Effects of Bt transgenes on herbivorous insect-parasitoid interactions
Einfluss der transgenen Bt-Pflanzen auf Herbivor-Parasitoid-Interaktionen
by Isolde Steinbrecher
Date of Examination:2004-07-16
Date of issue:2004-12-15
Advisor:Prof. Dr. Stefan Vidal
Referee:Prof. Dr. Stefan Vidal
Referee:Prof. Dr. Teja Tscharntke
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Name:steinbrecher.pdf
Size:312.Kb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Insect-resistant transgenic plants have been a concern of public discussion with regard to impacts on agro-ecosystems and food webs. Specifically, adverse effects on natural enemies, important insect pest control agents, are addressed. In this study, potential effects of genetic modified crops expressing Bacillus thuringiensis (Bt) toxins were investigated with regard to herbivorous insect-parasitoid interactions.Three different Bt crop species (Bt maize, Bt canola, Bt eggplants) were tested on their influence on five herbivorous insect-parasitoid interactions. Potential effects of Bt transgenes were evaluated on the third trophic level, specifically on parasitoids, using behavioural and performance experiments under laboratory and semi-field conditions. The tritrophic experiments were established with non-target herbivores and one susceptible herbivorous species and their respective parasitoids.The results of the study revealed no behavioural changes of aphid parasitoid Aphidius rhopalosiphi towards a Bt or non-Bt maize-herbivore insect system. The female parasitoids were not influenced in their foraging and oviposition behaviour by expression of Bt-toxin Cry1Ab in maize.The aphid parasitoid Diaeretiella rapae did not discriminate between a Bt and non-Bt canola-herbivore insect system. The foraging and oviposition behaviour of the parasitoids was not significantly influenced by the expression of the Bt-toxin Cry1Ac in canola. Cues emitted by the host plants were of more importance for the searching females than specific cues related to the transgenic event. The development of the parasitoid was not influenced by the Bt canola.No adverse effects were found for the aphid parasitoid Aphidius ervi developing on aphid hosts feeding on Bt eggplants as compared to the isogenic control line. Mortality and longevity of parasitoids from Bt eggplants expressing Cry3B was not different when compared to parasitoids from isogenic eggplants.Bt eggplants did not cause any adverse effects on Encarsia formosa when parasitizing the whitefly nymphs as compared to isogenic eggplants. The development of Encarsia was not influenced by the Bt eggplants.Helicoverpa armigera was sublethally affected when feeding on Bt-maize resulting in a mortality of 79% to late instars. Mortality of larvae was dependent to a large portion on variation of Bt toxin expression and nutritional value of these plants. Helicoverpa eggs from a moth reared on Bt maize were of poor quality for the egg parasitoid Trichogramma brassicae resulting in a low performance of F1 females.The results of this study contribute to the evaluation of potential effects of Bt crops on higher trophic levels and point to bottlenecks and lack of knowledge in this research issue.
Keywords: Bt crops; non-target organismen; natural enemies; parasitoids; GMO; biosafety; tritrophic interactions; wind tunnel; secondary plant metabolites
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Insektenresistente, transgene Kulturpflanzen haben in der Öffentlichkeit eine breite Kontroverse über mögliche negative Effekte auf das Agrarökosystem und die Nahrungsnetze ausgelöst. Besonders mögliche Auswirkungen auf die natürlichen Gegenspieler von Schädlingen wurden diskutiert. Die vorliegende Studie untersuchte die möglichen Effekte der Bacillus thuringiensis-Toxin produzierenden Pflanzen im Hinblick auf Herbivor-Parasitoid-Interaktionen.Es wurden drei verschiedene Bt-Kulturarten (Bt-Mais, Bt-Sommerraps, Bt-Auberginen) auf ihre Wirkungen an fünf unterschiedlichen Herbivor-Parasitoid-Systemen getestet. Potenzielle Effekte der transgenen Bt-Pflanzen wurden auf höherer trophischer Ebene, speziell der der Parasitoide, anhand von Verhaltens- und Parasitierungsexperimenten unter Labor- und Gewächshausbedingungen untersucht. Die tritrophischen Experimente wurden mit herbivoren Nichtzielorganismen und einer gegenüber dem Bt-Toxin anfälligen Herbivorenart sowie deren spezifischen Parasitoide durchgeführt.Die Untersuchungen ergaben keine Verhaltensveränderung bei dem Blattlausparasitoiden Aphidius rhopalosiphi gegenüber einem Bt- oder nicht-Bt-Mais-Herbivor-System. Parasitoidenweibchen wurden nicht in ihrem Wirtssuch- und Parasitierungsverhalten von einer Expression des Bt-Toxins Cry1Ab in Mais beeinflusst.Der Blattlausparasitoid Diaeretiella rapae unterschied nicht zwischen einem Bt- und nicht-Bt-Sommerraps-Herbivor-System. Das Wirtssuch- und Parasitierungsverhalten war nicht signifikant beeinflusst durch Expression des Bt-Toxins Cry1Ac in Sommerraps. Signale, die über das Pflanze-Herbivor-System abgegeben wurden, waren bedeutender für die wirtssuchenden Weibchen als spezifische Duftstoffe der transgenen Sorte. Die Entwicklung der Parasitoiden war nicht beeinflusst durch den Bt-Sommerraps.Es ergaben sich keine negativen Effekte für den Blattlausparasitoiden Aphidius ervi während seiner Entwicklung in Wirten auf Bt-Auberginen. Die Mortalität und Langlebigkeit dieser Parasitoidenart waren nicht beeinflusst durch die Expression des Bt-Toxins Cry3B in Auberginen.Das Parasitierungsverhalten von Encarsia formosa wurde nicht durch Bt-Auberginen im Vergleich zur isogenen Kontrolllinie beeinflusst. Die Bt-Auberginen verursachten keine negativen Effekte im Hinblick auf die Entwicklung der Encarsia.Das Bt-Toxin Cry1Ab in Mais führte bei Helicoverpa armigera-Larven zu einer Mortalität von 79% in den späten Larvenstadien. Die Mortalität der Larven war zu einem großen Teil von der variablen Bt-Toxinexpression und der Nahrungsqualität dieser Pflanzen abhängig. Helicoverpa-Eier, die von einem einzigen überlebenden Falter auf Bt-Mais gewonnen wurden, stellten für den Eiparasitoiden Trichogramma brassicae eine geringe Wirtsqualität dar, die sich in einer geringen Parasitierungsleistung der F1 Trichogramma-Weibchen widerspiegelte.Diese Untersuchung trägt zur einer Bewertung der potenziellen Effekte von Bt-Kulturpflanzen auf höherer trophischer Ebene bei und weist auf Engpässe und Wissenslücken in diesem Forschungsgebiet hin.
Schlagwörter: Bt-Kulturpflanzen; Nichtzielorganismen; natürliche Gegenspieler; Parasitoide; GVO; Umweltwirkungen; tritrophische Interaktionen; Windtunnel; sekundäre Pflanzeninhaltsstoffe