• Arbeitsablauf
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Samensammlungen

Für die Durchführung einer Samensammlung gilt:
  • Prinzipiell müssen alle Aufsammlungen mit der Genbank Bayern Arche abgesprochen werden.
  • Aufsammlungen von geschützten Sippen und in Naturschutzgebieten dürfen nur mit behördlicher Genehmigung erfolgen. Akzessionen ohne Genehmigung können nicht in die Genbank eingelagert werden.
  • Die Aufsammlungen dürfen den Fortbestand der Populationen nicht gefährden.
  • Detaillierte Informationen sind im Flyer Sammelanleitung zusammengefasst. Für das Sammeln von Samen und eine korrekte Aufnahme in die Genbank ist zusätzlich die Verwendung des Formblattes Sammelformular Voraussetzung.

Genehmigungen
Bei der Samensammlung durch von der Genbank beauftragte Sammler werden zum Teil zusätzliche Ausnahmegenehmigungen beantragt, bzw. die allgemeinen Sammelgenehmigungen der Regierungsbezirke um einen Passus erweitert, der der Genbank Arche Bayern eine Beauftragung externer Sammler ermöglicht.

Sippenidentifikation
Eine eindeutige Identifizierung der Zielsippe ist für die Aufsammlung essentiell. Kann die Sippe sicher von ähnlichen Sippen der gleichen Gattung unterschieden werden? Oft ist dies bei fruchtenden Individuen nicht mehr realisierbar. In solchen Fällen sollten Vorabbegutachtungen von Populationen der Zielsippe durchgeführt werden. Dabei kann neben einer Identifizierung der Sippe auch ein Herbarbeleg angefertigt, kleinere Populationen für besseres Wiederauffinden markiert und der Zeitpunkt der Fruchtreife eingeschätzt werden. Unzureichende Herbarbelege können im Gelände mit Habitus- und Makrofotos ergänzt werden, vor allem wenn die Population nur wenige Individuen umfasst.

Populationsanalyse
Um die maximale Langlebigkeit für die Lagerung in der Genbank gewährleisten zu können, müssen die Samen in ihrem optimalen Reifegrad gesammelt werden. Dazu sind Samen zum Zeitpunkt der natürlichen Ausstreu am besten geeignet. Reife Samen lassen sich leicht von der Mutterpflanze ablösen, leuchtende Fruchtfarben signalisieren meist den richtigen Zeitpunkt. Zu frühe oder zu späte Aufsammlungen schränken die Langzeitüberlebensfähigkeit der Samen ein! Fruchten Sippen über einen längeren Zeitraum, sind mehrere Samenernten wünschenswert.

Reifebestimmung. Zuerst erfolgt die Bestimmung der Individuenanzahl im optimalen Reifestadium. Hierfür wird eine repräsentative Anzahl von Früchten mit Samen der Population gesammelt und daraus die Zahl an Samen pro Frucht/ Diaspore und die Zahl an Früchten/ Diasporen pro Individuum bestimmt.

Samenqualität. Zudem muss eine Sammlung von leeren und durch Insekten- oder Pilzbefall geschädigten Samen vermieden werden. Sind weniger als 70% der untersuchten Samen reif und gesund, sollte eine andere Population aufgesucht werden. Ist dies nicht möglich, sollte der Ausfall durch eine höhere Anzahl an Samen kompensiert werden, sofern dies für den Bestand vertretbar ist.

Sammlung
Generell sollten möglichst viele Individuen einer Population besammelt werden, ohne dabei den Bestand zu gefährden. Die Aufsammlung sollte zufällig über die gesamte Fläche der Population erfolgen und dabei deren gesamte morphologische Vielfalt widerspiegeln.

Papiertüten. Zum Sammeln werden Papiertüten verwendet. Diese werden gefaltet, zugeheftet oder mit Büroklammern verschlossen und sofort beschriftet! Plastiktüten dürfen nicht verwendet werden, da in ihnen das Pflanzenmaterial ungleichmäßig trocknet, Wasserkondensation und Schimmelbildung auftreten.

Dokumentation. Da insbesondere hinsichtlich der Autochthonie Samen ohne genaue Dokumentation weitgehend wertlos sind, müssen zu jeder Aufsammlung alle wichtigen Daten erhoben werden. Deshalb gibt es zusätzlich zur Sammelanleitung einen Erfassungsbogen für Akzessionen. Auf diesem sollen alle wichtigen Informationen den Sammler und die Population betreffend eingetragen werden.

Individuenzahl. Bei einer Sammlung sollten, sofern dies möglich ist, mindestens 30, besser jedoch 50 (-100) zufällig ausgewählte Individuen pro Population besammelt werden.

Samenquantität. Idealerweise werden 5000 gesunde, reife Samen gesammelt. Das Besammlungsminimum bei normal häufigen Sippen beträgt 2000 Samen pro Population, seltene und bedrohten Sippen sollten mit nur 500 Samen pro Population besammelt werden. In solchen Fällen werden die Sammlungen in den Folgejahren erneut durchgeführt und/oder durch Nachzuchten an der Universität Regensburg ergänzt.

Es dürfen nicht mehr als 20% der verfügbaren reifen Samen gesammelt werden. Dadurch gilt die natürliche Regeneration der Sippe als ungefährdet.

  • Das Samenmaterial sollte möglichst wenige Verunreinigungen enthalten.
  • Samen aus trockenen, aufspringenden oder offenen Früchten (Kapseln, Hülsen) werden direkt in eine Papiertüte geschüttelt.
  • Kompakte verzweigte Fruchtstände (Ähren, Rispen) werden im Ganzen abgetrennt.
  • Früchte werden einzeln geerntet. Fleischige Früchte sollten offen mit reichlichem Luftaustausch gelagert werden.
  • Orchideenfrüchte dürfen beim Sammeln nicht berührt werden. Die Früchte werden mit einer Rasierklinge so abgetrennt, dass sie direkt in die Sammeltüte fallen.
Samentrocknung. Die sorgfältige Verwahrung der Samen nach der Ernte ist für die Überlebensfähigkeit der Samen in der Genbank von entscheidender Bedeutung. Die Trocknung muss so schnell wie möglich durchgeführt werden. Gesammelte Samen werden gleichmäßig, bei ca. 20°C an Luft getrocknet, wobei die Samen in einer dünnen Schicht auf einer Zeitung ausgebracht werden. Samenbehälter dürfen weder hoher Luftfeuchtigkeit, Temperatur noch direkter Sonnenstrahlung ausgesetzt sein (wichtig bei Lagerung im Auto). Ist eine Trocknung vor Ort nicht möglich, müssen die Samen auf schnellstem Weg zur Genbank gelangen. Dies kann je nach Umfang der Sammlung in gepolsterten Briefen, Päckchen oder durch Abholung von den Mitarbeitern der Genbank erfolgen.
Sammensammlung
Papiertüten in unterschiedlichen Größem können direkt von der Genbank bezogen werden
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Datenverwaltung

Da in einer Genbank Samen für mehrere Jahrzehnte eingelagert werden sollen, ist eine detaillierte Aufzeichnung und Verwaltung der zugehörigen Felddaten und Untersuchungsergebnisse unverzichtbar.

In der Datenbank der Genbank Bayern Arche erhält jede neue Akzession zunächst eine global eindeutige Identifikationsnummer (GUID) vergeben. Durch diese GUID können alle nachfolgenden Abläufe in der Genbank stets sicher der richtigen Akzession zugeordnet werden. Zusätzlich werden Sammlername, die Lokalität und das Sammeldatum erfasst. Des Weiteren fließen die im Gelände aufgezeichneten Hintergrundinformationen, wie die exakten geographischen Koordinaten und die Flächengrößen sowie weitere Faktoren mit ein, die eine Einschätzung der Fitness der Population (Individuenanzahl, Gefährdungsgrad, Phänologie etc.) zulassen (siehe Sammelformular).

Ein auf ArcPad basierendes elektronisches Formular ermöglicht den Sammlern der Universität Regensburg im Gelände eine direkte Eingabe dieser Akzessionsdaten in die Geodatenbank der Genbank. Bei der elektronischen Akzessionsaufnahme ist es darüber hinaus möglich weitere Daten, wie die Positionsgenauigkeit des Satellitensignals und die Anzahl der Satelliten im Hintergrund aufzunehmen und eine eindeutige Identifikationsnummer zu vergeben.

Aus den wissenschaftlichen Begleituntersuchungen fließen zudem Angaben über die Qualität des eingelagerten Saatguts, wie auch das 1000-Samen-Gewicht und die Ergebnisse aus den keimungökologischen Untersuchungen mit ein.

Alle während der Verarbeitung des Saatguts im Labor durchlaufenen Schritte werden in der Datenbank protokolliert, sodass z.B. die Dauer von der Aufsammlung und Untersuchungen des Saatguts bis hin zur Trocknung und der Einlagerung bekannt sind. Ebenso kann der Ort und der Stand der Verarbeitung jeder Akzession kontrolliert werden.
Eindeutige Identifikation der Akzession ist durch einen Barcode möglich
Mobile Mapper 10 (GPS)
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Aufreinigung

Nach der elektronischen Erfassung und einer eventuellen Trocknung neuer Akzessionen muss das Saatgut rasch aufgereinigt werden, bevor eine weitere Verwendung möglich ist. Dies dient zum einen zur Verringerung des einzulagernden Volumens und zum anderen zur Erhöhung der Qualität der Akzession, da Verunreinigungen, leere oder unterentwickelte Samen und sowie Pilz- oder Insektenbefall aussortiert werden.

Die große Variabilität in der äußeren Beschaffenheit der Früchte und Samen reicht von haarigen Flugschirmen (Pappus), geflügelten Früchten bis hin zu hakigen Anhängseln. Sie stellen unterschiedliche Ausbreitungsstrategien dar und können großen Aufwand bei der Aufreinigung beinhalten. Das Saatgut wird sorgfältig von Verunreinigungen und überflüssigen Pflanzenteilen befreit, ohne dabei die Samen zu beschädigen und damit deren Lebensfähigkeit herabzusetzen. Automatisierte Aufreinigung, wie sie für Getreidesamen entwickelt wurde, kann aufgrund der Diversität der Samen und Früchten von Wildpflanzen meist nicht zum Einsatz kommen. Es werden abhängig vom Samen- oder Fruchttyp verschiedene Aufreinigungstechniken eingesetzt:
Verwendung von Reinigungssieben mit unterschiedlichen Siebgrößen, Luft- oder Sauggebläsemaschinen oder eine manuelle Aufreinigung, welche größtenteils, mit entsprechend hohem Zeitaufwand, zum Einsatz kommt. Auch das Entfernen von Hüllen, Anhängseln und anderen Strukturen kann z.T. sehr zeitintensiv sein, sodass es wirtschaftlicher sein kann, voluminösere Aufsammlungen einzulagern.
Ungereinigte Samen
Aufgereinigte Samen
Infobox Früchte
Bei den Bedecktsamern (Angiospermen) sind die reifen Samen von der aus der Blüte hervorgegangenen Frucht umschlossen, welche der Ausbreitung dient. Nacktsamer (Gymnospermen) hingegen bilden nur freie Samen.
Der botanische Sammelbegriff für Ausbreitungseinheiten lautet "Diaspore". Als Diasporen gelten bei Blütenpflanzen sowohl ganze Früchte und Fruchtstände, Teilfrüchte oder Samen, als auch vegetative Verbreitungsorgane wie Brutknospen. Während sich bei Öffnungsfrüchten (Streu- oder Spring-) die Frucht bei der Reife öffnet und dabei die Samen ausgestreut werden, bleibt diese bei Schließ-früchten geschlossen.
So können beispielsweise Samen von trockenen Kapselfrüchten direkt im Gelände in die Sammeltüte geschüttelt werden und der Zeitaufwand für die Aufreinigung ist relativ gering, während bei Beeren die Samen aus der fleischigen Fruchtwand herausgelöst werden müssen.
Die Samen dieser Art können direkt in eine Papiertüte geschüttet werden.
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Qualitätskontrolle

Die Qualität von gesammelten Samen kann sich von Akzession zu Akzession stark unterscheiden. Zwar wurden die Samen bei der Aufreinigung anhand äußerer Merkmale sortiert eine Aussage über die generelle Lebensfähigkeit kann dabei jedoch nicht getroffen werden.

Um die Qualität einer Akzession einschätzen zu können werden die aufgereinigten Samen einer Röntgenuntersuchung unterzogen. Die Röntgenstrahlen ermöglichen einen Einblick in die inneren Strukturen von Samen. Die Strahlung wird durch die verschiedenen Gewebearten des Samens unterschiedlich stark abgeschwächt (Atomzusammensetzung, Dichte und Dicke), wodurch Transmissionsunterschiede als Luminesznuancen dargestellt werden.

Die Untersuchungen werden an einer kleinen repräsentativen Auswahl von durchschnittlich 100 Samen durchgeführt. Auf speziell angefertigten Plexiglasplatten ausgerichtet, können die Samen dem entsprechenden Röntgenbild genau zugeordnet und gegebenenfalls leere oder insektenbefallene Samen aussortiert werden.

Mit wachsender Erfahrung ist es den Mitarbeitern der Genbank bereits möglich, für viele Pflanzenfamilien aus der internen Struktur voller Samen eine Aussage über die Lebens- bzw. Keimfähigkeit der Samen zu treffen.

Da nur sehr niedrige Röhrenspannungen verwendet werden gilt die Methode mit den entsprechenden Vorsichtsmaßnahmen als sicher. Obwohl das Risiko einer Erbgutschädigung im Samen nur sehr gering ist wird geröntgtes Saatgut in der Regel nur noch für Keimungsuntersuchungen verwendet und nicht in die Genbank eingelagert.

Ist der Anteil der potenziell lebensfähigen Samen zu gering, sollte eine Neusammlung oder die Vermehrung des Saatguts im botanischen Garten erfolgen.
Samen werden für die Röntgenunter-suchung vorbereitet
Röntgenaufnahme einer Samenprobe
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Samenzählung

Die Samenmenge einer Akzession wird in der Genbank Bayern Arche entweder per Hand oder mechanisch mittels einer Samenzählmaschine festgestellt. Daneben wird bei diesem Bearbeitungsschritt auch das 1000-Samen-Gewicht der Art bestimmt. Sind die gesammelten Samen sehr klein (vor allem bei den Familien der Orchidaceae und Orobanchaceae) oder die Samenmenge sehr groß, wird nur ein Teil der Samen ausgezählt und gewogen. Diese Kenngrößen werden im Anschluss verwendet um über das Gewicht der verbliebenen Restmenge der Akzession die Gesamtzahl an Samen zu berechnen.
Schließlich werden die Ergebnisse der Qualitätskontrolle miteinbezogen, um die Menge potenziell keimfähiger Samen festzustellen.
Samenzählung per Hand
Samenzählung mittels Zählmaschine
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Keimungsversuche

Keimtests sind für Genbanken von großer Bedeutung, da sie zum einen das für eine erfolgreiche Wiederansiedelung essentielle Wissen über die Keimungsbiologie liefern und zum anderen Aufschluss über die Lebensfähigkeit und Qualität der Akzessionen geben.
Die Lebensfähigkeit von Samen wird definiert als die Zahl der Samen einer Aufsammlung, die lebendig sind und das Potenzial besitzen, zu einer Pflanze heranzuwachsen. Für die Bestimmung der Lebensfähigkeit von Samen sind Keimtests die verlässlichste Methode, sofern die optimalen Keimungsbedingungen und gegebenenfalls nötige dormanzbrechende Vorbehandlungen bekannt sind. Da das Keimverhalten von seltenen Arten bisher wenig erforscht ist, werden nach Möglichkeit umfangreiche Keimtests durchgeführt. Keimfähigkeits- und Langlebigkeitstests werden abhängig von Gefährdungsgrad und der individuellen Samenproduktion der Arten nur dann durchgeführt, wenn eine ausreichende Samenzahl vorhanden ist.

Zur Untersuchung der keimungsökologischen Bedingungen stehen die Räumlichkeiten und Geräte der Universität Regensburg zur Verfügung, mittels derer unterschiedliche Temperaturregime (verschiedene Temperaturen, konstante und fluktuierende Temperaturen mit verschiedenem zeitlichem Rhythmus), Licht- oder Dunkelkeimung, dormanzbrechende Faktoren wie Stratifikation, Skarifikation oder Gibberellinsäure getestet werden können. In der Regel werden für jeden Ansatz 100 Samen verwendet, allerdings variiert die Anzahl in Abhängigkeit von den insgesamt zur Verfügung stehenden Samen. Die Samen werden auf Filterpapier in Petrischalen gegeben, gewässert und der Keimerfolg in regelmäßigen Abständen kontrolliert. Ein Same gilt als gekeimt, wenn die Keimwurzel die Schale durchdringt. Die Keimlinge werden entfernt und je nach Bedarf verwendet, um neue Pflanzen im Botanischen Garten Regensburg anzuziehen.
Ein Keimtest ist abgeschlossen, wenn die Keimung der Samen beendet ist. Um zu unterscheiden, ob nicht gekeimte Samen tot oder dormant sind, wird zusätzlich nach Abschluss der Keimungsversuche ein biochemischer Lebensfähigkeitstest (mittels Tetrazoliumchlorid) durchgeführt.
Nur wenn beide Methoden kombiniert angewendet werden, können zuverlässige Aussagen über die Lebensfähigkeit von Samen einer Aufsammlung getroffen werden.
Statistische Auswertungen dienen dem Vergleich unterschiedlicher Keimansätze und ermöglichen den Vergleich der Keimfähigkeit einer Art nach mehreren Jahren des Einfrierens und damit die Detektion eines eventuellen Lebensfähigkeitsverlusts.
Zwei Keimlinge in Petrischale
Einblick in einen Klimaschrank
Kontrolle der Keimung
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Samentrocknung

Die meisten Pflanzen Mitteleuropas und damit auch der Großteil der in die Genbank eingelagerten Arten produzieren "orthodoxe" Samen. Das bedeutet, dass die Samen -bevor sie eingefroren werden- auf einen sehr niedrigen Wassergehalt getrocknet werden können, ohne dabei Schaden zu nehmen. Dies erhöht die Lebensfähigkeit der gelagerten Samen drastisch.

An der Universität Regensburg wird dabei die Samentrocknung in mehreren Schritten durchgeführt. Während der Samenaufreinigung und –zählung lagern die Samen in einer Kühlkammer bei einer konstanten Temperatur von 4°C.

Im Anschluss werden die Akzessionen in eine Klimakammer transferiert, in der bei einer konstanten Raumtemperatur von 20°C eine relative Luftfeuchtigkeit von 35 % vorherrscht. Im Samen enthaltenes Wasser wird an trockenere Umgebungsluft abgegeben bis sich ein Gleichgewicht eingestellt hat. Für eine effektive und sichere Langzeitlagerung sollten die Samen vor dem Einfrieren höchstens einen Wassergehalt von 3,5 – 6,5 % aufweisen, was einer relativen Luftfeuchte von ca. 15 % entspricht.

Da diese Bedingungen in der gegebenen Klimakammer nicht realisiert werden können, ist ein dritter Trocknungsschnitt nötig. Dieser wird mit Silica-Gel durchgeführt. Alle Messungen des Wassergehalts werden mit einem Hygrometer (nicht destruktives Messverfahren) durchgeführt.
Trocknung mit Silicagel
Luftfeuchtemessgerät
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Verpackung

Nach Abschluss der Keimungsversuche und Trocknung der Samen wird die gesamte Restmenge an Samen aufgetrennt und je nach Samenanzahl portioniert. Es werden dabei drei Kategorien unterschieden: Eine Portion enthält die für die Langzeiteinlagerung (Long-term-storage) bestimmten Samen. Sie umfasst den zahlenmäßig größten Anteil an Samen. Eine weitere Portion dient als Sicherheitsduplikat, welches räumlich getrennt von der Portion für die Langzeitlagerung aufbewahrt wird. Die dritte Portion ist eine "aktive" Portion (short-term-storage), deren Samen für die regelmäßige Überprüfung der Lebensfähigkeit (alle 5 Jahre), für Samenregeneration oder für eine Abgabe verwendet werden können.

Die getrockneten und in Papiertüten aufgetrennten Samenportionen werden im Anschluss mit einem Etikett, welches Informationen über Art, Sammelort und -datum, GUID sowie die exakte Anzahl an enthaltenen Samen trägt, verschlossen und sofort in licht- und wasserdichte, aluminiumbeschichtete Plastikverbund-beutel gepackt und diese in einem Vakuumkammerschweißgerät versiegelt. Auch die Aluminiumbeutel werden mit allen relevanten Informationen etikettiert.
Licht- und luftdichte Aluverpackung
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Tiefkühllagerung

Die verpackten und etikettierten Alubeutel werden ja nach Verpackungsvolumen kombiniert und in luftdichte Glasbehälter gegeben. Diese zusätzliche Barriere minimiert die Gefahr einer Wasserdampfaufnahme der Samen und einer damit verbundenen vorzeitigen Alterung. Mit Hilfe von Silica-Gel, das bodendeckend in den Glasbehältern verteilt wird und in diesem Fall als Indikator für eine Erhöhung der Luftfeuchte im geschlossenen Behälter dient (Farbumschlag von gelben trockenen Silica-Gel nach farblos bei feuchtem Silica-Gel), lässt sich die Dichte des Gefäßes leicht kontrollieren.

Die vollständig verpackten Samen werden bei –18°C in Gefrierschränken eingefroren.
Farbumschlag von Silica-Gel: trocken (links), feucht (rechts)
Verpackte Samen im Gefrierschrank
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Erhaltungskulturen

Das Projekt der Genbank Arche Bayern profitiert stark von der engen Zusammenarbeit mit dem Botanischen Garten der Universität Regensburg. So ist es möglich, Arten, die über keinen oder nur einen geringen Fruchtansatz verfügen, in Erhaltungskultur zu nehmen (Gattungen wie Sorbus, Rubus). Neben der Erhaltung im Botanischen Garten wird auch die Nachzucht von Arten zur Erhöhung der Samenmenge betrieben.

Darüber hinaus werden Arten die bei Keimungsversuchen erfolgreich zur Keimung gebracht wurden, nach Möglichkeit in Erhaltung genommen und im Rote-Liste-Beet des botanischen Gartens dem interessierten Publikum zugänglich gemacht. Bereits im Rote-Liste-Beet vorhandene Arten wurden zum Teil ebenfalls in die Samenbank aufgenommen. Diese eignen sich besonders für die Durchführung von Keimtests, da das Überleben der Individuen gesichert ist.
Erhaltungskultur des Bodensee-Vergiss-meinnicht
Im 2013 erweiterten Rote-Liste-Beet prä-sentieren sich viele bayerische Raritäten
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Samenregeneration

Um eine maximale Lebensfähigkeit und damit genetische Variation der einzelnen Aufsammlungen innerhalb der Genbank aufrecht erhalten zu können, muss die Lebensfähigkeit alle 5 bis 10 Jahre überprüft werden. Diese Überprüfung erfolgt durch Keimtests. Bei Detektion einer Abnahme der Lebens- bzw. Keimfähigkeit unter einen Wert von 75% der ursprünglichen Keimfähigkeit werden die eingelagerten restlichen Samen dazu verwendet, um im Botanischen Garten frisches Saatgut zu erzeugen. Alternativ dazu kann eine erneute Besammlung der Wildpopulation durchgeführt werden, sofern diese noch existent ist.
Keimling von Thymelaea passerina