Ellen Hütter et al., FAL: Verwendung transgener schädlingsresistenter Nutzpflanzen in der Schweiz

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1 Zusammenfassung Ausgangslage und Ziel Transgene schädlingsresistente Nutzpflanzen wurden 1999 weltweit auf einer Fläche von rund 9 Mio. Hektaren zu kommerziellen Zwecken angebaut. Die Entwicklung schädlingsresistenter Nutzpflanzen mit Hilfe der Gentechnologie hat das Ziel, Ertragseinbussen zu reduzieren, den Einsatz von chemischen Schädlingsbekämpfungsmitteln zu vermindern und dadurch die Umwelt im Vergleich zur heutigen Praxis zu schonen. In der Schweiz ist der Anbau von transgenen schädlingsresistenten Nutzpflanzen bis heute weder für Freisetzungsversuche, noch für kommerzielle Zwecke bewilligt worden. Vor einer Freisetzung transgener Pflanzen müssen der Nutzen und die möglichen Risiken für die Umwelt und die Landwirtschaft abgeklärt werden. Das Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft BUWAL hat, zusammen mit anderen Bundesämtern, die Aufgabe, Bewilligungsgesuche für Freisetzungsversuche mit transgenen Pflanzen zu prüfen. Diese Studie hat das Ziel basierend auf dem gegenwärtigen Stand des Wissens, Entscheidungsgrundlagen zur Beurteilung der zu erwartenden ökologischen Folgen beim Anbau transgener schädlingsresistenter Nutzpflanzen in der Schweiz zu schaffen. Vorgehen In einem allgemeinen Teil werden die Grundlagen erarbeitet, anhand derer die Wahl der schädlingsresistenten Kulturen erfolgt, die für die Schweiz von Bedeutung sein könnten. Weiter dienen die Grundlagenkapitel der Wahl der Kriterien, anhand derer der Nutzen und mögliche Risiken von transgenen schädlingsresistenten Nutzpflanzen für die Umwelt und die Landwirtschaft beurteilt werden. In einem spezifischen Teil werden die drei Fallbeispiele transgener schädlingsresistenter Mais, Kartoffeln und Raps diskutiert und Vergleiche zu bisherigen Schädlingsbekämpfungsmassnahmen gezogen. Mit Hilfe der relevanten Literatur und im Gespräch mit Fachpersonen werden folgende Punkte diskutiert: Resistenzentwicklung der Zielschädlinge Beeinflussung von Einfluss auf die bisherige Anbaupraxis 1

2 Als Synthese des allgemeinen und des spezifischen Teils wird das Vorgehen zur Analyse der Umweltsicherheit bei der Freisetzung von transgenen schädlingsresistenten Nutzpflanzen schematisch dargestellt. Wichtigste Ergebnisse Einführende Kapitel Die flächenmässig bedeutendsten Kulturen der Schweiz sind neben verschiedenen Getreiden vor allem Mais, Zuckerrüben, Raps und Kartoffeln sowie die drei Spezialkulturen Gemüse-, Obst- und Weinbau. Unter Berücksichtigung des Insektizideinsatzes pro Kultur, der Pflanzen, für die bereits transgene schädlingsresistente Varietäten entwickelt wurden und der verfügbaren Informationen wurden die drei Ackerkulturen Mais, Kartoffeln und Raps als Fallbeispiele gewählt. Resistenzentwicklung Zahlreiche Arthropodenarten haben bereits eine Resistenz gegen verschiedene Insektizide entwickelt und es wird damit gerechnet, dass Insekten auch eine Resistenz gegen transgene schädlingsresistente Pflanzen entwickeln können. Alle 1998 im Ausland zu kommerziellen Zwecken angebauten transgenen schädlingsresistenten Pflanzen (Mais, Kartoffeln, Baumwolle, Tomaten) exprimieren ein Toxin-Gen des Bakteriums Bacillus thuringiensis. Es wird vermutet, dass Schädlinge schneller eine Resistenz gegen Bt-exprimierende Pflanzen entwickeln als gegen Bt-Spritzmittel. Zur Zeit fehlen Hinweise auf eine Kreuzresistenz zwischen Bt-Pflanzen und Bt-Spritzmitteln und umgekehrt. Als wirkungsvollste Resistenzmanagement-Strategie gilt heute die high-dose/refuge"-strategie, wobei die Strategie auf Modellrechnungen beruht und langjährige Erfahrungen fehlen. Durch den Anbau von transgenen schädlingsresistenten Pflanzen können, ebenso wie beim Einsatz von Insektiziden, neben den Ziel-Schädlingen auch beeinträchtigt werden. Als gelten Nützlinge, Bienen und andere Bestäuber, Nicht-Zielherbivoren und Bodenorganismen. Die Resultate aus Studien über Auswirkungen von transgenen schädlingsresistenten Pflanzen auf sind teilweise widersprüchlich und es bedarf standardisierter Prüfverfahren, um eine objektive Beurteilung der jeweiligen Untersuchungen zu ermöglichen. Die Übertragung von Genen via Pollen von Kulturpflanzen auf verwandte Kultur- und Wildarten ist ein in der Natur verbreitetes Phänomen. Dieser vertikale Gentransfer geht unabhängig davon vor sich, ob die Gensequenz mit traditioneller Züchtung oder gentechnischen Methoden in das Pflanzengenom eingeschleust wurde. Von den vielen Voraussetzungen, die erfüllt sein müssen, damit ein vertikaler Gentransfer stattfinden kann, ist vor allem das Vorhandensein eines sexuell kompatiblen Kreuzungspartners innerhalb der Verbreitungsdistanz der Pollen von Bedeutung. Die Übertragung eines Gens für Insektenresistenz ist dann von Bedeutung, wenn das Gen im Kreuzungspartner exprimiert wird, in der Saatgutproduktion, oder bei Auskreuzung auf Pflanzen derselben Art, die nach den Richtlinien des Biolandbau oder IP-Suisse angebaut werden. 2

3 Fallbeispiele Mais (Zea mays) und Maiszünsier (Ostrinia nubilalis) Mais wurde mit Genen für verschiedene Bacillus thuringiensis (Bt)-Toxine transformiert, um eine Resistenz gegenüber dem Maiszünsler zu erhalten, dem bedeutendsten Maisschädling in der Schweiz. Schädlingsbekämpfungsmassnahmen Die bisherige Schädlingsbekämpfungspraxis beschränkt sich in den drei Anbausystemen Integrierte Produktion, Biolandbau und konventionelle Produktion auf den erfolgreichen Einsatz der Schlupfwespe Trichogramma brassicae, welche die Schädlingseier parasitiert. Der Maiszünsler tritt jährlich auf einer Fläche von 40'000-50'000 ha auf und wird auf rund 7'000 ha jährlich (knapp 10 % der gesamten Maisanbaufläche) mit Trichogramma- Schlupfwespen kontrolliert. In der Schweiz sind keine insektiziden Spritzmittel gegen den Maiszünsler zugelassen und keine Maiszünsler-wirksamen Mikrogranulate mehr im Handel. Der Anbau von Bt-Mais führt somit nicht zu einer Einsparung von chemischen lnsektiziden. Resistenzentwicklungen O. nubilalis hat unter hohem Selektionsdruck in Laborexperimenten bereits eine semidominant und vermutlich monogen vererbte Resistenz gegen ein Bt-Spritzmittel entwickelt, welches unter anderem auch die in Bt-Mais exprimierten Bt-Toxine Cry1Ab und Cry1Ac enthält. Es besteht die Möglichkeit, dass der Maiszünsler auch eine Resistenz gegen Bt-Mais entwickelt. Laborstudien geben Hinweise darauf, dass bestimmte Nützlinge und Bodenorganismen durch den Anbau von Bt-Mais beeinträchtigt werden könnten. Es gibt ebenfalls Hinweise darauf, dass Bienen bei Expression des Transgens im Pollen durch das Bt-Toxin geschädigt werden können. Eine abschliessende Beurteilung wäre verfrüht. Die bisher durchgeführten Feldstudien ergaben ihrerseits keine signifikanten Unterschiede in der Dichte verschiedener Nützlingspopulationen oder der Parasitisierungsrate von Schlupfwespen in Bt-Mais- und Kontrollparzellen. Es ist wahrscheinlich, dass Bt-Mais Schädigungen an Nicht-Zielherbivoren der gleichen Ordnung, die an Maispflanzen fressen (z.b. der Eulenraupe), bewirken kann. Diesbezügliche Untersuchungen fehlen noch. Ein vertikaler Gentransfer via transgenem Maispollen ist im Rahmen der Verbreitungsdistanz von Maispollen nur auf Maispflanzen möglich, da in der Schweiz keine anderen sexuell kompatiblen Kreuzungspartner wachsen. Dies kann insbesondere für die Besitzer von Maisflächen, die nach den Richtlinien des Biolandbau oder der IP-Suisse produzieren und eine Nulltoleranz für fremde Gene einzuhalten haben, zu Problemen führen. Anbaupraxis Der Wegfall des Trichogramma-Einsatzes bringt eine Arbeits- und Kostenersparnis, welche jedoch durch Planung, Koordination und Durchführung von Resistenzmanagement- Massnahmen, wie z.b. dem Anlegen von Refugien, mindestens aufgehoben werden. Das Planen und Anlegen von Refugien schränkt zudem die individuelle Entscheidungsfreiheit der Landwirtinnen und Landwirte ein. 3

4 Kartoffeln (Solanum tuberosum) Kartoffelkäfer (Leptinotarsa decemlineata) Kartoffeln wurden mit dem Gen für das Bt-Toxin Cry3A gegen Käfer transformiert, um eine Resistenz gegen den Kartoffelkäfer zu erhalten, dem Hauptschädling im Kartoffelanbau in der Schweiz. Schädlingsbekämpfungsmassnahmen Die Bekämpfung des Kartoffelkäfers erfolgt jährlich auf einer Fläche von 3'000-5'000 ha (20-30% der gesamten Kartoffelanbaufläche). Durch den Anbau von Bt-Kartoffeln würde der Einsatz von Bt-Spritzmitteln (Bio, IP, konventionell), von insektiziden Wachstumsregulatoren (IP, konventionell) sowie Pyrethroiden und Phosphorsäureestern (IP mit Sonderbewilligung, konventionell) reduziert. Eine Einsparung von Wachstumsregulatoren und chemischen Insektiziden ist nur auf Betrieben möglich, die konventionell oder nach IP-Richtlinien (IP- Suisse ausgenommen) wirtschaften, wo der Anbau von transgenen Kartoffeln zugelassen ist (ca. 1'000-3'000 ha). Resistenzentwicklung Der Kartoffelkäfer hat Resistenzen gegen zahlreiche Insektizide entwickelt und konnte bereits im Labor auf eine semidominant vererbte Resistenz gegen das Bt-Toxin Cry3A selektioniert werden, welches auch in Bt-Kartoffeln exprimiert wird. Eine Resistenzentwicklung des Kartoffelkäfers gegen Bt-Kartoffeln ist möglich. Resultate aus mehreren Studien über die Auswirkungen von Bt-Kartoffeln auf Nicht- Zielorganismen ergaben bisher keinen eindeutigen Nachweis einer Schädigung. Eine Übertragung des Resistenzgens ist im Rahmen der Verbreitungsdistanz der Pollen nur auf andere Kartoffelpflanzen möglich, da aus Kreuzungen mit anderen Solanumarten keine lebensfähigen Nachkommen entstehen. Die Auskreuzung auf herkömmliche Kartoffelsorten führt für die Besitzer von Kartoffelflächen, die nach den Richtlinien des Biolandbau oder der lp-suisse produzieren vermutlich kaum zu Problemen, da die transgenen Kartoffelsamen nicht weiterverwendet werden. Anbaupraxis Der Wegfall der bisherigen Schädlingsbekämpfungsmassnahmen führt zu einer Arbeits- und möglicherweise Kostenersparnis, die durch die Planung, Koordination und das Anlegen der Refugien vermutlich mindestens ausgeglichen wird. Die persönliche Entscheidungsfreiheit der Landwirtinnen und Landwirte wird durch das Planen und Anlegen der Refugien eingeschränkt. Der Anbau von Bt-Kartoffeln erfolgt in jedem Fall präventiv und verunmöglicht so die gezielte Bekämpfung des Kartoffelkäfers nach der wirtschaftlichen Schadensschwelle. Raps (Brassica napus var. napus) und Rapsglanzkäfer (Meligethes aeneus), Rapsstengelrüssler (Ceutorhynchus napi) und Rapserdfloh (Psylliodes chrysocephala) Raps wurde mit verschiedenen Genen für Schädlingsresistenz transformiert. Von Bedeutung sind für die Schweiz derzeit einzig die Transformationen mit Protease-Inhibitoren (PI), die Raps eine teilweise Resistenz gegen die Rapsschädlinge Rapsglanzkäfer, Rapsstengelrüssler und Rapserdfloh verleihen. 4

5 Schädlingsbekämpfungsmassnahmen Der Anbau von PI-exprimierendem Raps würde zur Einsparung der in der integrierten Produktion und im konventionellen Anbau eingesetzten breit wirksamen und ökotoxikologisch nicht unbedenklichen Insektizide führen. Rapsschädlinge werden jährlich auf einer Fläche von rund 10'000 ha (rund 65% der gesamten Rapsanbaufläche) bekämpft. Im Biolandbau wird aufgrund mangelnder alternativer Schädlingsbekämpfungs-Methoden kaum Raps angebaut. Resistenzentwicklung Vor allem der Rapsglanzkäfer hat in den vergangenen Jahren Resistenzen gegen mehrere Insektizide entwickelt, und Laboruntersuchungen zeigten bereits eine Toleranz des Rapserdflohs gegen Protease-Inhibitoren. Rapsschädlinge besitzen das Potential zur Resistenzentwicklung. Zur Zeit liegen keine Untersuchungen über die Auswirkungen transgener PI-exprimierender Rapspflanzen auf Nützlinge vor. Das breite Nützlingsspektrum im Raps umfasst unter anderem verschiedene räuberische Käfer, die durch den Anbau von PI-Raps möglicherweise gefährdet werden können. In mehreren Laborstudien konnten nachteilige Auswirkungen von Protease-Inhibitoren auf Bienen festgestellt werden. Die Auskreuzung von Raps als Pollenspender ergibt neben Raps ausschliesslich mit Brassica campestris (= B. rapa: Rübse) und B. juncea (Sareptasenf: in der Schweiz seltenes Ackerbegleitkraut) teilweise fertile Hybriden. Eine Auskreuzung auf herkömmliche Rapssorten auf IP-Suisse Betrieben ist dann ein Problem, wenn das Rapsextraktionsschrot oder der Rapskuchen PI-haltig ist und als Mastfutter auf dem Betrieb verfüttert wird, da auf diesen Betrieben die Verfütterung gentechnisch veränderter Futtermittel untersagt ist. Eine Auskreuzung auf Rübsen, ist nur möglich, wenn Rübsen als Ablenkfutter für Rapsschädlinge in Randstreifen von Rapsfeldern angebaut werden und sich der Blühzeitpunkt von Raps und Rübsen überschneidet. Anbaupraxis Die Einsparung von lnsektizidapplikationen führt zu einer Arbeitsersparnis. Da noch kein Resistenzmanagement für PI-Raps entwickelt wurde kann nicht kalkuliert werden, mit welchem Arbeitsaufwand das Anlegen von Refugien oder andere Massnahmen verbunden ist. Schlussfolgerungen Der Anbau von transgenen schädlingsresistenten Varietäten ist nur für Kulturen sinnvoll, die flächenmässig und ökonomisch von Bedeutung sind und die einen hohen Insektizideinsatz aufweisen. In dieser Studie wurden Mais, Kartoffeln und Raps berücksichtigt, weil für die Spezialkulturen (Gemüse, Obst-, Weinbau) zur Zeit keine transgenen schädlingsresistenten Varietäten zur Verfügung stehen. Der Anbau von transgenen schädlingsresistenten Nutzpflanzen in der Schweiz würde im Fall von Bt-Kartoffeln und PI-Raps zu einer Reduktion der bisher eingesetzten chemischen Insektizide führen und dadurch eine Reduktion der Umweltbelastung bringen. Mit der Einsparung von Insektizideinsätzen ist auch eine Arbeits- und eventuell Kostenersparnis verbunden. 5

6 Da die Hauptschädlinge von Mais und Kartoffeln im Labor bereits eine Resistenz gegen das in den transgenen Pflanzen exprimierte Toxin oder Vorstufen davon entwickelt haben, ist die Wirkungsdauer der transgenen Pflanzen möglicherweise langfristig gefährdet. Die heute empfohlenen Resistenzmanagement-Strategien beruhen auf Modellen und ihr langfristiger Erfolg ist noch nicht nachgewiesen. Planung, Anlegen, Koordination und Kontrolle der Refugien ist mit einem wesentlichen Arbeits- und Kostenaufwand verbunden. Diese Aufgaben sowie deren Finanzierung sollten von einer offiziellen Instanz übernommen und geregelt werden. Die rechtlichen Grundlagen für das Anlegen von Refugien sind zur Zeit in Diskussion. Der Anbau von Bt-Mais, Bt-Kartoffeln und PI-Raps kann grundsätzlich zu Schädigungen von führen. Um die langfristigen Auswirkungen dieser Pflanzen genauer abzuklären, braucht es weitergehende Untersuchungen unter Labor-, Halbfreiland und Freilandbedingungen, die methodisch korrekt aufgebaut sind. Ein vertikaler Gentransfer auf Pflanzen, die nach den Richtlinien des Biolandbau oder der IP-Suisse angebaut werden, kann bei Mais und Raps zur Verletzung der Nulltoleranz für fremde Gene führen. Es müssen Schutzziele definiert werden, nach denen die Vertretbarkeit oder Nicht- Vertretbarkeit möglicher Schäden von transgenen schädlingsresistenten Nutzpflanzen beurteilt werden können. 6