Bt-Mais - ein Risiko für Umwelt und Biodiversität...C. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P....

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

BMBF Forschungsprogramm “Biotechnologie – Chancen nutzen, programm Biologische Sicherheit gentechnisch veränderter

Pflanzen”Förder

Bt-Mais- ein Risiko für Umwelt und Biodiversität ?

Verbundprojekt: Freisetzungsbegleitende Sicherheitsforschung transgener Maissorten mit neuen Bt-Genen: Entwicklung und

Validierung von Monitoringmethoden(Koordination I. Schuphan, S. Eber, RWTH Aachen)

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Gestiegene Bedeutung von Mais in Deutschland

Erträge Körnermais in dt/haKörnermaisproduktion

in Mio. tEntwicklung der Erträge

0

20

40

60

80

100

1935 2001 2007

Durc

hsch

nitts

ertra

g [d

t/ha]

88,5

29,5

92 Erzeugung

3,36

0,040

0,51

1,52

2,53

3,54

1935 2001in

Mill

ione

n To

nnen

0,04

3,36

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Der Maisschädling

Westlicher Maiswurzelbohrer Diabrotica virgifera virgifera(Coleoptera: Chrysomelidae)

Aufnahme: M.E. Rice

• weltweit Befall von ca. 20 Mio ha Mais

• 1992 Einschleppung nach Serbien, von dort Ausbreitung über ganz Europa, Sommer 2007 erste Funde in Süddeutschland

• USA: Kosten für Schäden und Pflanzen-schutzaufwendungen 1 Mrd. Dollar

• keine natürlichen Gegen-spieler in Europa

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Mais MON88017

• Resistenz gegen Westlichen Mais-wurzelbohrer Diabrotica

• Hohe Proteinexpression in den Wurzeln

• Expression von Bt-Protein Cry3Bb1

• Herbizidresistenz (Glyphosat)

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Der ForschungsverbundResistenzmanagement Statistik

Universität HannoverInstitut f. BiostatistikL. Hothorn, F. Schaarschmidt

Bio-Test Labor, SagerheideT. Thieme, K. Gloyna

Ziele:1) Evaluierung potenzieller

ökologischen Auswirkungen von Bt-Mais MON88017

2) Monitoringmethoden für künftigen kommerziellen Anbau von Bt-Mais

Universität Göttingen, Pflanzenpathologie und PflanzenschutzS. Vidal, J. Möser

Julius Kühn-Institut, DarmstadtG. Langenbruch, R. Kaiser-Alexnat

Dienstleistungszentrum ländl. Raum, NeustadtJ. Jehle, H. Nguyen Thu

Inst. f. Angew. Biotechno-logie d. Tropen, GöttingenF. Gessler, S.Pagel-Wieder, H. Hunfeld, J. Niemeyer

J.H. v. Thünen-Institut, Braunschweig, C. Tebbe, R. Mietling-Graff, P. Möbus, S. Baumgarte

Julius Kühn-Institut BraunschweigS. Prescher, W. Büchs

RWTH AachenA. Toschki, M. Ross-N.

JKI, BraunschweigO. Schlein, W. Büchs

NichtzielorganismenRWTH AC/LfL FreisingS. Eber, S. Rauschen, K. Priesnitz, M. Ross-N.

JKI, KleinmachnowC. Wendt, B. FreierJKI, DarmstadtJ. Leopold, M. Felke, G.-A. Langenbruch, J. Huber

Bt-Verbleib im Boden, NZO im Boden

Inst. f. Biodiver-sität-Netzwerk, RegensburgS. Höss

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Design des Feldversuchs

• Parzellengröße 0,13 ha

276 m

Bt 8B 8ISO 8A 8

ISO 7A 7B 7Bt 7

A 6Bt 6ISO 6B 6

B 5ISO 5Bt 5A 5

Bt 4A 4ISO 4B 4

ISO 3Bt 3B 3A 3

A 2B 2Bt 2ISO 2

B 1ISO 1A1Bt 1

• Feldgröße ca. 6 ha

• Randomisiertes Plotdesign

• 4 Maisvarianten:Bt-Mais Nah-isogene Linie konventionelle A & B,

je 8 Replikate

196 m

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Erfassungsmethoden für die Erfassungsmethoden für die EntomofaunaEntomofauna

KlebefallenGelbschalen

BoniturenKescherfänge

Kolbenproben

Klopfproben

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Experimentelle und LabormethodenExperimentelle und Labormethoden

Terrestrische Modell Ökosysteme

Gewächshausversuche

Käfigversuche

Fraßversuche

ELISA

(Antikörpertest)

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Verbleib des Bt-Proteins in BödenF. Gessler, S. Pagel-Wieder, H. Hunfeld, J. Niemeyer, IBT Göttingen

Bt-Proteine werden an Bodenpartikel gebunden. Die Höhe und die Art der Bindung der Bt-Proteine wird bestimmt durch…

… die stofflichen Charakteristika der Böden.

Humusgehalt

Oberflächenladung der Tonpartikel

Oberflächengröße der Tonpartikel

2 µm

Humus

Ton-Humus-Komplex

(TXM at Bessy II)

Nontronit

[Thieme et al., Environmental Science & Technology 2007] [Pagel-Wieder et al., Soil Biology & Biochemistry 2007]

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Verbleib des Bt-Proteins in BödenF. Gessler, S. Pagel-Wieder, H. Hunfeld, J. Niemeyer, IBT Göttingen

Die Höhe und die Art der Bindung der Bt-Proteine in Böden wird bestimmt durch…

… die stoffliche Zusammensetzung der Böden,

… den Chemismus der Bt-Proteine.

Cry3Bb1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Bt-

Prote

in s

orb

iert

[ng g

-1 T

on]

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

XS

XL

Cry1Ab

Bt-Protein in der Gleichgewichtslösung [ng ml-1]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Toxin (Cry1Ab) in BödenC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P. Möbus, vTI Braunschweig

Gehalte in Wurzeln und wurzelnahem

Boden

Weniger als ein Zehntausendstel (!)der Cry1Ab Menge aus Wurzeln findet sich in der Vegetationsphase im unmittelbar angrenzenden Bodenbereich(Rhizosphäre)

Bt-Gehalte in Wurzeln und Rhizosphärenboden am Standort Alt Zeschdorf am 27.07.05 zur Maisblüte (sample number entspricht den Werten aus einzelnen Pflanzen)

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Toxin (Cry1Ab) in BödenC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P. Möbus, vTI Braunschweig

Zeitlicher Verlauf des Cry1Ab-Gehaltes im Boden (2005 und 2006)

Auf keinem Standort in Deutschland (n=10) konnte eine Akkumulation von Bt-Toxin in Böden ermittelt werden

A – Alt Zeschdorf B – AltlangsowC – GusowD – Groß LüsewitzE - WendhausenF – MallnowG – AltlangsowH - Hohenstein

Keine Akkumulation von Cry1Ab nachweisbar

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Toxin (Cry1Ab) in BödenC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P. Möbus, vTI Braunschweig

Cry1Ab-Gehalte des freien Bodens im Herbst, 4-6 Wochen nach der Ernte in verschiedenen Bodentiefen (2005 und 2006)

Das Bt-Toxin (Cry1Ab) verlagert sich nicht in tiefere Bodenbereiche sondern bleibt im Pflughorizont

A – Wendhausen B – AltlangsowC – Alt ZeschdorfD,E – Groß LüsewitzF - MallnowG - Hohenstein

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Toxin (Cry3Bb1) in BödenC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte,vTI Braunschweig

2 0 0 5

1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

Cry

3Bb1

- Pr

otei

n [n

g g-1

]

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

fre ie r B o d e nR h iz o s p h ä re n b o d e n

B B C H 2 0 B B C H 3 0 B B C H 6 0 B B C H 8 0 N a c h E rn te

2 0 0 6

M O N 8 8 0 1 7 P a rz e lle n1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

Cry

3Bb1

- Pr

otei

n [n

g g-1

]

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

fre ie r B o d e nR h iz o s p h ä re n b o d e n

2 0 0 7

M O N 8 8 0 1 7 P a rz e lle n1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8

Cry

3Bb1

- Pr

otei

n [n

g g-1

]

0 ,0

0 ,2

0 ,4

0 ,6

0 ,8

1 ,0

1 ,2

fre ie r B o d e nR h iz o s p h ä re n b o d e n Ø = 0,07 ± 0,08 ng g-1

Ø = 0,29 ± 0,14 ng g-1

Ø = 0,19 ± 0,1 ng g-1

Gehalte in freiem- und wurzelnahem Boden

2005-2007

Cry3Bb1 ist in Böden instabiler als Cry1Ab –keine Akkumulation bei wiederholtem Anbau von Bt-Mais über drei Jahre

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Bt-Toxin (Cry3Bb1) und BodenbakterienC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, vTI Braunschweig

% Ähnlichkeit

100

95908580757065605550454035

44454535337666677588188117722123

60 6 5 70

75

80

85

90

95

100

55

50

45

40

35

6 3 5 48 1 7 2

MON88017

DKC5143

DK315

Benicia

Bt-Mais

Genetische Fingerprints zeigen keine Veränderung der Bakteriengemeinschaften durch Bt-Toxin (Cry3Bb1)im Wurzelraum (Rhizosphäre)

SSCP-Technik, PCR von 16S rRNAGenen, BBCH60

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Wirkung von Cry3Bb1 auf NematodenS. Höss, Institut für Biodiversität-Netzwerk, Regensburg

• gemessene Cry3Bb1-Konzentrationen im Boden liegen weit unter dem für C. elegans wirksamen Konzentrations-bereich.

• Bodenproben vom Versuchsfeld mit MON88017 bestätigen die Risikoabschätzung:

Risikoabschätzung mittels Biotest mit Caenorhabditis elegans

→ Keine Toxizität der Bt-Mais-Bodenproben auf C. elegans in den Jahren 2005 und 2006.

→ Keine Unterschiede in der in situNematoden-Community im Jahr 2007.

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Effekte des Bt-Mais auf die BodenzönoseA. Toschki, M. Ross-Nickoll, RWTH Aachen

Ergebnis der Köderstreifen-Tests:

Fraßaktivität der Bodenorganismen zeigt• Sortenabhängigkeit nach der Ernte (2005, 2006)• Keine Unterschiede zur Zeit der Anthese (2007)

2005 20072006

128 Köderstreifen pro Ködertyp, 2048 Löcher, n=8

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Effekte von Bt-Mais auf Räuber streuzersetzender Dipteren O. Schlein, W. Büchs, S. Prescher, Julius Kühn-Institut Braunschweig

• Labor-Fraßversuche: Aufnahme von mit Bt-Mais gefütterten Beute-tieren könnte die Entwicklungsdauer der Larven von Prädatoren verlängern

D K 315Ben iciaIso (DK C5143)B t (M on 88017)

m aize cu ltivar

10

8

6

4

2

0

Mea

n tim

e un

til p

upat

ion

(day

s)

N = 80a

b

bab

Mittlere Entwicklungsdauer des 3. Larvenstadiums des Kurzflügel-käfers Atheta coriaria, getrennt nach Ernährungsgruppen.

Kurzflügelkäfer Athetacoriaria: Larve (o.) und

Imago (u.)

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Effekte von Bt-Mais auf streuzersetzender Dipteren O. Schlein, W. Büchs, S. Prescher, Julius Kühn-Institut Braunschweig

Zusammenfassung der Ergebnisse

• in 3 Jahren keine verminderten Schlupfzahlen der Dipteren im Bt-Mais

• keine verminderte Diversität im 1. Versuchsjahr (Simpson- und Shannon-Weaver-Index)

• Bt-Maisstreu wird im 2. Versuchsjahr im Freiland genau so gut zersetzt wie Maisstreu anderer Sorten

• Bt-Protein in Pflanzenteilen des Bt-Mais beeinträchtigt Trauermückenlarven nicht (getesteten Menge bis 16,45 µg/g Pflanze)

• Bt-Protein ist in Trauermückenlarven/-puppen und deren Prädatoren (Käfer) nachweisbar und wird in Nahrungskette weitergegeben

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Effekte von Bt-Mais auf Nicht-ZielorganismenJ. Leopold, M. Felke, G.-A. Langenbruch, J. Huber, JKI Darmstadt

Das im Labor mit Blattmaterial verfütterte Bt-Toxin Cry3Bb1 schädigt in hohen Toxinmengen die Larven von Nicht-Ziel-Blattkäfern (Abb.).Die im Feld von den Larven über den Pollen aufgenommene Toxinmenge ist jedoch zu gering, um derartig hoheWerte zu erreichen und die untersuchten Arten zu gefährden.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 (Kontrolle) 0,008 0,010 0,014 0,020 0,041

Toxinmenge [µg/Larve]

Mortalität [%] Mortalität des Ampferblattkäfers durch Cry3Bb1

Mor

talit

ät [%

]

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Nicht-Zielorganismen der Mais-KrautschichtS. Rauschen, S. Eber, RWTH Aachen

Weichwanze Trigonotylus caelestialium Kescherfänge

Mitt

lere

Anz

ahl/P

arze

lle

Trigonotylus Adulte Juli 2006

Mitt

lere

Anz

ahl/P

arze

lle

Trigonotylus Nymphen August 2006

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Nicht-Zielorganismen der Mais-KrautschichtS. Rauschen, S. Eber, RWTH Aachen

Maisblatt-Zikade Zyginidia scutellaris Kescherfänge/Klebetafeln

Zyginidia scutellaris

0

50

100

150

200250

300

350

400

450

500

Klebetafeln Juli 2005 Klebetafeln Juli 2006 Kescher August 2005 Kescher August 2006

Ges

amta

nzah

l

BT MON88017ISOGENICDK315Benicia

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Auswirkungen des Bt-Mais auf epigäische RaubarthropodenK. Priesnitz, M. Ross-Nickoll, LfL Freising/RWTH Aachen

050

100150200250300350400450

Isog

ene

Sort

eBt

-Mai

sBe

nici

a

DK31

5Is

ogen

e So

rte

Bt-M

ais

Beni

cia

DK31

5

Mitte

lwert

e d

er

Cara

bid

en /

Sort

e

Ergebnisse Laufkäfer Freilandversuch:

2005 2006

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Verbleib des Bt-Proteins entlang derNahrungskette:

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Mais Maiszünsler Laufkäfer

Bt

Gehalt in n

g/g

Mischprobe

n = 5

n = 8

Auswirkungen des Bt-Mais auf epigäische RaubarthropodenK. Priesnitz, M. Ross-Nickoll, LfL Freising/RWTH Aachen

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Freisetzungsbegleitende Sicherheitsforschung transgener Maissorten mit neuen Bt-Genen: Entwicklung und Validierung von Monitoringmethoden

(Koordination I. Schuphan, S. Eber, RWTH Aachen)

Fazit:

Verbleib im Boden:

• Bindung des Bt-Proteins an Bodenpartikel

• Keine Akkumulation/Verlagerung im Boden, sondern Abbau des Proteins

Effekte auf Nichtzielorganismen:

• keine Verringerung der Diversität/Dichten bei NZO in Bt-Mais, jedoch Sorteneffekte

• keine Verringerung der Streuzersetzung in Bt-Mais

• Aufnahme des Bt-Proteins durch NZO über Maisfraß oder über Fraß von Maisherbivoren, starke Verringerung der Bt-Gehalte entlang der Nahrungskette

• widersprüchliche Ergebnisse bei Fraßversuchen im Labor, im Freiland kein Effekt zu erwarten

BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“

Freisetzungsbegleitende Sicherheitsforschung transgener Maissorten mit neuen Bt-Genen: Entwicklung und Validierung von Monitoringmethoden

(Koordination I. Schuphan, S. Eber, RWTH Aachen)

Vielen Dank für Ihre

Aufmerksamkeit

Unser Dank geht an:

Verbundpartner

mit Mitarbeitern

Versuchsfeldleiter mit Feldarbeitern

Überwachungsbe-hörde

Alle Helfer und -Helferinnen

und, und …..