Zucht und Charakterisierung des Maiswurzelbohrers

(2005 - 2008) BTL Bio-Test Labor GmbH Sagerheide

Thema

Der Westliche Maiswurzelbohrer (Diabrotica v.virgifera) ist ein aus den USA eingeschleppter Blattkäfer, der in Süd-Ost-Europa fest etabliert ist und sich weiter ausbreitet. Erste Nachweise in Süddeutschland wurden im Sommer 2007 bekannt. Aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung in Maiskulturen gilt der Käfer in den EU-Mitgliedsstaaten jedoch weiterhin als Quarantäneschädling. Um in Deutschland dennoch Forschungsprojekte zur Biologie von Diabrotica durchführen zu können, ist der Aufbau von kontinuierlichen Laborzuchten eine grundlegende Voraussetzung.

In diesem Projekt wurden zwei Hauptziele verfolgt:

Flügeldeckenvariabilität von Diabrotica v. virgifera eines ungarischen Feldstammes. Oben mit "typischer" Flügeldecken- zeichnung. Das jeweils größere Tier ist das Weibchen

Aufbau einer Massenzucht des Maiswurzelbohrers. Um die Verfügbarkeit von Diabrotica für andere Arbeitsgruppen des Verbundprojekts zu ermöglichen, wurden unter Beachtung der Sicherheitsbestimmungen Dauerzuchten verschiedener Diabrotica-Stämme etabliert.
Vergleich der biologischen Leistung verschiedener Diabrotica-Stämme. Da sowohl die Einführung des Käfers nach Europa als auch langjährige Laborzuchten Unterschiede in der Biologie der Tiere hervorrufen können, wurde die Übertragbarkeit von Ergebnissen aus den USA bzw. von Laborstämmen überprüft. In einem vergleichenden Biotest zur Toxizität von Bt‑Protein Cry3Bb1 wurde die biologische Leistung von Feld- und Laborstämmen des Maiswurzelbohrers verglichen.

Zusammenfassung

Unter Anpassung vorhandener Zuchtmethoden wurden Massenzuchten verschiedener Diabrotica-Stämme etabliert. Für ein Teilprojekt einer Arbeitsgruppe am Julius-Kühn-Institut in Darmstadt wurden 10.000 Diabrotica-Larven angezogen und präpariert.

Die Ergebnisse dieses Projekts zeigen,

dass transgener Mais der Sorte MON 88017 keinen Einfluss auf die Sterblichkeit und Fruchtbarkeit ausgewachsener Maiswurzelbohrer besitzt
und dass zwischen dem verwendeten Labor- und dem ungarischen Feldstamm signifikante Unterschiede bestehen. Versuchsergebnisse, die mit dem Laborstamm gewonnen wurden und werden, sind daher auf ihre Übertragbarkeit zu prüfen.

Versuchsbeschreibung

Die Arbeiten mit der Quarantäne-Art Diabrotica wurden ausschließlich in speziellen Sicherheitslabors und Gewächshäusern durchgeführt.

Zuchtkäfige und Schlupfbox

Frischfutter

Blattfraß ausgewachsener Käfer

Präparation von Mitteldärmen und Darmepithelen

Aufbau einer Massenzucht und Präparation von Larven

Es wurden Zuchtmethoden entwickelt, die eine konstante Verfügbarkeit der Testorganismen für die Versuche im Projektverbund sicherstellen.

Für Untersuchungen möglicher Resistenzmechanismen gegen Bt‑Toxine (Teilprojekt am JKI Darmstadt) wurden insgesamt 10.000 Mitteldärme und Darmepithelien aus herangezogenen Diabrotica-Larven präpariert.

Diät-Vergleich

Um die Eignung und Akzeptanz künstlicher Diäten für ausgewachsene (adulte) Käfer zu untersuchen, wurden mit einem Freiland- und einem Laborstamm Wahltests durchgeführt. Dazu wurden den Käfern in einer Arena sowohl frisches Futter als auch künstliche Diäten angeboten. Um auch mit Diabrotica-Larven Biotests durchführen zu können, wurde parallel eine künstliche Diät für Diabrotica-Larven entwickelt.

**Vergleich der biologischen Leistung verschiedener Diabrotica-Stämme/Biotest**

Die Zucht von Wurzelbohrern unterschiedlicher Herkunft - Laborstamm (USA), Freiland (SE-Europa) - wurde im Labor etabliert und kontinuierlich fortgeführt.

Im Biotest wurde die biologische Leistung (Sterblichkeit, Gewicht, Fruchtbarkeit, etc.) in vier Fütterungsvarianten (transgener Mais (MON88017), isogener Mais (DKC 5143), Vergleichssorte (DK 315) und künstliche Diät) mit Tieren des Laborstamms durchgeführt. Parallel erfolgte die Testung von Käfern des ungarischen Feldstamms mit der künstlichen Diät und der Vergleichssorte (DK 315). Je Variante wurden in zwölf Wiederholungen vier Weibchen mit sechs Männchen über acht Wochen gehalten. Es wurden die Sterblichkeit/Lebensdauer sowie die Anzahl abgelegter Eier erfasst. Die Cry3Bb1-Gehalte des angebotenen Futters wurde mit der Nachweismethode ELISA überprüft.

Ergebnisse

Diabrotica-Larven des ersten und zweiten Larvenstadiums (F1 und F2) auf der künstlichen Diät

Drittes Larvenstadium (L3) des Maiswurzelbohrers

Biotest mit ausgewachsenen Maiswurzelbohrern

Mittlere Anzahl gelegter Eier pro Weibchen nach Fütterung mit den verschiedenen Maissorten
Überlebensrate der Weibchen nach Fütterung mit den verschiedenen Maisssorten

Diät-Vergleich

Die Testung künstlichen und frischen Futters für adulte Käfer zeigte, dass Tiere des Laborstamms das künstliche Futter besser annehmen als Freiland-Tiere. Da sich die einzelnen Diäten unterschiedlich gut handhaben ließen, wurde für die Zuchten eine Mischung aus frischem und künstlichem Futter gewählt.

Im Vergleichs-Test der Diäten legten Tiere des Laborstamms, die mit der künstlichen Diät gefüttert wurden, im Mittel mehr als doppelt so viele Eier ab als die Tiere, die an frischem Futter gehalten wurden. Die Überlebensraten der Tiere, die an künstlichem Futter gehalten wurden, waren nicht höher als in den anderen Varianten.

Die Entwicklung einer künstlichen Diät für Diabrotica-Larven gestaltete sich durch Verunreinigungen mit Pilzen und Bakterien als sehr schwierig. Diese wurden durch den Besatz der (unsterilen) Larven verursacht und führten zu einer erhöhten Sterblichkeit. Getestete Antibiotika und Konservierungsmittel waren entweder nicht ausreichend wirksam, oder erhöhten ihrerseits die Sterblichkeit der Larven. Durch eine Optimierung der Methoden (Desinfektion der Eier) gelang es, die Kontamination der Diät auf unter zehn Prozent zu reduzieren. Die Diät für Larven wurde nur für Biotests, nicht aber für die Zucht eingesetzt.

Vergleich unterschiedlicher Diabrotica-Stämme

Die Kenntnis über den Grad dieser Unterschiede ermöglicht die Prüfung der Übertragbarkeit von Daten, die in Amerika und/oder mit langjährigen Laborstämmen gewonnen wurden. Dadurch lassen sich einerseits unnötige Wiederholungen bereits bearbeiteter Themen, andererseits aber auch Fehlinterpretationen vermeiden.

Bei den Untersuchungen der in die Zucht genommenen Tiere eines amerikanischen Laborstamms zeigten sich Unterschiede zu der europäischen Herkunft in der Biologie, im Verhalten, in der Textur der Gewebe (bei der Präparation der Därme feststellbar).

Die Weibchen des Laborstammes legten mit der künstlichen Diät fast achtmal so viele Eier ab wie die Tiere aus Ungarn. Bei Fütterung mit Mais noch viermal so viele. Die Sterblichkeit unterschied sich in keiner Variante.

Biotest

In den Biotests zu Effekten von Cry3Bb1 auf adulte Maiswurzelbohrer wurden für die erhobenen Parameter keine Unterschiede zwischen der transgenen (MON 88017), der isogenen und der Vergleichs-Sorte festgestellt. Sowohl die Anzahl der abgelegten Eier, als auch die Sterblichkeit der Tiere unterschieden sich nicht.