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Rapport final sur l'incidence écologique du pollen de maïs Bt sur les populations de monarque en Ontario 1999 - 2001

October 3, 2001

M. K. Sears, D. E. Stanley-Horn, H. R. Mattila
Department of Environmental Biology
University of Guelph
Ontario N1G 2W1

Tel: (519) 824-4120 ext. 3921
msears@evbhort.uoguelph.ca

Table des matières

SOMMAIRE

SECTION 1: Contexte

SECTION 2: Risque d'exposition des chenilles de monarque au pollen de maïs Bt

SECTION 3: Toxicité du pollen de maïs Bt pour les chenilles de monarque

SECTION 4 : Évaluation des risques

RÉFÉRENCES

Sommaire

La publication en 1999 d'une note à la rédaction de la revue Nature au sujet des effets sur les espèces non visées des cultures de maïs transgénique contenant des gènes issus du micro-organisme Bacillus thuringiensis (Bt) a suscité une grande inquiétude. L'Agence canadienne d'inspection des aliments et la U.S. Environmental Protection Agency avaient déjà examiné les données transmises par les demandeurs d'homologation, y compris une description des effets des protéines du Bt sur une série d'organismes choisis pour démontrer les effets indésirables possibles de leurs produits sur les invertébrés et les vertébrés non visés, mais elles n'avaient pas relevé d'incidence mesurable. Leur examen les avait portées à conclure que l'incidence éventuelle du pollen de maïs, qui contient des proportions variables de protéines de Bt, sur les chenilles sensibles de lépidoptères pouvait être qualifié de négligeable du fait de la courte distance de dispersion du pollen à partir des champs et de l'expression relativement limitée de la protéine de Bt dans les grains de pollen. Cependant, les médias ont fait grand cas de cette question et publié de nombreux rapports faisant état de dommages considérables parmi les populations de monarque.

Pour répondre à ces préoccupations, les représentants de l'industrie et le service de la recherche en agriculture du U.S. Department of Agriculture ont mis en place un programme de recherche concertée en vue d'examiner les risques que pourrait présenter le pollen de maïs Bt pour les populations de monarque. Un consortium de représentants de l'industrie et de chercheurs, mis sur pied en juin 1999, s'est employé à mesurer l'exposition des chenilles de monarque au pollen de maïs Bt et ses effets écologiques éventuels sur le lépidoptère. Les recherches que nous avons alors entreprises en collaboration avec ce groupe ont été financées par Environnement Canada et l'Agence canadienne d'inspection des aliments. Après la fin de la saison de croissance, les scientifiques participant à ce programme et d'autres chercheurs se sont réunis à Chicago, en novembre 1999, afin de présenter leurs résultats aux parties intéressées. À la suite de cet examen initial, une réunion de planification a été organisée à Kansas City, en février 2000, afin d'établir les buts et les objectifs précis des travaux de recherches de la campagne à venir en 2000. C'est à l'occasion de cette réunion que les éléments de l'évaluation du risque réalisée par la U.S. Environmental Protection Agency ont été examinés en rapport avec les incidences possibles du pollen de maïs Bt sur les populations de monarque. Nos objectifs de recherche ont été intégrés à ceux d'autres équipes de recherche à 'oeuvre aux États-Unis.

Objectifs des études ontariennes

• Déterminer le degré de chevauchement spatial et temporel entre les stades de développement sensibles du monarque et la période d'anthèse du maïs.
• Déterminer la répartition spatiale de l'asclépiade par rapport aux champs de maïs.
• Estimer l'importance relative des champs de maïs et des habitats non cultivés pour la reproduction du monarque.
• Déterminer les quantités de pollen qui se déposent et restent sur le feuillage des plants d'asclépiade à l'intérieur et à proximité des champs de maïs.
• Mesurer la distance de dispersion du pollen à partir des champs de maïs et les quantités en cause.
• Déterminer les doses létales et sublétales du pollen de maïs Bt-176 et Bt-11 pour les chenilles de monarque à l'aide de bioessais réalisés en laboratoire.
• Étudier l'incidence sur les chenilles de monarque du pollen de maïs Bt et non Bt qui se dépose sur les plants d'asclépiade en conditions naturelles.

Risques d'exposition des chenilles de monarque au pollen de maïs Bt

Pour se reproduire, les monarques utilisent indifféremment les champs de maïs et les autres milieux naturels cultivés ou non, et leurs chenilles sont donc présentes dans les champs de maïs pendant l'anthèse. En Ontario, l'apparition des chenilles de monarque de la deuxième génération sur les feuilles de l'asclépiade coïncide à peu près avec la période de libération du pollen du maïs. On estime que ce chevauchement intéresse environ 40 à 60 % de la population de monarque en Ontario et 25 % des populations sur l'ensemble de la ceinture de maïs. Comme les peuplements d'asclépiade sont beaucoup moins denses dans les parcelles de maïs, ces dernières contribuent beaucoup moins que les habitats non cultivés à la reproduction du monarque. Les maïsicultures couvrent toutefois environ 21 % de la superficie totale des terres du sud-ouest de l'Ontario, alors que les terres non cultivées propices à la reproduction du monarque n'occupent que 16 % de cette superficie. Pour l'ensemble de la ceinture de maïs, on estime à environ 20 % la superficie des terres consacrées à la culture du maïs. Enfin, le maïs Bt représentait 19 % de tous le maïs cultivé en Amérique du Nord en 2001 et en 2000. Cette proportion est plus élevée en Ontario.

Le risque d'exposition des chenilles de monarque au pollen de maïs Bt dépend de la superficie de l'aire de reproduction du lépidoptère qui est affectée à la culture du maïs et de la proportion du maïs qui contient des gènes de Bt. La proportion des chenilles de monarque exposées au pollen pendant l'anthèse du maïs est également cruciale à cet égard. Par exemple, dans le cas hypothétique où 1) les parcelles de maïs occupent 20 % de l'aire de reproduction du monarque, 2) 20 % du maïs cultivé est du maïs Bt et 3) 25 % des chenilles sont exposées au pollen, le risque d'exposition des chenilles au pollen de maïs Bt s'établit à 1 % de la population totale.

Toxicité du pollen de maïs Bt pour les chenilles de monarque

Même si la distance de dispersion du pollen n'est pas très grande (90 % du pollen se dépose à environ 5 mètres ou moins de la limite des champs), les chenilles du monarque qui se nourrissent sur les plants d'asclépiade dans les champs de maïs peuvent être exposées à des densités de pollen atteignant plusieurs centaines de grains par centimètre carré pendant la période de libération du pollen. Par exemple, en Ontario, nous avons mesuré des densités de pollen de 70 et de 98 grains/cm² sur le feuillage de plants d'asclépiade 6 et 11 jours après le début de l'anthèse, respectivement. Les données de nos recherches conjointes menées à l'échelle de la ceinture de maïs donnent à conclure que la densité moyenne des dépôts de pollen de maïs s'élève à environ 170 grains/cm².

La toxicité du pollen Bt pour les chenilles de monarque dépend de la quantité de toxine exprimée dans le pollen et du degré d'exposition des chenilles à ce pollen. Le pollen des hybrides qui contiennent la transformation 176 présente un risque pour les chenilles. L'exposition à des concentrations de pollen aussi faibles que 10 grains/cm², condition qui s'observe communément dans les champs de maïs, peut entraîner des effets sublétaux (p. ex., réduction du gain de poids ou retard de croissance), tandis que l'exposition à une concentration de 50 à 100 grains/cm² risque d'être létale. Toutefois, les hybrides du maïs Bt-176 n'ont jamais compté pour plus de 2 % de l'ensemble des plantations de maïs Bt en Amérique du Nord. Les variétés hybrides Bt-11 et Mon810, qui représentent 99 % du maïs cultivé en Amérique du Nord, ne constituent pas une véritable menace pour les monarques, la quantité de pollen exprimée dans le pollen de ces variétés étant relativement faible en comparaison de celle observée chez la variété Bt-176. Dans nos bioessais en laboratoire, des concentrations atteignant 4 000 grains/cm² sur les feuilles d'asclépiade n'ont eu aucun effet létal ni sublétal. Les résultats de l'ensemble de nos études nous ont conduit à établir un seuil d'exposition de 1 000 grains/cm². Or, le risque que des chenilles soient exposées à une telle densité de pollen de maïs sur les feuilles d'asclépiade et qu'elles soient intoxiquées par ce pollen est inférieur à 1 %.

Analyse des risques

Lorsqu'on évalue les risques que pose le pollen de maïs Bt, deux facteurs doivent être pris en compte : 1) la probabilité que des chenilles soient exposées au pollen de maïs Bt; 2) la concentration de pollen à partir de laquelle on pourra observer un effet mesurable chez les chenilles ou chez un stade de développement subséquent du monarque. Nos données indiquent que la probabilité d'une exposition est de 1 %, tandis que le risque d'exposition des insectes à une concentration toxique est inférieur à 1 %. En conséquence, le risque que pose pour le monarque le pollen de maïs Bt est inférieur à un centième de 1 %. Il n&'y aura pas de nouvelle demande d'homologation pour la variété de maïs Bt-176, et les stocks seront épuisés d'ici 2003. Les variétés Bt-11 et Mon810 et d'autres variétés récemment homologuées expriment dans leur pollen des teneurs en protéine Cry tellement faibles que leur toxicité n'est pas mesurable aux doses nominales. Nous n'avons pas cherché à déterminer les effets d'une exposition chronique des chenilles au pollen dans le cadre de nos études, et il conviendra donc d'y revenir ultérieurement. Nos études sur le dépôt et les effets du pollen Bt portent à conclure que le risque d'incidence négative sur les chenilles qui se nourrissent de feuilles d'asclépiade est très faible, sinon négligeable.

Les études susmentionnées ont donné lieu à la publication d'une série d'articles approuvés par des pairs dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (États-Unis). On y trouve notamment des détails sur les recherches conjointes qui ont été réalisées. Ces articles sont accessibles sur le Web à l'adresse http://www.pnas.org, sous la rubrique « Special Edition for September 14, 2001 ». Les données sont organisées et présentées en quatre articles distincts qui abordent tour à tour la répartition et l'utilisation de l'asclépiade par le monarque, le dépôt et la dispersion du pollen, l'évaluation en laboratoire de la toxicité du pollen et les essais réalisés sur le terrain pour déterminer l'incidence du pollen sur les chenilles de monarque. Un cinquième article décrit l'évaluation détaillée des risques qui a été effectuée d'après les données présentées dans les quatre articles précédents.