Alternativen zur Grünen Gentechnik
vonKnut Schmidtke
Stiftungsprofessur Ökologischer Landbau, HTW Dresden (FH)
Umweltringvorlesungen an der TU DresdenGrüne Gentechnik:
Pflanzen der Zukunft - Ernährung der Zukunft - Umwelt der Zukunft?
Grundbedürfnis Lebensmittel
Landbauliche Alternativen zur Grünen Gentechnik
● Gesetzlicher Rahmen ökologischer Landbau
● Züchtungsmethoden im ökologischenLandbau
● Strategien gegen Schaderreger mit undohne Gentechnik
● Möglichkeiten und Grenzen des ökologischen Landbaus
● Grüne Gentechnik im ökologischenLandbau – warum nicht?!
Verbraucherakzeptanz
Tab. 1: Ergebnis der Umfrage zu gentechnisch verändertenBestandteilen in der Nahrung in der Bundesrepublik Deutschland (Forsa, 2005)
1681West2270Ost1779Alle
sind egal, wenn der Preis stimmt* [%]lehnen ab [%]Befragte
* an 100% fehlende Angaben = „weiß nicht“ (1001 Befragte im Juli 2005)
Alternative ökologischer Landbau
Was bietet der ökologische Landbauden Verbrauchern als Alternative zur Grünen Gentechnik?
Alternative ökologischer Landbau
Öko-Lebensmittel werden ohne den Einsatz von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) und deren Derivate hergestellt
Das entspricht dem Selbstverständnis der Unternehmer, die ökologisch erzeugte Lebensmittel herstellen, verarbeiten und vermarkten.
Alternative ökologischer Landbau
Öko-Lebensmittel werden ohne den Einsatz von gentechnisch veränderten Organismen (GVO) und deren Derivate hergestellt
Das entspricht dem Selbstverständnis der Unternehmer, die ökologisch erzeugte Lebensmittel herstellen, verarbeiten und vermarkten.
Dieses erwarten die Verbraucher (Wahlfreiheit)und ist für den ökologischen Landbau gesetzlich vorgeschrieben.
Gesetzliche Rahmenbedingungen
Präambel zur EU-Verordnung 2092/91 über den ökologischen Landbau
DER RAT DER EUROPÄISCHEN UNION – [... ]in Erwägung nachstehender Gründe [...]
... „Genetisch veränderte Organismen (GVO) und deren Derivate sind mit der ökologischen Wirtschaftsweise unvereinbar“...
Züchtung
Selektion der Nachkommen im Labor/Feldauf gewünschte Merkmalskombinationen
Pflanzenzüchtung ohne GVO
klassisch-modern(nur) arteigene Erbinformation nutzbar
Identifikation von Pflanzenmit gewünschten Eigenschaften
Selektion, KreuzungMutationsauslösung, Polyploidie
Neue Sorte
Molekularbiologische Methoden der Genanalyse
Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtung
Klassische Pflanzenzüchtung
Beispiel: Erbse-Blatttypen
normal beblättert
Probleme Erbsenanbau
Lager bei druschreifem Erbsenbestandeiner normal beblätterten Erbsensorte
Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtung
Klassische Pflanzenzüchtung
Beispiel: Erbse-Blatttypen
normal beblättert halbblattlos
Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtungauch genutzt im ökologischen Landbau
Klassische Pflanzenzüchtung
Beispiel: Standfeste Erbsen (halbblattlos)
Ergebnis klassischer Pflanzenzüchtungauch genutzt im ökologischen Landbau
Klassische Pflanzenzüchtung
Beispiel: Hybridmais, Hybridmöhren
Hybridzüchtung
Pflanzenzüchtung heute
Selektion der Nachkommen im Labor/Feldauf gewünschte Merkmalskombinationen
Pflanzenzüchtung
klassisch-modern(nur) arteigene Erbinformation nutzbar
Identifikation von Pflanzenmit gewünschten Eigenschaften
Selektion, KreuzungMutationsauslösung, Polyploidie
Neue Sorte
GentechnikErbinformation aus Pflanzen
Tieren und Mikroorganismen nutzbar
Identifikation und Isolierung von gewünschten Genen
Einbau isolierter Gene inPflanzenzelle
Molekularbiologische Methoden der Genanalyse
Alternative ökologischer Landbau
Vorgaben der EU-Verordnung 2092/91 über den ökologischen Landbau zum Einsatz von GVO und deren Derivate Artikel 4 Begriffsbestimmungen
„Verwendung von GVO und GVO-Derivaten:
Die Verwendung derselben als Lebensmittel, Lebensmittelzutaten (einschließlich Zusatzstoffe und Aromen), Verarbeitungshilfsstoffe (einschließlich Extraktionsmittel),
Futtermittel, Mischfuttermittel, Pflanzenschutzmittel, Düngemittel, Saatgut und vegetatives Vermehrungsgut und Tiere“
Alternative ökologischer Landbau
Ökologische Agrarwirtschaft
Verarbeitung ökologisch erzeugter Agrarprodukte
Verbraucher
keine GVO oder deren Derivate
Saat- und PflanzgutPflanzenschutz-,Dünge-, Futter- und Desinfektionsmittel
Zutaten undVerarbeitungs-hilfsstoffe
Vorgaben der EU-Verordnung 2092/91 zum Einsatz von GVO und deren Derivate
Kontrollsystem ökologische Agrarwirtschaft
Kennzeichnung Ökoprodukte
Verbands-LabelStaatliches Siegel
Handelsmarken
Kontrollstellen-Nr.-DE-039
Grenzen des GVO-Verbotesim ökologischen Landbau
Tierarzneimittel: Einsatz von Derivaten eines GVOsind erlaubt
Verarbeitung: Fructose darf mit Hilfe von Enzymen, die ein Derivat eines GVO sind, erzeugt und anschließend als Zutat in Öko-Lebensmitteln eingesetzt werden, sofern die Stärke aus einem nicht gentechnisch verändertem Organismus (z.B. Mais) gewonnen wurde
Grenzen des ökologischen Landbau
Grenzen des ökologischen Landbaus
Grenzen des ökologischen Landbaus:Einkreuzung aus gentechnisch veränderten Pflanzenbeständen
Willensbekundung des Gesetzgebers
Koexistenz gentechnisch veränderter, konventioneller und ökologischer Kulturen
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Empfehlung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften vom 23. Juli 2003 zurKoexistenz gentechnisch veränderter,
konventioneller und ökologischer Kulturen
„Koexistenz bedeutet, dass die Landwirte unter Einhaltung der Etikettierungs- und Reinheitsvorschriften für Lebensmittel,Futtermittel und Saatgut eine echte Wahl zwischen konventionellen, ökologischen oder GVO-Produktions-
systemen haben.“
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Empfehlung der Kommission der Europäischen Gemeinschaften vom 23. Juli 2003 zur Koexistenz gentechnisch veränderter,
konventioneller und ökologischer Kulturen
„Auf Koexistenz gerichtete Bewirtschaftungsmaßnahmen sollten den Anbau von gentechnisch veränderten und nicht veränderten Kulturen gestatten und gleichzeitig gewährleisten, dass die Beimischungen in nicht veränderten Kulturen unterhalb der gemeinschaftlichen Schwellenwerte für die Etikettierung und Sortenreinheit von gentechnisch veränderten Lebensmitteln, Futtermitteln und Saaten bleiben.“
Schwellenwerte nach Gentechnikgesetz (03.02.2005):
Einhaltung der Vorsorgepflicht und der guten fachlichen Praxis beim Anbau von gentechnisch veränderten Pflanzen:
Die Kennzeichnungspflicht gilt nicht für Produkte zur unmittelbaren Verarbeitung, die einen Anteil zugelassenen GVO von nicht höher als 0,9 Prozententhalten, sofern dieser Anteil als zufällig oder technisch nicht zu vermeiden ist.
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Schwellenwert Saatgut:
Für zufällige oder technisch nicht vermeidbare Anteile von GVO in konventionellem oder ökologischem Saatgut existieren weder auf Ebene der EU noch in Deutschland rechtsverbindliche besondere Schwellenwerte zur Kennzeichnung.
Diskutiert werden Werte
zwischen 0,3 und 0,7 Prozent.
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Kontaminationsquellen und –orte GVO-Pflanzen nicht GVO-Pflanzen
- Einkreuzung im Feld aus Nachbarschlägen
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Abb. 1: Ergebnisse Erprobungsanbau 2004 in Deutschlandgv-Silomais Einkreuzung in nicht gv-Silomais(Quelle: www.transgen.de)
Abstand zu gv-Mais [m]0 10 20 30 40 50 60 70
Ant
eil g
v-E
inkr
euzu
ng im
Bes
tand
[%]
0
1
2
3
4 1,9 ha
2,3 ha
23,0 ha
3,0 ha
GVO-Anteil [%]bei Erntestreifenvon 0 - 60 m
1,04
1,14
0,49
0,07
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Tab. 2: Aktionsradien verschiedener Insekten und derenFlächenumfang für Bestäubung
11.3106000Honigbienen
1.2572000Hummeln
201800Sandbienen13200
Kleine Wildbienen
Fläche [ha]Aktionsradius [m]
Insekt
aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Tab. 3: Maximale Einkreuzungsraten [%] bei Raps als Funktion der Entfernung zur Pollenquelle gv-Raps-Bestand
aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005
0,20,10,10,2Australien
0,83,8Deutschland
0,61,12,1Kanada
0,41,5Kanada
1000 bis 3000 m
500 bis 1000 m
200 bis 500 m
50 bis 150 m
10 bis 50 m
---------- Entfernung zur Pollenquelle ------------
Ökologischer Landbau – Koexistenz
aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005
Vorläufige Schlussfolgerung zur GVO-freien Raps-erzeugung im ökologischen Landbau:
1. Um beim Anbau von Raps einen Auskreuzungsgrad von < 0.9% zu erzielen, sind vermutlich Isolationsabstände zu gv-Rapsbeständen von mindestens 300 m erforderlich
Ökologischer Landbau – Koexistenz
2. Vermutlich ist erst ab einer Isolationsdistanz von > 6 kmzu gv-Rapsbeständen eine Auskreuzung von < 0,1% inandere Rapsbestände zu erreichen.
Kontaminationsquellen und –orte GVO-Pflanzen nicht GVO-Pflanzen
- Einkreuzung im Feld aus Nachbarschlägen
- Überdauerung GVO-Diasporen (Samen und vegetative Organe) im Feld
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Problem Dormanz von Rapssamen bei der GVO-freien Rapserzeugung im ökologischen Landbau:
- GVO-Diasporenbank und Dauer der Umstellung auf ökologischen Landbau
Ökologischer Landbau – Koexistenz
- Summationseffekt bei der Einkreuzung von gv-Raps: Nachbarschläge mit gv-Raps, Ruderalraps, Ausfallraps
Tab. 4: Mögliche Kontaminationspfade von gv-Pflanzen in Deutschland
aus: Praxishandbuch Bioprodukte ohne Gentechnik, 2005
Verwandte Wildpflanzen
Überdauerung Samen
Wildpopula-tionen
Durchwuchs
Einkreuzung
RapsMais
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Bei einem Eintrag von gentechnisch veränderten Pollen aus einem Nachbarfeld muss ein ökologisch wirtschaftender Betrieb nachweisen, dass
- gentechnisch veränderte Pollen aus einem Nachbargrundstück ausgetreten sind,
Ausgleich eines wirtschaftlichen Wertverlustes
- diese Pollen auf seinem Grundstück zur Befruchtung seiner Kulturen geführt haben und
- es dadurch zu einer gentechnischen Veränderung seiner Feldfrucht gekommen ist.
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Konsequenzen für den ökologisch wirtschaftenden Betrieb, um wirtschaftlichen Schaden im Falle einer GVO-Kontaminationerstreiten zu können:
Ausgleich eines wirtschaftlichen Wertverlustes
- nur zertifiziertes, gentechnikfreies Saatgut einsetzten (< 0,1 % GVO?)bzw. Rückstellprobe Saatgut (zertifizierte Probenahme)
- ggf. Umstellungszeitraum einer Fläche erweitern
- nur Saat-, Bestandespflege- und Erntetechnik ohne GVO-Rückständeeinsetzen (Maschinenring, Maschinenkooperation)
- bestimmte organische Düngemittel nicht mehr einsetzen(Bioabfallkomposte, Wirtschaftsdüngemittel aus konventionellen Betrieben)
Ökologischer Landbau – Koexistenz
aus: Frankfurter Rundschau, 18.02.2006
Präsident des Deutschen Bauernverbandes Gerd Sonnleitner auf der Biofach 2006:
“Für mich steht fest, dass bestimmte gentechnisch veränderte
Pflanzen in Deutschland nicht anbaubar sein werden.
Dazu zähle wegen seiner Auskreuzungseigenschaften Gen-Raps.”
Ökologischer Landbau – Koexistenz
Strategien gegen Schaderreger mit und ohne Gentechnik
-Die Alternative ökologischer Landbau
Alternative Lösungsstrategien
Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler
Beispiel Mais
Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler
Beispiel Mais
Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -
HR-Mais
Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -
Bt-Mais
Strategien mit Gentechnik
Abb. 2: Globale Anbaufläche von gv-Pflanzen unterschiedlicher Merkmalskombination (ISAAA, 2004)
Mio ha
Herbizidresistenz
Gentechnisch vermittelte Herbizidresistenz
Herbizidresistente Pflanzen: Einführen eines neuen oder „Abschalten" eines vorhandenen Gens erzeugt Resistenz gegen ein Totalherbizid
Ergebnis: Alle Unkrautarten,die Blattmassegebildet haben,werden ganzflächigabgetötet
Insektenresistenz
Insektenresistenz
Beispiel Maiszünsler (Ostrinia nubilalis)
Schmetterling und dessen Larve
Maiszünsler
Maiszünsler
Schadsymptome an MaisErtragsausfall: 10 – 15 %Folgewirkung: erhöhter Pilzbefall und
mögliche Mykotoxinbildung
Maiszünsler resistenter Mais
Gentechnik-Strategie:GVO-Mais (Bt-Mais) gegen Maiszünsler
Mit Hilfe gentechnischer MethodenÜbertragung der Fähigkeit zur
Synthese des Bt-Protoxins (Protein) inSpross und Wurzel des Maises
nach Aufnahme durch Schmetterlingslarven
Bildung vonDelta-Endotoxin
Zerstörung der DarmwandAbsterben der Larven
Toxinbildung Mais
Abb. 3: Bt-Toxingehalte in zwei GVO-Maislinien (USA, 1996)
µg B
t-Tox
in/g
TM
0
20
40
60
80Mon 810Bt 176
wirksameDosis
Blatt Stängel Narbenfäden
Insektenresistenter Mais
Gentechnik-Strategie:GVO-Mais (Bt-Mais) gegen Maiszünsler
Ergebnis: Befallsfreier Maisbestand
Hohes Risiko der Bildungeiner Resistenz bei Maiszünsler gegen Bt-Toxin
Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler
Beispiel Mais
Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -
HR-Mais
Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -
Bt-Mais
Strategien Ökologischer
Landbau?
Alternative ökologischer Landbau
Mais
Dinkel
Winter-roggen
Winter-weizen
Abb. 4: Fruchtfolge zur indirekten Unkrautregulierung
Alternative ökologischer Landbau
Abb. 5: Wendende Grundbodenbearbeitung zur Unkrautregulierung
Alternative ökologischer Landbau
Abb. 6: Mechanische Maßnahmen zur Unkrautregulierung in Mais
Fingerhacke„Roll“-Striegel
Alternative ökologischer Landbau
Unkrautkontrolle Mais- Fruchtfolge
- Bodenbearbeitung zu Mais
- Mechanische Unkrautkontrolle im Mais
- Thermische Unkrautkontrolle (Abflammen)
- Unkrautkonkurrenzstarke Maissorten
Ergebnis: Kein unkraut-freier Mais-bestand, aberRestverun-krautung tole-rierbar
Alternative ökologischer Landbau
[ in % of conventional]
0 200 400 600 800 1000
ConventionalOrganic
von Elsen (1989)Frieben & Köpke (1996)Anger & Kübauch (1993)Wolff-Straub (1989)Callauch (1981)Frieben & Köpke (1996)von Elsen (1990)
von Elsen (1990)Schmid & Steiner (1986)Wolff-Straub (1989)Callauch (1981)Frieben & Köpke (1996)Anger & Kühbauch (1993) Meisel (1979)Braunewell et al. (1985)Pfadenhauer et al. (1986)Frieben (1990)von Elsen (1990)Plakolm (1989)Frieben & Köpke (1996) Ammer et al. (1988)Ries (1988)Meisel (1978)Meisel (1978)
Row crop husbandry
Grain growing
Literature
Figure 5: Mean number of arable weed species on organically managed arable fields in terms of percentages of the number of weeds on conventionally managed arable fields (after Köpke 2002)
Problem: Unkräuter Problem: Maiszünsler
Beispiel Mais
Strategie Gentechnik:Herbizidresistenz -
HR-Mais
Strategie Gentechnik:Insektenresistenz -
Bt-Mais
Strategien Ökologischer
Landbau?
Alternative ökologischer Landbau
Mais
Dinkel
Winter-roggen
Winter-weizen
Abb. 6: Fruchtfolge zur Minderung des Maiszünslerbefalls
Alternative ökologischer Landbau
Kontrolle Maiszünsler
Tiefer Schnitt und Mulchenzur Abtötung der Larvendes Maiszünslers
Alternative ökologischer Landbau
Kontrolle Maiszünsler
Wendende Bodenbearbei-tung zum „Vergraben“ derLarven des Maiszünslers
Alternative Ökologischer Landbau
Ausbringen der Sporen des Bodenbakteriums„Bacillus thuringiensis“ (Bt)
auf den MaisProtein (Protoxin, nicht giftig)
nach Aufnahme durch Schmetterlingslarven
Bildung vonDelta-Endotoxin
Zerstörung der DarmwandAbsterben der Larven
Biologische Schädlingsregulierung Maiszünsler
Alternative ökologischer Landbau
Biologische Schädlingsregulierung Maiszünsler
Ausbringen der Puppen (auf Kärtchen) der SchlupfwespeTrichogramma brassicae (Eiparasitoid) in Maisbestand
Parasitierungsrate derEier des Maiszünslers: 70 bis 90%
Alternative ökologischer Landbau
Kontrolle des Maiszünslers- Fruchtfolge, regionale Anbaukonzentration
- Tiefer Schnitt/Mulchen der Maisstoppel
- Wendende Bodenbearbeitung nach Mais
- Ausbringen Bacillus thuringiensis-Sporen
- Einsatz von Schlupfwespen
Ergebnis: Kein Maiszünslerfreier Bestandaber: Schaden auftolerierbares Niveaugesenkt
Grenzen des ökologischen Landbaus
Inaktivierung arteigener Gene: Änderung der Zusammensetzungpflanzeneigener InhaltsstoffeAmylopektin in Kartoffeln
Grenzen des ökologischen Landbaus
Normale Stärke in Kartoffeln besteht aus: Amylose (80%) und Amylopektin (20%).
Bereitstellung bestimmter pflanzlicherRohstoffe in reiner Form für eine industrielle/pharmazeutischeVerwertung
Ökologischer Landbau und gv-Pflanzen
Grüne Gentechnik im ökologischen Landbau – warum nicht?!
Quelle:
Flores, S., Saxena, D. and G. Stotzky, 2005: Transgenic Bt plants decompose less in soil thannon-Bt plants.
Soil Biology and Biochemistry 37, 1073-1082.
Biosicherheit gv-Pflanzen
Abb. 7: CO2-Freisetzung aus dem Boden nach Zugabe von 0.5, 1 bzw. 2% Blätter von Bt-Mais (Bt+, Hybrid 6800Bt) bzw. der isogenen, nicht Bt-Masislinie (Bt-, Hybrid 6800) (Flores et al. 2005)
Mais
Biosicherheit gv-Pflanzen
2% Bt-
1% Bt-
1% Bt+
2% Bt+
Soil
Bt+
Bt-
Kartoffel
Biosicherheit gv-Pflanzen
Abb. 8: CO2-Freisetzung aus dem Boden nach Zugabe von 0.5% Biomasse einer Bt-Kartoffel (Bt+) bzw. der isogenen, nicht Bt-Kartoffellinie (Bt-) (Flores et al. 2005).
„Hence, the differences appeared to be primarily of the presence of the cry genes“
„The ecological and environmental relevance of theseobservations is also not clear“
„Additional studies are necessary to clarify theenvironmental impacts of the lower degradation of the biomass of Bt plants, especially as 8.1 millionhectares of Bt corn or 26% of total corn acreage (...) were planted in 2000 in the United States alone.“
Flores et al. 2005
Biosicherheit gv-Pflanzen
Australien: Aus für gv-Erbsen nach FütterungsversuchenResistenz gegen Erbsenkäfer (Bruchus pisorum)
Biosicherheit gv-Pflanzen
- aus Bohnen isoliertesGen in Erbsen mittels gentech-nischer Methoden transferiert
- Bohnen-Gen codiert Protein, dasVerdauungsenzyme für den Stärkeabbau blockiert (Amylase-Inhibitor)
- Effekt auf Erbsenkäfer:Biomasse der Erbsen für Käfer nicht verwertbar
- Resistenz hatte sich in mehr-jährigen Feld- und Laborver-suchen als wirksam und unbedenklich erwiesen
Bildquelle: www.bayercropscience.de
Biosicherheit gv-Pflanzen
- Fütterung dieser gv-Erbsen:Bildung von Antikörpern bei Mäusen
- Ursache: kleine Abweichungen in der Molekülstruktur des Amylase-Inhibitors gebildet von der Erbse im Vergleich zur BohneMolekülstruktur des Zuckers aufProtein (Amylase-Inhibitor)
Australien: Aus für gv-Erbsen nach FütterungsversuchenResistenz gegen Erbsenkäfer (Bruchus pisorum)
Bildquelle: www.bayercropscience.de
Grundbedürfnis Lebensmittel
Grüne Gentechnik bei Lebensmitteln
Ja oder Nein
braucht Alternativen wie den
ökologischen Landbau
Freie Kaufentscheidung des Verbrauches
Herzlichen Dank für die Aufmerksamkeit !
Biosicherheit GVO
Abb. 11: Zeitdauer bis zur Verpuppung der Larven der Trauermücke Lycoriella castanescens, die mit verschiedenen Maissorten ernährt wurden (Büchs et al. 2004)
Biosicherheit GVO
Abb. 12: Zeitdauer bis zur Verpuppung der Larven des Räuberischen Laufkäfer Poecilus cupreus nach Verfütterung von Trauermückenlarven, die mit verschiedenen Maissorten ernährt wurden (Büchset al. 2004)
Maßnahmen des Öko-Betriebes zurMinderung der Kontamination mit GVO-Pflanzen
- Gentechnikfreie Regionen bilden (> 10.000 ha)
- Sommerraps statt Winterraps anbauen
- Saatzeitpunkt verschieben (z.B. Mais), Sortenwahl abstimmen
- Ausfallraps/-rüben sowie Schosserrüben gezielt regulieren
- Ruderalraps gezielt regulieren
- Anbauplanung mit GVO-Pflanzen anbauenden Betrieb abstimmen
- Windschutzhecken pflanzen
Ökologischer Landbau – Koexistenz