Bt-Mais - ein Risiko für Umwelt und Biodiversität...C. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, P....
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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
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29,5
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1935 2001in
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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
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Bt-Mais MON88017
• Resistenz gegen Westlichen Mais-wurzelbohrer Diabrotica
• Hohe Proteinexpression in den Wurzeln
• Expression von Bt-Protein Cry3Bb1
• Herbizidresistenz (Glyphosat)
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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
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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
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BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“
Erfassungsmethoden für die Erfassungsmethoden für die EntomofaunaEntomofauna
KlebefallenGelbschalen
BoniturenKescherfänge
Kolbenproben
Klopfproben
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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
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[ng g
-1 T
on]
0
1000
2000
3000
4000
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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
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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)
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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
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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
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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
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3Bb1
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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
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Cry
3Bb1
- Pr
otei
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g g-1
]
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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
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Bt-Toxin (Cry3Bb1) und BodenbakterienC. Tebbe, R. Mietling-Graff, S. Baumgarte, vTI Braunschweig
% Ähnlichkeit
100
95908580757065605550454035
44454535337666677588188117722123
60 6 5 70
75
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95
100
55
50
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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
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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.
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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
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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
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0
Mea
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N = 80a
b
bab
Mittlere Entwicklungsdauer des 3. Larvenstadiums des Kurzflügel-käfers Atheta coriaria, getrennt nach Ernährungsgruppen.
Kurzflügelkäfer Athetacoriaria: Larve (o.) und
Imago (u.)
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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
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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 [%
]
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Nicht-Zielorganismen der Mais-KrautschichtS. Rauschen, S. Eber, RWTH Aachen
Weichwanze Trigonotylus caelestialium Kescherfänge
Mitt
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Anz
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Trigonotylus Adulte Juli 2006
Mitt
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Trigonotylus Nymphen August 2006
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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
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Klebetafeln Juli 2005 Klebetafeln Juli 2006 Kescher August 2005 Kescher August 2006
Ges
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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
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Ergebnisse Laufkäfer Freilandversuch:
2005 2006
BMBF Tagung 2008„Neue Herausforderungen für die biologische Sicherheitsforschung“
Verbleib des Bt-Proteins entlang derNahrungskette:
0
1000
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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
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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
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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 …..