Mais (Zea mays) ist für die Verwendung als transgene Nahrungs- und Futtermittelpflanze ei-nes der bedeutendsten Beispiele aus der Familie der einkeimblättrigen Süßgräser (Poaceae) [37]. Diese C4-Pflanze ist eine einjährige Monokotyledone, wobei die weiblichen (Blüten der seitenständigen Kolben bzw. in den Achseln der Blätter) und männlichen Blüten (in der Rispe, an der Spitze der Pflanze) voneinander getrennt sind [38]. Ursprünglich stammt Mais aus Mexiko, wo er aus der mehrjährigen Teosinte gezüchtet wurde [39]. Heutzutage stellt Zea mays subsp. mays die wichtigste Form dar und umfasst die größte Gruppe der Le-bens- und Futtermittelpflanzen [40]. Als stärkereiche Pflanze ist Mais vor allem in den Ent-wicklungsländern ein Grundnahrungsmittel. Für den Menschen ist es ein wichtiger Kohlen-hydratlieferant und in der Viehwirtschaft bedeutend als Futtergetreide (Silomais und Körner-mais). Aufgrund der guten Silierung von Mais, ist eine Vorratslagerung für die Viehfütterung vor allem in Europa und Amerika möglich.
Ein zunehmender Beitrag in den Industrieländern stellt derzeit auch der Einsatz von Mais zur Energiegewinnung in Biogasanlagen dar [41].
Trotz des extensiven Einsatzes von Mais in der Landwirtschaft, stellt es als empfindliche Kulturpflanze die Landwirtschaft vor große Probleme. Als Monokulturen werden sie jedes Jahr neu angepflanzt und vermindern einseitig den Nähstoffgehalt des Bodens.
Trotz des intensiven Einsatzes von Monokulturen, werden den Böden immer wieder die glei-chen Nährstoffe entzogen und erfordern einen höheren Bedarf an Pflanzendüngern. Er ist schneller anfällig für Erkrankungen. Aufgrund der dichten Bepflanzung innerhalb des Feldes, können Erkrankungen schneller von einer Pflanze auf die nächste übertragen werden. Pilzin-fektionen und ein Befall durch tierische Schädlinge, wie der Fritfliege (Oscinella frit), die
Zea mays 25 Ackerschnecken (Deroceras ssp.) und der Befall durch den Maiszünsler (Ostrinia nubilalis) und des Westlichen Maiswurzelbohrers (Diabrotica vigifera) stellen hier nur einige Beispiele dar, die Schäden am Mais verursachen können [7]. Der Maiszünsler zu den Schmetterlingen und dringt in die Sprossen der Maispflanze ein. Dort verursacht er schwere Fraßschäden, die zu hohen Ernteausfällen führen können. In den Stängeln überwintern reife Zünsler. Jedes Weibchen kann in Abhängigkeit zur Umgebungstemperatur auf die Unterseite der Blätter 500 bis 600 Eier legen. Nachdem sich die Larven durch die Blätter gefressen haben, bohren sie sich durch den Blattmittelsteg. Je nach Larvenstadium kann sich der Maiszünsler weiter in den Pflanzenstängel und bis in die Maiskolben fressen. Diese Fraßschäden führen am Ende zum Abknicken der Stängel, Abfall von Kolben sowie zu verminderten Stärke- und Zucker-gehalten in den Kolben.
9.1 Bt-Mais
Zum Schutz der Nutzpflanzen vor tierischen Schädlingen sowie zur Erhöhung der Erträge dieser Nahrung- und Futtermittelpflanzen, ist der Einsatz transgener Pflanzen in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Bevor bekannt wurde, dass ein gezielter Gentransfer vom Bacillus thuringiensis in die Maispflanze möglich ist, wurde extensiv ab den 30er Jahren ein Insektenspray eingesetzt, welches Sporen oder auch Kristallproteine des Bacillus thuringiensis enthielt. In dieser Zeit stellte es zunächst eine gute Alternative gegen-über DDT als Pflanzenschutzmittel dar [42]. Für die landwirtschaftliche Kontrolle von Pflanzenschädlingen ist der Einsatz in der Hinsicht sinnvoll und nützlich, dass die von Bacillus thuringiensis produzierten Proteine direkt als Bt-Proteinsuspensionen eingesetzt werden.
Dennoch ist der Einsatz von Bacillus thuringiensis auch mit Nachteilen behaftet. Die Pesti-zide können sich auch ungünstig auf dichtbesiedelte Stämme wie Bienenstöcke auswirken.
Hier kam es z. B. zu vermehrten Tierseuchen [42].
Neben der Instabilität der giftigen Bestandteile, behält die Verwendung als Spritzmittel wei-terhin den Nachteil, dass es, oberflächlich aufgetragen, leicht vom Regen abgespült werden kann. Die Kristallproteine sind instabil bei UV-Einstrahlung und zerfallen schnell durch di-rektes Sonnenlicht [28], [42], [43]. Des Weiteren birgt der Einsatz als Spray die Gefahr, dass das Pestizid nicht homogen auf die gewünschten Pflanzenabschnitte aufgebracht wird. Eine Minimierung dieser Problematik wurde in der Verwendung von transgenen Pflanzen erkannt.
Zea mays 26 Hier kann eine modifizierte Version des Cry-Gens von Bacillus thuringiensis für die Herstel-lung transgener Pflanzen eingesetzt werden. Durch die Produktion der Cry-Proteine durch die transgenen Pflanzen können die Insekten in vivo bekämpft werden. Gentechnisch veränderte Pflanzen, die Gene des Bacillus thuringiensis enthalten, gewährleisten weiterhin, dass die Cry-Proteine in ausreichend großer Menge in der Pflanze produziert werden [44]. Sie stellen so sicher, dass die Insekten effektiv abgetötet werden können. Für die Erhöhung der Ernteer-träge und der Stabilität der Pflanzen, ist der Einsatz transgener Maispflanzen in den letzten Jahren drastisch gestiegen. Weltweit wurden 2007 circa 11,3 Millionen Hektar Bt-Mais ange-baut [45]. Die Produktionsmengen 2011 sind wahrscheinlich im Bereich von 20 Millionen Hektar. Derzeit liegen keine genauen Daten vor, um diese Aussage eindeutig zu belegen. In diesen Pflanzen ist aufgrund einer kontinuierlichen Giftproduktion ein kontinuierlicher Schutz der Pflanze vor Insektenfraß an allen Stellen der Pflanze möglich [43]. Um die Pflanzen ge-gen den Maiszünsler zu schützen, werden die Gene für das Bt-Protein Cry1Ab eingebracht.
Ein Schutz vor dem Maiswurzelbohrer kann durch die Integration des Bt-Proteins Cry3Bb1 gewährleistet werden. Als Beispiel soll hier das Korn von Monsanto, YieldGard® Korn, MON810 genannt werden [46]. Es wird heute zum Teil in Europa und Nordamerika angebaut.
In Deutschland darf das MON810 derzeit jedoch nicht angepflanzt werden [47].
Die Linie MON810 von Monsanto enthält das Gen CryA1Ab des Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki-Stamm HD-1 [46]. Ebenfalls zugelassen in Europa ist die Linie Bt-11 der Firma Novartis, welche das gleiche Gen aus Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki trägt.
Die verschiedenen Stämme von Bacillus thuringiensis haben die Eigenschaft, gegen verschie-dene tierische Schädlinge wirksam zu sein und aufgrund der Vielfalt der verschieverschie-denen For-men von Cry-Proteinen, ist ein Einsatz zur Produktion transgener Maissorten fast ubiquitär möglich [28], [45].
Im MON810 kann das Cry1Ab-Protein in einem Konzentrationsbereich von 3 bis 10 µg/g frischem Blattgewebe produziert werden. Im Korn sind Bereiche von 0,2 bis 1,4 µg/g mög-lich [45].
Dahingegen wird der Bt-Mais mit dem integrierten Cry-Protein Cry3Bb1 bevorzugt dort eingesetzt, wo die Pflanzen robust gegenüber dem Westlichen Maiswurzelbohrer sein müssen [28]. 2003 kam das erste transgene Produkt gegen die Schäden durch den Maiswurzelbohrer in den USA auf den Markt. Dieses aktuelle Produkt von Monsanto MON863 (Monsanto YieldGard® gegen den Maiswurzelbohrer) wird auch weiterhin vor allem in Nordamerika verwendet. Hiernach erwähnen ICOZ et al., dass der Westliche und Nördliche
Übertragungswege von GVOs 27 Maiswurzelbohrer jährlich einen Schaden von fast einer Milliarde Dollar verursacht [45]. Der transgene Mais MON863 ist in der Lage u. a. in den Blättern, den Pollen und auch in den Wurzeln die Cry3Bb1-Proteine in einem Konzentrationsbereich von 3,2 bis zu 93 µg/g zu produzieren.