Bt-Mais - ein Risiko für Umwelt und Biodiversität...C. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P. Möbus, vTI Braunschweig Zeitlicher Verlauf des Cry1Ab-Gehaltes im Boden (2005 und

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)


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


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


Bt-Mais MON88017

• Resistenz gegen Westlichen Mais-wurzelbohrer Diabrotica

• Hohe Proteinexpression in den Wurzeln

• Expression von Bt-Protein Cry3Bb1

• Herbizidresistenz (Glyphosat)


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


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



Erfassungsmethoden für die Erfassungsmethoden für die EntomofaunaEntomofauna

KlebefallenGelbschalen

BoniturenKescherfänge

Kolbenproben

Klopfproben


Experimentelle und LabormethodenExperimentelle und Labormethoden

Terrestrische Modell Ökosysteme

Gewächshausversuche

Käfigversuche

Fraßversuche

ELISA

(Antikörpertest)


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]


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


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)



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



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


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


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


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.


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


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.)


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


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 [%

]


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


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


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


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


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


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 …..

Documents

Bt-Mais - ein Risiko für Umwelt und Biodiversität...C. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P. Möbus, vTI Braunschweig Zeitlicher Verlauf des Cry1Ab-Gehaltes im Boden (2005 und