15.08.2008

Forschung Projekte

Überdauerung des Bt-Toxins Cry1Ab auf Anbauflächen mit Bt-Mais

(2004 – 2007) Bundesforschungsanstalt für Landwirtschaft (FAL) (seit 2008 Johann Heinrich von Thünen-Institut (vTI)), Institut für Agrarökologie, Braunschweig

Thema

In einem vorhergehenden Sicherheitsforschungsprojekt mit Bt-Mais (MON810) wurde bereits gezeigt, dass das Bt-Toxin (Cry1Ab) über die Wurzeln und Pflanzenreste in den Boden gelangt und geringfügige Mengen des Proteins eine Vegetationsperiode überdauern können.

In diesem Projekt wurde untersucht, wie lange das Cry1Ab-Protein noch auf den ehemaligen Anbauflächen nachgewiesen werden kann und ob der Bodentyp oder die Art der Bodenbearbeitung diese Überdauerung beeinflussen.

Aus der Bewertung der verschiedenen Einflussfaktoren lassen sich Prognosen zur Überdauerung des Cry1Ab-Proteins in unterschiedlichen Böden ableiten.

Zusammenfassung

Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für die Erarbeitung von Regeln zur Koexistenz von Maisanbau mit und ohne Gentechnik.

• Im Wurzelboden waren die Cry1Ab-Gehalte im Mittel über 30.000-mal niedriger als in den Wurzeln. Damit lagen die Konzentrationen von Cry1Ab insgesamt um ein Vielfaches unterhalb bekannter Wirkungsschwellen.
• Ein geringer Cry1Ab-Eintrag im freien Boden wird auf Pollen oder Feinwurzeln zurückgeführt.
• 15 Monate nach der Ernte wurde an keinem Standort mehr Cry1Ab gefunden.
• Es wurde keine Verlagerung des Cry1Ab in tiefere Bodenschichten beobachtet.
• Es besteht eine exponentielle Abhängigkeit zwischen dem Cry1Ab-Gehalt und der Wasserkapazität des Bodens.
• Es wurde gezeigt, dass ein Teil des Cry1Ab-Toxins zu CO₂ mineralisiert, ein Anteil in die Biomasse eingebaut wird und der Rest in Abhängigkeit des Tongehaltes am Boden adsorbiert wurde.

Versuchsbeschreibung

Für die Untersuchung des Bt-Gehaltes wurden insgesamt 15 Bt-Maisanbauflächen ausgesucht. Vier Felder sind ehemalige Bt-Maisfelder, während auf den restlichen Flächen ab 2005 erstmals Bt-Mais angebaut wurde. Zwei der Versuchsfelder wurden zwei bzw. drei Jahre in Folge mit Bt-Mais bestellt.

Auf jedem Feld wurden an sieben bis zehn Messpunkten jeweils Mischproben von wurzelfreiem Boden, den Wurzeln anhaftendem Boden (Rhizosphäre) und Wurzeln genommen.

Die ehemaligen Anbauflächen wurden im Sommer beprobt. Auf den anderen Flächen erfolgten die Probenahmen erstmals zur Blütezeit des Bt-Maises, dann vier bis sechs Wochen nach der Ernte und danach zweimal jährlich im Frühjahr und Herbst.

Quantifizierung des Cry1Ab-Proteins

Mit Hilfe einer im vorhergehenden Projekt neu optimierten Nachweismethode (ELISA) wurden die Cry1Ab-Gehalte in freiem Boden, Wurzelboden und Wurzeln bestimmt (Nachweisgrenze 0,01 Nanogramm pro Gramm Boden Trockengewicht).

Cry1Ab-Gehalte in verschiedenen Bodentiefen

Auf allen Feldern wurden die Cry1Ab-Konzentrationen vier bis sechs Wochen nach der Ernte im freien Boden in verschiedenen Bodentiefen ermittelt, um eine mögliche Verlagerung des Cry1Ab im Feld zu untersuchen.

Bestimmung der Bodenparameter

Zum Zeitpunkt der Probenahmen wurden Daten zu Struktur und Biologie der Böden erhoben. Es sollte geprüft werden, ob diese mit den ermittelten Cry1Ab-Gehalten in Korrelation stehen.

Neben dem pH-Wert und der Wasserkapazität wurden auch weitere Parameter wie Kohlenstoff/Stickstoff-Gehalt, Kationenaustauschkapazität, Korngröße und mikrobielle Biomasse erfasst.

Abbau des Cry1Ab-Proteins in Böden

Unter Laborbedingungen wurde mit Hilfe von markiertem Cry1Ab-Protein der Abbau und die Verlagerung des Proteins in Böden verfolgt.

Ergebnisse

Quantifizierung des Cry1Ab-Proteins

In den Wurzeln waren die Cry1Ab-Gehalte im Mittel über 30.000-mal höher als im Wurzelboden.

Beim Vergleich der Cry1Ab-Gehalte in Wurzel- und Wurzelboden gab es in allen drei Jahren keine Korrelation. Die unterschiedlichen Konzentrationen im Wurzelboden sind vermutlich von Standortfaktoren abhängig, die weiter untersucht werden sollten. Zwischen den Standorten zeigten sich signifikante Unterschiede.

An zwei Feldern konnte 2005 wegen der Bodenbearbeitung im Herbst kein Wurzelboden mehr untersucht werden.

Im freien Boden war Cry1Ab im Sommer 2005 mit Ausnahme eines Feldes nicht nachweisbar. Im Sommer 2006 und 2007 wurden auf allen Flächen geringe Mengen Cry1Ab im freien Boden gemessen, was auf Cry1Ab-Eintrag über Pollen oder Feinwurzeln zurückzuführen sein könnte. Insgesamt waren die Konzentrationen von Cry1Ab wie schon aus vorherigen Untersuchungen bekannt, um ein Vielfaches unterhalb bekannter Wirkungsschwellen.

Überdauerung des Cry1Ab-Proteins im Boden

Vier bis sechs Wochen nach der Ernte waren die Cry1Ab-Gehalte im freien Boden (0,01 bis 0,09 Nanogramm pro Gramm) höher als im Sommer, was auf eine Zersetzung des Pflanzenmaterials nach der Ernte hindeutet. Schon sechs Monate später wurden nur noch auf drei Feldern geringe Cry1Ab-Gehalte nachgewiesen. 15 Monate nach der Ernte wurde an keinem Standort mehr Cry1Ab gefunden.

Cry1Ab-Gehalte in verschiedenen Bodentiefen

Auf fast allen Feldern wurde nur im Pflughorizont (0-40 Zentimeter) das Cry1Ab-Protein nachgewiesen und dabei der größte Teil in den oberen zwanzig Zentimetern. Ab vierzig Zentimetern Tiefe wurden nur auf drei von sieben Feldern Spuren von Cry1Ab-Protein (weniger als 0,01 Nanogramm pro Gramm) nachgewiesen. Demnach findet auf den untersuchten Fläche keine Verlagerung des Cry1Ab in tiefere Bodenschichten statt.

Bestimmung der Bodenparameter

Die pH-Werte korrelierten in allen drei Jahren nicht mit den Cry1Ab-Gehalten der jeweiligen Wurzelböden.

Die bereits in den Vorjahren ermittelte exponentielle Abhängigkeit zwischen Cry1Ab-Gehalt und Wasserkapazität wurde mit den Daten aus 2007 bestätigt. Die Wasserkapazität ist hauptsächlich abhängig von der Korngröße und dem Gehalt an organischer Substanz. Entsprechend zeigte sich die Abhängigkeit des Cry1Ab-Gehaltes auch gegenüber den Korngrößenanteilen (Sand, Schluff, Ton), der Kationenaustauschkapazität sowie dem Gesamtkohlenstoffgehalt.

Abbau des Cry1Ab-Proteins in Böden

Der Abbauversuch zeigt insgesamt, dass dreißig bis fünfzig Prozent des zugegebenen Cry1Ab-Toxins innerhalb eines Monats abgebaut wurden und der Abbau danach weitergeht. In Abhängigkeit der Ausgangskonzentration lagen nach einem Monat nur noch 0,007 bzw. 0,01 Prozent der zugegebenen Cry1Ab-Gesamtmenge im Boden als bioverfügbares biologisch aktives Toxin vor. Es konnte nachgewiesen werden, dass ein Teil des Cry1Ab-Toxins zu CO₂ mineralisiert, ein Anteil in die Biomasse eingebaut wird und der Rest in Abhängigkeit des Tongehaltes am Boden adsorbiert wird.