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Basisstudie Zur Wechselwirkung Von Gentechnisch Verändertem MON810-Mais Mit Spezifischen Schmetterlingsarten

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Basisstudie Zur Wechselwirkung Von Gentechnisch Verändertem MON810-Mais Mit Spezifischen Schmetterlingsarten Basisstudie zur Wechselwirkung von gentechnisch verändertem MON810-Mais mit spezifischen Schmetterlingsarten Auftraggeber: Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft Ref. 55/Bio- und Gentechnik, Chemikalien Bearbeiter: Martin Musche, Josef Settele & Walter Durka Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung-UFZ Basisstudie zur Wechselwirkung von gentechnisch verändertem MON810-Mais mit spezifischen Schmetterlingsarten Auftraggeber: Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft Ref. 55/Bio- und Gentechnik, Chemikalien Bearbeiter: Dr. Martin Musche1, PD Dr. Josef Settele2 & Dr. Walter Durka3 Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung-UFZ Department Biozönoseforschung Theodor-Lieser-Str. 4 06120 Halle 1Tel.: 0345 5585310 [email protected] 2Tel.: 0345 5585320 [email protected] 3Tel.: 0345 5585314 [email protected] Bearbeitungsdatum: 29.04.2009 Helmholtz-Zentrum für Registergericht: Amtsgericht Leipzig Bankverbindung: Umweltforschung GmbH – UFZ Handelsregister Nr. B 4703 HypoVereinsbank Leipzig Sitz der Gesellschaft: Leipzig Vorsitzender des Aufsichtsrats: BLZ 860 200 86 Permoserstraße 15 MinDirig Hartmut F. Grübel Kto.-Nr. 5080 186 136 04318 Leipzig Wissenschaftlicher Geschäftsführer: Swift(BIC)-Code HYVEDEMM495 PF 500136 Prof. Dr. Georg Teutsch IBAN-Nr. DE12860200865080186136 04301 Leipzig Administrativer Geschäftsführer: UST-Ident-Nr. DE 141 507 065 Tel +49 341 235-0 Dr. Andreas Schmidt Steuer-Nr. 230/124/00144 Fax +49 341 235-2791 [email protected] www.ufz.de ii Inhalt 0 Zusammenfassung.............................................................................................................. 1 1 Einleitung ........................................................................................................................... 4 2 Biologie der Arten des Anhangs II der FFH-Richtlinie ..................................................... 6 2.1 Euphydryas aurinia..................................................................................................... 6 2.2 Euphydryas maturna................................................................................................... 7 2.3 Lycaena dispar............................................................................................................ 8 2.4 Maculinea nausithous................................................................................................. 9 2.5 Maculinea teleius...................................................................................................... 12 2.6 Euplagia quadripunctaria.......................................................................................... 13 2.7 Überblick über die Biologie weiterer lebensraumtypischer Schmetterlingsarten.... 14 3 Mögliche Auswirkungen des Bt-Mais MON 810 auf die Schmetterlingsarten des Anhangs II der FFH-Richtlinie ................................................................................................ 16 3.1 Grundlagen für die Abschätzung des potentiellen Risikos durch Bt-Mais MON810 16 3.2 Bekannte Auswirkungen Cry1Ab-exprimierender Maispollen auf Schmetterlinge 17 3.3 Toxinkonzentrationen in Pollen und Antheren verschiedener Bt-Mais-Linien ....... 23 3.4 Pollenflug und Pollenablagerung bei Mais .............................................................. 24 4 Expositionswahrscheinlichkeit der bearbeiteten Arten.................................................... 27 4.1 Euphydryas aurinia................................................................................................... 27 4.2 Euphydryas maturna................................................................................................. 27 4.3 Lycaena dispar.......................................................................................................... 29 4.4 Maculinea nausithous............................................................................................... 29 4.5 Maculinea teleius...................................................................................................... 32 4.6 Euplagia quadripunctaria.......................................................................................... 32 4.7 Die Expositionswahrscheinlichkeit weiterer lebensraumtypischer Schmetterlingsarten.............................................................................................................. 33 5 Einschätzung der potentiellen Gefährdung ...................................................................... 35 5.1 Vorgehensweise ....................................................................................................... 35 5.2 Abschätzung der potentiellen Gefährdung der bearbeiteten Arten .......................... 36 5.3 Berechnung kritischer Entfernungen........................................................................ 39 5.4 Diskussion ................................................................................................................ 41 6 Literatur............................................................................................................................ 43 iii Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Labor- und Freilandexperimente zum Einfluss Cry1Ab-haltiger Maispollen und Antheren auf verschiedene Lepidopterenarten 48 Tabelle 2 Die Konzentration von Cry1Ab in den Pollen und Antheren verschiedener transgener Maislinien 18 Tabelle 3 Die Deposition von Maispollen in Abhängigkeit von der Entfernung 55 Tabelle 4 Sicherheitsfaktoren für die ökotoxikologische Risikoanalyse 36 Tabelle 5 Erwartete Pollendeposition in Abhängigkeit von der Pollenquelle nach Hofmann (2007) 40 Tabelle 6 Übersicht über die in Sachsen vorkommenden typischen Schmetterlingsarten der Lebensräume des Anhangs I der FFH-Richtlinie 58 iv Zusammenfassung 0 Zusammenfassung Pflanzen des in der EU zugelassenen transgenen Maises MON810 exprimieren das Bt-Toxin Cry1Ab, welches spezifisch auf Lepidopteren wirkt und den Befall durch den Maiszünsler Ostrinia nubilalis verhindern soll. Die Toxinexpression findet auch in den Pollen statt, welche während der Maisblüte in die Umgebung der Maisfelder verdriftet werden können. Dort können sie auf den Wirtspflanzen von Nichtziel-Schmetterlingsarten abgelagert werden und potentiell deren Larvalstadien schädigen. Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, abzuschätzen, ob und unter welchen Umständen bestimmte Schmetterlingsarten durch MON810-Pollenaustrag gefährdet sind. Im Mittelpunkt standen dabei die in Sachsen vorkommenden Arten des Anhangs II der FFH-Richtlinie sowie weitere typische Arten der Lebensraumtypen des Anhangs I der FFH-Richtlinie. Das Risiko einer Schädigung wird von der Sensibilität sowie der Expositionswahrscheinlichkeit einer Art gegenüber dem Toxin Cry1Ab bestimmt. Daher wurde zunächst die aktuelle wissenschaftliche Literatur ausgewertet, um zu klären, (1) ab welcher Konzentration bzw. Dosis Schmetterlingsraupen durch Cry1Ab-haltige Pollen geschädigt werden können; (2) in welcher Höhe das Toxin in den Pollen exprimiert wird und (3) wie sich die Deposition von Maispollen in Abhängigkeit von der Entfernung zum Maisfeld verhält. Anschließend wurden spezifische, in Sachsen vorkommende Schmetterlingsarten daraufhin untersucht, ob sie aufgrund ihrer Phänologie und anderer artspezifischer Eigenschaften potentiell gegenüber Maispollen exponiert sind. Auf der Grundlage aller vorhandenen Daten zur Sensibilität und Expositionswahrscheinlichkeit erfolgte eine Einschätzung, unter welchen Umständen mit einer Gefährdung der Arten zu rechnen ist. Insgesamt wurden Datensätze zu 14 Arten und drei Bt-Maislinien (Bt176, Bt11, MON810) ausgewertet. Dabei zeigte sich, dass Schmetterlingsraupen sehr variabel auf Cry1Ab-haltige Maispollen reagieren. Diese Variabilität kann auf ein breites Sensibilitätsspektrum innerhalb und zwischen den untersuchten Arten, Unterschiede in der Toxinexpression zwischen verschiedenen transgenen Maislinien sowie auf unterschiedliche methodische Ansätze zurückgeführt werden. Bislang wurden vier Schmetterlingsarten (Danaus plexippus, Papilio polyxenes, Pieris rapae, Plutella xylostella) auf ihre Empfindlichkeit gegenüber MON810- Pollen getestet bzw. waren Gegenstand von Abundanzerhebungen in Feldstudien. In diesen Untersuchungen wurden entweder keine negativen Effekte gefunden oder eine Schädigung der Raupen trat nur dann ein, wenn die Pollendichte 1000 Pollen/cm² überschritt, oder eine Kontamination mit Antheren bestand. Eine detaillierte Bewertung aller Studien zeigte jedoch, dass im Falle des Monarchfalters, Danaus plexippus, durchaus mit niedrigeren Effektschwellen gerechnet werden muss. Zur Interpretation vieler Versuchsergebnisse fehlen oftmals wichtige Angaben. Zu nennen wäre insbesondere die fehlende Bestimmung der Toxinkonzentration des Testpollens. Ohne diese Angabe ist jedoch eine realistische Aussage über die Empfindlichkeit einer bestimmten Art nur schwer möglich. Das Bt-Toxin Cry1Ab ist in den Pollen der untersuchten Bt-Maislinien in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten. MON810- und Bt11-Pollen weisen eine geringere Toxinkonzentration als Pollen von Bt176 auf. Jedoch besteht auch innerhalb der einzelnen transgenen Maislinien eine erhebliche Variabilität. Für MON810 liegen drei Untersuchungen vor. Die ermittelten Toxinkonzentrationen decken einen Bereich von 0,001 bis 0,13μg Toxin pro g Pollen ab und können den vom Hersteller angegebenen Wert von 0,09μg/g sowohl 1 Zusammenfassung unter- als auch überschreiten. Diese Variabilität kann auf Unterschiede in der Toxinexpression zwischen einzelnen Pflanzen, Standorten, aber möglicherweise auch auf unterschiedliche Methoden
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