Effizienz des F 2 -Screenings

Die Sammlung der Maiszünsler für das F2-Screening erfolgte im Gegensatz zu Andow et al. (1998a) nicht mit Hilfe von Lichtfallen, sondern im Herbst wurden auf zehn verschiedenen Feldern kurz vor der Ernte ca. 100 Maiszünslerlarven pro Feld gesammelt. Lichtfallen haben den Vorteil, dass diese durch ihre Fernwirkung innerhalb von wenigen Tagen bis Wochen eine große Anzahl an Maiszünslern bei einem geringen Personaleinsatz fangen. Während der Fangperiode 2000 und 2001 schwankte die Gesamtzahl der Falter zwischen 500 und 1.000 Individuen. Das Geschlechterverhältnis lag bei ca. 1 : 2 [♂♂ : ♀♀] und die maximale Anzahl der Falter pro Pentade lag bei 120. Andow et al. (2000) geben an, dass ca. 31 % der Weibchen, die durch eine Lichtfalle gefangen wurden, keine Eier ablegen. Eine im Jahr 1999 verwendete Lichtfalle erbrachte einen ähnlichen Wert von 23 % Weibchen ohne Eibablage. Pro Lichtfalle hätten also in den Jahren 2000 - 2001 ca. 200 - 460 Isolinien maximal angesetzt werden können. Werden die durch den Transport und die Lagerung getöteten Falter berücksichtigt und die Tatsache, dass nicht während der gesamten Flugperiode Isolinien angesetzt werden können, so ergibt sich ein realistischer Wert von ca. 50 - 100 Isolinien pro Lichtfalle und Flugperiode. Um eine möglichst repräsentative Stichprobe zu erhalten, müssten an einem Standort ca. 3 - 4 Lichtfallen aufgestellt und betreut werden. Im Jahr 1999 konnten in einem Vorversuch mit einer Lichtfalle 65 Isolinien

angesetzt werden. Ein Nachteil der Lichtfalle liegt darin, dass in Gebieten in denen die Z-Rasse und die E-Rasse gemeinsam vorkommen mit der Lichtfalle auch Weibchen der E-Rasse gefangen werden. Hybriden von E- und Z-Rasse sind zwar bekannt (Peña et al., 1988), es ist aber nicht bekannt inwieweit die Hybride stabile Populationen aufbauen und somit als Refugium im Rahmen eines Resistenzmanagements eingesetzt werden kann, so dass es nicht sinnvoll wäre die Initialfrequenz einer Mischpopulation zu ermitteln. Mehrere Autoren sind der Ansicht, dass die E-Rasse bzw. alternative Wirtspflanzen nicht als Refugium verwendet werden können (Bourguet et al., 2000a;

Alstad und Andow, 1995; Gould, 1998). Es ist anzumerken, dass die E-Rasse ihren Flughöhepunkt ca. 18 Tage vor der Z-Rasse hat (Lorenz, 1993), und dass die Populationsdichte der Z-Rasse in einem Maisanbaugebiet der Populationsdicht der E-Rasse um ein Vielfaches übersteigt. Durch die richtige Wahl des Standortes der Lichtfalle und durch die Beschränkung auf Fänge ab dem Zeitpunkt des Flughöhepunktes können somit die Beifänge der E-Rasse vermindert werden.

Das Sammeln der Maiszünsler im Herbst ist zeitlich aufwändiger als das Fangen mit Lichtfallen. Es hatte aber den Vorteil, dass es in einem Zeitraum lag, in der der Arbeitsaufwand in den Zuchten heruntergefahren werden konnte und so freiwerdende Mitarbeiter beim Sammeln eingesetzt werden konnten. Die Überwinterung der Larven verursacht keinen weiteren Bedarf an Arbeitszeit. Durch die Vereinzelung der Larven bzw. frisch geschlüpfte Falter nach der Überwinterung im Labor kann die Monogamie der P1-Weibchen, die eine Voraussetzung für die Statistik ist, gewährleistet werden. Bei Bedarf lässt sich auch der Schlupfzeitpunkt der P1-Falter steuern. Es muss beachtet werden, dass durch die hohe Wintermortalität und durch Paare die im Labor keine Eier legen (Tab. 30 und Tab. 31) die Anzahl angesetzter Isolinien nur einem Viertel der Anzahl der gesammelten Larven entspricht, d. h. für 750 Isolinien müssen ca. 3.000 Larven im Herbst gesammelt werden. Das Gebiet Niedernberg umfasst eine Fläche von ca. 15 km². In diesem Gebiet ist ein genetischer Austausch von Maiszünslern möglich, so dass trotz der Möglichkeit zur Bildung von Subpopulationen von einer homogenen Population in Bezug auf die Resistenzallele auszugehen ist. Durch das Sammeln von Maiszünslern auf zehn Feldern à 100 Larven wird im Vergleich zur Lichtfalle ein ähnlicher bzw. sogar höherer Abdeckungsgrad in der Fläche erreicht. Beide Sammelstrategien können als gleichwertig angesehen werden und stellen eine zufällige Stichprobennahme aus einem Untersuchungsgebiet dar. Die Bevorzugung einer Strategie hängt von den lokalen Gegebenheiten ab, wie z. B. der Entfernung zum Sammelgebiet, dem Befallsgrad, dem Anteil der E-Rassenpopulation, den Synergien mit anderen Forschungsprojekten und der Auslastung der Mitarbeiter.

5.4.1.2 Zucht

Jede Larve, die im Herbst gesammelt wurde, steht für ein Genom (= ein diploider Chromosomensatz). In der F2-Generation werden 2 Genome, je einer von Vater und Mutter, getestet, d. h. 4 haploide Chromosomensätze. Von den ursprünglich 2.315 Genomen bzw. 2.155 (abzüglich 160 Larven, die für weitere Untersuchungen entnommen wurden), die 2000 und 2001 gesammelt wurden, sind 18 % auf das Vorhandensein eines Resistenzallels getestet worden. An mehreren Stellen des Zuchtverlaufes werden die Zahlen der ursprünglich vorhandenen Chromosomensätze verringert. Die Effektivität des F2-Screenings nimmt durch die starke Reduktion der

Isolinien während der Zucht ab. Daher werden im Folgenden die Abschnitte des Zuchtverlaufes diskutiert, die zu einer Reduktion der Isolinien führen.

5.4.1.2.1 Wintermortalität

Die Wintermortalität mit 27,1 % bzw. 39,6 % hatte den größten Einfluss auf die Reduktion der Larven und damit auf die zu testenden Chromosomensätze. Die Wintermortalität, wird sie mit den Populationen Hessisches Ried und Pocking (4.2) verglichen, liegt im erwarteten Rahmen. Die Wintermortalität dieser Populationen, die unter gleichen Bedingungen überwintert wurden, betrug 1999 bis 2002 minimal 22 % bis maximal 42 % (4.2.1). Lorenz (1993) stellte für Maiszünsler, die in Stängeln unter ähnlichen Bedingungen überwinterten, eine Mortalität von 55 % fest. Die Wintermortalität der Maiszünslerlarven ist von verschiedenen Faktoren abhängig, so z. B. von dem Temperatur- und Niederschlagsverlauf während der Diapause, von der Parasitierung der Larven bzw. von den eingeschleppten Krankheiten und der allgemeinen Fitness der gesammelten Larven.

Temperatur und Luftfeuchtigkeit

In den vorliegenden Versuchen wurden die Maiszünsler weitgehend den natürlichen Temperaturen ausgesetzt. Es erfolgte lediglich ein Schutz gegen Niederschlag und Räuber. Maiszünsler gelten während der Diapause als sehr widerstandsfähig gegenüber tiefen Temperaturen (Lorenz, 1993). Die Temperaturverläufe im Jahr 2000 und 2001 unterschieden sich beträchtlich. Der Winter im Jahr 2000 war relativ mild. Zum Frühjahr stieg die Durchschnittstemperatur aber nur langsam ohne größere Temperatursprünge an. Das Jahr 2001 war im Januar und Februar durch einen schnellen Wechsel von Phasen mit tiefen Temperaturen und für die Jahreszeit ungewöhnlich hohen Temperaturen gekennzeichnet. Leichtere Larven, die einen geringeren DD9 bis zum Schlupf benötigen, sind im Jahr 2001 wahrscheinlich durch den Temperaturwechsel frühzeitig aus der Diapause erwacht und haben dadurch Energiereserven schneller verbraucht, was zu einer erhöhten Mortalität führte. Dies würde den starken Anstieg der Schlupfrate erst in der 6. Juni-Pentade erklären. Im Jahr 2000 überwinterten die Larven in Stoppeln. Aus hygienischen Gründen wurde den Larven 2001 nur Handtuchpapier zur Überwinterung angeboten. Stoppeln können aber wahrscheinlich ungünstige Temperaturverhältnisse besser abpuffern als Handtuchpapier, so dass dies ein weiterer Grund für die geringere Mortalität im Jahr 2000 sein kann. Die Alternative bei der Überwinterung der Maiszünsler wäre gewesen, die Larven bei konstanten Temperaturen im Klimaschrank überwintern zu lassen. Aus der Literatur (Beck und Hanec, 1960; Lynch et al. 1972; Lavialle, 1988) ist bekannt, dass das Schlupfverhalten der Maiszünsler von einem genauen Zusammenspiel von Temperatur, Licht und Feuchtigkeit abhängig ist. Durch die künstliche Einstellung dieser Parameter kann der Einfluss von ungünstigen Temperaturverläufen minimiert werden, wobei die Gefahr einer Selektion von Faltern, die sich an diese speziellen Bedingungen anpassen, besteht, was für die Untersuchungen der natürlichen Resistenzhäufigkeit verhindert werden sollte.

Parasitierung, Krankheiten und Fitness der Larven

Die Parasitierung von Maiszünslerlarven wurde nicht separat ermittelt, da diese bei den Larven aus dem Freiland auch nicht beeinflusst werden kann. Maiszünslerlarven werden auch durch die Mikrosporidie Nosema pyrausta befallen. Durch die Untersuchung der Isolinien können befallene Linien frühzeitig aus der Zucht entfernt werden und so eine Ausbreitung verhindert werden. Nosema pyrausta kann bei einem Massenauftreten die Empfindlichkeit der Maiszünsler gegenüber dem Bt-Toxin vermindern (4.2.4.3).

Regelmäßige Untersuchungen zeigten, dass die Larven aus Niedernberg nicht mit Nosema pyrausta infiziert waren. Die Infektion mit bakteriellen Krankheiten führt bei einer Massenhaltung immer wieder zu Problemen. Durch die Verwendung von Plastikboxen und Handtuchpapier als Versteckmöglichkeit, das eine regelmäßige Kontrolle der Überwinterungsgefäße sowie die Reinigung der Gefäße erleichterte, wurde der starken Ausbreitung von bakteriellen Infektion entgegengewirkt. Im Herbst 2000 hatten die in Niedernberg gesammelten Larven ein durchschnittliches Gewicht von 101 mg ± 20 mg, was als typisch für Larven vor der Diapause angesehen werden kann (Lorenz, 1993). Dies deutet darauf hin, dass die Larven sich auf die Diapause eingestellt hatten und eine normale Fitness besaßen.

5.4.1.2.2 Paarung der P1-Generation

Die Paarung der Maiszünsler wurde weitgehend unter natürlichen Licht- und Temperaturverhältnissen durchgeführt. Das hatte den Vorteil, dass das sensible Zusammenspiel von Temperatur und Licht, das bei Maiszünslern das Paarungsverhalten auslöst, nicht aufwändig simuliert werden musste. Im Gegensatz zu den Laborzuchten, die über Jahre auf Laborbedingungen selektiert wurden, reagieren die Zuchten aus dem Freiland meist mit einer verminderten Fertilität, wenn die Zuchtbedingungen nicht optimal sind. Die Verwendung von Plexiglaszylindern (4.2.4.1), die auf Gittern über Wasserschalen standen und mit Folie abgeschlossen waren, ermöglichte es, eine hohe Luftfeuchtigkeit in den Zuchtgefäßen (80 - 90 %) zu erreichen, um so optimale Fortpflanzungbedingungen zu schaffen. Die Falter lebten im Durchschnitt zwischen 7 und 21 Tagen. Ähnliche Werte zur Lebensdauer von Weibchen im Labor (12 bis 17 Tage) erzielten Fadamiro und Baker (1999). Durch Synchronisation des Falterschlupfs ließe sich der Ansatz von Isolinie noch erhöhen. Lorenz (1993) gibt an, dass schwere Postdiapause-Larven eine höhere Temperatursumme als leichtere Larven benötigen. Er schränkt aber ein, dass die Streuung innerhalb einer Gewichtsklasse beträchtlich ist. Für die Synchronisation wären somit genauere Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur und des Gewichtes auf das Schlupfverhalten notwendig, um die große Variabilität der Larven aus dem Freiland zu reduzieren, ohne unfreiwillig besondere phänotypische Eigenschaften in der Zucht zu selektieren und damit evtl.

Resistenzallelträger zu entfernen.

5.4.1.2.3 Zucht der Larven der F1-Generation

Bei den Zuchten der F1-Generation wurde von den weitgehend natürlichen Bedingungen auf künstliche Laborbedingungen umgestellt. Dadurch konnte die Zucht beschleunigt werden. Um eine ungewollte Selektion zu verhindern, wurden alle Eigelege eines P1 -Paares weitergezüchtet. Die Mortalität der Larven während der F1-Generation wurde nicht separat erhoben. Sie schwankte zwischen den einzelnen Isolinien beträchtlich.

Besonders während des L1-Stadiums sank die Larvenanzahl erheblich. Dies ist auf die besondere Empfindlichkeit der L1-Larven gegenüber Temperaturschwankungen und Trockenheit zurückzuführen. Außerdem nahm nur ein Teil der Larven das künstliche Medium an und der Drang der Larven sich zu verteilen führte dazu, dass einige Larven im Papier, das die Petrischalen abschloss und zur Luftfeuchtigkeitsregulation diente, verhungerten. Eine Reduktion der Larvenzahl durch Kannibalismus konnte beobachtet werden. Andow und Alstad (1998) berichteten davon, dass sie eine Vielzahl von Isolinien durch Verpilzung des Mediums verloren haben und schlugen die Zugabe von Konservierungsmitteln in das Nährmedium vor. Trotz der Zugabe von Konservierungsstoffen kam es zu Beginn der Versuche im Jahr 2000 zur Verpilzungen von Zuchtmaterial. Durch eine wöchentliche Kontrolle der Zuchtgefäße konnte die Verpilzung gestoppt werden, so dass keine Isolinie durch Verpilzung verloren gegangen ist. Die aufwändige Betreuung der F1-Larven erhöht allerdings wesentlich die Kosten der Zucht. Die Zucht der F1-Larven birgt damit ein großes Einsparpotential, wenn es gelingt die Zuchtbedingungen zu optimieren.