06.01.2012

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Auswirkungen von Bt-Mais auf Honigbienen

(2008 – 2011) Universität Würzburg, Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie

Thema

Es sollen mögliche Auswirkungen von gentechnisch verändertem Bt-Mais der Linie MON89034xMON88017 auf Honigbienen untersucht werden. Dieser Mais bildet drei Bt-Proteine und ist dadurch sowohl gegen den Maiszünsler als auch gegen den Maiswurzelbohrer resistent.

Im Einzelnen werden folgende Fragestellungen untersucht:

• Hat die Aufnahme von Bt-Maispollen unerwünschte Auswirkungen auf die Entwicklung von Bienenvölkern sowie einzelner Honigbienenlarven?
• Reduziert die Aufnahme von Bt-Proteinen die Widerstandsfähigkeit der Bienen gegenüber weiteren Stressfaktoren wie z.B. Krankheitserregern?
• Wie viel Maispollen wird in Abhängigkeit von der Struktur der umgebenden Agrarlandschaft tatsächlich in Bienenstöcke eingetragen?

Versuchsbeschreibung

Um Mais-Sorteneffekte von Bt-Effekten zu unterscheiden, werden im Feldversuch neben der gentechnisch veränderten Sorte und der isogenen Ausgangssorte zwei weitere konventionelle Maissorten zum Vergleich angebaut.

Auswirkungen von Bt-Proteinen auf Honigbienen

In 32 Parzellen des Versuchsfeldes (je acht Parzellen mit den vier verschiedenen Maissorten) werden jeweils zu Beginn der Maisblüte zwei Bienenvölker mit einer Ausgangsgröße von ca. tausend Arbeiterinnen in einen Flugkäfig gestellt. Als Kontrolle werden neun freifliegende Bienenvölker an ein Feld mit Phacelia tenuifolia (Bienenfreund) gestellt.

Mit Hilfe einer Totenfalle wird täglich die Anzahl toter Bienen erfasst. Die Volksentwicklung wird mit einer speziellen Methode (Liebefelder-Schätzmethode) während des gesamten Versuchszeitraums dokumentiert.

Nach Versuchsende werden Laborversuche mit einzelnen Bienen durchgeführt:

• Frisch geschlüpfte Arbeiterinnen werden aus den Versuchsvölkern, die in den Flugzelten aufgezogen wurden, entnommen und ins Labor überführt, um ihr Schlupfgewicht und ihre individuelle Lebensdauer zu ermitteln.
• Bienen werden mit unterschiedlichen Konzentrationen und Kombinationen reiner Bt-Proteine gefüttert, um zu testen, ob die drei von der untersuchten Maissorte gebildeten Bt-Proteine im Zusammenspiel nicht erwünschte Effekte auf Honigbienen zeigen.
• Bei der in vitro-Larvenzucht werden junge Bienenlarven unter standardisierten Laborbedingungen mit künstlichem Futter aufgezogen, dem man wahlweise Pollen aus den verschiedenen Mais-Versuchsvarianten oder auch reines Bt-Protein beimischen kann. Bei diesem Versuchsansatz kann man genau bestimmen, wie viel Bt-Protein die Larven aufnehmen. Nachdem die künstlich aufgezogenen Bienen geschlüpft sind, können sie auf subletale Effekte hin weiteruntersucht werden.

Kombinierte Effekte von Bt-Proteinen und Krankheitserregern auf Honigbienen

Auf den Versuchsparzellen mit Bt-Mais und der isogenen Sorte werden Völker mit einer Bienenkrankheit infiziert, und zwar zum einen mit Varroamilben und zum andern mit dem einzelligen Darmparasiten Nosema. Die Entwicklung der Bienenvölker wird auf die gleiche Weise wie oben beschrieben untersucht und dokumentiert. Desweitern werden auch im Labor Experimente zur Wechselwirkung von Bt-Pollen mit Nosema durchgeführt.

Potenzielles Expositionsrisiko von Honigbienen gegenüber Bt-Mais

Es werden 12 Landschaftsräume ausgewählt, die sich hinsichtlich des Anteils der Maisanbaufläche sowie der Verfügbarkeit alternativer Pollenquellen während der Maisblüte voneinander unterscheiden. Dort werden mit dem Beginn der Maisblüte Versuchsvölker aufgestellt, die mit Pollenfallen versehen werden. Die Pollenfallen ermöglichen eine wöchentliche Erfassung des genutzten Pollenspektrums. Auf diese Weise sollen Aussagen darüber getroffen werden, wie viel Maispollen in Abhängigkeit von der Struktur der umgebenden Agrarlandschaft tatsächlich in Bienenstöcke eingetragen wird und wie hoch das potenzielle Expositionsrisiko der Bienen gegenüber Bt-Mais ist.

Ergebnisse

Auswirkungen von Bt-Proteinen auf Honigbienen

Feldversuch: In den ersten beiden Versuchsjahren wurden zur Erfassung der Sterblichkeit in den Bienenvölkern erfolgreich die von der Arbeitsgruppe entwickelten Totenfallen eingesetzt. An mehreren Terminen während der Blühperiode wurden verschiedene Parameter der Volksentwicklung erfasst: Die Anzahl offener und verdeckelter Brutzellen, die Bienenmenge und ein spezieller Brutindex. Im zweiten Versuchsjahr wurde zusätzlich der tägliche Polleneintrag durch Beobachtung der Sammlerinnen erfasst sowie auch die jeweiligen Blühstadien dokumentiert, um die Pollenverfügbarkeit zu ermitteln. Zurzeit werden die Daten aus den beiden Versuchsjahren statistisch ausgewertet.

In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Christoph Tebbe (vTI Braunschweig) wurde die Verdauungsfähigkeit von Maispollen, der Abbau von Bt-Proteinen im Bienendarm sowie der Einfluss von Bt-Mais auf die Zusammensetzung der Darmmikroflora unter Halbfreilandbedingungen untersucht. Hierzu wurden frisch geschlüpfte Bienen markiert und in die Versuchsvölker gesetzt. Nach neun Tagen wurden sie wieder entnommen, tiefgefroren und später im Labor Darmsektionen durchgeführt. Menge und Verdauungsrate der aufgenommenen Maispollen wurden bestimmt sowie anhand von DNA-Sequenzen die bakteriellen Gemeinschaften der verschiedenen Darmabschnitte untersucht. Die abschließende statistische Auswertung der Ergebnisse muss noch erfolgen.

Fütterungsversuche mit ausgewachsenen Bienen
Fütterung mit Maispollen: Bienen wurden sowohl einzeln als auch in Gruppen von je 30 Bienen mit Pollen der verschiedenen Maissorten aus dem Feldversuch gefüttert. Die Fütterungsversuche wurden solange durchgeführt, bis alle Bienen gestorben waren. Es zeigten sich keine negativen Auswirkungen der transgenen Bt-Maissorte auf die Lebenserwartung von Honigbienen-Arbeiterinnen.

Fütterung mit reinem Bt-Protein: Zunächst wurde die maximale Bt-Proteinmenge errechnet, der Bienen bei Aufnahme von Bt-Maispollen ausgesetzt sind (aufgenommene Pollenmenge multipliziert mit der Menge des gebildeten Proteins im Pollen). In einer Zuckerlösung wurden die verschiedenen Bt-Proteine sowie auch ein Protein-Mix in vier Konzentrationen an die Bienen verfüttert. Damit wurde auch ein „worst-case-scenario“ abgedeckt, d.h. es wurden Konzentrationen getestet, die weit über die Menge hinausgehen, der Bienen theoretisch ausgesetzt sind. Die Ergebnisse zeigen keine Dosis-Wirkungsabhängigkeiten zwischen den getesteten Bt-Proteinen und der Bienensterblichkeit.

Fütterungsversuche mit Bienenlarven
Da der Wirkmechanismus der Bt-Proteine gegen Insektenlarven gerichtet ist, setzt der in-vitro-Larventest an einer potenziell empfindlichen Phase der Honigbienenentwicklung an und kann deshalb besonders aufschlussreiche Ergebnisse liefern. Er wird als Standardmethode für die Zulassung von Pflanzenschutzmitteln und transgenen Nutzpflanzen empfohlen.

Fütterung mit Maispollen: Pollen der verschiedenen Maissorten vom Versuchsfeld sowie auch Pollen des Bt-Maises MON810 wurde direkt in das Larvenfutter (L3-Stadium) gemischt. Es konnte gezeigt werden, dass der im Futter schwimmende Pollen von den Bienenlarven aufgenommen wird. Bei den Larven die mit Bt-Maispollen gefüttert wurden, überlebten 100 Prozent. Bei Fütterung mit Pollen der konventionellen Maissorten war die Überlebensrate geringfügig niedriger. Demnach zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen den verschiedenen Maisvarianten. Auch das Gewicht der Larven vor der Verpuppung unterschied sich nicht: Bt-Mais im Schnitt 142,3 Milligramm, konventioneller Mais 142,6 Milligramm.

Fütterung mit reinen Bt-Proteinen: Die einzelnen Bt-Proteine sowie auch ein Protein-Mix wurdem dem Larvenfutter in fünf Konzentrationen (L2-Stadium) beigegeben. Es wurde wiederum ein „worst-case-scenario“ getestet. Auf eine mögliche Dosis-Wirkungsbeziehung hin untersucht wurden das Gewicht vor Verpuppung, das Schlupfgewicht, sowie die Sterblichkeit. Die vorläufigen Ergebnisse zeigen im Hinblick auf die getesteten Bt-Proteine keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Testdosis und Bienensterblichkeit.

Potenzielles Expositionsrisiko von Honigbienen gegenüber Bt-Mais

An zwölf ausgewählte Standorte wurde während der Maisblüte 2009 je ein Honigbienenvolk gesetzt. Über einen Zeitraum von 22 Tagen wurde von den Bienen gesammelter Pollen mit Hilfe von Pollenfallen entnommen und der Maispollenanteil je Standort bestimmt. Die Volksentwicklung wurde vor und nach dem Versuchszeitraum dokumentiert. Um die Pollenaufnahme von Ammenbienen in den unterschiedlichen Landschaften zu quantifizieren, wurden Sektionen von Bienendärmen vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass unter den experimentellen Bedingungen die Exposition gegenüber transgenen Maispollen sowohl auf der Volksebene als auch für einzelne Ammenbienen als eher gering eingeschätzt werden kann.

Um die konkreten Sammeldistanzen von Honigbienen für Maispollen zu analysieren, kamen vier Beobachtungsstöcke zum Einsatz, mit denen über alle 12 Standorte gewandert wurde. 662 Bienentänze wurden beobachtet und daraus die Koordinaten für die von den Sammelbienen aufgesuchten Pollenquellen an allen Standorten errechnet. Die Sammeldistanzen für Maispollen waren verglichen mit anderen Pollenarten signifikant geringer, d.h. für Maispollen wurde in den Beobachtungsstöcken ein geringerer Sammelaufwand beobachtet als für andere Pollenarten.