Für
die Land- und Forstwirtschaft sowie für
den Gartenbau sind pflanzliche Tumore mit Schädigung von Pflanzen schon seit
vielen Jahrzehnten ein ernst zu nehmendes Problem. Dabei handelt es sich meist
um einen Bakterienbefall, der nach winzigen Verletzungen an den Pflanzen
auftreten kann. Die Verletzungen kommen durch Frostschäden oder mechanische
Verletzungen bei der Bodenbearbeitung zustande.
Erst
um 1900 erkannte man, dass bestimmte Tumore immer in Verbindung mit einer
bakteriellen Infektion einhergehen. Die in die Pflanze eingedrungenen Bakterien
wurden Agrobakterium tumefaciens genannt (von lateinisch ager
Boden, tumor Anschwellung
und facere machen).
Das Agrobakterium ist stäbchenförmig und ca. 1-3 mm lang. Es lebt aerob in der Wurzelzone und greift nur zweikeimblättrige Pflanzen an.
Wirkung
auf Pflanzen
Agrobakterium
tumefaciens kann nur über Wunden in die Pflanzen eindringen, intakte Zellwände
kann es nicht überwinden. Bei einer Infektion heftet sich das Bakterium nur an
die defekte Zellwand und schleust sein Ti-Plasmid (Ti steht für Tumor
induzierend), also ein Teil eines zusätzlichen DNA-Ringes, in das genetische
Material des Zellkerns der infizierten Pflanzenzelle ein und veranlasst somit
die Wucherungen. Das Ti-Plasmid enthält auch Gene, welche die Produktion der
Argininderivate Octopin und Nopalin durch die Pflanze bewirken. Beide Stoffe
dienen den Bakterien zu einem optimalen Wachstum, sie ermöglichen aber auch die
Identifikation von Agrobakterium.
Materialien:
Kalanchoe (Bryrophyllum) ca. 3-4 Monate alt, steriles Wasser, Impfnadel, Impföse,
Ethanol, a(C2H5OH) = 70%, Bunsenbrenner, wasserfester
Filzstift, Agrobakterium tumefaciens-Kultur auf Nähragar.
Versuch
1: Eine
Pflanze als Nr.1 kennzeichnen. Die Impfnadel in Ethanol tauchen und im
Bunsenbrenner
kurz abflammen, damit das Ethanol abbrennt. Stiel oder Blattoberfläche der
Pflanze
1 mit der Impfnadel ein- oder mehrmals einritzen. Impfnadel kurz abflammen.
Impföse
abflammen und abkühlen, dann von der weißlichen Bakterienkultur auf dem
Nährboden
eine kleine Menge Bakterien aufnehmen und über der Wunde ausstreichen.
Anschließend
die Impföse erneut abflammen.
Versuch 2: Pflanze Nr.2 mit einem weichem Filzstift an einer kleinen Stelle am Stiel oder Blatt durch Umrandung markieren ohne dabei das Pflanzengewebe zu verletzen: Impföse abfiammen und abkühlen. Wieder eine kleine Menge von der weißlichen Bakterienkultur mit der Impföse aufnehmen und innerhalb der Markierung so ausstreichen, daß die Pflanze unbeschädigt bleibt. Impföse wieder abfiammen.
Während
4-6 Wochen die beiden Pflanzen mindestens dreimal in 4er Woche beobachten. An
Pflanze 1 sollte sich ein Tumor bilden.
Versuch
3: Nach 6
Wochen wird das Tumorgewebe im Binokular untersucht; ebenso die nicht infizierte
Vergleichspflanze.
Materialien:
Tumorinfizirte Pflanze, Vergleichspflanze, Rasierklinge, Pinzette, Binokular,
Ethanol, a(C2H50H) =70%, Bunsenbrenner, Petrischale.
Durchführung:
Rasierklinge
und Pinzette in Ethanol tauchen und kurz abfiammen. Vorsichtig ein kleines Stück
tumorhaltiges Gewebe mit der Rasierklinge abschneiden und mit der Pinzette auf
die Petrischale legen. Rasierklinge und Pinzette wieder im Bunsenbrenner
abfiammen. Das Tumorgewebe unter dem Binokular ansehen. Von der
Vergleichspflanze ebenfalls ein Gewebestück abschneiden und im Binokular
anschauen.
Beobachtung:
Bei der
gesunden Pflanze sieht man einen glatten Stiel mit regelmäßiger Zellanordnung.
Bei der tumorinfizierten Pflanze beobachtet man verdicktes, unregelmäßig
wachsendes Gewebe.
Besondere
Hinweise:
1.
Agrobakterium tumefaciens erhält man bei der DSMZ (Deutsche Sammlung von
Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1 B, 38124
Braunschweig> unter der Nummer DSM-Nr. 30205. Wenn mit diesem natürlichem
Wildstamm gearbeitet wird, sind die entsprechenden Versuche ungefährlich.
2.
Nach dem Versuch muss die infizierte Pflanze und alles abgeschnittene Gewebe
ordnungsgemäß entsorgt, d.h. im Autoklaven erhitzt werden. Die
Bakterienkulturen können etwa sechs Wochen aufbewahrt werden. Spätestens dann
müssen sie ebenfalls autoklaviert werden.
Mit Hilfe von Agrobakterium tumefaciens lässt sich auf einfachem Wege ein natürlicher Gentransfer von Bakterien auf Pflanzen zeigen. Der Versuch stellt somit ein Modell für einen gentechnischen Versuch dar, da die Gentechniker heute das Ti-Plasmid als Genfähre bei der pflanzlichen Genmanipulation nutzen.
[1]
H. Bayrhuber und E.R. Lucius, Handbuch der praktischen Mikrobiologie und
Biotechnik. Metzler Verlag, Hannover, 1992
[2]
D. Heß, Pflanzenphysiologie. UTB Ulmer-Verlag, Stuttgart, 1988
[3]
U. Nellen, EIBE Unit 1 Mikroorganismen und Moleküle, Kiel 1997
[4]
H.G. Schlegel, Allgemeine Mikrobiologie. Georg
Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1981
Diese Versuchsanleitung wurde veröffentlicht in PdN Ch 4/47 unter ,,Zwei Versuche zur Gentechnik" von M. Müller.