23.08.2011

Forschung Mais

Verbleib oder Abbau von Bt-Protein im landwirtschaftlichen Kreislauf?

Beim Anbau von gentechnisch verändertem Bt-Mais gelangt Bt-Protein über Wurzelausscheidungen, Ernterückstände und Pollenablagerungen in den Boden. Wird Bt-Mais als Futter von Rindern eingesetzt, könnte das Bt-Protein auch über das Ausbringen der Gülle in den Boden gelangen. Wissenschaftler der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft und der Technischen Universität München haben erstmals den Verbleib des Bt-Proteins über den gesamten landwirtschaftlichen Kreislauf untersucht – also vom Anbau über die Verfütterung, das Ausbringen der Gülle und im nachfolgenden Aufwuchs. Dabei konnten sie auch wichtige Erkenntnisse über den Abbau bzw. den Verbleib von Bt-Protein im Boden nach Langzeitanbau gewinnen.

Der Boden ist Produktionsgrundlage für die Landwirtschaft und ein komplexes Ökosystem, in dem die einzelnen Komponenten in enger Wechselbeziehung stehen. Organische Substanzen wie z.B. die Proteine konkurrieren um Bindungsplätze im Boden oder sie werden durch chemische oder mikrobiologische Prozesse abgebaut. So auch das Bt-Protein Cry1Ab aus Bt-Mais MON810, das gegen den Maiszünsler wirkt. Es ist bekannt, dass das Bt-Protein vor allem nach der Ernte über verrottende Pflanzenreste in den Boden gelangt. Doch in welchen Mengen dies stattfindet und ob es sich bei Daueranbau anreichern kann, das hat Helga Gruber, Doktorandin an der LfL und der TUM, nun erstmalig untersucht. Dazu standen ihr Versuchsflächen zur Verfügung, auf denen während des Projektzeitraumes bereits im achten und neunten Jahr Bt-Mais MON810 in Folge angebaut wurde. Diese Standorte waren daher sehr gut geeignet, eine mögliche Anreicherung des Bt-Proteins zu untersuchen. Zum Vergleich wurde auf den Versuchsflächen auch die isogene (nicht gentechnisch veränderte) Ausgangssorte angebaut.

Im Herbst wurden die Pflanzen geerntet. Spross- und Wurzelreste, sowie Maisstoppeln verblieben auf dem Feld und wurden dort wieder eingearbeitet. Die Bodenproben wurden jeweils nach der Ernte und vor der neuen Aussaat genommen, daraus das Protein extrahiert und in den Extrakten das Bt-Protein mit einer hochempfindlichen und spezifischen Proteinnachweismethode (ELISA) analysiert.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass über Erntereste eingebrachtes Bt-Protein im Boden schnell abgebaut wird. Wir konnten keine Anreicherung des Proteins auf den Langzeitversuchsflächen feststellen. Im Frühjahr vor der nächsten Maisaussaat war das Bt-Protein auf keiner der Flächen mehr nachweisbar“, so Helga Gruber.

Das Ziel: Vergleichbare Messdaten

Der sensitive ELISA-Nachweistest wurde im Vorfeld für tierisches Untersuchungsmaterial aus einem Fütterungsversuch mit Bt-Mais am Lehrstuhl für Physiologie (Prof. Heinrich H.D. Meyer) der TUM entwickelt und nach einer EU-Richtlinie validiert. Der Test wurde dann in Folge auch für den Nachweis von Cry1Ab in anderen Probematerialien wie Futtermittel, Gülle, Boden und Erntegut überprüft und eingesetzt. „Durch diese Validierung war die Vergleichbarkeit der erhobenen Daten gewährleistet und wir konnten den Abbau des Bt-Proteins über die verschiedenen Probenmaterialien hinweg verfolgen“, erklärt Helga Gruber.

Bt-Proteine werden – wie andere Proteine auch – im Boden gebunden und könnten auch in dieser Form eine insektizide Wirkung auf Nicht-Zielorganismen haben. „Doch wie hoch die insektizide Wirkung des eventuell im Boden gebundenen Bt-Proteins tatsächlich ist, kann nur in einem Bioassay geklärt werden. Daher haben wir in Zusammenarbeit mit Dr. Sebastian Höss (Fa. Ecossa, Starnberg) auch Nematoden-Bioassays mit Böden von unseren Bt-Mais-Standorten durchgeführt, unter anderem mit Bodenproben, in denen wir das Bt-Protein nachgewiesen haben. Die Auswertung dieser Versuche wird in Kürze publiziert.“

Weder Bt-Protein, noch gentechnisch veränderte DNA in der Milch nachweisbar

Mais wird zur Fütterung von Tieren eingesetzt, die Lebensmittel liefern. Daher hat Dr. Patrick Gürtler in einem weiteren Projekt untersucht, welche Auswirkungen die langfristige Fütterung von Milchkühen mit Bt-Mais haben könnten. Dazu wurden jeweils 18 Kühe 25 Monate lang mit gentechnisch verändertem Mais bzw. mit nicht-gentechnisch verändertem Mais gefüttert. Über diesen Zeitraum hinweg wurde die Milchleistung der beiden Gruppen verglichen und verschiedene Stoffwechselparameter und die Tiergesundheit untersucht. „Der Einsatz von Bt-Mais hatte dabei keinen Einfluss auf die Futteraufnahme, Milchleistung und Tiergesundheit oder auf Leistungs- und Stoffwechselparameter“, fasst Dr. Gürtler zusammen.

Neben diesen Parametern wurden außerdem Proben von Blut, Kot, Harn und Milch genommen und auf gentechnisch veränderte DNA und Bt-Protein hin untersucht. Doch weder im Blut, noch im Harn konnten Bestandteile davon nachgewiesen werden. Auch im Kot konnte keine cry1Ab-DNA nachgewiesen werden, allerdings schieden die Tiere das Bt-Protein über den Kot aus, so dass es in die Gülle gelangt. „Was die Milch der Kühe betrifft, so können wir zusammenfassen, dass weder das Bt-Protein, noch die gentechnisch veränderte DNA in der Milch nachweisbar waren. Folglich konnte kein Übergang dieser Bt-Mais-Komponenten vom Futter in die Milch der Tiere festgestellt werden.“

„Kein Hinweis auf den Eintrag von gentechnisch veränderter DNA in den Boden über Gülle“

Da Bt-Protein und cry1Ab-DNA auch über Gülle in den Boden gelangen könnten, wurde auch dieser landwirtschaftliche Eintragspfad untersucht. Ziel war es, erstens zu klären, ob generell ein Eintrag dieser Verbindungen über Gülle zu beobachten ist. Zweitens war es wichtig, das Bt-Protein mit einer Methode über den gesamten landwirtschaftlichen Prozess quantitativ zu erfassen, um eine Aussage darüber zu treffen, in welchem Ausmaß das Bt-Protein bei den einzelnen Schritten abgebaut wird.

Im Rahmen der Langzeitfütterungsstudie mit Bt-Mais MON810 wurde ein Feldversuch mit der Gülle von Kühen der mit Bt-Mais gefütterten Gruppe und der Kontrollgruppe durchgeführt. Dazu wurde die Gülle aus unterschiedlicher Fütterung zeitlich getrennt gesammelt, in Tanks gelagert und zu definierten praxisüblichen Zeitpunkten auf Grünland- und Maisversuchsflächen ausgebracht. Die Futtermittel, die Gülle der Kühe, der Boden der gedüngten Parzellen und der Aufwuchs wurden dann sowohl auf cry1Ab-DNA als auch auf Bt-Protein hin untersucht.

In der Gülle konnten Helga Gruber und ihr Team keine cry1Ab-DNA, jedoch sehr geringe Mengen des Bt-Proteins nachweisen. „Das ist auf unvollständig verdautes Bt-Maispflanzenmaterial zurückzuführen“, erklärt Helga Gruber. Dieses Bt-Protein wurde auch während der Gülle-Lagerung nicht vollständig abgebaut.

Die Wissenschaftlerin konnte aber zeigen, dass mehr als 95 Prozent des Bt-Proteins bei der Verarbeitung der Maispflanzen zu Futtermitteln zerstört wird und somit bereits im Futtermittel weitaus geringere Gehalte des insektiziden Proteins als in der Maispflanze auf dem Feld zu finden sind.

Nachdem die Gülle auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht worden war, konnte das Bt-Protein im Boden nicht mehr nachgewiesen werden, da ein schneller Abbau der Gülle im biologisch aktiven Boden erfolgte. Auch in der Ernte (Grasschnitt und Mais der isogenen Ausgangsorte) war kein Bt-Protein nachweisbar.

„Mit diesem Projekt haben wir erstmalig den Abbau und Verbleib des Bt-Proteins im gesamten Kreislauf des Güllemanagements eines Bt-Mais MON810 anbauenden und verfütternden Betriebes verfolgt. Als wichtigstes Ergebnis haben wir gezeigt, dass sich einerseits das Bt-Protein durch Langzeitanbau im Boden nicht anreichert, und andererseits nur minimale Restmengen an Bt-Protein mit der Gülle auf landwirtschaftliche Flächen aufgebracht werden. Dort wird das restliche Bt-Protein so schnell abgebaut, dass es nicht über das Erntegut wieder in die Fütterung gelangt“, fasst Helga Gruber die Ergebnisse zusammen.