junge Pappeln im Gewächshaus 2

Pappel

Anbau-Zulassungen China (1998, 2001)
Anbau China (2016 ca. 543 Hektar)
Forschungsschwerpunkte veränderter Ligningehalt, mehr Biomasse, Insektenresistenz, Pilzresistenz
Freilandversuche EU: 44 (Deutschland 4, Frankreich 12, Schweden 15, Spanien 4, Großbritannien 2, Belgien 2, Polen 2, Norwegen 1, Finnland 1) (seit 1993)
USA: 253 (seit 1989), Kanada, China

Die Pappel ist in den gemäßigten Zonen der Nordhalbkugel - vor allem in Kanada, USA, Russland und China - beheimatet. Auf knapp sieben Millionen Hektar werden Pappeln in Plantagen angebaut, zwei Drittel davon in China. Weitere Anbauländer sind Indien, Frankreich, Türkei, Italien, Argentinien und Chile. Viel genutzte Pappelarten sind die Schwarz-Pappel (Populus nigra), die Silber-Pappel (Populus alba) und die Kanadische Schwarz-Pappel (Populus deltoides).

Pappelplantage in China

Plantage mit gentechnisch veränderte Pappeln in China. China ist das einzige Land, in dem gv-Pappeln zugelassen sind und auch angepflanzt werden.

Foto: Dr. Dietrich Ewald, Thünen-Institut

Pappeln gehören zu den schnell wachsenden Gehölzen mit gerader Wuchsform und einem ausgeprägten Hauptstamm. Das macht sie zu einem wichtigen Holzlieferanten für Bauholz, Paletten und Sperrholz, Papier und Verpackungen, Essstäbchen und Streichhölzer, aber auch für den Bau von Musikinstrumenten.

Pappeln finden auch Verwendung als Schutzpflanzung gegen Wind und Bodenerosion oder bei der Rekultivierung etwa von Halden. In China werden Pappeln im Rahmen der Wiederaufforstung von Wüsten angepflanzt.

Zunehmend wird die Pappel auch als nachwachsender Rohstoff für die Erzeugung von Biokraftstoff interessant.

Gentechnik: Ziele bei Forschung und Entwicklung

Modellpflanze für die Grundlagenforschung

Die Pappel ist eine Modellpflanze in der Forstgenetik. Sie wächst schnell, lässt sich einfach vermehren und ihre genetische Struktur ist bekannt. Die Pappel war 2004 der erste Baum, dessen Genom vollständig entschlüsselt wurde. Bei den meisten Forschungsvorhaben im Bereich Gentechnik mit Bäumen wird mit Pappeln gearbeitet. Freisetzungsversuche mit Pappeln dienen deshalb oft der Grundlagenforschung.

Im Rahmen der Grundlagenforschung zur Phänologie der Bäume, plant die Universität Umea, Schweden, erstmals einen Freisetzungsversuch mit Pappeln, bei denen mit Hilfe der neuen Methode CRISPR/Cas Abschnitte eines Gens entfernt wurden. Die Forscher wollen in den nächsten Jahren zahlreiche verschiedene Genkonstrukte im Freiland testen.

Nachwachsende Rohstoffe

  • Veränderter Ligningehalt: Lignin ist technisch nicht gut zu verwerten. Es muss bei der Herstellung von Papier, aber auch von Biokraftstoffen auf Zellulosebasis aufwändig entfernt werden. Ligninarme Bäume könnten diesen Prozess vereinfachen oder überflüssig machen. Es gibt verschiedene Ansätze, die Lignin-Biosynthese zu beeinflussen etwa durch „Ausschalten“ der Gene für bestimmte Enzyme.
  • Steigerung der Biomasse, mehr Ertrag. Für gentechnisch veränderte Pappeln, die mehr Biomasse bilden, wurde in China 2014 eine Freisetzung genehmigt (FuturaGene)

In mehreren EU-Ländern - Schweden, Finnland, Frankreich, Belgien, Spanien und Polen - laufen derzeit Freilandversuche mit gv-Pappeln (v.a. weniger Lignin, mehr Ertrag und schnelleres Wachstum). Freilandversuche mit Pappeln machen etwa ein Fünftel der in den letzten Jahren in der EU noch beantragten Freisetzungen aus.

Anbaueigenschaften

  • Insektenresistenz
    Bereits seit 2002 wachsen in China gentechnisch veränderte Bt-Pappeln. Durch Übertragung eines Gens aus Bacillus thuringiensis sind die Bäume widerstandsfähig gegenüber blattfressenden Insekten.
    In China werden Pappeln im Rahmen der Wiederaufforstung von Wüsten angepflanzt. Jahrzehnte intensiver Abholzungen haben insbesondere im Norden Chinas die Wüstenbildung befördert.
  • Pilzresistenz
    Pappelrost ist eine durch einen Pilz ausgelöste Krankheit bei Pappeln, die schwere Schäden verursachen kann. Das Projekt ChitoPop (2016 bis 2019) hat sich zum Ziel gesetzt, Gene in der Pappel zu identifizieren, die die Resistenz gegen den Eindringling erhöhen. Gleichzeitg sollen aber nützliche Pilze an den Wurzeln (Mykorrhizapilze) gefördert werden, da sie die Pappel mit Nährstoffen versorgen. Im Projekt wird auch die Gen-Schere CRISPR/Cas eingesetzt.
  • Herbizidtoleranz
  • Trockentoleranz

Pflanzenentwicklung

  • veränderter Blühzeitpunkt
  • männliche und weibliche Sterilität
  • Stabilität der gentechnischen Veränderung

Bodensanierung

  • Sanierung schwermetall-belasteter Böden: Die Bäume werden dahingehend verändert, dass sie in erhöhtem Maße Schwermetalle aufnehmen und in ihren Blättern deponieren. Wissenschaftler der Universität Freiburg testeten solche Pappeln im Rahmen der Biologischen Sicherheitsforschung im Freiland (2002-2005).