Effekte des Anbaus von Bt-Mais auf Nichtzielarthropoden der Krautschichtfauna : Monitoringorganismen und praktikable Erfassungsmethoden

Eckert, Jörg; Schuphan, Ingolf

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-17322

Effekte des Anbaus von Bt-Mais auf Nichtzielarthropoden der Krautschichtfauna : Monitoringorganismen und praktikable Erfassungsmethoden = Effects of the Cultivation of Bt-maize on nontarget Arthropods of the Herblayer Fauna : Monitoringorganisms and suitable Methods

Eckert, Jörg

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jörg Eckert

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

Umfang164 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Schuphan, Ingolf (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-11-14

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-17322
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62815/files/Eckert_Joerg.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Mais (frei) ; Maisanbau (frei) ; Gentechnologie (frei) ; Gliederfüßer (frei) ; Bacillus thuringiensis (frei) ; Bt-Mais (frei) ; Nichtzielorganismen (frei) ; Arthropoden (frei) ; Monitoring (frei) ; Bt-maize (frei) ; Arthropods (frei) ; nontarget (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
In einer dreijährigen Studie sollte untersucht werden, ob der Anbau der Bt-Maissorte Mon810 einen Effekt auf Nichtzielorganismen hat. Es wurden fünf verschiedene Probenahmemethoden angewendet, um Abundanz und Diversität der Arthropodenzönose in Maisfeldern zu erfassen. Aus den gewonnenen Forschungsergebnissen sollten mögliche Indikatororganismen und darauf ausgerichtete, praktikable Erfassungsmethoden extrahiert werden, die für ein zukünftiges anbaubegleitendes Monitoring von gentechnisch verändertem Mais verwendet werden könnten. Die Ergebnisse der vorgestellten Studie zeigen, dass der Anbau der Bt-Maissorte Mon810 keinen biologisch relevanten Einfluss auf Nichtzielorganismen im Vergleich zu konventionellem Mais hat. Es traten insgesamt 7 statistisch signifikante Unterschiede in der Abundanz von Nichtzielarthropoden zwischen Bt-Mais und der isogenen Variante bei einem räuberischen und 4 unterschiedlichen herbivoren Taxa auf. Zu einzelnen Probenahmezeitpunkten war die Abundanz von Spinnen, Thripsen und der Käferart Cortinicara gibbosa signifikant höher im Bt-Mais als in der isogenen Kontrolle. Im Jahr 2002 wurden Zikaden bei zwei Probenahmen signifikant häufiger in Bt-Mais als in der isogenen Kontrolle gefangen. Eine signifikant niedrigere Abundanz im Vergleich zur isogenen Kontrolle wurde zu einzelnen Probenahmezeitpunkten bei der Blattlaus Sitobion avenae und Thripsen festgestellt. Vor diesem Hintergrund ist ein negativer Effekt der Bt-Maissorte Mon810 auf die untersuchten Nichtzielorganismen der Krautschicht mit großer Sicherheit auszuschließen. Es wurden insgesamt 90 signifikante Effekte auf die Arthropodenabundanz durch die chemische Insektizidapplikation mit unterschiedlichen Methoden nachgewiesen. In 46 Fällen trat ein signifikanter Unterschied zwischen der Insektizid-Variante und Bt-Mais auf. In 44 Fällen wurden signifikante Unterschiede zwischen der Insektizid-Variante und der isogenen Kontrolle gefunden. Eine signifikant niedrigere Abundanz in der Insektizid-Variante als in Bt-Mais und der isogenen Kontrolle wurde bei herbivoren Arthropoden wie Thripsen und Zikaden in mehreren Jahren mit unterschiedlichen Methoden festgestellt. Gleichgerichtete signifikante Unterschiede konnte auch bei räuberischen Taxa wie Wanzen, Florfliegen und Spinnen beobachtet werden. Blattläuse reagierten dagegen in einigen Fällen mit zum Teil wesentlich höheren Populationsdichten auf die Insektizidapplikation. In wenigen Fällen übertrug sich der Insektizideffekt auf die Blattlausantagonisten, die mit einem – zeitlich verzögerten – Populationswachstum auf das erweiterte Nahrungsangebot in den Insektizidparzellen reagierten. Der Insektizideinsatz wirkte sich auf 18 unterschiedliche Arthropodentaxa signifikant aus. Als geeignete Indikatororganismen für ein zukünftiges anbaubegleitendes Monitoring von Nichtziel-Organismen in Maisbeständen konnten unter den herbivoren Arthropoden 1. die Maisblattzikade (Zyginidia scutellaris), sowie 2. die Thripsarten Limothrips cerealium und Frankliniella tenuicornis identifiziert werden. Diese Arthropoden erfüllen die Anforderungen in besonderem Maße, da sie durch die Nahrungsaufnahme den Mais-Stoffwechselprodukten gegenüber direkt exponiert sind. Zudem sind sie in weiten Teilen Europas in großer Stetigkeit in Maiskulturen vertreten, was gewährleistet, dass sie in ausreichender Zahl für eine adäquate statistische Auswertung der Daten gefangen werden können. Auf der nächst höheren trophischen Ebene bieten sich Wanzen der Gattung Orius sp. als Indikatororganismen an. Diese Tiere ernähren sich als Adulte polyphag, was dazu führt, dass sie Mais-Stoffwechselprodukten sowohl direkt über die Aufnahme von transgenem Pflanzenmaterial, als auch indirekt über herbivore Beutetiere inkorporieren können. So lassen sich auch Effekte, die sich über die Grenzen der trophischen Ebenen fortsetzen, erfassen. Orius sp. hat ein weites Verbreitungsgebiet in Mitteleuropa und ist in der Arthropodenzönose in Maisfeldern in hoher Präsenz anzutreffen. Um oben genannte Indikatororganismen zuverlässig erfassen zu können, bieten sich Kescherfänge, Klopfproben der männlichen Blütenstände und die Entnahme von Kolbenproben an. Der Vorteil dieser beiden Probenahmemethoden liegt darin, dass sie es erlauben potentielle Biodiversitäts-Effekte auf unterschiedlichen trophischen Ebenen zu erfassen und zu bewerten. Nach den aus dieser Studie gewonnenen Erkenntnissen stellt der Anbau von gentechnisch verändertem Bt-Mais der Sorte Mon810 eine Erfolg versprechende Alternative gegenüber dem konventionellen Maisanbau in Befallsgebieten des Maiszünslers dar. Zum einen kann mit dem Anbau dieser Maissorte ein Befall des Maiszünslers wirkungsvoll unterbunden werden, zum anderen bietet er die Möglichkeit auf einen Insektizideinsatz zu verzichten, der sich in vielen Fällen negativ auf Nichtzielarthropoden auswirkt.

A 3-year study (2001-2003) was conducted to determine possible unintended effects of Bt-maize (Mon810, cultivar Novelis) cultivation on nontarget organisms of the arthropod community compared with an isogenic maize line (cultivar Nobilis) with and without an insecticide treatment. Furthermore, suitable monitoring organisms and appropriate methods are recommended for Post Market Environmental Monitoring. The experimental site was situated near Bonn (Germany) and consisted of two maize fields divided into 24 plots (8 per treatment). Maintenance of the field was as customary at this site. Five different methods were adopted (samples of maize cobs, sweep net catching, visual assessments, coloured traps and jarring samples of maize panicles) in order to measure the abundance of a wide ecological spectrum of non-target herb layer arthropods. Additionally a monitoring especially aligned on cicadas as possible monitoring organisms was performed. Seven statistically significant differences in nontarget-arthropod abundance between Bt-maize and the isogenic control concerning one predator and four different herbivores were observed in this study. At single sampling dates spiders, thrips and the beetle Cortinicara gibbosa were found in significantly higher abundances in Bt maize than in the isogenic control. In 2002, at two sampling dates, cicadas were more abundant in Bt maize than in the isogenic control. A significantly lower abundance in Bt maize compared to the isogenic control was found at single sampling dates for the aphid Sitobion avenae and thrips. The results of this study indicate no biological relevant effect of the Bt maize cultivar Mon810 on nontarget arthropods compared to conventional maize. 90 statistically significant differences in arthropod abundance, caused by the application of chemical insecticide, were detected with different methods. 46 times the abundance of an arthropod taxon was significantly different in the insecticide treated plots and in Bt maize, 44 times the abundance was significantly different in the insecticide treated plots than and in the isogenic control. A significantly lower abundance of herbivorous cicadas and thrips in the insecticide treated plots than in Bt maize and the isogenic control, could be detected in several years with different methods. The same was observed for predatory arthropods like bugs, lacewings and spiders. Compared to that, aphids were significantly more abundant in the insecticide treated plots than in both other treatments, which could be detected in several years with different methods. Suitable herbivore arthropods for a monitoring of nontarget arthropod abundance in maize could be the cicada species Zyginidia scutellaris and the thrips species Limothrips cerealium and Frankliniella tenuicornis. On the next trophic level bugs of the genus Orius sp. could be used as indicator organisms. Adults of Orius sp. are polyphagous. The combination of these arthropods provide direct or indirect exposure to the metabolic products of maize plants, a high consistency of appearance all over Europe and sufficient abundances in maize fields for an appropriate statistical analysis of the data. Three methods were found to be suitable for detecting changes in the abundance of the possible indicator arthropods (L. cerealium, F. tenuicornis, Zyginidia scutellaris, Orius sp.). Standardized sweep net catching is most suitable for the collection of the cicada Zyginidia scutellaris. Standardized sampling of maize cobs as well as jarring samples of maize panicles is suitable for collecting thrips and bugs (particularly Orius sp.). All methods can be standardized and enable to sample a comprehensive arthropod community from the field, so that potential effects in biodiversity on different trophic levels can be detected and evaluated. Additionally each of these methods combines capturing individuals in sufficient numbers and cost-effectiveness. According to the results of this study, the cultivation of the transgenic maize cultivar Mon810 is a promising alternative to a conventional maize cultivation with application of chemical insecticide in infestation areas of the European corn borer (ECB) having no reproducible negative impacts on the nontarget arthropod fauna.

OpenAccess:
PDF
(additional files)