Vergleich der Methoden F 2 -Screening und Screening auf Bt-Maisfeldern

Zucht und die Testung bestimmt.

Durch den geringen Befall im Bt-Mais ist der Aufwand beim Sammeln im Bt-Mais pro Isolinie, trotz der angepassten Sammelstrategie, höher als im Nicht-Bt-Maisfeld. Die Testung und Zucht ist für das Screening auf Nicht-Bt-Maisfelder aufwändiger pro Isolinie als für das Screening auf Bt-Maisfeldern, da durch die Selektion homozygoter Larven im Bt-Mais die Entdeckungswahrscheinlichkeit resistenter Larven in der F2 -Generation höher ist. Werden beide Vor- und Nachteile zusammengefasst, ist der Arbeitsaufwand pro Isolinie für beide Methoden annährend gleich. Die effizientere Methode sollte bei gleicher Anzahl untersuchter Isolinien (x) eine kleinere Varianz für die Resistenzallelfrequenz (q) besitzen.

Die Effizienz lässt sich somit als Quotient der Varianzen der Methode A (Screening auf Nicht-Bt-Maisfelder) durch die Methode B (Screening auf Bt-Maisfeldern) bei gleicher Resistenzfrequenz und gleicher Isolinienzahl berechnen (Piepho, pers. Mitt.):

Effizienz = Varianz(A)/Varianz(B) =

)

Die Anzahl der zu untersuchenden Isolinien von Bt-Maisfeldern hängt von der

„Verunreinigung“ dieser Felder mit Pflanzen, die kein Toxin produzieren, und von der Resistenzhäufigkeit ab. Für die Abb. 7 wurde die Effizienz (E) auf einer logarithmischen Skala angegeben.

q

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,010

log(E )

-15 -10 -5 0 5 10 15 20

β = 0 β = 0,0001 β = 0,001 β = 0,01 β = 0,1

Abb. 7: Effizienz der Methoden F2-Screening auf Nicht-Bt-Maisfeldern und Screening auf Bt-Maisfeldern für vier Verunreinigungs-Stufen (β) der Bt-Maisfelder.

Anteil Nicht-Bt-Pflanzen in Prozent der Gesamtpflanzen auf einem Bt-Maisfeld:

β = 0,1 %; β = 0,01 %; β = 0,001 %; β = 0,0001 %; β = 0 %.

q = Resistenzfrequenz, E = Effizienz = Varianz(A)/Varianz(B).

Ist der log(E) > 0, besitzt das F2-Screening auf Nicht-Bt-Maisfelder (Methode A) eine größere Varianz und eine geringere Effizienz. Ist der log(E) < 0, hat das Screening auf Bt-Maisfeldern (Methode B) eine größere Varianz.

Für die Durchführung des "Refugien/Hoch Dosis"-Resistenzmanagements sollte eine Resistenzfrequenz von 0,001 = 10^-3 nicht überschritten werden. Unterhalb dieser Resistenzfrequenz ist das F2-Screening auf Nicht-Maisfeldern dem Screening auf Bt-Maisfeldern bis zu einer „Verunreinigung“ von 0,001 % in der Bestimmung der Resistenzallelfrequenz überlegen. Bei keiner Verunreinigung der Bt-Felder ist es effizienter im Bt-Maisfeld zu sammeln.

6.4 Diskussion

Das Screening von Bt-Maisfeldern auf homozygot resistente Maiszünslerlarven wurde von Venette et al. (2000) als Alternative bzw. Ergänzung zum F2-Screening von rezessiven Resistenzallelen auf Nicht-Bt-Maisfeldern entwickelt.

In Deutschland wurden in den Jahren 2000 und 2001 einige hundert Hektar Bt-Mais angebaut (Degenhardt et al., 2003). Auf diesen Feldern sollten resistente Maiszünsler gesammelt werden, die für die Untersuchung der physiologischen Ursachen der Resistenzentstehung verwendet werden sollten. Daher bot es sich an die Resistenz-frequenz mit einer angepassten Methode von Venette zu bestimmen.

6.4.1 Vergleich der Monitoring-Methode von Venette (2000) mit der in dieser Arbeit durchgeführten Methode

In einigen wichtigen Punkten weicht die in dieser Arbeit durchgeführte Untersuchung von der von Venette et al. (2000) vorgeschlagen Methode ab. In den folgenden Abschnitten werden die Ergebnisse dieser Untersuchungen und der Einfluss der unterschiedlichen Methodik diskutiert.

6.4.1.1 Parzellen-Versuch versus Praxisanbau

Venette (2000) führte die Versuche in Parzellen-Anlagen durch, wobei die Nicht-Bt-Sorte direkt benachbart lag. In den eigenen Untersuchungen wurden an den Standorten 10 und 11 im Jahr 2001 Parzellen-Versuche mit benachbarten isogenen Nicht-Bt-Sorten durchgeführt, wobei der Standort 10 als randomisierte Blockanlage angelegt war. Bei den anderen Feldern lagen die Vergleichsflächen in einem Umkreis von maximal 50 Metern. Im Gegensatz zu Venette (2000) wurden die Untersuchungen auf verschiedenen Feldern mit unterschiedlichen Größen durchgeführt. Die sich hieraus ergebenden Unterschiede in der Befallserhebung werden in Kapitel 6.4.7 diskutiert.

6.4.1.2 Süßmais versus Futter- bzw. Stärkemais

Die Untersuchungen von Venette (2000) wurden mit Bt-Süßmais durchgeführt, wobei über das verwendete Bt-Mais-Event keine Angaben gemacht wurden. Aus den Angaben lässt sich der Rückschluss ziehen, dass Linien, die in allen Pflanzenteilen das Toxin produzieren, verwendet wurden. In den eigenen Versuchen wurden im Jahr 2000 Linien des Events Bt-176 untersucht, die im Kolben kein oder nur geringe Mengen an Bt-Toxin produzieren. Im Jahr 2001 wurde mit Linien des Events Mon810 gearbeitet, die im Kolben eine hohe Toxinkonzentration expremieren. Bt-Süßmais wurde nicht untersucht, da dieser in Deutschland nicht angebaut wird. Eine Bewertung der verwendeten Mais-Events erfolgt in Kapitel 6.4.3.

6.4.1.3 Sammelstrategie zur Entdeckung resistenter Larven

Die Untersuchungen von Venette (2000) wurden während des Befalls der 2. Generation durchgeführt. Für die Maiszünsler der 2. Generation auf Süßmais stellt der Kolben die attraktivste Nahrungsquelle dar, so dass sich Venette (2000) auf die Kontrolle der Kolben konzentrieren konnte. In Deutschland kommt es zur Ausbildung von nur einer Maiszünslergeneration und der Kolben ist nicht das attraktivste Ziel für die

Maiszünslerlarven. Aus diesem Grund wurde im Jahr 2001 nach den Erfahrungen des Vorjahres die gesamte Pflanze auf Schadsymptome untersucht. Da für das Aufschneiden der Pflanzen ca. drei Minuten benötigt werden, schied diese Untersuchungsmethode bei der benötigten Pflanzenboniturzahl aus. Die visuelle Bonitur der Gesamtpflanze benötigt weniger als 5 s/Pflanze, wobei beim Auftreten von Schadsymptomen ein Aufschneiden der Pflanzen notwendig war. Der Befallsdruck wird im Nicht-Bt-Mais durch das Aufschneiden von Pflanzen erhoben. Die Stichprobengröße sollte sich nach der Gesamtzahl der im Bt-Maisfeld untersuchten Pflanzen richten, um den Arbeitsaufwand zu minimieren. In dieser Arbeit wurde zum Teil auf externe Befallserhebung in benachbarten Versuchsanlage zurückgegriffen. Dies ermöglichte eine Konzentration auf das Sammeln im Bt-Mais. Der Nachteil ist, dass die Stichprobengröße nicht beeinflusst werden kann und es zu einem Ungleichgewicht in der Anzahl der untersuchten Bt-Mais-Pflanzen und der für den Befallsdruck untersuchten Nicht-Bt-Maispflanzen kommt.

6.4.1.4 Statistik

Die Statistik in dieser Arbeit geht von einem Frequentistischen Ansatz aus, während Venette einen Baye'schen Ansatz wählte (vergleiche Kapitel 5.4.2). Zur Vereinfachung der Berechnung wurde angenommen, dass der Befall im Nicht- und im Bt-Mais einer Poisson-Verteilung entspricht. Die Vererbung der Resistenzallele wurde als vollständig rezessiv angenommen, so dass der Dominanzgrad h = 0 ist und nicht weiter berücksichtigt wurde. Venette diskutiert die Möglichkeit der Verwandtschaft zweier Larven, die im Bt-Maisfeld und besonders auf einer Bt-Maispflanze gefunden wurden und berechnet einen Korrekturfaktor. Da in den eigenen Untersuchungen keine resistenten Larven gefunden wurden, erübrigte sich die Korrektur der Daten.

6.4.2 Bewertung des Sammelzeitpunktes für die Bestimmung der