Ökologische Auswirkungen von insektenresistentem Bt-Mais auf verschiedene Insekten und den Maiszünsler

(1999 – 2002) RWTH Aachen, Lehrstuhl für Biologie V, Aachen; Biologische Bundesanstalt für Land- und Forstwirtschaft (BBA) (seit 2008 Julius Kühn-Institut (JKI)), Institut für biologischen Pflanzenschutz, Darmstadt

Thema

In Bezug auf Bt-Mais, der über eine Resistenz gegen den Maiszünsler verfügt, werden zwei Problembereiche diskutiert: die Wirkung des Bt-Toxins auf andere Insekten (Nicht-Zielorganismus) und eine mögliche Resistenzbildung beim Maiszünsler. Beide wurden in dem aus zwei teilen bestehenden Projekt bearbeitet.

Im einzelnen wurden folgende Fragestellungen untersucht:

  • Haben Bt-Maispollen eine schädliche Wirkung auf andere Schmetterlingsraupen?
  • Gibt es zwischen gentechnisch verändertem Bt-Mais und konventionellen Mais Unterschiede im Vorkommen von Arthropoden (Gliederfüßlern) sowie von Blattläusen und deren Gegenspielern?
  • Führt die Maiszünsler-Resistenz zu einem geringeren Befall mit Pilzen (Fusarien) und damit zu einer geringen Belastung der Maispflanzen mit giftigen Stoffwechselprodukten der Pilze (Mykotoxine)?

In Zusammenhang mit der Wirkung des Bt-Toxins auf den zu bekämpfenden Schädling ging es um folgende Fragen:

  • Es sind verschiedene transgene Maislinien mit unterschiedlichen Varianten des Bt-Toxins entwickelt worden. Sind bei Maiszünsler-Populationen Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber den Bt-Maislinien zu beobachten?
  • Wie häufig sind Maiszünsler, die gegenüber dem Bt-Toxin resistent sind?
  • Kann unter Laborbedingungen bei Maiszünslern eine Resistenz gegen Bt-Toxine hervorgerufen werden?

Die einzelnen Teilprojekte verstehen sich als Vorarbeiten zur Entwicklung geeigneter Monitoring-Konzepte zur Umweltbeobachtung von Bt-Mais.

Zusammenfassung

Kohlweissling
Maiszünsler: männlicher Falter

Wirkungen des Bt-Toxins auf Nicht-Zielorganismen: Kohlweißling (oben), Blattläuse (Mitte), Zielorganismus Maiszünsler (unten)

Auswirkungen auf Nicht-Zielorganismen. Pollen einer transgenen Maislinie beeinträchtigte Kohlmotten- und Kohlweißlingslarven. Larven einer Erdeulenart (Raupen, die sich im Boden verpuppen) wurden nicht merklich geschädigt.

Die Wahl der Maisvarianten – Bt-Mais oder eine konventionell isogene Vergleichssorte – hatte keinen erkennbaren Einfluss auf das Vorkommen von Arthropoden, Blattläusen und deren Gegenspielern.

Pilzbefall. Unter Zünslerbefall lag der Gehalt eines bestimmten Pilzgiftes (Mykotoxin) bei Bt-Maispflanzen etwa um die Hälfte niedriger als bei konventionellen Maispflanzen. Jedoch wurde der Gehalt eines anderen Mykotoxin-Typs in den Körnern durch Bt-Mais nicht wesentlich reduziert.

Auswirkung auf Maiszünsler. Die verschiedenen Populationen unterschieden sich nicht in der Empfindlichkeit gegenüber dem Bt-Toxin.

Resistenzbildung. Keine der in Bt-Maisfeldern gesammelten Larven war gegenüber dem Bt-Toxin resistent.

Versuchsbeschreibung

Das Projekt umfasst Laboruntersuchungen und die Auswertung von Freisetzungsversuchen in verschiedenen Anbauregionen.

Bei den Freilandversuchen wurden verglichen:

  • transgener Bt-Mais
  • isogene Maislinie als Vergleich
  • konventioneller Mais, der mit chemischen Insektiziden behandelt wurde.

Fütterungsversuche mit Bt-Maispollen

Eine mögliche Toxizität wurde in Biotests (Fütterungsversuchen) überprüft. Das Bt-Toxin für diese Versuche wurde gentechnisch in E.coli-Bakterien hergestellt.

Vorkommen von Nicht-Zielorganismen auf Maispflanzen

Im Labor wurden Maispflanzen der Versuchsfelder auf Unterschiede im Besatz von Spinnen und Insekten untersucht. Verglichen wurde Bt-Mais, die isogene Vergleichslinie mit und ohne Einsatz von chemischen Insektiziden.

Alle zwei Wochen wurde an Bt-Maispflanzen und isogenen Vergleichslinien (beide ungespritzt) verschiedene Blattlausarten gezählt.

Pilzbefall und Belastung der Maiskolben mit Mykotoxinen

An fünf Mais-Standorten wurde bei der Ernte jeweils eine Probe genommen und auf ausgewählte Mykotoxine untersucht.

Hintergrund ist, dass durch die Fraßgänge des Maiszünslers sich leichter Pilze auf dem Maiskolben ansiedeln können, darunter auch solche, sie starke Gifte (Mykotoxine) produzieren. Bt-Mais, so die These, wird weniger stark von Pilzen befallen. Bt-Maiskolben sollten daher einen geringeren Mykotoxin-Gehalt aufweisen.

Empfindlichkeit der Maiszünsler auf Bt-Toxin-Varianten

Maiszünslerlarven wurden gesammelt und im Labor gezüchtet. Es wurde getestet, ob diese auf die verschiedenen Bt-Varianten unterschiedlich reagieren. Einbezogen waren zwei in der EU zugelassene Bt-Maislinen (Bt176 und Mon 810) sowie ein konventionelles Bt-Präparat.

Resistenzbildung bei Maiszünslern

Die Larven der gezüchteten Maiszünsler wurden in jeder Generation auf Bt-behandeltem Futter oder auf Bt-Pflanzen gehalten.

In Bt-Maisfeldern muss durch Beimischungen im Saatguts mit zwei Prouent nicht-transgenen Pflanzen gerechnet werden, in denen sich Maiszünsler entwickeln können. Diese wurden gesammelt und auf eine Resistenzbildung untersicht.

Ergebnisse

Fütterungsversuche mit Bt-Maispollen

Pollen der transgenen Maislinie Bt-176 erhöhte bei Kohlmotten- und Kohlweißlingslarven die Sterblichkeit und reduzierte Fraß und Wachstum.

Die Larven einer Erdeulenart (Agrotis segetum) wurden nicht merklich geschädigt.

Vorkommen von Nicht-Zielorganismen auf Maispflanzen

Arthropoden bevorzugten keine der drei Mais-Varianten. Zudem waren keine eindeutigen Effekte zu erkennen, die auf das Anbauverfahren (Einsatz von Pflanzenschutzmitteln) zurückzuführen sind.

Kleinere Unterschiede im Auftreten der beiden häufigsten Getreideblattlausarten (Metopolophium dirhodum und Rhopalosiphum padi) auf den beiden Mais-Varianten waren statistisch nicht abzusichern.

Es zeigten sich keine Auswirkungen auf die Artenvielfalt der Gegenspieler.

Die verschiedenen Maislinien hatten keinen Einfluss auf das Vorkommen von Springschwänzen.

Pilzbefall und Belastung der Maiskolben mit Mykotoxinen

Unter Maiszünslerbefall war der Gehalt eines bestimmten Mykotoxins (Moniliformin) in der isogenen und der konventionellen Sorte doppelt so hoch wie im Bt-Mais.

Bei einem von anderen Pilzen produzierten Mykotoxin-Typ (DON = Desoxynivalenol) war auf Bt-Mais keine signifikante Verringerung der Belastung festzustellen. Gegenüber konventionellem Mais reduzierte Bt-Mais den Gehalt an DON in den Körnern nicht wesentlich, da die entsprechenden Pilzarten in Mitteleuropa auch ohne Maiszünslerbefall häufig die Maiskolben besiedeln.

Empfindlichkeit der Maiszünsler auf Bt-Toxin-Varianten

Bisher wurden keine Hinweise gefunden, dass Zünsler auf die Bt-Varianten unterschiedlich reagieren.

Resistenzbildung bei Maiszünslern

Die Zünslerzucht befindet sich in der vierten Generation und wird fortgesetzt. Bisher konnten keine resistenten Tiere gefunden werden.

Keine der gesammelten Larven erwies sich auf Bt-Mais als resistent.