die in verschiedenen Meeresgebieten lebenden – und befischten – Bestände als voneinander unabhängig
betrachtet werden. Parallel zu der
enormen Steigerung des Heringsfanges durch die fischereitechnischen
Entwicklungen zum Ende des letzten
Jahrhunderts wurde die genauere Zuordnung und Unterteilung stark genutzter Bestände in einzelne Populationen notwendig. Ihre jeweils aktuellen Zustandsbeschreibungen entwickelten sich zu einem wichtigen
Zweig der Fischereiforschung. Die so
definierten Populationen waren –
und sind auch heute – fischereiwirtschaftlich getrennt zu betrachten.
Weil der Hering nach wie vor einer der begehrtesten Speisefische ist,
müssen heute die stark genutzten Bestände im Nordost-Atlantik und seinen Nebenmeeren regelmäßig wissenschaftlich überwacht und Fangempfehlungen ausgesprochen werden (Abb. 3 und 4). An diesen Arbeiten ist die Bundesforschungsan-
39
stalt für Fischerei für die Bestände in
der Ostsee, der Nordsee und in norwegischen Gewässern im Rahmen
der „Gemeinsamen Fischereipolitik”
der EU beteiligt.
Trotz aller bisher gewonnenen Erkenntnisse entwickeln sich die einzelnen Heringsbestände gelegentlich
anders als vorausbedacht und – da
voneinander unabhängig – sehr unterschiedlich: So mußte im Jahr 1996
die Gesamtfangmenge des Nordseeherings halbiert werden, um eine
überraschend aufgetretene negative
Bestandsentwicklung aufzufangen.
Im Gegensatz dazu lebt in der Ostsee ein überaus großer, zur Zeit weitgehend ungenutzter Bestand. Besonders genau
untersucht wurde
der
sogenannte „atlanto-skandische Hering”
zwischen
Norwegen
und Island.
Nach Jahren
der Übernutzung hat sich
dieser
Bestand unter verringertem Fischereidruck selbst wieder erholt. Bei den
biologischen Auswertungen der
langjährigen Bestandsüberwachung
(des sogenannten „Fischerei-Experiments”) stellte sich heraus, daß die
Bestandsgröße tatsächlich einen direkten Einfluß auf die Freß- und LaichWanderungen dieses Heringsstammes hatte. Das heißt: Wanderungen
können durch einen variierenden Populationsdruck ausgelöst werden.
Johann Anderson sah einen Grund
für die Heringswanderungen im Populationsdruck in der Heringsheimat,
dem Nordpolarmeer. Teile seiner
250 Jahre alten Ideen sind also noch
immer aktuell und hochmodern. ■
Dipl.-Oz. Gerd Wegner, Bundesforschungsanstalt für Fischerei, Institut
für Seefischerei, Palmaille 9,
22767 Hamburg
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Abb. 4: Für den
Hering werden
heute im Rahmen
der gemeinsamen
Fischereipolitik
der EU Fangempfehlungen
ausgesprochen
P O RT R A I T
BIOLOGISCHE BUNDESANSTALT FÜR LAND- UND FORSTWIRTSCHAFT
100 Jahre biologische Forschung für
Land- und Forstwirtschaft
F
orschung im landwirtschaftlichen Bereich war in Deutschland seit Anfang des 19.
Jahrhunderts im Aufwind. Der Durchbruch kam allerdings erst mit Justus Liebig, der
die Düngung von Pflanzen auf ein wissenschaftliches Niveau stellte. Neben der richtigen Pflanzenernährung gibt es jedoch weitere Faktoren, die die Ernte erheblich verringern, wenn nicht völlig vernichten können: Krankheiten, Schädlinge und
Unkräuter. Aus der praktischen Landwirtschaft, vor allem aus der Deutschen Landwirtschaftsgesellschaft, wurden daher vor mehr als 100 Jahren Stimmen laut, die ein zentrales biologisches, jedoch praxisorientiertes Reichsinstitut forderten. Am 28. Januar
1898 beschloß der Reichstag die Gründung dieser Institution.
Der Stammsitz
der BBA in
Berlin-Dahlem
Als Vorbild dienten Reichsinstitute
für den physikalisch-technischen und
den Gesundheitsbereich, die schon
bald nach 1870 gegründet worden
waren. Die neugeschaffene Einrichtung war zunächst als „Biologische
Abtheilung für Land- und Forstwirthschaft” dem Kaiserlichen Gesundheitsamt zugeordnet, wurde aber schon
1905 als Kaiserliche Biologische Anstalt selbständig. Der Name änderte
sich im Laufe der Geschichte zur
Reichs-, dann zur Zentral- und
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
schließlich zur Bundesanstalt. Die Bezeichnungen „Biologisch” und „für
Land- und Forstwirtschaft” blieben dabei immer erhalten.
Eine weitblickende Denkschrift zur
Gründung stellte damals acht
Arbeitsbereiche heraus, die überwiegend noch heute Aktualität besitzen.
Einige dieser Aufgaben wurden im
Zeitverlauf von später geschaffenen
Forschungsanstalten des Bundeslandwirtschaftsministeriums (BML) übernommen. Erforscht werden sollten:
40
1. Tierische und pflanzliche Schädlinge an Kulturpflanzen, einschließlich Unkräuter, als Grundlage für eine Bekämpfung. Nach
wie vor ist dies die Hauptaufgabe
der BBA.
2. Nützlinge aus dem Tier- und Pflanzenreich. In vielen Instituten der
BBA wird dieses Thema bearbeitet. Ein Institut in Darmstadt erforscht – weltweit als eines der
wenigen mit diesem Schwerpunkt
– ausschließlich den biologischen
Pflanzenschutz.
3. Bakteriologie des Düngers (ein
heute ungebräuchlicher Ausdruck). Fragen der Düngung werden heute hauptsächlich in der
Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) erforscht, in der
Biologischen Bundesanstalt wird
über
Nebenwirkungen
von
Pflanzenschutzmitteln auf Mikroorganismen des Bodens sowie über
Mangelkrankheiten gearbeitet.
4. Anorganische Einflüsse, zum Beispiel durch Rauch und Hüttengase und die Schädigungen an
Land- und Forstkulturen. Hierunter
werden heute „nichtparasitäre
Krankheiten” verstanden, in noch
umfassenderem Sinne die „ökologische Chemie”. Ein Institut mit
dieser Aufgabenstellung ist am
BBA-Stammsitz in Berlin-Dahlem
angesiedelt.
5. Bienen- und Fischzucht einschließlich Erforschung von deren Krankheiten. Für Fischereiforschung
gibt es heute eine eigene Bundesforschungsanstalt. Daneben unterhält die Bundesforschungsanstalt
für Viruskrankheiten der Tiere auf
der Insel Riems ein Labor für virale
Fischkrankheiten. Auch Bienenkrankheiten werden heute in der
BBA nicht mehr bearbeitet, aller-
P O RT R A I T
schriften sowie in eigenen, von ihr
herausgegebenen Reihen. Für die
Beratung der praktischen Landwirte ist heute der deutsche Pflanzenschutzdienst auf Länderebene
zuständig.
8. Pflanzenschutz in den Tropen und
Subtropen. Natürlich war die Kaiserliche Biologische Anstalt auch
für Pflanzenschutz in den damaligen Kolonien zuständig. Heute
besteht eine gute Kooperation mit
der Deutschen Gesellschaft für
Technische
Zusammenarbeit
(GTZ) sowie mit anderen, im Entwicklungshilfebereich tätigen Organisationen (z. B. DSE, DAAD).
Das Merkblatt „Warum madige
Kirschen?” von 1937 sollte die Bevölkerung aufklären
dings prüft sie die Auswirkungen
von Pflanzenschutzmitteln auf Bienen im Rahmen des Zulassungsverfahrens und ist für den Nachweis von Pflanzenschutzmittel-Vergiftungen bei Bienen zuständig.
6. Sammlung und Veröffentlichung
statistischen Materials über das
Auftreten der wichtigsten Pflanzenkrankheiten im In- und Ausland
sowie die Beschaffung von
schwer zugänglicher Literatur.
Hierzu gehört unter anderem die
Sammlung über pflanzengesundheitliche Maßnahmen im grenzüberschreitenden Verkehr, bei deren Regelung die BBA national
und international mitarbeitet. Zum
anderen verfügt die BBA europaweit über eine der größten
Spezialbibliotheken im Pflanzenschutz sowie über die Literaturdatenbank PHYTOMED mit mehr als
450.000 Zitaten.
7. Für die praktischen Landwirte sollen Veröffentlichungen gemeinverständlicher Schriften und Flugblätter über Pflanzenkrankheiten herausgegeben werden. Die BBA
publiziert über wichtige Pflanzenschutzfragen in vielen Fachzeit-
AUFGABEN ALS
BUNDESOBERBEHÖRDE
Die BBA war nie nur eine Forschungsanstalt zur wissenschaftlichen Beratung der politischen Entscheidungsträger, sondern hatte zusätzlich auch behördliche Funktionen. Hoheitliche Aufgaben wurden
bereits im ersten deutschen Pflanzenschutzgesetz von 1937 genannt.
Heute bildet das Pflanzenschutzgesetz von 1986 die wesentliche
Grundlage für viele ihrer Arbeiten.
Vor allem die Prüfung und Zulassung
von Pflanzenschutzmitteln wird dort
geregelt. Nur von der BBA zugelassene Pflanzenschutzmittel dürfen in
Deutschland vertrieben werden.
Durch die EU-Harmonisierung hat
Die Biologische
Bundesanstalt heute:
■ Etwa 700 feste Mitarbeiter,
darunter 200 Wissenschaftler
■ Budget 1997 ca. 70 Millionen DM
■ Institute in Braunschweig, am
Stammsitz in Berlin-Dahlem, in
Kleinmachnow,
BernkastelKues, Darmstadt, Dossenheim
bei Heidelberg und Münster
41
sich die Arbeit in diesem Bereich
noch weiter ausgedehnt.
Ein anderes für die BBA wesentliches Gesetz ist das Gentechnikgesetz. Bei allen Anträgen auf Freisetzung und Inverkehrbringen gentechnisch veränderter Organismen muß
die Biologische Bundesanstalt mitwirken, bevor das Robert-Koch-Institut in Berlin darüber entscheidet.
Auch das Chemikalien- und das
Bundesseuchengesetz sehen eine
Beteiligung der BBA vor. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Prüfung
von Nutzpflanzen auf Resistenzen
gegen Krankheiten und Schädlinge:
Die Ergebnisse fließen in die beschreibende Sortenliste des Bundessortenamtes ein.
Zum Landwirtschaftsministerium,
das selbst erst 1919 geschaffen
wurde, gehören derzeit zehn Bundesforschungsanstalten, von denen
die Biologische Bundesanstalt die
älteste ist. In den Forschungseinrichtungen des BML ist ein umfangreiches Fachwissen gesammelt, das
unmittelbar dem Bereich Ernährung,
Landwirtschaft und Forsten zugute
kommt. Auch deshalb erzeugt die
deutsche Agrarwirtschaft Nahrungsgüter und Rohstoffe in hervorragender Qualität.
■
Dr. W. Wohlers, Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft, Messeweg 11-12, 38104
Braunschweig
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
In der BBA wird
die Biologie der
Pflanzenkrankheiten und Schädlinge, wie z. B.
Kartoffelkäfer,
erforscht
P O RT R A I T
BUNDESFORSCHUNGSANSTALT FÜR LANDWIRTSCHAFT (FAL)
50 Jahre FAL
A
m 18. Dezember 1997 wird die
Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) 50 Jahre alt. Ein
passender Anlaß, die Arbeiten der vergangenen fünf Jahrzehnte in ihrer Entwicklung zu betrachten, ihre Ziele zu hinterfragen und einen Ausblick auf die kommenden Jahre zu geben.
Während zu Beginn die Forschungsanstrengungen auf Produktionssteigerung und den Anschluß an
die internationale Entwicklung ausgerichtet waren, stand nach rasantem Produktivitätsfortschritt und Überproduktion die Qualität der erzeugten Produkte im Vordergrund. Energiekrise und steigendes Umweltbewußtsein waren Anlaß für weitere
neue Forschungsimpulse, die von
der FAL frühzeitig aufgegriffen wurden. Klassische Genetik, Isotopentechnik und chemische Analytik, Mechanisierung, Informationstechnik
und Biotechnologie stellten bzw.
stellen wichtige methodische Werkzeuge für unterschiedliche Generationen von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern dar.
Das FORUM, zentrale Tagungsstätte der FAL in Braunschweig
ERFOLGREICH IM
WISSENSCHAFTLICHEN
WETTBEWERB
Fachlich hat sich die FAL auf
zukünftige Anforderungen in besonderer Weise eingestellt. So wurde
im Jahre 1996 eine externe “Erfolgsund Qualitätskontrolle der Forschung in der FAL” auf Anregung der
FAL und mit Unterstützung des Kuratoriums sowie des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft
Open-top Kammern des
Institutes für
Produktions- und
Ökotoxikologie
der FAL zur
Ermittlung von
Schadgaswirkungen an
Pflanzen
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
42
und Forsten (BML) durchgeführt. Diese im Bereich der Ressortforschung
des BML erstmalig durchgeführte
Evaluierung erleichtert die zukünftige Forschungsplanung der FAL und
bildet ein wertvolles Instrument zur
Weiterentwicklung der Forschungsanstalt.
Auch hinsichtlich der organisatorischen Rahmenbedingungen zeigt
sich die Forschungsinstitution FAL in
einem dynamischen Prozeß, der einige Jahrzehnte von Wachstum und
Erneuerung geprägt war, derzeit
und in naher Zukunft jedoch durch
Umstrukturierung und gravierende
Einsparungszwänge gekennzeichnet ist. Mittel- bis langfristig wird die
der FAL auferlegte Personalreduzierung nicht ohne den Wegfall von
Forschungsgebieten aufgefangen
werden können, wenn das derzeitige, von den Gutachtern vielfach attestierte hohe Qualitätsniveau gehalten werden soll.
Die Forschungstätigkeit der FAL ist
in vieler Hinsicht als erfolgreich zu
bewerten. Die große Anzahl an wissenschaftlichen Veröffentlichungen
sowie Vorträgen auf nationalen und
P O RT R A I T
Genetische
Ressourcen
(Rassengruppe
oben; Embryolager unten) des
Institutes für
Tierzucht und
Tierverhalten in
Mariensee der
FAL
internationalen Tagungen, die vielfältigen wissenschaftlichen Kooperationen mit renommierten deutschen
und ausländischen Forschungsinstitutionen und die durchaus nicht seltenen Berufungen von FAL-Wissenschaftlern auf Universitätslehrstühle
sind Beleg für die rege wissenschaftliche Aktivität und das auch im internationalen Vergleich hohe Niveau
der Forschungsarbeiten in der FAL.
NEUE METHODEN FÜR
NEUE FRAGESTELLUNGEN
Zukünftig muß die gesamte Landnutzung mit unterschiedlicher Intensität Gegenstand der Agrarforschung sein. Dabei gewinnen die
Ökosystemforschung zur Klärung
der Wechselbeziehungen zwischen
den Lebewesen und der abiotischen
Umwelt, die Informationstechnologie zur Überwachung, Steuerung
und Regelung komplexer biologischer und biologisch-technischer Systeme sowie vor allem die Weiterentwicklung molekularbiologischer
Methoden und ihre Anwendung besondere Bedeutung.
Das breit angelegte, multidisziplinär ausgerichtete Forschungsprogramm der FAL leistet durch die Entwicklung innovativer Methoden und
Produkte einen Beitrag zur Standortsicherung. In diesem Zusammenhang ist besonders auf die Arbeiten
zum Bodenschutz, zur Bodenfruchtbarkeit und zur Verwertung von Bestandes- sowie biogenen Reststoffen
im Sinne der Schließung von Nährstoffkreisläufen hinzuweisen. Dem
Erhalt der Umweltqualität kommt dabei besondere Bedeutung zu.
FORSCHUNG FÜR DIE
POLITIKBERATUNG
Die Ressortrelevanz bei Fragen
zur Gestaltung beziehungsweise
Umsetzung von Gesetzen, Verordnungen und Richtlinien ist in allen
Forschungsbereichen erkennbar. Sie
findet ihren Nachweis in der großen
Anzahl von Berichten, Gutachten
und Stellungnahmen. Hinzuweisen
ist in diesem Zusammenhang unter
anderem auch auf das in Deutschland hinsichtlich seiner Konzeption
und fachlichen Ausrichtung einmalige Institut für landwirtschaftliche
Bauforschung mit seinen für das Ressort ganz wesentlichen Forschungsansätzen.
Die vorzüglichen und in Deutschland zum Teil einmaligen Möglichkeiten auf verschiedenen Gebieten
tierexperimenteller Arbeiten, unter anderem im Bereich Biotechnologie/Gentechnik sowie In-vivo-Analyse biologischer Systeme, sind hervorzuheben. Die FAL verfügt hier über
einzigartige Einrichtungen für die
Haltung von Versuchstieren, die
Schlachtung unter eigener Kontrolle
und über eine auf landwirtschaftliche
Fragestellungen ausgerichtete Computertomographie (MRT und MRS).
Weiterhin kommt den biosystemaren und bioverfahrenstechnischen
Forschungsansätzen, insbesondere
vor dem Hintergrund von Wechsel-
43
wirkungen zwischen landwirtschaftlicher Produktion und Umwelt, besondere Bedeutung zu.
Die Bundesforschungsanstalt für
Landwirtschaft bietet mit ihrem breiten Forschungsspektrum beste Voraussetzungen, um eine flexible interdisziplinäre Projektforschung und
Politikberatung durchzuführen. Somit
geht die FAL selbstbewußt und mit
forscherischem Elan in die nächsten
50 Jahre!
■
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
BiodieselPraxistest:
Der VersuchsSchlepper des
Institutes für
Biosystemtechnik
wird seit 1982
mit Biodiesel
betrieben
P O RT R A I T
BUNDESANSTALT FÜR MILCHFORSCHUNG
75 Jahre Institut für Betriebswirtschaft
und Marktforschung der
Lebensmittelverarbeitung, Kiel
A
m 1. September 1922 wurde das Institut für Milchverwertung an der Preußischen
Versuchs- und Forschungsanstalt für Milchwirtschaft gegründet. Wesentliche Motive der Errichtung des Instituts waren zum einen der technische Fortschritt in der
deutschen Land- und Ernährungswirtschaft, einhergehend mit der zunehmenden Bedeutung der Milchwirtschaft in technischer, naturwissenschaftlicher und ökonomischer Hinsicht. Zum anderen waren das rasche Bevölkerungswachstum, die zunehmende Arbeitsteilung, die Sicherstellung der Versorgung mit Milch und Milchprodukten, die Stabilisierung der Erzeugerpreise und die Erschließung neuer Absatzgebiete Beweggründe, die
Kieler Forschungsanstalt um ein ökonomisches Institut zu erweitern.
Auf den ersten Institutsleiter Prof.
Dr. Wilhelm Westphal folgten
Prof. Dr. Ernst Esche (1935–1962)
und Prof. Dr. Alfred Neitzke
(1962–1974), die unter anderem
die Arbeiten zur Wirtschaftlichkeit
von Molkereien, zu Absatzmarktent-
Das Institutsgebäude in Kiel
wicklungen, zu Strukturfragen der
Milchverarbeitung und des Milchhandels und zur zunehmenden Internationalisierung der Molkereiwirtschaft begründeten und konsequent
fortentwickelten. Unter der kommissarischen Leitung von Dr. Manfred
Drews wurden die Forschungsakti-
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
vitäten des Instituts 1978 um die
Warenbereiche Fleisch-, Getreidesowie Obst- und Gemüseverarbeitung erweitert. Seit 1982 wird das
Institut von Prof. Dr. Friedrich Hülsemeyer geleitet.
Als eines der sechs ökonomisch
ausgerichteten Institute der Ressortforschung im Geschäftsbereich des
BML ist das Institut für Betriebswirtschaft und Marktforschung der Lebensmittelverarbeitung (IfBM) gegenwärtig mit 11,5 wissenschaftlichen Planstellen ausgestattet und als
Teil der Bundesanstalt für Milchforschung inhaltlich und organisatorisch dem Forschungsverbund der
produktbezogenen Forschungsanstalten (BAFF, BAGKF, BAM, BFE) zugeordnet, wodurch die Einbindung
in die korrespondierenden naturwissenschaftlich-technischen Disziplinen der Lebensmittelverarbeitung
gewährleistet ist.
Mehrheitlich werden die wissenschaftlichen Arbeiten des IfBM durch
Methoden der industriellen Betriebswirtschaftslehre bestimmt, die nicht
nur prozeßübergreifend angewandt
werden (z. B. Rohstoffbewertung,
Produktion, Logistik, Absatzsteuerung), sondern auch in verschiedenen Warenbereichen (Getreide-,
44
Fleisch-, Milch- sowie Obst- und
Gemüseverarbeitung). Die wesentlichen Arbeitsgebiete werden unter
den folgenden Arbeitsschwerpunkten subsumiert:
■ Numerische Modelle und strukturverträgliche Daten,
■ Technologiebegleitende Ökonomie,
■ Ökonomie der Lebensmittellogistik,
■ Umweltökonomie in der Ernährungswirtschaft,
■ Verarbeitungs- und Vermarktungsstrukturen in der Ernährungswirtschaft,
■ Ökonomische Begleitforschung
des Transformationsprozesses der
nationalen und internationalen
Ernährungswirtschaft.
Die Geschichte, die konzeptionellen Grundlagen, die Arbeitsschwerpunkte und die Perspektiven
des IfBM werden anläßlich des
75jährigen Bestehens im Band 10
der „Betriebs- und marktwirtschaftlichen Studien zur Ernährungswirtschaft” veröffentlicht.
Diese Publikation liefert damit –
insbesondere vor dem Hintergrund
der zunehmenden Relevanz ökonomischer
Fragestellungen
der
Ernährungswirtschaft – für die Zielund Interessengruppen der Agrarwirtschaft einen Diskussionsbeitrag
zur Fortentwicklung von Forschungskonzepten
im
Agrarund
Ernährungsbereich.
■
Prof. Dr. Friedrich Hülsemeyer, Dr.
Christian Schmidt, Bundesanstalt für
Milchforschung, Institut für Betriebswirtschaft und Marktforschung der
Lebensmittelverarbeitung, HermannWeigmann-Straße 1, 24103 Kiel
P O RT R A I T
BUNDESANSTALT FÜR ZÜCHTUNGSFORSCHUNG AN KULTURPFLANZEN
Institut für Gemüse-, Heil- und
Gewürzpflanzenzüchtung, Quedlinburg
D
as Institut für Gemüse-, Heil- und Gewürzpflanzenzüchtung der BAZ wurde am 1. Januar 1992 gegründet
und ging aus Teilen des ehemaligen Instituts für Züchtungsforschung Quedlinburg
hervor. Die anwendungsorientierten Arbeiten des Instituts dienen der umweltverträglichen und ökonomisch vertretbaren Landbewirtschaftung, die am
Agrarstandort Deutschland die „Gesunde
Pflanze” zum Ziel hat.
Abb. 1:
Mit zahlreichen
pilzlichen
Schaderregern
befallener
Kopfkohl
Aufgabe des Instituts ist die Züchtungsforschung an verschiedenen
Gemüse-, Heil- und Gewürzpflanzen. Die zu bearbeitenden Kulturarten werden nach ihrer wirtschaftlichen Bedeutung ausgewählt. Dabei
liegen die Forschungsschwerpunkte
in der Erhöhung der Resistenz gegen
Schaderreger und der Verbesserung
der Produktqualität. Durch die Entwicklung von Nutzpflanzentypen mit
Krankheitsresistenz, Streßtoleranz bzw. neuer oder verbesserter Qualität
wird ein Beitrag
zur nachhaltigen Umweltsicherung geleistet. Die wichtigsten der bearbeiteten Kulturpflanzen sind
Gemüseformen des Kohls. Ferner
befaßt sich das Institut mit Porree, Petersilie und Kümmel. Bei den Arzneipflanzen stehen Fenchel und Nachtkerze im Mittelpunkt. Das Institut umfaßt die drei Arbeitsgruppen „Resistenzforschung”, „Biotechnologie”
und „Basismaterial”, die sehr eng
zusammenarbeiten. Derzeit werden
24 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
aus Haushaltsmitteln beschäftigt, davon sieben Wissenschaftler. Darüber hinaus sind weitere sechs Personen aus Drittmitteln angestellt.
FORSCHUNG ZUM
GEMÜSEKOHL
Exemplarisch soll am Beispiel des
Kohls die vernetzte Arbeitsweise der
drei Gruppen dargestellt werden:
Gemüsekohlformen, z. B. Kopfkohl, sind häufig anfällig gegenüber
verschiedenen Viren, Bakterien oder
Schadpilzen (Abb. 1). Resistenzträger, die meistens nur noch in Wildformen zu finden sind, könnten hier
Abhilfe schaffen und maßgeblich zu
einem gesunden Landbau beitragen.
In der AG „Resistenz” werden
zunächst geeignete Resistenzprüfmethoden entwickelt. Sodann werden mit diesen Methoden Pflanzen
geprüft, um geeignete Resistenzspender zu ermitteln.
Da die Übertragung der Resistenzmerkmale, z. B. durch Kreuzung, über die Artgrenzen hinweg
nur sehr begrenzt möglich ist, werden die selektierten Formen in der
AG „Biotechnologie” weiterbearbeitet. Auf zellulärer Ebene wird hier
versucht, sogenannte somatische
Hybride, also ungeschlechtlich erzeugte Mischformen zu erzeugen.
Zu diesem Zweck werden Protoplasten (Zellen ohne Zellwand) des
Gemüsekohls mit Protoplasten der
resistenten Arten und Gattungen verschmolzen.
Das Erbgut beider Eltern wird dabei vollständig miteinander kombiniert. Auf diese Weise entstehen Hybride mit verdoppeltem Chromoso-
45
mensatz, die normalerweise über
die Resistenz hinaus auch alle unerwünschten Eigenschaften der Wildform in sich tragen würden. Durch
eine vorherige Röntgen- oder
Gammabestrahlung der WildtypProtoplasten mit niedrigen Strahlendosen läßt sich allerdings erreichen,
daß nur einzelne Merkmale übertragen werden.
Die aus den Fusionen hervorgegangenen Einzelpflanzen werden
zunächst ungeschlechtlich vermehrt
(kloniert) und dann erneut auf Resistenz überprüft. Eine molekulare
Charakterisierung erhöht dabei die
Sicherheit der Resistenzbewertung.
Die so erzeugten Kohlpflanzen
müssen in der AG „Basismaterial”
weiter bearbeitet werden, da solche
neuen Genotypen nicht unbedingt
ohne Komplikationen funktionieren.
Durch die Anwendung verschiedener
Methoden werden stabile Rückkreuzungs-Nachkommenschaften
erzeugt, die abschließend wieder in
ihren Resistenzeigenschaften zu prüfen sind.
■
Dr. G. Schumann, BAZ, Institut für
Gemüse-, Heil- und Gewürzpflanzenzüchtung, Neuer Weg 22/23,
06484 Quedlinburg
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Das Hauptgebäude der BAZ
in Quedlinburg
P O RT R A I T
Institut für Agrarentwicklung in
Mittel- und Osteuropa, Halle/Saale
D
er Systemwechsel in den mittel- und osteuropäischen Ländern (MOEL) hat tiefgreifende politische, ökonomische und soziale Transformationsprozesse ausgelöst,
um demokratische und marktwirtschaftliche Strukturen zu schaffen. Verbunden damit ist ein Prozeß der politischen und außenwirtschaftlichen Öffnung, der auch zu spürbaren Veränderungen der weltwirtschaftlichen Arbeitsteilung führt.
Von diesen Veränderungen sind
die westeuropäischen Nachbarstaaten aufgrund ihrer Nähe besonders
betroffen. Das wird auch aus den
Bemühungen der mitteleuropäischen
Transformationsländer
erkennbar,
sich in die EU zu integrieren. Voraussetzung dazu ist jedoch eine Stär-
Das Dienstgebäude des
IAMO in
Halle/Saale
kung der Wirtschaft dieser Länder,
damit sie auf dem europäischen und
dem Weltmarkt wettbewerbsfähig
sind. Neben diesen Aspekten führte
auch die Wissenslücke, die hinsichtlich der Transformationsländer und
-prozesse besteht, zu der Empfehlung
des Wissenschaftsrates, eine außeruniversitäre Forschungseinrichtung zu
etablieren.
Das Institut für Agrarentwicklung in
Mittel- und Osteuropa (IAMO) in Halle wurde als Stiftung des öffentlichen
Rechts am 08.11.1994 gegründet.
Es gehört zur Wissenschaftsgemeinschaft „Blaue Liste” und wird je zur
Hälfte vom BML und vom Kultusministerium Sachsen-Anhalt finanziert.
Der Empfehlung des Gründungskomitees folgend ist das Institut in
3 Abteilungen gegliedert:
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
■ Rahmenbedingungen des Agrarsektors und Politikanalyse,
■ Agrarmärkte, Agrarvermarktung
und Weltagrarhandel,
■ Betriebs- und Strukturentwicklung
im ländlichen Raum.
AUFGABENSTELLUNG UND
FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE
Die Aufgabenstellung des Instituts
umfaßt neben der Vertiefung der wissenschaftlichen Kenntnisse über die
Transformationsprozesse das Erarbeiten von Orientierungs- und Entscheidungshilfen für die Agrar- und
Ernährungswirtschaft und die betreffenden politischen Entscheidungsträger in den MOEL. Die notwendigen
wirtschaftspolitischen Entscheidungen müssen vorbereitet und deren
Wirkungen und Konsequenzen analysiert werden. Dazu sind wissenschaftliche Analysen der Ausgangssituation ebenso wie Quantifizierung
und Bewertung der Effekte alternativer politischer und wirtschaftlicher
Strategien zu erstellen. Durch die wissenschaftliche Begleitung der Transformations- und Entwicklungsprozesse in der Agrar- und Ernährungswirtschaft der mittel- und osteuropäischen Länder soll der Übergang in
die Marktwirtschaft unterstützt werden. Ziel dieser Untersuchungen ist
es, die Transformation des Agrar- und
Ernährungssektors zu marktwirtschaftlichen Strukturen zu fördern und Wissensgrundlagen für konfliktreduzierende und sozial ausgewogene Umstrukturierungen zu erarbeiten.
46
Die Tätigkeit des IAMO erstreckt
sich insbesondere auf die Länder Mittel- und Osteuropas, einschließlich
der Gemeinschaft Unabhängiger
Staaten (GUS). Zunächst ergibt sich
eine Schwerpunktbildung zugunsten
der mit der EU assoziierten Länder.
Mittel- und langfristig sind die Staaten der GUS und hier vor allem Rußland, die Ukraine und Weißrußland
aufgrund ihrer Bedeutung verstärkt zu
berücksichtigen. Die Forschungsarbeiten am Institut konzentrieren sich
gegenwärtig auf folgende Schwerpunkte:
■ Neuorientierung der Agrar- und
Ernährungspolitik,
■ Formen der Privatisierung im
Agrarsektor und den vor- und
nachgelagerten Bereichen,
■ Entwicklung
des
ländlichen
Raumes,
■ Intra- und internationale Integrationsbestrebungen,
■ Entwicklung von Kreditmärkten,
■ Möglichkeiten der Risikoabsicherung,
■ Reorganisation
landwirtschaftlicher Betriebe.
In zunehmendem Maße kooperieren die Wissenschaftler des IAMO
mit Kollegen aus Forschungseinrichtungen der mittel- und osteuropäischen Länder, indem sie gemeinsam Forschungsarbeiten durchführen.
Auch die Ausbildungsmöglichkeit, die
das Institut gemeinsam mit der MartinLuther Universität Halle-Wittenberg
besonders jungen Wissenschaftlern
Mittel- und Osteuropas in dem neu
eingerichteten
Zusatzstudiengang
„Standort- und umweltgerechte Landwirtschaft in den Transformationsländern” bietet, trägt zur Heranbildung
einer neuen Wissenschaftlergeneration in diesen Ländern bei.
■
Dr. Klaus Reinsberg, IAMO, Magdeburger Str. 1, 06112 Halle/Saale
N A C H R I C H T E N
Bundesforschungsanstalt
für Fischerei
Bundesanstalt für
Fleischforschung
Es muß nicht
immer Kaviar sein
TiermehlErhitzungstest
für die Praxis
Kaum ein anderes Fischereierzeugnis ist gegenwärtig so umstritten wie der „echte” Kaviar, der Rogen (die Eier) vom Stör. Aufgrund der
hohen Nachfrage und einer Reihe
politischer und ökologischer Veränderungen ist zu befürchten, daß StörKaviar durch rigorose Raubfänge in
wenigen Jahren vom Markt verschwunden sein wird. Die bisher in
den Anrainerstaaten des Kaspischen
Meeres genutzten Stör-Arten Huso
huso (Beluga), Acipenser stellatus
(Sevruga) und A. gueldenstaedti
(Osietra) können den Kaviarbedarf
nicht mehr decken. Daher werden
mittlerweile andere – auch geschützte – Arten mit verarbeitet. Daneben
sind Verfahren zur Herstellung synthetischen Kaviars in der Entwicklung.
Zur Rettung bedrohter Fischarten und
zum Schutz der Verbraucher, Händler
und Zollbehörden vor Täuschungen
ist es notwendig, zuverlässige Analysemethoden zur Differenzierung von
Kaviarsorten und zur Abgrenzung
von Imitaten zur Verfügung zu haben.
Am Institut für Biochemie und Technologie der Bundesforschungsanstalt
für Fischerei in Hamburg werden zur
Zeit Verfahren entwickelt, mit denen
sich die verschiedenen Produkte eindeutig unterscheiden lassen. Erfolgreich war eine Analyse der Proteine
mit Hilfe der sogenannten „Isoelektrischen Fokussierung” in Polyacrylamid-Gelen.
Dazu werden die Proteine
zunächst aus dem Fischrogen gelöst,
anschließend in einem elektrischen
Feld gemäß ihrer Ladung aufgetrennt
und danach gefärbt. Ein solches Gel
zeigt spezifische Muster aus einzelnen Protein-Banden. Die Proteinmuster aus Beluga-, Osietra- und Sevruga-Kaviar sind zwar sehr ähnlich,
aber dennoch klar voneinander zu
unterscheiden. Auch die Abgren-
Kaviardosen, wie sie im Handel erhältlich
sind. Die hier abgebildeten Produkte sind
keine Falschdeklarationen
zung zum Löffelstör-Kaviar (Polyodon
spathula) und den Eiern einer Stör-Art
aus dem Golf von Mexiko gelingt
einwandfrei. Zur Zeit wird am Hamburger Institut auch ein empfindliches
Verfahren zur Differenzierung der
Erbsubstanz DNS entwickelt. Erste Ergebnisse sind vielversprechend. Die
Leistungsfähigkeit dieser zeitsparenden Methode muß sich aber noch in
weiteren Versuchen mit dem Rogen
anderer Stör-Arten bestätigen.
(M. Welling, Senat)
Bundesanstalt für Getreide-,
Kartoffel- und Fettforschung
Chevreul-Medaille
für Kurt
Aitzetmüller
Die Association Française pour
l’Etude des Corps Gras hat die Chevreul-Medaille 1996 anläßlich der
diesjährigen „Chevreul-Tagung” an
Dr. Kurt Aitzetmüller, Münster, verliehen. Sie würdigt damit seine Untersuchungen auf dem Gebiet der Öle
und Fette, insbesondere im Bereich
moderner apparativer Analysenverfahren, wie sie vor allem in der Qualitätskontrolle von fetthaltigen Lebensmitteln herangezogen werden.
Die Ergebnisse sind in rund 120 Publikationen niedergelegt.
Seit 1986 leitet Dr. Aitzetmüller
das Institut für Chemie und Physik
der Fette in Münster, eines von vier
Instituten der Bundesanstalt für Getreide-, Kartoffel- und Fettforschung.
(BAGKF)
47
Neuer Sicherheitsbaustein
zur Eindämmung von BSE
In Abstimmung mit dem BML wurde im Oktober 1997 an der Bundesanstalt
für
Fleischforschung
(BAFF) in Kulmbach ein Schulungsseminar zur Anwendung eines ELISA-Tests durchgeführt, mit dem die
Wirksamkeit der angewandten Erhitzung bei Tiermehlen auch nach ihrer
Herstellung jederzeit überprüft werden kann. Der Test bietet nicht nur
den überwachenden Behörden die
Möglichkeit zu kontrollieren, ob Tiermehl vorschriftsmäßig erhitzt wurde,
er gestattet auch dem Hersteller, im
eigenen Interesse eine Qualitätskontrolle durchzuführen.
Nach dem Beschluß der EU zur
Bekämpfung des „Rinderwahnsinns”
BSE muß seit dem 1. April 1997 in
allen Mitgliedstaaten die Herstellung von Tiermehlen in Druckbehältern bei einer Temperatur von mindestens 133 °C und einem Druck von
3 Atmosphären erfolgen, wobei diese Erhitzung mindestens 20 Minuten
lang aufrechtzuerhalten ist. Der Tiermehl-Erhitzungstest bietet die Möglichkeit, die Einhaltung dieser Vorschriften auch europaweit zu überprüfen.
Das Seminar diente zur Vorbereitung eines bundesweiten Ringversuchs, bei dem Tiermehlproben an
ausgewählten Untersuchungsämtern
aus der gesamten Bundesrepublik
gezielt untersucht werden sollen.
Den Teilnehmern wurde das methodische „know-how” und die Anwendung einheitlicher Auswertungskriterien vermittelt. Der Ringversuch steht
– ebenso wie das Seminar – unter
der Leitung des BAFF-Wissenschaftlers Dr. Klaus Hofmann, der das Verfahren konzipiert und zur Praxisreife
entwickelt hat.
(BAFF)
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
N A C H R I C H T E N
Bundesforschungsanstalt für
Viruskrankheiten der Tiere
Mit Tollwutviren
gegen AIDS?
Bei ihren Arbeiten an gentechnisch veränderten Tollwutviren ist die
Arbeitsgruppe von Dr. Karl-Klaus
Conzelmann von der Bundesforschungsanstalt für Viruskrankheiten
der Tiere (BFAV) auf eine neue Möglichkeit gestoßen, mit denen in Zukunft vielleicht HIV-Infektionen behandelt werden könnten.
Gentechnisch veränderte Rhabdoviren (zu
dieser Gruppe zählen auch die Tollwutviren) unter dem Elektronenmikroskop.
Die Oberflächenproteine sind als dünner
Saum zu erkennen
(Foto: BFAV)
Ursprüngliches Ziel der in Tübingen ansässigen Arbeitsgruppe war
es, auf gentechnischem Wege einen Impfstoff aus inaktivierten Tollwutviren herzustellen. Dazu wurden
den Viren Gensequenzen für ein bestimmtes Oberflächenprotein entfernt, wodurch sie ihre Fähigkeit verloren, Nervenzellen zu befallen und
damit die gefährliche Tierkrankheit
auszulösen.
Ob und welche Zellen von Viren
befallen werden, hängt häufig von
charakteristischen Proteinen ab, die
auf der Zellmembran der Wirtszellen und der Außenhülle der Viren
verankert sind. Denn diese Eiweiße
spielen eine entscheidende Rolle bei
der Zell-Erkennung: Sie passen wie
Schlüssel und Schloß zueinander
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
und ermöglichen das Andocken der
Erreger an ihre Wirtszellen. Den veränderten Viren fehlte dieser Schlüssel; sie waren quasi „orientierungslos”. Den Forschern kam nun die
Idee, diese Viren mit einem neuen
Schlüsselprotein auszurüsten, das
sie in die Lage versetzt, menschliche
Zellen zu erkennen, die mit dem
AIDS-Virus befallen sind. Solche Zellen „verraten” sich nämlich dadurch,
daß sie ein bestimmtes Oberflächenprotein bilden, welches ursprünglich von dem Erreger der tödlichen Immunschwäche stammt. Im
Laborexperiment mit HIV-infizierten
menschlichen Zellkulturen konnten
die Tübinger Forscher nun nachweisen, daß ihre doppelt veränderten
Viren tatsächlich nur infizierte Zellen
erkennen und in sie eindringen,
nicht aber in HIV-freie Zellen.
Diese Ergebnisse, die jetzt in der
renommierten amerikanischen Fachzeitschrift ‘Cell’ veröffentlicht wurden, lassen eine grundlegend neue
Strategie zur AIDS-Bekämpfung
möglich erscheinen: Nicht der Virus
direkt, sondern die befallenen Körperzellen sind jetzt einer Bekämpfung bzw. Behandlung zugänglich.
Denkbar ist zum einen eine Abtötung der zu Virusfabriken degradierten HIV-infizierten Zellen. Eventuell
ließen sich die veränderten Viren
aber auch als eine Art Carrier verwenden, mit denen Medikamente in
passender Dosierung gezielt in die
kranken Zellen hineingebracht werden können. Auch zur Bekämpfung
anderer Virus-Erkrankungen – sowohl beim Menschen als auch bei
landwirtschaftlichen Nutztieren – ergeben sich mit diesem Ansatz völlig
neue Perspektiven.
Offene Fragen bestehen allerdings derzeit noch über das Verhalten der neu hergestellten ‘Anti-Viren’
im Körper und die Reaktionen der
körpereigenen Immunabwehr. Um
hier weitere Klarheit zu erlangen,
hat das Tübinger Institut bereits Kontakte mit anderen Labors geknüpft,
die in diesem Bereich arbeiten.
(M. Welling, Senat)
48
Bundesforschungsanstalt für
Forst- und Holzwirtschaft
Recycling-Papier
bald noch umweltfreundlicher?
Senats-Workshop als Innovationsbörse
Fast zwei Drittel der bei uns hergestellten Papiere und Kartonagen
werden mittlerweile wieder recycled. Deutschland liegt damit
weltweit auf Platz 3 der Altpapierverbraucherländer. Ein Problem bei
der Aufbereitung des Altpapiers besteht in der Ablösung der Druckfarben. In heutigen Anlagen wird das
Papier zunächst in Wasser unter Zusatz von Chemikalien in stark alkalischem Milieu zerfasert. Die Druckfarben lösen sich dabei von den Papierfasern und können in einer Abscheidungsanlage von ihnen getrennt werden. Dabei fallen aber
u. a. große Mengen Natronlauge
an – negativ für die Umweltbilanz.
Den hohen Chemikalienbedarf
bei der Farbablösung wollen die
beiden
Wissenschaftler Tilo Herrmann und Dr. Jürgen
Puls von der Bundesforschungsanstalt für
Forst- und Holzwirtschaft in Hamburg
jetzt einschränken.
In einem von der
Deutschen Bundesstiftung Umwelt geförderten Projekt entwickeln die Forscher biologische
Verfahren, bei denen die benötigten
Chemikalien weitgehend durch Enzyme ersetzt werden. Die Enzyme zielen entweder
auf die Oberfläche der Papierfasern
oder greifen die Bindemittel an, mit
denen die Farbpigmente auf dem
Papier fixiert werden.
Enzyme wirken in der Regel sehr
spezifisch. Weil die Altpapiere aber
ein komplexes Substrat mit vielen
N A C H R I C H T E N
Komponenten darstellen, müssen
genau abgestimmte Enzym-Cocktails zusammengestellt werden. Nur
so kann Recycling-Papier hinsichtlich
des Weißegrades, des Schmutzstoffgehalts und der Festigkeit in einer Qualität produziert werden, die
auch hohen Anforderungen genügt.
Auf einer Tagung über die biotechnologische Nutzung von Naturstoffen, die die Arbeitsgruppe
‘Nachwachsende Rohstoffe’ des Senats der Bundesforschungsanstalten
zusammen mit der Fachagentur
Nachwachsende Rohstoffe e. V. in
Detmold ausrichtete, stellten die Forscher ihre Ergebnisse jetzt zur Diskussion. Die Veranstaltung stand unter dem Leitthema „Umwandlung
von Stoffen der Natur mit Methoden
der Natur”.
(M. Welling, Senat)
Bundessortenamt
Präsidentenwechsel beim
Bundessortenamt
Das Bundessortenamt hat nach
Ansicht des Staatssekretärs Dr. FranzJosef Feiter vom Bundeslandwirtschaftsministerium (BML) eine große
Bedeutung für die Sicherung des
Agrarstandorts Deutschland. Das
betonte er anläßlich der Verabschiedung des bisherigen Präsidenten Rudolf Elsner und der Einführung
seines Amtsnachfolgers, Dr. Rolf Jördens, am 30. Juni in Hannover.
In die Amtszeit von Präsident Elsner fielen unter anderem so wichtige
Vorhaben wie die Initiative zur Erarbeitung eines Zulassungsverfahrens
für gentechnisch veränderte Pflanzensorten, bei dem das Bundessortenamt eine Schlüsselrolle wahrnehmen soll. Der neue Präsident Dr. Jördens hat bisher im BML das Referat
„Alternative Flächennutzung, Energie und Rohstoffe” geleitet und war
zuvor unter anderem im Bundeskanzleramt für den Bereich Agrarpolitik zuständig.
(BML)
Bundesforschungsanstalt für
Viruskrankheiten der Tiere
Bundesministerium für Ernährung,
Landwirtschaft und Forsten
–––––––––––
BFAV-Wissenschaftler erhielten
begehrte
Forschungspreise
Einen Preis zur Förderung der
Wissenschaft im Umweltschutz hat
Dr. Thomas Selhorst, Mitarbeiter am
Institut für Epidemiologie der Bundesforschungsanstalt für Viruskrankheiten der Tiere (BFAV) in Wusterhausen erhalten.
Der 38jährige Privatdozent für
Theoretische Ökologie an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Universität Bonn wurde für seine Habilitationsschrift „Modellierung, Simulation
und optimale Steuerung von Insektenpopulationen in Agrar-Ökosystemen” mit dem Océ-Sonderumweltpreis 1997 ausgezeichnet. Selhorst
erhielt den begehrten Preis, der alle
zwei Jahre verliehen wird, aus der
Hand des stellvertretenden Ministerpräsidenten Michael Vesper. Dr. Selhorst arbeitet am Institut für Epidemiologie zur Zeit an der Entwicklung
kostengünstiger und nachhaltiger
Verfahren der Tierseuchenbekämpfung.
Der diesjährige Forschungspreis
der Karl-Fritsche-Stiftung der Deutschen Veterinärmedizinischen Gesellschaft (DVG) wurde auf der Jahrestagung der Gesellschaft an Dr.
Egbert Mundt vom BFAV-Institut für
molekulare und zelluläre Virologie
auf der Insel Riems verliehen. Der
Preis wird für Forschungserfolge auf
dem Gebiet infektiöser Geflügelkrankheiten vergeben.
Die Arbeiten Dr. Mundts bilden
die Grundlage zur Entwicklung
neuartiger, rekombinanter Impfstoffe gegen die sogenannte infektiöse Bursitis, eine gefährliche Krankheit bei Geflügel. Dr. Mundt erhielt
den Preis zusammen mit Dr. M. Hess
von der Freien Universität Berlin.
(BFAV)
49
Waldbrände in
Asien nur Spitze
des Eisbergs
Mit großer Sorge beobachtet Bundesernährungsminister Jochen Borchert die Ausbreitung der riesigen
Waldbrände auf Sumatra und Borneo in Indonesien bzw. Malaysia.
Diese seinen aber nur die Spitze des
Eisbergs. Jährlich gingen rund 13
Mio. Hektar tropische Naturwälder
vor allem durch Brandrodung verloren, erklärte der Minister kürzlich in
Bonn. Angesichts der
Schäden müsse von einer internationalen Katastrophe gesprochen
werden. Neben den
negativen Auswirkungen auf das Klima und
die biologische Vielfalt
seien auch wertvolle
natürliche Ressourcen
betroffen.
Die
Bundesregierung weist nach Borcherts Worten seit Jahren in ihren Tropenwaldberichten auf
die Brandrodung als bedeutendste Ursache der Tropenwaldzerstörung weltweit hin. Mit umfangreichen Gegenmaßnahmen versuche Bonn, den jeweiligen Ländern bei der Lösung der
Probleme zu helfen. Es zeige sich,
daß bei einer weiter wachsenden Bevölkerung die traditionelle Brandrodung zur Gewinnung landwirtschaftlicher Flächen in den Tropen nicht mit
einer nachhaltigen Entwicklung vereinbar sei. Zur Ernährungssicherung müsse, so Borchert, die Land- und Forstwirtschaft auch in den Tropenwaldländern leistungsfähig und umweltfreundlich sein. Mehr denn je sei es notwendig, die nachhaltige Entwicklung der
Wälder weltweit auf eine völkerrechtlich verbindliche Grundlage zu stellen.
Eine solche internationale Waldkonvention mahnt Deutschland schon seit
langem an.
(BML)
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
TA G U N G E N
Messung der
Spritzmittelverteilung im
Rahmen der
Kontrolle
Biologische Bundesanstalt für
Land- und Forstwirtschaft
Bundesforschungsanstalt für
Viruskrankheiten der Tiere
Informationen zu
Pflanzenschutzgeräten
100 Jahre
Virusforschung
EU-Normung und Gerätekontrollen
standen im Vordergrund
Im Zuge der europäischen Harmonisierung steht auch der Bereich
Agrartechnik vor einer notwendigen
Vereinheitlichung. Am 16. September 1997 fand deshalb in der Biologischen Bundesanstalt für Landund Forstwirtschaft (BBA) in Braunschweig eine Informationsveranstaltung über Pflanzenschutzgeräte statt,
zu der die Fachgruppe „Anwendungstechnik” der BBA zusammen
mit der Normengruppe für Landmaschinen
und
Ackerschlepper
aufgerufen hatte.
Fast 100 Fachleute aus allen Bereichen der Gerätetechnik waren der
Einladung
gefolgt.
Auf dem Meeting wurde ein
Überblick
über
die laufenden CEN- und ISO-Normungen für Pflanzenschutzgeräte
gegeben. Da die Normungsarbeiten auf EU-Ebene jetzt in eine entscheidende Phase getreten sind und
Deutschland eine Stellungnahme zu
den vorliegenden Entwürfen abgeben muß, war reichlich Diskussionsstoff vorhanden.
Daneben wurde auch über die
Kontrolle von Sprühgeräten in
Deutschland berichtet. Ein wichtiger
Punkt war zudem, wie die verschiedenen Düsen der Pflanzenschutzgeräte hinsichtlich der Abtrift von
Spritzmitteln zu beurteilen sind. Praktische Demonstrationen in der Obstanlage und im Klimawindkanal der
BBA schlossen sich an.
(M. Welling, Senat)
FORSCHUNGSREPORT
2/1997
Symposium 1998 mit hochkarätigen
Rednern
Im Jahre 1898 verfaßten Friedrich
Loeffler, Direktor des Instituts für Hygiene an der Universität Greifswald,
und Paul Frosch, Professor am Königlichen Institut für Infektionskrankheiten in Berlin, einen Bericht an das
damalige
preußische
Wissenschaftsministerium über den Erreger
der Maul- und Klauenseuche. Der
Krankheitskeim wird dort als „Virus”
beschrieben mit den Fähigkeiten,
Bakterienfilter zu passieren und sich
in den infizierten Wirtsorganismen
zu vermehren.
Die 100jährige Wiederkehr dieses historischen Datums feiern die
Bundesforschungsanstalt für Viruskrankheiten der Tiere und die Universität Greifswald mit dem internationalen Symposium „100 Years of
Virology – Past, Present and Future
of Virus Research”. Auf der hochkarätig besetzten Rednerliste stehen
unter anderem die Nobelpreisträger
Manfred Eigen, ehemaliger Direktor
des Göttinger Max-Planck-Instituts für
biophysikalische Chemie, und Stanley Prusiner, dem der diesjährige
Nobelpreis für seine Arbeiten über
Prionen verliehen wurde.
Das Symposium findet vom 25.
bis 27. Juni 1998 in Greifswald
statt.
(M. Welling, Senat)
Bundesforschungsanstalt für
Landwirtschaft (FAL)
Int. Konferenz über
Nachhaltigkeit
Knapp 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus
60 Ländern kamen vom 22. bis
28. Juni 1997 zur FAL nach Braunschweig, um über „Nachhaltige
50
Landwirtschaft für Ernährung, Energie und Industrie” zu diskutieren. So
lautete das Thema der internationalen Tagung unter der Schirmherrschaft von Bundeslandwirtschaftsminister Jochen Borchert.
Eingeladen hatte die FAL zusammen mit der Welternährungsorganisation der Vereinten Nationen (FAO)
und der Society of Sustainable Agriculture and Resource Management.
Es war weltweit die erste Tagung in
dieser Größenordnung zu diesem
Thema. Zentrales Ziel der nachhaltigen Landbewirtschaftung ist die
dauerhafte Versorgung einer ständig
wachsenden Weltbevölkerung mit
genügend Nahrung und Energierohstoffen ohne Schäden für die Umwelt. Im ersten Teil der Tagung wurde die Frage diskutiert, was unter
nachhaltiger Landbewirtschaftung
zu verstehen ist und was alles dazu
gehört. Der ursprüngliche Begriff
„sustainable development” bekam
auf der Umweltkonferenz von Rio
1992 konkrete Inhalte.
Eine Reihe von Vorträgen beschäftigte sich mit dem Problem, wie
man dauerhaft und ohne Schäden
für die Umwelt genug Nahrung produzieren kann. Sie warfen unter anderem einen kritischen Blick auf den
Umgang mit empfindlichen Ökosystemen und den Umgang mit
belastetem und degradiertem Land.
Im Zusammenhang mit der abnehmenden biologischen Vielfalt wurden Methoden der Pflanzenzüchtung, Biotechnologie und der Gentechnik vorgestellt. Am Ende der Tagung wurde eine „Braunschweiger
Erklärung” verabschiedet. Die Verantwortlichen der einzelnen Staaten
wurden darin aufgefordert, die Bedeutung der Agrarforschung als einen entscheidenden Faktor zur Sicherung der Nahrungsmittelerzeugung, der sozialen Gerechtigkeit
und des Friedens insgesamt zu erkennen – nach dem Motto: „Ohne
Brot keine Stabilität und kein Frieden”. Dabei dürfen auch die Entwicklungsländer nicht aus der Verantwortung entlassen werden. (FAL)
TA G U N G E N
Zentralstelle für
Agrardokumentation und
-information (ZADI)
Nutzung
genetischer
Ressourcen
Vom
29. 09. 1997
bis
01. 10. 1997 veranstaltete das Informationszentrum für Genetische
Ressourcen der ZADI gemeinsam mit
der Gesellschaft für Pflanzenzüchtung (GPZ) und dem Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in Gatersleben die Tagung „Züchterische Nutzung pflanzengenetischer Ressourcen – Ergebnisse und Forschungsbedarf”.
Rund 160 Teilnehmer aus Forschung, privater Pflanzenzüchtung
und Verwaltung, darunter auch Vertreter des Bundeslandwirtschafts-,
Bundesumwelt- und Bundesforschungsministeriums, besuchten die
Veranstaltung.
Im Mittelpunkt der Tagung standen Methoden zur Erhaltung der genetischen Diversität in Genbanken,
neue Methoden zu ihrer Beschreibung, Informationsmanagement und
die Nutzbarmachung der genetischen Ressourcen in der Pflanzenzüchtung. Die abschließende Diskussion der Teilnehmer zeigte, daß
den Genbanken vielfältige Aufgaben zufallen: Sie leisten in internationaler Zusammenarbeit einen
wichtigen Beitrag zur Erhaltung der
genetischen Vielfalt und stellen genetische Ressourcen für Züchtung
und Forschung, aber auch für Naturschutzeinrichtungen, bereit.
Großer Forschungsbedarf wird
bei der Entwicklung molekularer
Marker zur Beschreibung der genetischen Vielfalt sowie bei der Evaluierung genetischer Ressourcen auf
interessante Eigenschaften, z. B. Resistenzen, gesehen.
Eine Dokumentation der Tagung
ist in Kürze bei der ZADI in den
„Schriften zu Genetischen Ressourcen” erhältlich.
(ZADI)
Senatsarbeitskreis
„Ernährungsforschung”
Workshop über
Fette in Kulmbach
In der Bundesanstalt für Fleischforschung in Kulmbach fand am 2. und
3. Juni 1997 ein Fett-Workshop des
Senatsarbeitskreises „Ernährungsforschung” statt. Es ging um „Fette –
Analytik, Protein-Lipid-Wechselwirkungen, technische Eigenschaften
und Eignung, Antioxidantien”.
Fette, obwohl als kalorienreiche
Inhaltsstoffe kritisch betrachtet, geben Lebensmitteln häufig erst den
guten Geschmack, das erwünschte
Mundgefühl und die erforderliche
Saftigkeit und Zartheit. Fragen und
Forschungen aus diesen Gebieten –
auch über die Lebensmittelgrenzen
hinaus – wurden in den Beiträgen
vorgestellt und ausführlich diskutiert.
(Senat)
Bundesanstalt für
Fleischforschung
32. Kulmbacher
Woche
Gröbl: Fleisch braucht
Verbrauchervertrauen
Vom 21. bis 23. April 1997 fand
in der Stadthalle von Kulmbach die
32. Kulmbacher Woche der Bundesanstalt
für
Fleischforschung
IMPRESSUM
FORSCHUNGSREPORT
Ernährung – Landwirtschaft –
Forsten
2/1997 (Heft 16)
Herausgeber:
Senat der Bundesforschungsanstalten
im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Ernährung,
Landwirtschaft und Forsten
51
Schriftleitung & Redaktion:
Dr. M. Welling
Geschäftsstelle des Senats der
Bundesforschungsanstalten
c/o Biologische Bundesanstalt für
Land- und Forstwirtschaft,
Messeweg 11/12,
38104 Braunschweig
Tel.: 0531 / 299-3396
Fax: 0531 / 299-3001
E-mail: senat@bba.de
Redaktionsbeirat:
Dr. P.W. Wohlers, BBA Braunschweig
Dr. H. Brüning, BAZ Grünbach
Online-Redaktion:
TAKO
Auf dem Äckerchen 11
53343 Wachtberg
Tel.: 0228 / 9323213
E-mail: frohberg@tako.de
(BAFF) statt. Eröffnet wurde die Veranstaltung vom Parlamentarischen
Staatssekretär
beim
Bundesernährungsministerium, Wolfgang
Gröbl. Die Fleischerzeugung ist
nach seinen Worten einer der wirtschaftlich bedeutendsten Produktionszweige der deutschen Landwirtschaft. Für die Bundesregierung stehe der gesundheitliche Verbraucherschutz an erster Stelle, unterstrich
Gröbl. Deshalb habe sie sich auch
mit Nachdruck für das von der EU
erlassene Exportverbot für britisches
Rindfleisch eingesetzt. Auf Initiative
von Bundesernährungsminister Jochen Borchert werde in der EU ein
System zur Kennzeichnung von Rindern und zur Etikettierung von Rindfleisch eingeführt. Rund 400 Personen erfuhren durch 17 Vorträge
Neues über die Wirtschaftlichkeit
der Fleischerzeugung, die Sicherung der Fleischqualität sowie über
Technologie, Analytik und Lebensmittelrecht.
(BAFF, BML)
Konzeption, Satz und
Druck:
AgroConcept GmbH
Clemens-August-Str. 12-14
53115 Bonn
Tel.: 0228/630319
Fax: 0228/630311
Institut für Chemie und Biologie,
Karlsruhe
CMA, Bonn
Institut für Tierzucht und
Tierverhalten, Mariensee, Neustadt
Institut für Ökonomie, Hamburg
Institut für Seefischerei, Hamburg
Internet-Adresse:
http://www.dainet.de/senat/senat.htm
Erscheinungsweise:
Der ForschungsReport erscheint
zweimal jährlich
Bildnachweis:
AgroConcept GmbH, Bonn
Institut für Qualitätsanalytik,
Quedlinburg
K. Schlüter, Osterrönfeld
Institut für Integrierten
Pflanzenschutz, Klein Machnow
Institut für agrarrelevante
Klimaforschung, Müncheberg
Nachdruck, auch auszugsweise,
mit Quellenangabe zulässig
(Belegexemplar erbeten)
ISSN 0931-2277
Druck auf chlorfrei gebleichtem
Papier
2/1997
FORSCHUNGSREPORT
Vor Eröffnung
der Kulmbacher
Woche:
Der amtierende
Leiter der BAFF,
Dr. K. O. Honikel
(links), mit dem
Parlamentarischen Staatssekretär W. Göbl
(2. von links)
Senat der Bundesforschungsanstalten im Geschäftsbereich
des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
Document
Kategorie
Kunst und Fotos
Seitenansichten
164
Dateigröße
2 301 KB
Tags
1/--Seiten
melden