Drei Ansätze zur Detektion von PA-Unkräutern
Pharmaplant entwickelte eine visuell-manuelle Nachweismethode. Diese Methode ermöglicht den Nachweis von 10 Samen unerwünschter Arten in einer Million Kultursamen, was einem Anteil von 0,001 Prozent entspricht. Susanne Wahl von Pharmaplant betont, dass dieses Werkzeug sensitiver ist als die herkömmliche ISTA-Methode zur Saatgutqualitätsprüfung, insbesondere bei geringem Fremdsamenbesatz. Bei mittlerem und hohem Besatz sind die Vorteile gegenüber ISTA jedoch weniger signifikant.
Eine zweite Methode, ebenfalls von Pharmaplant in Zusammenarbeit mit PhytoLab GmbH & Co. KG entwickelt, ist ein chemisch-analytischer Nachweis. Dieser Ansatz eignet sich besonders für Arten mit hohem PA-Gehalt im Samen. Eine geringe Anzahl verunreinigender Myosotis-Samen konnte damit nachgewiesen werden. PA-Unkräuter der Gattung Senecio waren aufgrund ihres geringen PA-Gehalts im Samen nur bei hohem Verunreinigungsgrad detektierbar.
Das IPK setzte auf einen molekulargenetischen Nachweis mittels DNA-Barcoding. Hierbei isolierten Forschende die DNA bestimmter Problem-Unkräuter und entwickelten molekulare Marker, sogenannte Barcodes. Diese Barcodes dienen als artspezifischer, genetischer Fingerabdruck. Die Kontrolle mittels dieser Barcodes erwies sich als hochselektiv. Die maximale Bestimmungsgrenze lag bei der Kombination von Senecio- mit Arznei- und Gewürzpflanzen-Arten wie Kamille, Thymian und Baldrian bei einem Senecio-Samen auf 100.000 Kultursamen.
Vor- und Nachteile der Detektionsmethoden
Dr. Lars-Gernot Otto vom IPK fasst die Ergebnisse zusammen:
Alle drei Methoden haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile, die sich teilweise ergänzen. Die visuell-manuelle Methode erfordert geschultes Personal und einen hohen Zeitaufwand, empfiehlt sich aber, wenn eine mögliche Kontamination mit unbekannten Arten vorliegt. Der chemisch-analytische Nachweis ist schneller und kostengünstiger, kann die Arten des Fremd-Saatgutes aber nur indirekt identifizieren und ist nur bei Fremdarten mit hohem PA-Gehalt im Samen hochselektiv. Er bietet sich zur Qualitätskontrolle bei Samen an, die nicht als Saatgut, sondern im Nahrungsmittelbereich verwertet werden sollen. Auch der Barcode ist schnell und kostengünstig, kann aber nur die Arten nachweisen, für die zuvor geeignete DNA-Marker entwickelt wurden. Mit ihm lässt sich ein erstes Screening zur Vorauswahl durchführen.
Die Forschenden nutzten für ihre Arbeiten Saatgut aus dem Handel. Dabei stellten PA-Unkräuter vor allem im Kamille-Saatgut ein Problem dar. In einem Kilogramm Saatgut, das durchschnittlich 13 Millionen Kamille-Samen enthält, fanden die Forschenden im Schnitt 10.000, maximal bis zu 30.000 Fremdsamen gefährlicher Arten. Zwei Drittel der Kamillesaatgut-Chargen waren betroffen.
Als relevantes PA-Unkraut erwies sich das Acker-Vergissmeinnicht (Myosotis arvensis). Obwohl diese Art im Kraut nur geringe PA-Gehalte aufweist, war sie im Kamillesaatgut in kritischen Besatzstärken vorhanden. In geringerer Besatzstärke kam sie auch in Thymian- und Majoran-Saatgut vor. Arten mit sehr hohen PA- und TA-Gehalten, wie Vertreter der Gattungen Senecio, Datura und Hyoscyamus, wurden im Handelssaatgut nicht gefunden.
Hintergrundinformationen zu Pyrrolizidinalkaloiden
Pyrrolizidinalkaloide (PA) sind Abwehrstoffe, die von bestimmten Pflanzen gegen Fressfeinde gebildet werden. PA können leberschädigend wirken und haben sich in Tierversuchen als krebserregend erwiesen. Zu den hierzulande häufig auf Äckern vorkommenden PA-haltigen Pflanzen zählen Greiskraut-Arten (Gattung Senecio) und Acker-Vergissmeinnicht (Myosotis arvensis). Weitere Beispiele sind Huflattich (Tussilago farfara), Ackerkrummhals (Anchusa arvensis), Acker-Steinsame (Buglossoides arvensis) und Gewöhnlicher Beinwell (Symphytum officinale).
Die höchsten PA-Gehalte weisen das Schmalblättrige Greiskraut (Senecio inaequidens) mit durchschnittlich 5.520 mg/kg Trockenmasse, gefolgt vom Frühlings-Greiskraut (Senecio vernalis) mit 3.100 mg/kg Trockenmasse und dem Gewöhnlichen Greiskraut (Senecio vulgaris) mit 1.300 mg/kg Trockenmasse auf. Die PA-Konzentration der anderen genannten Arten liegt unter 300 mg/kg Trockenmasse. Die Einhaltung amtlicher Grenzwerte für PA im Erntegut von Teekräutern, Arznei- und Gewürzpflanzen stellt Landwirte vor Herausforderungen. Bereits 10 PA-haltige Pflanzen auf eine Tonne Medizinaldroge können die Verwertung einer Erntecharge gefährden.
Das Verbundvorhaben „Vermeidung des Eintrages von gefährlichen Unkrautarten in Arznei- und Gewürzpflanzenbestände über das Saatgut“ wurde vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert.