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Alternativen zur Grünen Gentechnik

vonKnut Schmidtke

Stiftungsprofessur Ökologischer Landbau, HTW Dresden (FH)

Umweltringvorlesungen an der TU DresdenGrüne Gentechnik:

Pflanzen der Zukunft - Ernährung der Zukunft - Umwelt der Zukunft?

Grundbedürfnis Lebensmittel

Landbauliche Alternativen zur Grünen Gentechnik

● Gesetzlicher Rahmen ökologischer Landbau

● Züchtungsmethoden im ökologischenLandbau

● Strategien gegen Schaderreger mit undohne Gentechnik

● Möglichkeiten und Grenzen des ökologischen Landbaus

● Grüne Gentechnik im ökologischenLandbau – warum nicht?!

Verbraucherakzeptanz

Tab. 1: Ergebnis der Umfrage zu gentechnisch verändertenBestandteilen in der Nahrung in der Bundesrepublik Deutschland (Forsa, 2005)

1681West2270Ost1779Alle

sind egal, wenn der Preis stimmt* [%]lehnen ab [%]Befragte

* an 100% fehlende Angaben = „weiß nicht“ (1001 Befragte im Juli 2005)

Alternative ökologischer Landbau

Was bietet der ökologische Landbauden Verbrauchern als Alternative zur Grünen Gentechnik?

Alternative ökologischer Landbau

Öko-Lebensmittel werden ohne den Einsatz von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) und deren Derivate hergestellt

Das entspricht dem Selbstverständnis der Unternehmer, die ökologisch erzeugte Lebensmittel herstellen, verarbeiten und vermarkten.

Alternative ökologischer Landbau

Öko-Lebensmittel werden ohne den Einsatz von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) und deren Derivate hergestellt

Das entspricht dem Selbstverständnis der Unternehmer, die ökologisch erzeugte Lebensmittel herstellen, verarbeiten und vermarkten.

Dieses erwarten die Verbraucher (Wahlfreiheit)und ist für den ökologischen Landbau gesetzlich vorgeschrieben.

Gesetzliche Rahmenbedingungen

Präambel zur EU-Verordnung 2092/91 über den ökologischen Landbau

DER RAT DER EUROPÄISCHEN UNION – [... ]in Erwägung nachstehender Gründe [...]

... „Genetisch veränderte Organismen (GVO) und deren Derivate sind mit der ökologischen Wirtschaftsweise unvereinbar“...

Züchtung

Selektion der Nachkommen im Labor/Feldauf gewünschte Merkmalskombinationen

Pflanzenzüchtung ohne GVO

klassisch-modern(nur) arteigene Erbinformation nutzbar

Identifikation von Pflanzenmit gewünschten Eigenschaften

Selektion, KreuzungMutationsauslösung, Polyploidie

Neue Sorte

Molekularbiologische Methoden der Genanalyse

Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtung

Klassische Pflanzenzüchtung

Beispiel: Erbse-Blatttypen

normal beblättert

Probleme Erbsenanbau

Lager bei druschreifem Erbsenbestandeiner normal beblätterten Erbsensorte

Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtung

Klassische Pflanzenzüchtung

Beispiel: Erbse-Blatttypen

normal beblättert halbblattlos

Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtungauch genutzt im ökologischen Landbau

Klassische Pflanzenzüchtung

Beispiel: Standfeste Erbsen (halbblattlos)

Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtungauch genutzt im ökologischen Landbau

Klassische Pflanzenzüchtung

Beispiel: Hybridmais, Hybridmöhren

Hybridzüchtung

Pflanzenzüchtung heute

Selektion der Nachkommen im Labor/Feldauf gewünschte Merkmalskombinationen

Pflanzenzüchtung

klassisch-modern(nur) arteigene Erbinformation nutzbar

Identifikation von Pflanzenmit gewünschten Eigenschaften

Selektion, KreuzungMutationsauslösung, Polyploidie

Neue Sorte

GentechnikErbinformation aus Pflanzen

Tieren und Mikroorganismen nutzbar

Identifikation und Isolierung von gewünschten Genen

Einbau isolierter Gene inPflanzenzelle

Molekularbiologische Methoden der Genanalyse

Alternative ökologischer Landbau

Vorgaben der EU-Verordnung 2092/91 über den ökologischen Landbau zum Einsatz von GVO und deren Derivate Artikel 4 Begriffsbestimmungen

„Verwendung von GVO und GVO-Derivaten:

Die Verwendung derselben als Lebensmittel, Lebensmittelzutaten (einschließlich Zusatzstoffe und Aromen), Verarbeitungshilfsstoffe (einschließlich Extraktionsmittel),

Futtermittel, Mischfuttermittel, Pflanzenschutzmittel, Düngemittel, Saatgut und vegetatives Vermehrungsgut und Tiere“

Alternative ökologischer Landbau

Ökologische Agrarwirtschaft

Verarbeitung ökologisch erzeugter Agrarprodukte

Verbraucher

keine GVO oder deren Derivate

Saat- und PflanzgutPflanzenschutz-,Dünge-, Futter- und Desinfektionsmittel

Zutaten undVerarbeitungs-hilfsstoffe

Vorgaben der EU-Verordnung 2092/91 zum Einsatz von GVO und deren Derivate

Kontrollsystem ökologische Agrarwirtschaft

Kennzeichnung Ökoprodukte

Verbands-LabelStaatliches Siegel

Handelsmarken

Kontrollstellen-Nr.-DE-039

Grenzen des GVO-Verbotesim ökologischen Landbau

Tierarzneimittel: Einsatz von Derivaten eines GVOsind erlaubt

Verarbeitung: Fructose darf mit Hilfe von Enzymen, die ein Derivat eines GVO sind, erzeugt und anschließend als Zutat in Öko-Lebensmitteln eingesetzt werden, sofern die Stärke aus einem nicht gentechnisch verändertem Organismus (z.B. Mais) gewonnen wurde

Grenzen des ökologischen Landbau

Grenzen des ökologischen Landbaus

Grenzen des ökologischen Landbaus:Einkreuzung aus gentechnisch veränderten Pflanzenbeständen

Willensbekundung des Gesetzgebers

Koexistenz gentechnisch veränderter, konventioneller und ökologischer Kulturen

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Empfehlung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften vom 23. Juli 2003 zurKoexistenz gentechnisch veränderter,

konventioneller und ökologischer Kulturen

„Koexistenz bedeutet, dass die Landwirte unter Einhaltung der Etikettierungs- und Reinheitsvorschriften für Lebensmittel,Futtermittel und Saatgut eine echte Wahl zwischen konventionellen, ökologischen oder GVO-Produktions-

systemen haben.“

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Empfehlung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften vom 23. Juli 2003 zur Koexistenz gentechnisch veränderter,

konventioneller und ökologischer Kulturen

„Auf Koexistenz gerichtete Bewirtschaftungsmaßnahmen sollten den Anbau von gentechnisch veränderten und nicht veränderten Kulturen gestatten und gleichzeitig gewährleisten, dass die Beimischungen in nicht veränderten Kulturen unterhalb der gemeinschaftlichen Schwellenwerte für die Etikettierung und Sortenreinheit von gentechnisch veränderten Lebensmitteln, Futtermitteln und Saaten bleiben.“

Schwellenwerte nach Gentechnikgesetz (03.02.2005):

Einhaltung der Vorsorgepflicht und der guten fachlichen Praxis beim Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen:

Die Kennzeichnungspflicht gilt nicht für Produkte zur unmittelbaren Verarbeitung, die einen Anteil zugelassenen GVO von nicht höher als 0,9 Prozententhalten, sofern dieser Anteil als zufällig oder technisch nicht zu vermeiden ist.

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Schwellenwert Saatgut:

Für zufällige oder technisch nicht vermeidbare Anteile von GVO in konventionellem oder ökologischem Saatgut existieren weder auf Ebene der EU noch in Deutschland rechtsverbindliche besondere Schwellenwerte zur Kennzeichnung.

Diskutiert werden Werte

zwischen 0,3 und 0,7 Prozent.

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Kontaminationsquellen und –orte GVO-Pflanzen nicht GVO-Pflanzen

- Einkreuzung im Feld aus Nachbarschlägen

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Abb. 1: Ergebnisse Erprobungsanbau 2004 in Deutschlandgv-Silomais Einkreuzung in nicht gv-Silomais(Quelle: www.transgen.de)

Abstand zu gv-Mais [m]0 10 20 30 40 50 60 70

Ant

eil g

v-E

inkr

euzu

ng im

Bes

tand

[%]

0

1

2

3

4 1,9 ha

2,3 ha

23,0 ha

3,0 ha

GVO-Anteil [%]bei Erntestreifenvon 0 - 60 m

1,04

1,14

0,49

0,07

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Tab. 2: Aktionsradien verschiedener Insekten und derenFlächenumfang für Bestäubung

11.3106000Honigbienen

1.2572000Hummeln

201800Sandbienen13200

Kleine Wildbienen

Fläche [ha]Aktionsradius [m]

Insekt

aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Tab. 3: Maximale Einkreuzungsraten [%] bei Raps als Funktion der Entfernung zur Pollenquelle gv-Raps-Bestand

aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005

0,20,10,10,2Australien

0,83,8Deutschland

0,61,12,1Kanada

0,41,5Kanada

1000 bis 3000 m

500 bis 1000 m

200 bis 500 m

50 bis 150 m

10 bis 50 m

---------- Entfernung zur Pollenquelle ------------

Ökologischer Landbau – Koexistenz

aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005

Vorläufige Schlussfolgerung zur GVO-freien Raps-erzeugung im ökologischen Landbau:

1. Um beim Anbau von Raps einen Auskreuzungsgrad von < 0.9% zu erzielen, sind vermutlich Isolationsabstände zu gv-Rapsbeständen von mindestens 300 m erforderlich

Ökologischer Landbau – Koexistenz

2. Vermutlich ist erst ab einer Isolationsdistanz von > 6 kmzu gv-Rapsbeständen eine Auskreuzung von < 0,1% inandere Rapsbestände zu erreichen.

Kontaminationsquellen und –orte GVO-Pflanzen nicht GVO-Pflanzen

- Einkreuzung im Feld aus Nachbarschlägen

- Überdauerung GVO-Diasporen (Samen und vegetative Organe) im Feld

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Problem Dormanz von Rapssamen bei der GVO-freien Rapserzeugung im ökologischen Landbau:

- GVO-Diasporenbank und Dauer der Umstellung auf ökologischen Landbau

Ökologischer Landbau – Koexistenz

- Summationseffekt bei der Einkreuzung von gv-Raps: Nachbarschläge mit gv-Raps, Ruderalraps, Ausfallraps

Tab. 4: Mögliche Kontaminationspfade von gv-Pflanzen in Deutschland

aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005

Verwandte Wildpflanzen

Überdauerung Samen

Wildpopula-tionen

Durchwuchs

Einkreuzung

RapsMais

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Bei einem Eintrag von gentechnisch veränderten Pollen aus einem Nachbarfeld muss ein ökologisch wirtschaftender Betrieb nachweisen, dass

- gentechnisch veränderte Pollen aus einem Nachbargrundstück ausgetreten sind,

Ausgleich eines wirtschaftlichen Wertverlustes

- diese Pollen auf seinem Grundstück zur Befruchtung seiner Kulturen geführt haben und

- es dadurch zu einer gentechnischen Veränderung seiner Feldfrucht gekommen ist.

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Konsequenzen für den ökologisch wirtschaftenden Betrieb, um wirtschaftlichen Schaden im Falle einer GVO-Kontaminationerstreiten zu können:

Ausgleich eines wirtschaftlichen Wertverlustes

- nur zertifiziertes, gentechnikfreies Saatgut einsetzten (< 0,1 % GVO?)bzw. Rückstellprobe Saatgut (zertifizierte Probenahme)

- ggf. Umstellungszeitraum einer Fläche erweitern

- nur Saat-, Bestandespflege- und Erntetechnik ohne GVO-Rückständeeinsetzen (Maschinenring, Maschinenkooperation)

- bestimmte organische Düngemittel nicht mehr einsetzen(Bioabfallkomposte, Wirtschaftsdüngemittel aus konventionellen Betrieben)

Ökologischer Landbau – Koexistenz

aus: Frankfurter Rundschau, 18.02.2006

Präsident des Deutschen Bauernverbandes Gerd Sonnleitner auf der Biofach 2006:

“Für mich steht fest, dass bestimmte gentechnisch veränderte

Pflanzen in Deutschland nicht anbaubar sein werden.

Dazu zähle wegen seiner Auskreuzungseigenschaften Gen-Raps.”

Ökologischer Landbau – Koexistenz

Strategien gegen Schaderreger mit und ohne Gentechnik

-Die Alternative ökologischer Landbau

Alternative Lösungsstrategien

Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler

Beispiel Mais

Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler

Beispiel Mais

Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -

HR-Mais

Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -

Bt-Mais

Strategien mit Gentechnik

Abb. 2: Globale Anbaufläche von gv-Pflanzen unterschiedlicher Merkmalskombination (ISAAA, 2004)

Mio ha

Herbizidresistenz

Gentechnisch vermittelte Herbizidresistenz

Herbizidresistente Pflanzen: Einführen eines neuen oder „Abschalten" eines vorhandenen Gens erzeugt Resistenz gegen ein Totalherbizid

Ergebnis: Alle Unkrautarten,die Blattmassegebildet haben,werden ganzflächigabgetötet

Insektenresistenz

Insektenresistenz

Beispiel Maiszünsler (Ostrinia nubilalis)

Schmetterling und dessen Larve

Maiszünsler

Maiszünsler

Schadsymptome an MaisErtragsausfall: 10 – 15 %Folgewirkung: erhöhter Pilzbefall und

mögliche Mykotoxinbildung

Maiszünsler resistenter Mais

Gentechnik-Strategie:GVO-Mais (Bt-Mais) gegen Maiszünsler

Mit Hilfe gentechnischer MethodenÜbertragung der Fähigkeit zur

Synthese des Bt-Protoxins (Protein) inSpross und Wurzel des Maises

nach Aufnahme durch Schmetterlingslarven

Bildung vonDelta-Endotoxin

Zerstörung der DarmwandAbsterben der Larven

Toxinbildung Mais

Abb. 3: Bt-Toxingehalte in zwei GVO-Maislinien (USA, 1996)

µg B

t-Tox

in/g

TM

0

20

40

60

80Mon 810Bt 176

wirksameDosis

Blatt Stängel Narbenfäden

Insektenresistenter Mais

Gentechnik-Strategie:GVO-Mais (Bt-Mais) gegen Maiszünsler

Ergebnis: Befallsfreier Maisbestand

Hohes Risiko der Bildungeiner Resistenz bei Maiszünsler gegen Bt-Toxin

Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler

Beispiel Mais

Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -

HR-Mais

Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -

Bt-Mais

Strategien Ökologischer

Landbau?

Alternative ökologischer Landbau

Mais

Dinkel

Winter-roggen

Winter-weizen

Abb. 4: Fruchtfolge zur indirekten Unkrautregulierung

Alternative ökologischer Landbau

Abb. 5: Wendende Grundbodenbearbeitung zur Unkrautregulierung

Alternative ökologischer Landbau

Abb. 6: Mechanische Maßnahmen zur Unkrautregulierung in Mais

Fingerhacke„Roll“-Striegel

Alternative ökologischer Landbau

Unkrautkontrolle Mais- Fruchtfolge

- Bodenbearbeitung zu Mais

- Mechanische Unkrautkontrolle im Mais

- Thermische Unkrautkontrolle (Abflammen)

- Unkrautkonkurrenzstarke Maissorten

Ergebnis: Kein unkraut-freier Mais-bestand, aberRestverun-krautung tole-rierbar

Alternative ökologischer Landbau

[ in % of conventional]

0 200 400 600 800 1000

ConventionalOrganic

von Elsen (1989)Frieben & Köpke (1996)Anger & Kübauch (1993)Wolff-Straub (1989)Callauch (1981)Frieben & Köpke (1996)von Elsen (1990)

von Elsen (1990)Schmid & Steiner (1986)Wolff-Straub (1989)Callauch (1981)Frieben & Köpke (1996)Anger & Kühbauch (1993) Meisel (1979)Braunewell et al. (1985)Pfadenhauer et al. (1986)Frieben (1990)von Elsen (1990)Plakolm (1989)Frieben & Köpke (1996) Ammer et al. (1988)Ries (1988)Meisel (1978)Meisel (1978)

Row crop husbandry

Grain growing

Literature

Figure 5: Mean number of arable weed species on organically managed arable fields in terms of percentages of the number of weeds on conventionally managed arable fields (after Köpke 2002)

Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler

Beispiel Mais

Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -

HR-Mais

Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -

Bt-Mais

Strategien Ökologischer

Landbau?

Alternative ökologischer Landbau

Mais

Dinkel

Winter-roggen

Winter-weizen

Abb. 6: Fruchtfolge zur Minderung des Maiszünslerbefalls

Alternative ökologischer Landbau

Kontrolle Maiszünsler

Tiefer Schnitt und Mulchenzur Abtötung der Larvendes Maiszünslers

Alternative ökologischer Landbau

Kontrolle Maiszünsler

Wendende Bodenbearbei-tung zum „Vergraben“ derLarven des Maiszünslers

Alternative Ökologischer Landbau

Ausbringen der Sporen des Bodenbakteriums„Bacillus thuringiensis“ (Bt)

auf den MaisProtein (Protoxin, nicht giftig)

nach Aufnahme durch Schmetterlingslarven

Bildung vonDelta-Endotoxin

Zerstörung der DarmwandAbsterben der Larven

Biologische Schädlingsregulierung Maiszünsler

Alternative ökologischer Landbau

Biologische Schädlingsregulierung Maiszünsler

Ausbringen der Puppen (auf Kärtchen) der SchlupfwespeTrichogramma brassicae (Eiparasitoid) in Maisbestand

Parasitierungsrate derEier des Maiszünslers: 70 bis 90%

Alternative ökologischer Landbau

Kontrolle des Maiszünslers- Fruchtfolge, regionale Anbaukonzentration

- Tiefer Schnitt/Mulchen der Maisstoppel

- Wendende Bodenbearbeitung nach Mais

- Ausbringen Bacillus thuringiensis-Sporen

- Einsatz von Schlupfwespen

Ergebnis: Kein Maiszünslerfreier Bestandaber: Schaden auftolerierbares Niveaugesenkt

Grenzen des ökologischen Landbaus

Inaktivierung arteigener Gene: Änderung der Zusammensetzungpflanzeneigener InhaltsstoffeAmylopektin in Kartoffeln

Grenzen des ökologischen Landbaus

Normale Stärke in Kartoffeln besteht aus: Amylose (80%) und Amylopektin (20%).

Bereitstellung bestimmter pflanzlicherRohstoffe in reiner Form für eine industrielle/pharmazeutischeVerwertung

Ökologischer Landbau und gv-Pflanzen

Grüne Gentechnik im ökologischen Landbau – warum nicht?!

Quelle:

Flores, S., Saxena, D. and G. Stotzky, 2005: Transgenic Bt plants decompose less in soil thannon-Bt plants.

Soil Biology and Biochemistry 37, 1073-1082.

Biosicherheit gv-Pflanzen

Abb. 7: CO2-Freisetzung aus dem Boden nach Zugabe von 0.5, 1 bzw. 2% Blätter von Bt-Mais (Bt+, Hybrid 6800Bt) bzw. der isogenen, nicht Bt-Masislinie (Bt-, Hybrid 6800) (Flores et al. 2005)

Mais

Biosicherheit gv-Pflanzen

2% Bt-

1% Bt-

1% Bt+

2% Bt+

Soil

Bt+

Bt-

Kartoffel

Biosicherheit gv-Pflanzen

Abb. 8: CO2-Freisetzung aus dem Boden nach Zugabe von 0.5% Biomasse einer Bt-Kartoffel (Bt+) bzw. der isogenen, nicht Bt-Kartoffellinie (Bt-) (Flores et al. 2005).

„Hence, the differences appeared to be primarily of the presence of the cry genes“

„The ecological and environmental relevance of theseobservations is also not clear“

„Additional studies are necessary to clarify theenvironmental impacts of the lower degradation of the biomass of Bt plants, especially as 8.1 millionhectares of Bt corn or 26% of total corn acreage (...) were planted in 2000 in the United States alone.“

Flores et al. 2005

Biosicherheit gv-Pflanzen

Australien: Aus für gv-Erbsen nach FütterungsversuchenResistenz gegen Erbsenkäfer (Bruchus pisorum)

Biosicherheit gv-Pflanzen

- aus Bohnen isoliertesGen in Erbsen mittels gentech-nischer Methoden transferiert

- Bohnen-Gen codiert Protein, dasVerdauungsenzyme für den Stärkeabbau blockiert (Amylase-Inhibitor)

- Effekt auf Erbsenkäfer:Biomasse der Erbsen für Käfer nicht verwertbar

- Resistenz hatte sich in mehr-jährigen Feld- und Laborver-suchen als wirksam und unbedenklich erwiesen

Bildquelle: www.bayercropscience.de

Biosicherheit gv-Pflanzen

- Fütterung dieser gv-Erbsen:Bildung von Antikörpern bei Mäusen

- Ursache: kleine Abweichungen in der Molekülstruktur des Amylase-Inhibitors gebildet von der Erbse im Vergleich zur BohneMolekülstruktur des Zuckers aufProtein (Amylase-Inhibitor)

Australien: Aus für gv-Erbsen nach FütterungsversuchenResistenz gegen Erbsenkäfer (Bruchus pisorum)

Bildquelle: www.bayercropscience.de

Grundbedürfnis Lebensmittel

Grüne Gentechnik bei Lebensmitteln

Ja oder Nein

braucht Alternativen wie den

ökologischen Landbau

Freie Kaufentscheidung des Verbrauches

Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit !

Biosicherheit GVO

Abb. 11: Zeitdauer bis zur Verpuppung der Larven der Trauermücke Lycoriella castanescens, die mit verschiedenen Maissorten ernährt wurden (Büchs et al. 2004)

Biosicherheit GVO

Abb. 12: Zeitdauer bis zur Verpuppung der Larven des Räuberischen Laufkäfer Poecilus cupreus nach Verfütterung von Trauermückenlarven, die mit verschiedenen Maissorten ernährt wurden (Büchset al. 2004)

Maßnahmen des Öko-Betriebes zurMinderung der Kontamination mit GVO-Pflanzen

- Gentechnikfreie Regionen bilden (> 10.000 ha)

- Sommerraps statt Winterraps anbauen

- Saatzeitpunkt verschieben (z.B. Mais), Sortenwahl abstimmen

- Ausfallraps/-rüben sowie Schosserrüben gezielt regulieren

- Ruderalraps gezielt regulieren

- Anbauplanung mit GVO-Pflanzen anbauenden Betrieb abstimmen

- Windschutzhecken pflanzen

Ökologischer Landbau – Koexistenz