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Risikobewertung von gentechnisch verändertem Mais im Hinblick auf ausgewählte Schmetterlinge der Agarlandschaft = Risk assessment of genetically engineered maize with regard to selected butterflies in the agricultural landscape



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mechthild Schuppener

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangIII, 133 S. : Ill., graph. Darst., Kt.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2011. - Publikationsjahr: 2012


Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-11-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39263
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62906/files/3926.pdf

Einrichtungen

  1. Fachgruppe Biologie (160000)
  2. Lehrstuhl und Institut für Biologie III (Pflanzenphysiologie) (161510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biologische Sicherheit (Genormte SW) ; Kleiner Fuchs (Genormte SW) ; Tagpfauenauge (Genormte SW) ; Transgene Pflanzen (Genormte SW) ; Gentechnisch veränderter Organismus (Genormte SW) ; Bt-Mais (Genormte SW) ; Risikoanalyse (Genormte SW) ; Agrarlandschaft (Genormte SW) ; Mais (Genormte SW) ; Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Nichtziel-Organismen (frei) ; environmental risk assessment (frei) ; non-target organism (frei) ; stacked Bt-maize (frei) ; Aglais urticae (frei) ; Inachis io (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Gentechnisch veränderte (gv) Pflanzen gewinnen in der Landwirtschaft weltweit zunehmend an Bedeutung. Eine der wichtigsten Eigenschaften von gv-Pflanzen ist die Resistenz gegenüber verschiedenen Schadinsekten. Hierbei werden durch eingeführte Gene aus dem Bakterium Bacillus thuringiensis (Bt) in Kulturpflanzen Proteine exprimiert, welche toxisch auf bestimmte Schädlinge wirken. Ein Beispiel ist Bt-Mais mit einer Resistenz gegenüber dem Maiszünsler (Ostrinia nubilalis Hübner). Lepidopteren-spezifischer Mais stellt jedoch auch ein potentielles Risiko für Nichtziel-Schmetterlinge dar: Wenn die insektentoxischen Proteine im Pollen exprimiert werden und dieser sich auf Wirtspflanzen von Nichtziel-Schmetterlingsarten ablagert, können schädliche Auswirkungen bei Aufnahme des Pollens durch die Larven nicht ausgeschlossen werden. Um das tatsächliche Risiko zu bewerten, müssen zum einen die Wahrscheinlichkeit der Exposition gegenüber dem Stoff und zum anderen der hierdurch verursachte Schaden untersucht werden. Studien, die sich mit den Auswirkungen von Bt-Maispollen auf nicht-europäische Nichtziel-Schmetterlinge befassen, liegen inzwischen vielfach vor. Komplexere Risikoanalysen mit europäischen Arten, die sowohl den Schaden als auch die Exposition im Feld einschließen, fehlen jedoch bisher für die zur Zeit in der Umweltrisikoprüfung befindlichen Bt-Maisevents. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, für zwei europäische Nichtziel-Schmetterlingsarten exemplarisch eine Risikoanalyse gegenüber einer Maissorte mit Lepidopteren-spezifischen Proteinen durchzuführen. Dabei sollten auch methodische Vorschläge für ein anbaubegleitendes Monitoring erarbeitet werden. Als Untersuchungsarten wurden der Kleine Fuchs (Aglais urticae L.) und das Tagpfauenauge (Inachis io L.) ausgewählt, da sie in agrarisch genutzten Landschaften in Mitteleuropa häufig vorkommen und die Entwicklung ihrer Larven auch während der Maisblüte stattfindet. Pollen der Maislinien DKc 5143-Bt (MON89034 x MON88017), der nah-isogenen Linie DKc 5143 und der konventionellen Sorte Benicia wurden auf Blattscheiben der Larvenwirtspflanze, der Brennnessel (Urtica dioica L.), aufgetragen und mögliche Effekte auf Larven von A. urticae und I. io in Fraßversuchen im Labor untersucht. Um die Exposition der Larven zu quantifizieren, wurde die Pollendichte auf Brennnesselblättern in verschiedenen Himmelsrichtungen und Entfernungen um ein Maisfeld herum erfasst. Zudem wurden in zwei verschiedenen Regionen die Schmetterlingsnester zur Zeit der Maisblüte kartiert und die Entfernung der Neststandorte zum nächsten Maisfeld gemessen. Die Fraßversuche mit A. urticae zeigten bei Pollendichten zwischen 200 und 400 Pollen/cm2 erste signifikante Unterschiede zwischen der Bt-Gruppe und den Vergleichsgruppen in Bezug auf die Fraßaktivität, die Entwicklungsgeschwindigkeit sowie die Mortalität, jedoch nicht bei I. io. Die Erfassung der Pollendeposition ergab durchschnittlich 34 Pollen/cm2 (Max.=212 Pollen/cm2) auf den Brennnesselblättern unmittelbar am Feldrand. In 5 m Entfernung betrug die mittlere Pollendichte nur noch 3 Pollen/cm2 (Max.=22 Pollen/cm2). Die Kartierungen zeigten, dass sich abhängig von der Verteilung der Futterpflanzen und der Maisanbauintensität in einer Region mehr als 60% der Nester in einer Entfernung von 0-5 m zum nächsten Maisfeld befanden, während in einer zweiten Region mehr als 50% der Nester in über 100 m zum nächsten Maisfeld lagen. Während in den Laborversuchen Effekte auf die Larven festgestellt werden konnten, erwies sich die Exposition im Feld als sehr gering. Daher kann das Umweltrisiko für A. urticae und I. io durch MON89034 x MON88017 als vernachlässigbar eingeschätzt werden. Die Kartierung der gut sichtbaren Nester von A. urticae und I. io in Verbindung mit Analysen der Daten in einem Geographischen Informationssystem kann als Methode für ein anbaubegleitendes Monitoring empfohlen werden. Dabei sollten Kartierungen in verschiedenen Regionen mit unterschiedlicher Maisanbauintensität durchgeführt werden.

The cultivation of genetically engineered maize expressing lepidopteran-specific Bt proteins poses a potential risk for non-target butterflies. For a comprehensive environmental risk assessment (ERA) both hazard and exposure have to be considered. To assess hazard it is essential to determine the toxicity of the Bt proteins contained in maize pollen. To estimate exposure the dispersion of maize pollen by wind and its deposition on the host plants of non-target butterfly larvae have to be measured. Furthermore, data on the occurrence of larvae in the field during the time of maize anthesis are required. The aim of this work was to conduct an ERA for two selected European non-target butterfly species, Aglais urticae and Inachis io, and the stacked Bt maize DKc 5143-Bt (MON89034 x MON88017), expressing the lepidopteran-specific Cry proteins Cry1A.105 and Cry2Ab2, and the coleopteran-active Cry3Bb1. In addition, methods for a post-market environmental monitoring (PMEM) were developed and assessed. In laboratory feeding studies larvae were fed leaf discs of their host plant Urtica dioica treated with different amounts of pollen of the Bt maize. Pollen of the near-isogenic line DKc 5143 and the conventional line Benicia, and pure water served as controls. To quantify the exposure of larvae the pollen density on U. dioica leaves was assessed in different distances and all directions around a maize field. In addition, butterfly nests were mapped in two different agrarian regions during maize anthesis with emphasis on the distances of nests to maize fields. The feeding studies with A. urticae showed first significant differences between the Bt treated group and the control groups at pollen doses between 200 and 400 grains/cm2 for feeding activity, developmental time and mortality. No effects on I. io were observed at the tested pollen densities. The pollen density found on U. dioica leaves was 34 grains/cm2 on average (max.=212 grains/cm2) directly at the maize field margin. In a distance of 5 m the mean pollen density was only 3 grains/cm2 (max.=22 grains/cm2). In one region more than 60% of the butterfly nests were located in distances of between 0 and 5 m to the next maize field, while in the other region more than 50% of nests were located in more than 100 m to the nearest maize field. While the laboratory feeding studies showed sublethal and lethal effects on larvae after feeding on Bt maize pollen, exposure in the field was very low. In conclusion, the environmental risk for A. urticae and I. io posed by event MON89034 x MON88017 can be regarded as negligible. The mapping of the easily recognisable nests of A. urticae and I. io in combination with analyses of data using a geographical information system can be used for PMEM. Monitoring needs to consider the different characteristics of the agricultural regions, since they may play a big role in shaping the exposure of non-target species.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Interne Identnummern
RWTH-CONV-124392
Datensatz-ID: 62906

Beteiligte Länder
Germany

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Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Mathematics, Computer Science and Natural Sciences (Fac.1) > Department of Biology
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
160000
161510

 Record created 2013-01-28, last modified 2022-04-22


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