CC BY
13УДК 575:581.2+061.62(438)
ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ РАСТЕНИЙ В ИНСТИТУТЕ
ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ В ПОЗНАНИ
С.Прушински
Институт защиты растений, Познань, Польша
Показано, что трансгенные растения картофеля не повреждаются колорадским жуком. На традиционных сортах отмечены поврежденные растения. На трансгенных сортах картофеля наблюдалось появление клопов Lygus ssp, вызывавших повреждение листьев. Установлена высокая эффективность в борьбе с сорняками гербицидов Liberty и Roundup. Показано, что ГМО кукуруза вполне пригодна как корм в виде силоса. Результаты исследований подтвердили эффективность применения генетически модифицированных сортов с точки зрения защиты растений
Несмотря на то что еще нет достаточных знаний правильности расположения введенного нового фрагмента ДНК и появления новых свойств, этот метод, обычно называемый генной инженерией, используется на практике, а новые организмы, называемые трансгенными или генетически модифицированными, нашли широкое применение во многих областях жизни человека, в том числе и в защите растений.
В 1994 г. впервые в мире коммерчески использован трансгенный сорт томата Flavr-Sarv, отличающийся длительным сохранением твердости кожуры плодов. С 1996 г. в больших масштабах началось использование генетически модифициро-
ванных организмов (ГМО), отличающихся толерантностью к некоторым биологически действующим веществам гербицидов, а также к вредителям.
В 1997-2001 гг. фирмы Монсанто и АгрЭво, заинтересованные во введении в сельскохозяйственное производство Польши трансгенных сортов, с согласия Министра защиты окружающей среды поручили Институту защиты растений в Познани проведение исследований, целью которых было подтверждение характерных трансгенным сортам свойств, а также их пригодности в условиях Польши. Объем проведенных исследований представлен в таблице 1.
Таблица 1. Генетически модифицированные сорта растений, изучаемых Институтом защиты растений в Познани
Культурные растения
Свойства сортов
Фирмы, создающие сорта
Применяемые средства защиты растений
Сахарная свекла Толерантность к глифосинату аммония АгрЭво Liberty Link, Lberty 200 SL Озимый рапс Кукуруза Сахарная свекла Кормовая свекла ' Озимый рапс Картофель
То же То же
Толерантность к глифосату То же То же
Устойчивость к колорадскому жуку
АгрЭво АгрЭво Монсанто Монсанто Монсанто Монсанто
Liberty Link, Liberty SL 18 Liberty Link, Liberty 200 SL Roundup Ready Roundup Ready Roundup Ready Nu Lif
Объем использования ГМО
В мировой сельскохозяйственной практике широкое применение нашли сорта, в которые были введены гены устойчивости к гербицидам с широким спектром действия (глифосат, глифосинат аммония), а также гены бактерии Bacillus thuringiensis, кодирующие синтез токсического белка к некоторым видам насекомых. В некоторые сорта введены гены, обусловливающие по-
в мире в настоящее время
явление обоих перечисленных свойств одновременно. В меньшей степени используются сорта с устойчивостью к некоторым вирусным болезням.
Объем практического применения ГМО в сельском хозяйстве мира увеличивался в 1996-2001 гг. почти в геометрической прогрессии, повышая площадь выращивания трансгенных сортов с 2.6 до 52.6
4 Вестник защиты растений, 2, 2003
млн га. Главной культурой является соя, толерантная к гербицидам (табл.2).
Таблица 2. Посевы трансгенных сортов важнейших сельскохозяйственных культур в мире (млн га)
Культура_1996_1997_1998_1999_2000_2001
Соя 0.45 5.04 13.59 21.78 22.49 33.30
Кукуруза 0.30 2.61 9.11 11.28 10.53 9.80
Яровой рапс 0.11 1.42 2.43 3.46 3.12 2.70
Хлопчатник 0.73 1.43 2.46 3.92 4.90 6.80
Всего 2.60 11.51 28.62 41.48 42.08 52.60
Наибольший объем применения ГМО в странах Северной (США и Канада) и Южной (Аргентина) Америки, меньшая площадь в Китае (табл.3). Выращивание ГМО в других странах ограничено. В Европе, например, единственной подобной
культурой, выращиваемой в производственных условиях, является кукуруза с геном В1 устойчивости к кукурузному мотыльку (Pyrausta ппЫЫ^ НЬп). Посевы ее находятся, главным образом, в Испании и составляют 25 тыс. га.
Таблица 3. Увеличение посевов трансгенных сортов в странах с наибольшим их использованием в 1996-2001 гг.
Страна 1996 1997 1998 1999 2000 2001
США 1.45 7.16 20.83 28.64 30.3 35.7
Аргентина 0.05 1.47 3.53 5.81 10.0 11.8
Канада 0.11 1.68 2.75 4.01 3.0 3.2
Китай 1.00 1.00 1.10 1.30 0.5 1.5
Всего 2.61 11.31 28.21 41.76 43.8 52.2
Опыты с генетически модифицированным картофелем
Наши исследования проведены в 1997-1998 гг. на опытной станции Института защиты растений в Винной Горе на сортах картофеля Атлантик и Супериор, полученных от фирмы Монсанто. Контрольным вариантом были польские сорта картофеля Мила (1997 г.) и Дроп (1998 г.). Опыт был поставлен в полевых условиях со всеми средствами предосторожности: расстояние от защищаемой территории свыше 1 км и свыше 100 м от других участков картофеля (Sosnowska,1997; Sosnowska,Lipa,1998).
Результаты наблюдений появления
отдельных стадий развития колорадского жука представлены в таблице 4. Хотя опыты проводились в годы с очень низкой численностью колорадского жука, тем не менее, хорошо видно, что на генетически модифицированных сортах вредителя почти не было, не обнаружено развития личинок и повреждения растений. В то же время в 1998 г. (31 июля) при отсутствии повреждений трансгенных растений, на растениях сорта Дроп наблюдали 21% повреждений листьев в контроле и 16% в варианте с инсектицидом децис 2.5 ЭЦ.
Таблица 4. Численность колорадского жука в опыте с ГМО в 1997-1998 гг.
_(в среднем на одно растение за время наблюдений)_
Средняя численность особей на растение
Сорта картофеля Имаго Яйцекладки Lr Lз-
1997 1998 1997 1998 1997 1998 1997 1998
Польские защищаемые
сорта (1997- Мила, 1998- Дроп) 0.07 0.34 0.05 0.04 0.05 0.64 0.69 0.35
Атлантик 0.00 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00
Супериор 0.00 0.03 0.00 0.00 0.00 0.00 0.08 0.00
Польский сорт - контроль 0.07 0.47 0.03 0.14 0.03 0.76 0.42 1.53
Проведенные в 1998 г. наблюдения за появлением жуков божьих коровок не показали различия в их численности на отдельных сортах картофеля. В общем, численность божьих коровок была невелика и не превышала 0.25 взрослых особей на растение.
Следует отметить появление на трансгенных сортах картофеля значительного количества клопов ^удш spp.), которые вызвали хорошо заметные повреждения на листьях этих растений.
По истечении 2 лет фирма Монсанто не увидела возможности регистрации сортов ГМО в Польше и отказалась от дальнейших опытов, несмотря на то, что в следующие годы начался рост численности вредителя и появились благоприятные условия для дальнейших исследований. Одновременно Министерство окружающей среды ввело высокую оплату за опыты с ГМО, что привело к отказу Института от дальнейшего проведения исследований.
Трансгенные сорта, толерантные к некоторым биологически действующим
веществам гербицидов
Исследования проведены в Институте защиты растений (Adamczewski е! а1.,1999; Twardowski е! а1.,2001) на ГМО сахарной и кормовой свеклы, кукурузы и озимого рапса, устойчивых к биологически действующим веществам глифосат и аммонийный глифосинат. Оба эти вещества кроме широкого спектра действия и уничтожения практически всех растений имеют исключительно полезные экологические черты, потому что быстро подвергаются биодеградации, не действуют на семена и прорастающие растения после опрыскивания и не вызывают побочных эффектов в почве. Их применение исключает использование других, более опасных для окружающей среды соединений, понижает расходы на борьбу с
сорняками и обеспечивает лучшую организацию работы в хозяйстве.
Для введения признака устойчивости к аммонийному глифосинату из бактерии Streptomyces viridochromagenes был выделен ген ПАТ, а фирма Авентис разработала для применения в ГМО новую формулу аммонийного глифосината, названную Liberty Link. Устойчивость к глифосату получена благодаря генам, изолированным из растений Petunia hybrids и почвенной бактерии Salmonella typhimurium, а новую формулу глифоса-та, пригодную к применению с устойчивыми сортами, фирма Монсанто назвала Roundup Ready.
Некоторые результаты работы с этими препаратами представлены в таблицах 5-7.
Таблица 5. Влияние борьбы с сорняками на урожай сахарной свеклы _(по Adamczewski е! а1., 1999)_
Программа борьбы
Доза
Время обработки*
_ Урожай,
DICOT CHEAZ SINAR POLSS ECHCG т/га
Уничтожение сорняков, %
Liberty 200 SL 2x2.25 Т4+Т5 96 97 94 92 98 61.5
Liberty 200 SL 2x3.0 Т4+Т5 98 97 100 96 98 66.2
Liberty 200 SL 2x4.0 Т4+Т5 98 98 100 98 99 65.1
Liberty 200 SL 3x1.5 Т1+Т2+Т3 88 86 92 93 99 65.3
Liberty 200 SL 3x2.0 Т1+Т2+Т3 95 96 95 98 99 65.9
Betanal Progress
274OF+Goltix
70 WG 3x1 + 1 Т1+Т2+Т3 93 22 90 92 0 52.9
Контроль (шт/м2) (136) (107) (18) (Н) (12)
*Ti- в фазе 1-3 листьев сорняков, Т2- после Ti, в фазе 1-3 листьев новых всходов сорняков, Т3- после Т2, в фазе 1-3 листьев новых всходов сорняков, Т4- в фазе 4-6 листьев сорняков, Т5- после Т4, в фазе 1-3 листьев новых всходов сорняков.
DICOT- двудольные в сумме, CHEAZ - Chenopodium album, SINAR - Sinapis alba, POLSS-Polygonum sp., ECHCG- Echinochloa crus-gali.
Таблица 6. Результаты борьбы с сорняками и полученный урожай в опыте с ГМО озимого рапса
(по Adamczewski е! а1., 1999)
Примененное средство Доза Время обработок* Уничтожено сорняков, % DICOT VIOAR AGRRE Урожай, т /га
Butisan Star 416 SC 3 T1 75 67 44 3.85
Roundup Ready 1.5 + 1.5 T1+T3 97 97 94 3.95
Roundup Ready 1.5+1.5 T1+Tw 96 95 100 4.17
Roundup Ready 2+2 T1+T3 99 98 94 3.93
Roundup Ready 2+2 T1+Tw 100 100 100 4.20
Roundup Ready 4+4 T1+Tw 100 100 100 4.03
Roundup Ready 3 Т2 85 84 80 3.56
Контроль (шт/м2) - - (160) (130) (26) 3.04
*Т^ осенью в фазе 2-4 листьев рапса, Т2- осенью в фазе 4-6 листьев рапса, Т3- осенью в фазе 6-8 листьев рапса, Tw- весной, после начала вегетации.
DICOT - двудомные в сумме, VIOAR - Viola arvensis, AGRRE - Agropyron ssp.
Таблица 7. Влияние гербицида Liberty 200 SL, применяемого на кукурузе ГМО, на эффективность уничтожения сорняков и урожай зеленой массы _(среднее для 4 опытов 1999-2000 гг.) (по Twardowski et al.,2001)_
Варианты опыта
Доза, дм3/га
Время обработок*
Уничтожено сорняков, %
Засоренность перед сбором в пределах 1-9 баллов
Урожай зеленой массы, т/га
1. Liberty 200 SL 1.5+1.5 T1+T2 95 1-2 67.98
2. Liberty 200 SL 2.0+2.0 T1+T2 98 1-2 71.93
3. Liberty 200 SL 2.5+2.5 T1+T2 98 1 73.54
4. Liberty 200 SL 3.0+3.0 T1+T2 100 1 74.62
5. Liberty 200 SL 2.5 T3 81 2 64.65
6. Liberty 200 SL 3.0 Т3 85 1-2 66.46
7. Liberty 200 SL 4.0 Т3 92 1-2 67.39
8. Mikado 300 SC
+Milagro 040 SC 1.0+1.0 T1 99 1 73.82
9. PromextraSOO FW 5.0 Tol 100 1 74.16
10. Контроль (шт/м2)
Blank Sample - - (92) (25) 9 30.84
НСР=3.27. - сорняки в фазе 4 листьев, 14 по баллу ВВСН, Т2 - новые сорняки в фазе 3 листьев, 13 по баллу ВВСН, Т3 - сорняки в фазе 8-9 листьев, 18-19 по баллу ВВСН, То1 -сорняки в фазе 1-2 листьев, 11-12 по баллу ВВСН. Балловая шкала 1-9: 1 - полное уничтожение сорняков, 9 - отсутствие действия на сорняки.
В общем можно сделать вывод, что эффективность борьбы с сорняками с помощью гербицидов Liberty и Roundup в наибольшей степени зависела от дозы препарата и срока проведения обработки. Ранняя обработка оказалась мало эффективной из-за появления новых всходов сорняков. Наилучший эффект был получен от применения этих средств в дробных дозах. Двукратная обработка (первая в фазе 3-4 листьев свеклы и в фазе 4-6 листьев кукурузы, а вторая на 14-18 дней позже) оказалась очень эффективной в борьбе с сорняками, а полу-
ченный эффект был наилучшим в сравнении с применением традиционных программ.
Отказ обеих фирм от продолжения опытов не позволил Институту закончить предпринятых по собственной инициативе исследований возможных изменений видового состава сорняков под влиянием многолетнего применения гербицидов с широким спектром действия. Проведенные до 2001 г. наблюдения не показали таких различий, однако 4-летний период исследований слишком короток для окончательных выводов.
Пригодность ГМО
Растительный материал с низкой степенью размельчения (длина растительных фрагментов ок. 5 см) с добавлением муравьиной кислоты (85% ч.д.а.) в количестве 4 мл/кг зеленки был засилосован в микросилосах объемом 4 л. Силос продержали в течение 6 недель при постоянной температуре 18°С. Контрольные параметры (рН и содержание сухой массы) свидетельствовали о хорошем качестве силоса, приготовленного из генетически модифицированной кукурузы. Зерно, полученное после обмолота початков, было использовано как добавка в количестве 40% в корм для крыс. При кормлении кукурузой ГМО и кукурузой обычных сортов у крыс не обнаружено разницы в росте и морфологии крови.
Из ГМО кукурузы, кукурузы традиционных сортов и желтого люпина изо-
кукурузы на силос
лированы в гомогенном состоянии компоненты трансляционной системы, проведена реакция присоединения 3H-Phe-tRNA к программным рибосомам поли У и трансляция мРНК in vitro.
Для выделенного белкового экстракта, а также полностью изолированных РНК и ДНК сделан электрофорез в полиакри-ламидном геле в натуральных условиях и денатурированных. Сравнивая элек-трофоретическую картину растительного материала с таковой из силоса, установили полную деградацию биологического материала в силосе. Эти результаты, а также полная деактивация и деградация белков и нуклеиновых кислот, полностью подтверждают вывод, что ГМО кукуруза не может быть источником угроз здоровью животных и вполне пригодна как корм в виде силоса.
Подведение итогов
В большинстве европейских стран, в том числе и в Польше, проходит оживленная дискуссия о пользе и вреде от применения генетически модифицированных сортов растений. На эту тему проведен ряд серьезных конференций и опубликованы многочисленные результаты исследований (Lipa,Nawrot,1994; Twa-rdowski,1996; Twardowski,Micha1ska,2000; Pruszynski,2001; Ашо1,2002).
Следует подчеркнуть, что, как указано выше, польское законодательство запрещает выращивать в производственных условиях ГМО, а на каждый полевой опыт нужно получить индивидуальное согласие Министра окружающей среды. Продукты, содержащие ГМО, должны быть маркированы.
Возвращаясь к проведенной дискуссии, отметим, что сторонники ГМО подчеркивают широкое использование этих организмов в Европе в медицине (например в производстве инсулина), в перерабатывающей промышленности (генетически модифицированные ферментированные дрожжи), а также в защите окружающей среды (генетически модифицированные микроорганизмы, разлагающие разного
вида отходы). В такой ситуации мало оснований не допускать выращивания сортов ГМО.
В этом последнем случае нужно подчеркнуть ограничение расходов на получение продукции, лучшую организацию работы, а также защиту окружающей среды из-за применения легко биодегра-дирующих гербицидов. В выращивании ГМО на площади более 50 млн га усматривается одна из причин уменьшения в последние годы мирового рынка средств защиты растений.
Противники выращивания ГМО подчеркивают еще не познанные, возможные негативные последствия, которые могут возникнуть из-за неконтролируемого распространения генов устойчивости микроорганизмов, возникновения трудных для уничтожения видов сорняков, и, наконец, из-за монополии фирм, производящих ГМО.
А.Анел (Ашо1,2002) анализирует ряд аспектов, которые можно выделить в дискуссиях по проблемам биотехнологии и генной инженерии:
- философский - не нарушает ли манипулирование генами (то есть вмешатель-
ство в код генетической информации) естественного порядка вещей?
- технологический - каким способом гены, выделенные из таких разных таксонов, как бактерии или вирусы, могут действовать в растениях, не влияя на их другие важные свойства?
- экологический - не станет ли слишком эффективной и не приведет ли к росту вирулентности устойчивость к вредителям (гены В!)?
- социологический - не станут ли угрозой для окружающей среды из-за неконтролируемых эффектов изменения в генетической структуре выращиваемых культур?
- экономический - не возникнут ли монополистические позиции в производстве продуктов питания у биотехнологических фирм, контролирующих одновременно
Вестник защиты растений, 2, 2003 снабжение семенным материалом и средствами защиты растений?
- политический - должно ли технологическое новшество подвергаться демократическому контролю?
- личный - является ли потребление генетически модифицированных продуктов угрозой для собственного здоровья?
Во многих странах Европейского Союза были прекращены опыты с ГМО, тем не менее, во многих лабораториях ведутся интенсивные исследования возможности использования биотехнологии и генной инженерии в разных областях жизни человека.
Представленные в этой публикации результаты наших исследований подтверждают пригодность ГМО для защиты растений, однако в настоящее время не влияют на дальнейшую судьбу этих сортов в Польше.
Adamczewski K., Praczyk T., Bubniewicz P., Pietryga J. Rosliny transgeniczne odporne na herbicydy w doswiadczeniach polowych Instytutu Ochrony Roslin. /Progress in Plant protection. Postepy w Ochronie Roslin, 39, 1, 1999, s.231-237.
Aniot A. Zastosowanie inzynierii genetycznej w hodowli roslin i rola odmian transgenicznych w produkcji roslinnej. /Pamietnik Pulawski, 130, 1, 2002, s.33-43.
lipa J.J., Nawrot J. Biotechnologie w nowoc-zesnej ochronie roslin. /Materiaty 34 Sesji Nauk. Inst. Ochr. Roslin. Cz., I, Referaty, 1994, s.18-27.
Pruszyhski S. Wyzwanie XXI wieku. Orga-nizmy genetycznie modyfikowane (GMO). /Kwas siarkowy na progu integracji europejs-kiej. Poznan, 2001, s.165-172.
Pruszynski S., Adamczewski K., Dobrzahski A. GMO w Swiecie i w Argentynie. /Ochrona Roslin, 8, 2000, s.15-16.
Sosnowska D. Skutecznosc transgeniczych
Литература
odmian ziemniakoww programie zwalczania stonki ziemniaczanej. Sprawozdanie za r. 1997. Biblioteka Inst. Ochr. Roslin. Poznan, 1997, 16 s.
Sosnowska D., Lipa J.J. Skutecznosc transgenicznych odmian ziemniakow (Atlantic i Superior) w programie zwalczania stonki ziemniaczanej. Sprawozdanie z badari polowych wykona-nych na zlecenie Monsanto Polska Sp. zo.o. Biblioteka Inst. Ochr. Roslin. Poznah, 1998, 14 s.
Twardowski T. Spoteczne i prawne aspekty biotechnologii. Politechnika Lodzka. Lodz, 1998, 13 s.
Twardowski T., Michalska A. Dylematy wspotezesnej biotechnologii z perspektywy biotechnologa i prawnika. TNOiK "Dom Organiza-tora". Toruh, 2000, 280 s.
Twardowski T., Pruszynski S., Potkahski A., Adamczewski K. Rolnicza przydatnosc genetycznie zmodyfikowanej (GMO) kukurydzy. /Progress in Plant Protection. Postepy w Ochronie Roslin, 41, 1, 2001, s.69-76
STUDIES OF GENTICALLY MODIFIED PLANTS IN PLANT PROTECTION
INSTITUTE IN POZNAN S.Prushinski
It is shown that transgenic plants of potato are not affected by the Colorado potato beetle. Instead, they are populated by the bugs Lygus spp. causing damage to foliage. The herbicides Liberty and Roundup have been found to be highly effective in weed control. Genetically modified maize may be safely used as silage for cattle feeding. The results of the study prove a high effectiveness of using genetically modified plants in the area of plant protection.
