1 ÚVOD
Nevýznamnější škůdce kukuřice je zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis) z řádu motýlů, který může snížit výnos až o 30 %. U zavíječe kukuřičného v posledních letech bylo zaznamenáno, že jeho areál, kde se škůdce vyskytuje se rozšiřuje. Kromě jižní Moravy a středních Čech, dnes zavíječ výrazně škodí i ve východních Čechách v oblasti Polabí, dokonce byly zaznamenány škodlivé výskyty v okrese Ústí nad Orlicí. Zavíječ způsobuje největší škody v kukuřičné oblasti, kde může mít až dvě generace, ale také významně škodí i v celé oblasti řepařské především v okresech Prostějov, Vyškov a Kroměříž. Tento škůdce je významný z důvodů, že poškozuje palice, což má za příčinu snížení výnosu, a druhotně způsobuje zaplísnění palic houbou z rodu Fusarium. Produkty z metabolismu fuzarióz jsou velmi jedovaté a řadíme je mezi nebezpečné toxiny. Tyto mykotoxiny působí negativně na teplokrevné organismy, kam řadíme i člověka, různými poruchami jako například v příjmech živin, v růstu, v reprodukci, v nádorovém onemocnění, v poruchách krvetvorby. Tato houba je nápadná na palicích tím, že tvoří narůžovělé konidie. Dalším škůdcem kukuřice je bázlivec kukuřičný (Diabrotica virgifera virgifera), u kterého jeho vyznám stále stoupá. U nás se ještě neprovádí žádna ochranná opatření proti tomuto škůdci. Jeho první výskyt v České republice, v okrese Hodonín, byl zaznamenán v létě roku 2002 a stále se dále šíří jeho areál výskytu. Hlavní škody působí larva na kořenech kukuřice. Napadené rostliny poléhají, nebo jsou výrazně deformované, často ohnuté do tvaru „husího krku“, za větru se vyvracejí a odumírají. Proti těmto škůdcům a chorobám existují ochranné opatření, nejvíce se v dnešní době dává přednost chemické ochraně. Vzhledem k tomu, že chemizace se používá téměř automaticky, vyjma v ekologických farmách, se začínají zavádět geneticky modifikované plodiny, z důvodu snížení chemických postřiků. Cizí látky v prostředí nazýváme „rezidua“, která se velmi pomalu rozkládají a v tomto tkví největší problém používání chemických prostředků. Z důvodu změny podnebí, které Česká republika prochází, se bude více kladně pohlížet na geneticky modifikované plodiny, u kterých bude jejich pěstování významné pro budoucnost, z důvodu přílivu teplomilných škůdců. Bakalářská práce je zaměřena na Bt kukuřici, která významně ovlivňuje zavíječe kukuřičného a sekundárně i houbové patogeny, myslí se houby z rodu Fusarium.
7
2 CÍLE BAKALÁŘSKÉ PRÁCE
1) Seznámení se s problematikou tvorby geneticky modifikovaných rostlin (GMR) a využití GMR v rostlinolékařství.
2) Vypracování literární rešerše na problematiku využití GMR v rostlinolékařství se zaměřením na problematiku Bt kukuřice.
3) Hodnocení využitelnosti rezistence Bt kukuřice v maloparcelkových pokusech Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského v Brně, pokusná lokalita Chrlice.
8
3. LITERÁRNÍ PŘEHLED
3.1 Genové inženýrství
Konvenční metody šlechtění rostlin (výběr, hybridizace, heteroze, polyploidizace, indukovaná metageneze, techniky explantátových a buněčných kultur) byly v průběhu posledních dvou desetiletí rozšířeny o techniky genového inženýrství (genetická transformace, transgenose). Genové inženýrství pracuje s izolovanými definovanými úseky deoxyribonukleové kyseliny (DNA), které představují geny nebo další sekvence DNA (Bednář, 2000). Transgenose rostlin je založena na vnášení jednotlivých klonovaných genů do rostlinného genomu. Tyto metody odstartovaly v roce 1977, kdy bylo jednoznačně prokázáno,
že
půdní
bakterie
Agrobacterium
tumefaciens
vnášejí
svou
deoxyribonukleovou kyselinu do rostlinného genomu (Ondřej a Drobník, 2002). Jde o přenos přesně definovaných sekvencí DNA (transgenů), které se exprimují v pořadí aminokyselin v konečném translačním produktu (proteinu) s definovanou úlohou v biosyntetických dráhách. To znamená cílenou, předem plánovanou změnu jediného znaku – vlastnosti rostliny (Bednář, 2000). Genové modifikace je cílená změna dědičného materiálu (vnesení nebo vynětí) definovanou technikou (Doubková, 2006). Výsledkem jsou geneticky modifikované organismy – GMO, geneticky modifikované rostliny – GMR. Geneticky modifikovaný organismus (GMO) je podle zákona č. 153/2000 Sb. definován jako takový organismus (kromě člověka), jehož dědičný materiál byl změněn genetickou modifikací, tj. cílenou změnou dědičného materiálu způsobem, kterého se nedosáhne přirozeně – např. křížením, šlechtěním. Tato definice se vztahuje na organismy
schopné
rozmnožování
nebo
přenosu
dědičného
materiálu,
tj.
mikroorganismy, rostliny, živočichy a buněčné kultury; nevztahuje se na člověka (http://www.chpr.szu.cz). Geneticky modifikované rostliny (GMR) jsou rostliny, do jejichž dědičného základu byl vnesen jeden nebo několik klonovaných genů, tedy genů získaný metodami genového inženýrství. Takové geny mohou pocházet z dědičného základu samotné rostliny, nebo mohou pocházet z libovolné systematicky vzdáleného organismu.
9
Při transgenosi se jedná o obohacování rostlinného genomu novým genem, který vznikl v příbuzných taxonech během fylogeneze, ale jeho potřeba u dané kulturní plodiny je dána novými nároky na zemědělské velkoplošné monokultury, potřebami zpracovatelského průmyslu, nebo speciálními potřebami nových typů využití. Úspěšnost přípravy geneticky modifikovaných plodin závisí na mnoha faktorech (Bednář, 2000): a) účinnost transformace – souvisí s regenerační schopností daného pletiva in vitro, závisí na výběru vhodného způsobu transformace, na dostupnosti regenerace schopných buněk pro Agrobacterium nebo DNA dopravovanou do buněk pomoci přímých metod transformace b) výběr znaku, který má být genovým inženýrstvím pozměněn – vyžaduje znalost požadavku šlechtitelů a potřeb trhu, znalost biochemických drah, které mají být v buňce pozměněny, a znalost možnosti, jak toho dosáhnout. Je třeba zvolit vhodné postupy molekulární genetiky c) výběr vhodných transformovaných rostlin – exprese genu a její stabilita však závisejí na okolí místa, kam je gen začleněn. Někdy dochází k utlumení činnosti genu, výjimečně i k jeho vystřižení. Proto musí být míra exprese a její stabilita kontrolována v následujících generací.
3.1.1 Způsoby transgenose
Existují dva základní způsoby vnášení genů do rostlinného dědičného základu (Drobník et al., 2002): a) Pomoci upravených půdních bakterií rodu Agrobacterium, b) nebo vnášením DNA do rostlinných buněk (přímá transgenose).
Agrobacterium tumefaciens způsobuje rostlinné nádory, které jsou občas vidět u rostlin. Nádory jsou způsobeny několika bakteriálními geny, které přenáší plazmid této bakterie do jader rostlinných buněk, kde se DNA plazmidů vestaví do DNA rostlin. Toto je právě princip vnášení cizích genů do rostlinného genomu. Samozřejmě, přenášený úsek DNA musíme vhodným způsobem „sestrojit“, a proto se nazývá konstrukt (Drobník et al., 2002).
10
Transgenose vektorovým systémem bakterie Agrobacterium tumefaciens není možná u všech rostlinných druhů. Proto se paralelně rozvíjely metody přímé transformace.
Přímá transgenose se provádí dle Ondřeje a Drobníka ( 2002): 1. Mikroinjekci do jader, případně makroinjekce do celých pletiv. 2. Kokultivací mikrospor nebo pylových láček s exogenní DNA. 3. Mikroprojektily: DNA je do rostlinných buněk vnášena pomocí různých vysokotlakých zařízení. Poslední metody se hlavně využívá u jednoděložných druhů rostlin (obiloviny, cibuloviny, atd.)
3.1.2 Transgenní odrůdy rostlin
První geneticky modifikovaná (GM) plodina byla uvolněna pro trh v r. 1994 - bylo to rajče s prodlouženou životaschopností nazvané Flavr Savr. Další, k herbicidům tolerantní a ke škůdcům rezistentní GM plodiny, hlavně sója, kukuřice, bavlník a řepka, se na trhu objevily v roce 1996 (http://www.mze.cza). Plochy, na kterých jsou pěstovány GM plodiny ve světě, neustále rostou (graf 1) a v posledních letech přesahuje jejich roční nárůst 10 %. Plných 99 % plochy všech pěstovaných transgenních plodin připadá na řepku, kukuřici, sóju a bavlník. Evropa si však stále ještě zakládá na pověsti „ostrova“, který geneticky modifikovaným plodinám není příznivě nakloněn (http://www.agroweb.cz). Rozloha ploch, na kterých se GM plodiny v roce 2005 pěstovaly, dosáhla 90 mil. ha. (graf 2), což představuje oproti roku 2004 nárůst o 9 mil. ha = o 11 %. Transgenní plodiny v roce 2005 pěstovalo již 8,5 milionů farmářů, z čehož 90 % z nich byli drobní farmáři v rozvojových zemích, nicméně nejvýrazněji se na pěstování geneticky upravených plodin podílejí 4 země - USA, Argentina, Brazílie a Kanada, které produkují celkem 91% všech GM plodin. Největším producentem GM plodin v Evropě je Rumunsko, které pěstuje 100 000 hektarů geneticky upravené Roundup Ready sóji, a Španělsko, které na rozloze 58 000 hektarů pěstuje insekt rezistentní Bt kukuřici MON810 (http://www.monsanto.cza).
11
Transgenní odrůdy, které se uplatní nebo mohou uplatňovat v zemědělské praxi je možno rozdělit z hlediska typu transgenů (Drobník et al., 2002): a) Transgeny pro toleranci k některým moderním typům herbicidů. b) Transgeny pro odolnost k hmyzím škůdcům. c) Transgeny pro odolnost k virovým chorobám. d) Transgeny pro pylovou sterilitu (používají se současně s transgeny pro odolnost k herbicidům). e) Některé specifické další typy.
3.1.2.1 Transgeny pro toleranci k některým moderním typům herbicidů
Nejvíce registrovaných pokusů s transgenními rostlinami se týká tolerance k herbicidům. Herbicidy, k nimž jsou transgenní rostliny tolerantní, se používají až „na list“ (postemergentně), cíleně v dávkách podle skutečného spektra a stavu plevelů, tedy kdy je jich opravdu potřeba. To vede k celkovému snížení spotřeby herbicidů. Ale zavedení rostlin a transgenů pro tolerantnost k herbicidům, můžou nastat negativní vlivy pro člověka a přírodní prostřední. Rizika pro člověka: 1. Toxické nebo alergenní působení enzymu, který je kódován transgenem. 2. Možné toxické účinky herbicidů jejich metabolitů. 3. Možné toxické účinky dalších látek, které by mohly být produkovány jako vedlejší produkty aktivity enzymu kódovaného transgenem. Rizika pro přírodní prostředí: Transgenní rostlina díky svým selekčním výhodám: 1. mohla stát dominantní a nežádoucím způsobem se rozšířit jako nový plevel 2. mohla přenést transgen, který přináší selekční výhodu, do genomu běžných plevelů (Ondřej a Drobník, 2002).
Mezi celosvětově nejznámější herbicid patří Roundup, který má aktivní složku glyfosát, což je chemicky velmi jednoduchá molekula odvozená od aminokyselin. Účinek herbicidů na bázi glyfosátu je založen na jejich schopnosti blokovat rostlinný enzym 5-enolpyruvylšikimát-3-fosfátsyntázu (EPSPS). Rostlina, u které glyfosát zablokuje enzym EPSPS, nedokáže vyrábět aromatickou aminokyselinu šikimát a hyne.
12
Glyfosát je pro tuto svou vlastnost neselektivním herbicidem působícím na všechny zelené rostliny. Geneticky modifikovaná sója odolná vůči glyfosátu (sója Roundup Ready – tedy „na Rounduap připravená“) má dědičnou informaci obohacenu o gen EPSPS izolovaný z bakterií, podle nějž se vyrábí enzym EPSPS s nízkou schopností vazby na glyfosát. Díky tomu, že se glyfosát na tuto variantu enzymu „nechytne“, dokáže rostlina produkovat pro ni nezbytný šikimát i v přítomnosti glyfosátu a herbicidu odolává (http://www.agroweb.cz). Tato sója s tolerancí k herbicidu glyfosátu (účinné látce herbicidu Roundup) linie GTS 40-3-2 a veškeré potomstvo odvozené z této linie tradičními šlechtitelskými postupy (obchodní název Roundup Ready sója), je schválena pro uvádění do oběhu v České republice od roku 2001 (http://www.env.czc). Jako další účinná látka, která se také využívá v zemědělství je fosfinotricin, chemicky 4-[hydroxy-(mety)fosfinoyl]-DL-homoalanin (synonymum glufozinát). Je to herbicid, který se vyrábí s použitím aktinomycet Streptomyces viridochromogenes a Streptomyces hygroscopicus. U netransgenních rostlin je používán jako širokospektrý postemergentní herbicid v sadech a vinicích a desikant brambor, řepky, luštěnin, slunečnice a jetelovin, ale v případě transgenních rostlin ovšem jako selektivní herbicid. Působí tak, že blokuje glutaminsyntázu, je to klíčový enzym metabolizmu dusíku, který detoxikuje amoniak za vzniku glutamátu. Dochází k hromadění amoniaku ve vysokých koncentracích, což vede k blokádě fotosyntézy a k rozpadu chloroplastů. Rostliny po aplikaci tímto herbicidem do několika dnů žloutnou a odumřou (Ondřej a Drobník, 2002). Dále se využívají v zemědělství
herbicidy, které blokují
acetolaktátsyntetázu
(ALS). Tento enzym se vyskytuje u bakterii, hub a rostlin. Jedná se o první enzym biosyntetické dráhy esenciálních rozvětvených aminokyselin valinu, leucinu a isoleucinu (Bednář, 2000). U rostlin je gen pro enzym ALS lokalizován v jádře, ale enzym je transportován do chloroplastů. Aktivita enzymu ALS může být blokována čtyřmi
typy
herbicidů
založenými
na
sulfonylmočovinách,
imidazolinonech,
triazolpyrimidinech a pyrimidyloxobenzoátech (Ondřej a Drobník, 2002). Tolerance k ALS-herbicidům je mutace genu pro enzym v místě, které kóduje vazebné místo účinné látky herbicidu na enzymu. Enzym je pak k němu necitlivý. Tyto mutace jsou selektovány na základě získání rezistence k herbicidům, které blokují ALS. Některé mutanty jsou tolerantní ke specifickým účinným látkám z této skupiny, naopak jiné ke 13
všem typům z této skupiny. Tyto klonované mutované geny se využívají jako transgeny a jsou vnášeny do genomu kulturních rostlin s cílem získat transgenní rostliny. Transgenní rostliny nevykazují žádné rozdíly od netransgenních rostlin (Bednář, 2000). Existuje ještě několik dalších transgenů, které kódují odolnost k herbicidům.
3.1.2.2 Transgeny pro odolnost k hmyzím škůdcům
Vysoký stupeň rezistence proti hmyzím škůdcům přinášejí transgenní plodiny označované jako „Bt“, což znamená vlastní produkci Bt toxinu, tj. látky produkované běžnou půdní bakterii Bacillus thuringiensis, která má smrtící účinek na hmyz. Tento druh mikroorganismu produkuje celý komplex toxinů s různou účinnosti na jednotlivé skupiny hmyzu (tab. 1). Přenesením genu zodpovědného za produkci příslušného typu Bt toxinu do genomu kulturní rostliny získá odrůda rezistenci vůči hmyzím škůdců, ale kromě toho je zaručena i selektivita pro necílové druhy hmyzu, které by jinak byly zasaženy insekticidem (Holec a Soukup, 2006). Dále se využívají antimetabolické proteiny, které narušují proces trávení u hmyzu. Jsou to rostlinné inhibitory a rostliny je široce využívají. Transgeny pro inhibitory amyláz a proteáz v transgenních rostlinách inhibují enzymy v trávicím traktu hmyzu, a tím působí jeho úhyn (Ondřej a Drobník, 2002). Dle Bednáře (2000) se transgeny inhibitorů proteáz dělí do čtyř skupin: a) inhibitory serinových proteáz b) inhibitory cysteinových proteáz c) inhibitory metalproteáz d) inhibitory aspartylproteáz Inhibitory serinových a cysteinových proteáz jsou hojné u semen a zásobních orgánů rostlin. Podrobněji se Bt plodinám věnuji v kapitole 3.3.
3.1.2.3 Transgeny pro odolnost k virovým chorobám
Odolnost tarnsegenních rostlin je založena na přerušení replikace virové nukleové kyseliny nebo je přerušen životní cyklus viru v buňce. Produkty těchto genů znemožňují šíření viru v buňkách rostlin nebo zabraňují přenosu viru přes hmyzí vektor. Imunita není absolutní, ale zabraňuje se poškození rostlin (Bednář, 2000). 14
3.1.2.4 Transgeny pro pylovou sterilitu
Pylová sterilita se používá v praxi k usnadnění produkce heterózního osiva. Odstraňuje nutnost ruční kastrace mateřských rostlin (Ondřej a Drobník, 2002).
3.1.2.5 Některé specifické další typy
Z dalších transgenů se tvůrci GMR nejvíce zaměřují na změnu kvality nebo kvantity látek, které nemodifikované rostliny produkují.
Transgeny pro změny složení olejů semen řepky a soji Fyzikálně-chemické vlastnosti olejů a jejich využití se liší podle zastoupení jednotlivých typů olejových kyselin. V rostlinných olejích převažuje několik mastných kyselin, např. kyselina laurová, kys. myristová, kys. palmitová, kys. stearová, kys. olejová, kys. linolová, kys., linolenová, kys. eruková, kys. eikosenová. Vnášením transgenů pro jednotlivé kroky biosyntézy mastných kyselin je možné spektrum tohoto složení ovlivňovat (Drobník et al., 2002).
Transgeny pro zásobní proteiny Dle Ondřeje a Drobníka (2002) se jedná o zlepšení výživné hodnoty semen a dosažení optimálního spektra aminokyselin v zásobních proteinech. Tento problém je možno rozdělit na dvě části: a) Zvýšení syntézy nedostatkových aminokyselin. b) Zvýšení podílu zásobních proteinu, které obsahují ve větší míře tyto nedostatkové aminokyseliny. V této souvislosti se snaží především o dva typy genetických změn: a) Regulace biosyntézy aminokyselin, aby se zvýšila především syntéza nedostatkového metioninu. b) Inzerce a exprese genů, které kódují proteiny bohaté na síru.
15
3.2 Kukuřice
Kukuřice (Zea mays) (obr. 1) pochází z Jižní a Střední Ameriky. Do Evropy se dostala v průběhu 16. a 17. století. Je zajímavé, že podle nejnovějších výzkumů se neznámou cestou dostala do Indie, pravděpodobně již někdy v 11. až 12. století (http://cs.wikipedia.org). Kukuřice
je
jednoletá,
jednoděložná,
jednodomá,
cizosprašná
rostlina
s jednopohlavními květy a počtem chromozomů 2 n = 20 (Zimolka, 2000).
Taxonomicky je zařazena do (http://cs.wikipedia.org): Říše: Rostliny (Plantae) Podříše: Cévnaté rostliny (Tracheobiont) Oddělení: Krytosemenné (Magnoliophyta) Třída: Jednoděložné (Liliopsida) Čeleď: Lipnicovité (Poaceae) Rod: Zea
Kukuřice je nejvýznamnější jednoletou krmnou plodinou. Její pěstování je rozšířeno po celém území s výjimkou horských oblastí. Téměř 90 % výměry zaujímá kukuřice pěstovaná na siláž a zbývajících 10 % ploch tvoří kukuřice na zrno, jejíž pěstování je soustředěno do kukuřičné a teplejší řepařské výrobní oblasti. Podstatná část zrna se využívá jako jaderné krmivo, které je hlavním komponentem do krmných směsí pro prasata a drůbež. Značná část produkce zrna je důležitou surovinou pro průmyslové
zpracování.
Zpracovává se na škrob, alkohol, pivo, cukr a tekutý cukr. K přímé výživě se využívá krupice, kukuřičná mouka a kukuřičné vločky „Corn – flakes“. Velký význam ve výživě lidí má i olej získaný z klíčku (Zimolka, 2000).
16
3.2.1 Škůdci a choroby kukuřice
3.2.1.1 Škůdci
Zavíječ kukuřičný (Ostrinia nubilalis) Je hnědožlutý motýl s rozpětím křídel 25 – 30 mm. Samička (obr. 2) má přední křídla okrově žlutá se dvěma ostře zubatými tmavšími čárami, zadní křídla jsou žlutá. Sameček je obvykle drobnější, přední křídla skořicově hnědá, zadní jsou šedá se žlutou páskou souběžnou s lemem. Housenka (obr. 3) dosahuje délky 25 mm, je zbarvena šedožlutě, s tmavším proužkem na hřbetní straně a mají černohnědou hlavovou schránku (http://www.srs.cza). Příznaky jsou pouze zevně zjevné otvory (obr. 4) o průměru 3 – 4 mm ve stéblech nebo palicích s drtí v okolí. Drť se hromadí v úžlabí listů. Stébla napadená housenkou (obr. 5) se lámou. Zavíječ kukuřičný patří k nejdůležitějším kukuřičným škodlivým činitelům v hlavních oblastech pěstování kukuřice. Napadené rostliny mohou snížit výnos sklizně o 10 – 30 %. Ztráty se zvyšují i tím,že část palic před nebo během sklizně zůstane ležet na zemi nesklizená. Dospělé housenky přezimují ve zbytcích kukuřičných stébel, která po sklizni zůstávají na povrchu půdy. V květnu se kuklí a líhnutí probíhá zhruba od poloviny června do konce srpna. Snůška vajíček začíná od poloviny června do konce srpna. Vajíčka jsou kladena po 10 – 40 kusech na spodní stranu listů do blízkosti středního žebra. Hromadný let obvykle nastává od poslední dekády června do počátku srpna s jedním maximem v první polovině a druhým ve druhé polovině července. Housenky se líhnou za 10 – 15 dnů a zpočátku ožírají listy nebo prašníky květů, po druhém svlékání pronikají do stébel nebo palic. Dospělé housenky (nejstaršího instaru) prodělávají diapauzu do příštího května, kdy se kuklí. U nás má zavíječ 1 generaci je možno i 2 generace, pokud se vyvíjí v teplejších oblastech Moravy (Häni et al., 1993). V posledních letech je zaznamenáno rozšíření (obr. 6) areálu, kde se zavíječ kukuřičný vyskytuje a škodí. Kromě tradičních oblastí výskytu, tj. jižní Morava a střední Čechy, dnes zavíječ významně škodí ve východních Čechách v oblasti Polabí, dokonce byly zaznamenány škodlivé výskyty v okrese Ústí nad Orlicí. Na Moravě se
17
zavíječ kukuřičný vyskytuje kromě kukuřičné i po celé oblasti řepařské, především v okresech Prostějov, Vyškov a Kroměříž (http://www.srs.cza). Zavíječ způsobuje vysoké ztráty již mnoho let na našem území. Poškození palic má kromě negativního vlivu na výnos má také mimořádný význam z hlediska zaplísnění, které
produkuje
nebezpečné
mykotoxiny
kontaminující
zrno
i
siláž
c
(http://www.monsanto.cz ). Jako zatím nejnovější řešení jak redukovat poškození kukuřice se nabídlo Bt hybridy kukuřice, odolné vůči zavíječi. Ochrana (http://www.srs.czb): a) Chemická ochrana: Decis 2.5 Flow, Decis Mega, Decis 15 EW, Integro, Karate se Zeon technologií 5 CS, Trichoplus b) Nepřímá ochrana: Kukuřičné rostliny sklidit co nejníže. Co nejdříve odstranit kukuřičnou slámu z pole. Neponechávat nesklizenou slámu na poli přes zimu. Osvědčuje se zbytky stébel rozdrtit a orbou zapravit do hloubky 30 cm.
Bázlivec kukuřičný Mandelinka bázlivec kukuřičný (Diabrotica virgifera virgifera) byl do Evropy zavlečen teprve nedávno (obr. 7). Jeho první výskyt
na území České republiky
v okrese Hodonín byl zaznamenán v létě roku 2002 (obr. 9). Do roku 2005 byl výskyt bázlivce potvrzen v okresech Břeclav, Hodonín, Uherské Hradiště, Vyškov, Zlín, Brnoměsto, Brno venkov a Kroměříž. V roce 2005, přestože průběh počasí nebyl příznivý pro vývoj bázlivce kukuřičného, došlo k rozšíření do dalších okresů: Znojmo, Třebíč, Žďár nad Sázavou, Olomouc, Nový Jičín, Blansko, Přerov, Prostějov (obr. 8). V roce 2006 byl výskyt zjištěn i ve Vsetíně (obr. 9). Kukuřice je pro larvy a dospělce (obr. 10, 11) hlavní hostitelskou rostlinou, larvy se však mohou příležitostně vyvinout i na kořenech jiných trav a dospělí brouci se mohou živit i na rostlinách z čeledi Poaceae, Asteraceae, Fabaceae a Cucurbitaceae. Mandelinka vytváří jednu generaci ročně. Přezimují vajíčka, která jsou kladena pod povrch půdy na zbytky rostlin kukuřice do hloubky okolo 15 cm. Hlavní škody působí larva na kořenech kukuřice. Napadené rostliny poléhají nebo jsou výrazně deformované, často ohnuté do tvaru „husího krku“, za větru se vyvracejí a odumírají. 18
Bázlivec kukuřičný je v České republice zařazen mezi škodlivé organismy, jejichž zavlékání a šíření je zakázáno, proto je nutné každé zjištění (včetně podezření) jeho výskytu oznámit Státní rostlinolékařské správě. Tato povinnost je stanovena zákonem č. 326/2004 Sb., o rostlinolékařské péči a o změně některých souvisejících zákonů (http://www.srs.czd).
Bzunka ječná (Oscinella frit) Dospělec je 1,5-2 mm dlouhý, černý, se žlutou bází zadečku a bělavými kyvadélky. Larva je bílá se špičatou přídí a zaoblenou zádí. Poškozuje vegetační vrchol mladých rostlin. Srdéčkový list bývá silně poškozený, zbývající listy jsou deformované a hlavní výhon krní. Rostliny buď odumřou nebo tvoří postraní výhony a vznikají trsovité rostliny (Šefrová, 2006).
Drátovci (Elateridae) – larvy kovaříků Vyžírají klíčící semena, později okusují kořínky nebo překusují celé kořenové krčky, případně se vžírají do bazálních části stébel. Rostliny žloutnou, vadnou a zasychají (Kazda et al., 2001).
Larvy květilky všežravé (Delia platura) Larvy jsou polyfágní a často pronikají do klíčících semen kukuřice. Napadená semena jsou infikovaná patogeny vyvolávající zahnívání pletiv (Kazda et al., 2001).
Slimáčci, slimáci Poškozují rostliny vyžíráním mladých listů (Häni et al., 1993).
3.2.1.2 Choroby
Fuzarióza palic kukuřice (Fusarium nivale, F. culmorum, F. avenaceum, F. graminearum) Příznaky mohou nastat při časném napadení ještě zelených klasů, které vedou ke zbělení jednotlivých klásků. Jestliže houba pronikne až ke klasovému vřeténku, je přerušen přívod živin a celá příslušná část klasu může zbělet. Napadená místa jsou pokryta narůžovělými konidiemi (obr.12). Houba přezimuje na osivu a na rostlinných zbytcích v půdě, saprofyticky na nehostitelských rostlinách (Häni et al., 1993). 19
Produkty metabolismu fuzarióz jsou svou jedovatostí velmi nebezpečné toxiny, z nichž nejznámější je deoxinyvalenol (DON). Účinky mykotoxinů na člověka a teplokrevné organismy jsou různorodé – poruchy příjmu živin, poruchy růstu, poruchy reprodukce,
nádorová
onemocnění,
poruchy
krvetvorby
a další
(http://www.pioneercz.cza). V minulosti se vyskytlo mnoho akutních otrav zvířat i lidí způsobených právě fuzariózami. V současné době je však nebezpečnější dlouhodobý příjem nižšího množství těchto látek, který následně působí zdravotní problémy. Někteří autoři
uvádějí,
že
choroby
způsobené
fuzariózami
jsou
dnes
ve
světě
nejnebezpečnějšími chorobami obilnin (http://www.bayercropscience.cz).
Sněť kukuřičná (Ustilago maydis) Napadá všechny části rostlin. Primární znaky se objevují již v červnu v podobě světlé zelených zduřenin na různých částech rostliny, zduřeniny postupně blednou a zvětšují se (obr. 13). Po dozrání hálky praskají a uvolňuje se z nich černohnědý výtrusný prach tvořený chlamydosparami houby (Kazda et al., 2001).
Spála kukuřice (Helminhosporium carbonum, H. turicum, H. maydis, Fungi imperfecti) Příznakem napadení jsou oválné až protáhle skvrny na listových čepelích. Skvrny jsou světlé, s tmavším
okrajem, jejich tvar a zbarvení se liší jak podle druhu
onemocnění, tak podle odrůdy (Kazda et al., 2001).
Rez kukuřičná (Puccinaia sorghi) Je to dvoubytná rez. V červnu a srpnu se objevují obnažené kupky s rezavohnědým práškem uredospor. Před zráním vznikají černé kupky teleutospor. Na mezihostiteli (šťavel) vznikají v červnu sírově až oranžově žluté pohárkovité aecidie (Häni et al., 1993).
3.3 Bt kukuřice
3.3.1 Jak funguje insekt-rezistentní Bt kukuřice
Bt kukuřice umožňuje cílenou a trvalou ochranu proti zavíječi kukuřičnému. Insektrezistentní kukuřice se chrání proti zavíječi produkcí proteinu CrylA(b), který se 20
přirozeně
vyskytuje
v
půdní
bakterii
Bacillus
thuringiensis
(B.t.)
(http://www.monsanto.czc).
Bacillus thuringiensis Byl poprvé objeven v Japonsku v roce 1902 v podniku, kde se choval bourec morušový. Bakterie tam způsobila úhyn motýlů. Pak byl znovu izolován z populace moučných červů v Durynsku v roce 1911 (Drobník et al., 2002). Jsou to grampozitivní bakterie (obr. 14), které syntetizují při sporulaci insekticidní krystalický protein. Jeho struktura je tvořena uspořádáním jednoho, nebo několika proteinových sujbjednotek (Bednář, 2000). Protoxinů nebo-li δ-enterotoxinů bylo již charakterizováno přes 150 a každý z nich měl poměrně úzké spektru insekticidní rezistence. Byla provedena klasifikace (tab. 1) na základě strukturních homologií a specifitě toxinů (Ondřej a Drobník, 2002). Některé jsou jedovaté pro některé druhy motýlů, jiné pro některé skupiny dvoukřídlého hmyzu a ještě jiné pro některé druhy brouků (Drobník et al., 2002). Insekt-rezistentní kukuřice se chrání proti zavíječi produkcí proteinu CrylA(b). δ-endotoxiny jsou entomopatogenně aktivní pouze v případě, že jsou rozpuštěny při alkalickém pH ve střevě hmyzu a aktivovány proteázami. Na konci tohoto procesu vzniká menší polypeptid, který je teprve aktivním toxinem a specificky se váže na apikální část kartáčkovité membrány epitelu střev citlivého hmyzu. Následuje destrukce plazmatické membrány a postupná destrukce střev (Bednář, 2000). Výsledkem této vazby je toxický účinek na larvy zavíječe, které hynou do 72 hodin. Kukuřice se účinně chrání proti zavíječi kukuřičnému od výsevu, až po sklizeň. Pro jiné živočichy je Bt protein
neškodný,
protože
nedisponují
odpovídajícími
receptory
(http://www.monsanto.czc). V důsledku účinné ochrany proti zavíječi se minimalizuje výskyt toxigenních mikromycet zejména z rodu Fusarium jejichž výskyt je spojen s poškozením rostlin housenkami zavíječe kukuřičného. V produktech Bt kukuřice se tak téměř nevyskytují metabolity těchto hub – mykotoxiny, které negativně působí na zdraví (Kocourek a Říha, 2004). U rostlin s transgeny proti hmyzím škůdcům je nutné počítat s možností vzniku rezistence a následnou nutností vývoje nových transgenních odrůd. Nevýhodou je, že škůdce je likvidován, i když jeho populační hustota nedosahuje kritického čísla.
21
K zabránění vzniku rezistence jsou určena přísná pravidla pro osevní postup, např. osev netransgenní odrůdou (Bednář, 2000).
3.3.2 Bt kukuřice v Evropě
Bt kukuřice se již od roku 1998 komerčně pěstuje ve Španělsku. V roce 2005 poprvé komerčně také v Německu, Portugalsku, Francii a v České republice (tab. 3) (Singer, 2006, ústní sdělení).
Například firma Monsanto vyvinula technologii YieldGard, která chrání kukuřici proti škůdcům.
Kukuřice YieldGard Corn borer (zavíječ) =YGCB Bt kukuřice produkuje dostatečné množství Bt proteinu (insekticidní protein CryIA(b)) v listech, stoncích a klasech, kterým se kukuřice účinně chrání proti zavíječi kukuřičnému (Ostrinia nubilalis) od výsevu, až po sklizeň. Rostliny mají možnost se normálně vyvíjet, přijímat živiny a vodu, lépe tak odolávají možným nepříznivým povětrnostním podmínkám (obr. 15).
Kukuřice YieldGard Rootworm (bázlivec) =YGRW Kukuřice obsahuje insekticidní protein Cry3Bb I, který je účinný proti bázlivci kukuřičnému (Diabrotica virgifera).
Začínají se uplatňovat GM plodiny s 2 – 3 kombinovanými geny. Kombinované technologie znamenají integraci vlastností insekticidní a herbicidní tolerance v rámci jedné plodiny. Příklad sloučení technologií YieldGard a Rounduap Ready na rostlinách kukuřice nebo bavlníku (http://www.monsanto.czb).
3.3.3 Pěstování geneticky modifikované kukuřice v ČR
V roce 2005 byly v ČR geneticky modifikované odrůdy kukuřice pěstovány na 270 ha u 52 subjektů (tab. 2). Převážnou část však představovaly plochy menší než 1 ha.
22
V některých případech zaznamenali pěstitelé i kladný přínos v oblasti sklizňových ztrát, v úsporách práce a jiných nákladů, např. díky omezení nutnosti monitorování přítomnosti škůdce nebo ve snížení opotřebení techniky potřebné k aplikaci insekticidů. Zápory byly spatřovány především v administrativě spojené se zaváděním pěstování GM odrůd kukuřice a ve vysoké ceně osiva (Kučera a Čeřovská, 2006). Zemědělské agentury v roce 2006 evidují celkově 1290 ha GM kukuřice (graf 3), což je téměř pětinásobný nárůst proti roku 2005, kdy byla tato kukuřice poprvé v Česku zaseta pro běžnou produkci. V současné době mohou čeští zemědělci pěstovat pouze odrůdy GM kukuřice odolné k zavíječi kukuřičnému a označované na základě provedené modifikace jako MON810. Takto upravená kukuřice byla schválena v rámci EU v roce 1998 a odrůdy, které dotčenou modifikaci obsahují - v EU registrováno 36 odrůd s modifikací MON810, jsou považovány za stejně bezpečné ve srovnání s jejich klasickými protějšky (http://www.agris.cz).
3.3.4 Vliv Bt kukuřice na necílové organismy
V roce 2002 – 2004 se uskutečnil pokus na parcelách v oblastech Ivanovice na Hané a v Praze. Pokus byl zaměřen na hustotu a různorodost pavouku a sekáčů v kukuřici. Hodnotily se dvě varianty: (1) Bt kukuřice (MON810) a (2) kukuřice chráněna vosičkou Trichograma. Tyto dvě varianty byly porovnány s konvenčním systémem. Ukázalo se, užíváním pesticidů je významně ovlivněna rozmanitost necílových organismu. Bt kukuřice, která nosí gen z Bacillus thuringiensis se jeví jako bezpečná, ale laboratorní výzkum jednotlivých predátorů a kořisti ukázal škodlivý účinek na zdraví těchto predátorů. Pavouci jsou jedni z nejdůležitějších přírodních nepřátel. Právě oni přispívají na potlačeni škůdců (včetně zavíječe kukuřičného). Zjistilo se že, Bt kukuřice nemá negativní vliv na hustotu a rozmanitost užitečných členovců. Stejných výsledků, účinku na pavouky, dospěli i v několika zemích (České republice, Německu, Itálii, Maďarsku). Rozmanitost pavouků a sekáčů byla podobna pro obě strategie a konvenčním systémem. Bylo zaznamenáno, že CryI protein, může byt přenesen na potravinový řetězec, a tak může mít vliv na pokles zdraví predátorů. Tento účinek byl zjištěn u slíďáka (Pirata subpiraticus), u kterého je kořist, př. mšice, která sála na Bt rýži a v těle tohoto pavouka 23
se objevil toxin z této ryže. Jakýkoliv účinek toxinu na zdraví pavouku není ještě stanoven (Řezač et al., 2006). Další případ se týká motýla Danaus plexipus (obr. 16). Jedná se o motýla, který byl údajně ohrožen pylem transgenní kukuřice projevujícím transgen pro δ–endotoxin. Tento druh motýla se v ČR nevyskytuje, a nemá tedy ani české jméno, jeho anglické jméno je monarcha. Jeho larvy se živí klejichou, která se může vyskytovat mezi plevely kolem polí s kukuřicí. V době kvetení dochází k rozprašování kukuřičného pylu větrem. V laboratoři byl proveden pokus; poprášili rostliny klejichy pylem transgenní kukuřice, nasadili na ně larvy Danaus plexipus a zjistili částečnou mortalitu larev během dalšího vývoje. V roce 1999 se zjistilo,že velikost americké populace motýlu se nezmenšila, nýbrž zvětšila – zřejmě v důsledku sníženého používání insekticidů při ošetřování polí. Po těchto zkušenostech biotechnologové začali pracovat na vývoji transgenu pro Bttoxin, k jehož expresi nedochází v pylu (Ondřej a Drobník, 2002). Nemalý problém se naskýtá v přenosu Bt toxinu do půdy. Uvolňování toxinu se děje pomoci kořenů plodiny. Zatím nebylo zjištěno, zda nebude mít tento protein vliv na půdní ekosystémy a do jaké míry by mohly být postiženy larvy necílových druhů motýlu. Protein se váže na částečky jílu v půdě, kde je chráněn před rychlou degradací, a zůstává aktivní nejméně 25 dní. Vzhledem k specifitě δ-endotoxinu však přítomnost necílových druhů larev motýlů v půdě není pravděpodobná a žádné dlouhodobé účinky zatím nebyly zjištěny (Ondřej a Drobník, 2002).
3.3.5 Zvládnutí mutací na rezistenci škůdců k transgenním rezistentním rostlinám
U hmyzu mohou vznikat rezistentní mutace k δ-endotoxinu. Tyto mutace jsou většinou recesivní. Byly nalezeny strategie, jak eliminovat podstatnou část mutantních jedinců hmyzu z populací, a tím co nejvíce zpomalovat nástup rezistentních populací (Ondřej a Drobník, 2002). Postupy, kterými tuto rezistenci oddalujeme nazýváme „Řízení vzniku rezistence“, nebo „antirezistentní strategie“ (IRM - Insect Rezistance Management). Řízení vzniku rezistence (IRM) využívá systém refugií (políčka netransgenních rostlin stejného druhu) nebo směsi transgenních a netransgenních rostlin na témže poli. Cílem refugia je udržovat populaci citlivých jedinců, kteří se kříží s případnými rezistentními typy. Příští generace produkuje opět citlivé jedince (Singer, 2006, ústní sdělení).
24
3.4 Legislativní zásady pro práci s GMO v ČR
Dne 13. září 2005 nabyla účinnosti novela zákona č. 78/2004 Sb., o nakládání s geneticky modifikovanými organismy a genetickými produkty – zákon č. 346/2005 Sb. Podrobnosti upřesňuje prováděcí vyhláška č. 86/2006 Sb., kterou se mění vyhláška č. 209/2004
Sb.
o
bližších
podmínkách
nakládání
s
GMO
a
produkty
(http://www.env.czb). Zákon rozlišuje tři druhy činností s GMO (Doubková, 2006, ústní sdělení): 1) uzavřené nakládání s GMO 2) uvádění GMO do životního prostředí 3) uvádění GMO a produktu do oběhu. Uživatel musí byt zapsán do Seznamu uživatelů
a GMO do jednoho ze tří typu
seznamů (Ondřej a Drobník, 2002). Zákon dále přikazuje označovat GMO a jejich produkty. Jakmile v praxi dojde k náhodnému přimíchání GMO do konvečního produktu a tato příměs je vyšší než 0,9 %, musí být takový produkt deklarován jako celek s příslušným označením. A záměrné GM příměsi je nutno označit bez ohledu na jejich obsah, tedy i v případě, že dosahují podílu 0,9 % (Čeřovská et al., 2006). V ekologickém zemědělství je tolerance 0 % GMO. Další povinnosti pro pěstitele GM plodiny je nahlásit místo, kde je GM plodina pěstována Ministerstvu životního prostředí do 60 dnů od zasetí (Čeřovská, 2006, ústní sdělení). Zákon č.441/2005 Sb., kterým se mění zákon č. 252/1997 Sb., o zemědělství, ve znění pozdějších předpisů, nabyl účinnosti od 10.11.2005. S účinností od 20.3.2006 byla vydána MZe vyhláška č. 89/2006 Sb., o bližších podmínkách pěstování geneticky modifikované odrůdy, která konkretizuje opatření při pěstování geneticky modifikovaných plodin stanovená v zákoně č. 441/2005 Sb. (http://www.mze.czb). Povinnostmi, které stanovuje § 2i zákona o zemědělství, a které jsou uloženy každému, kdo zaseje (popř. vysází) GM plodinu, jsou: a) informační povinnost před a po zasetí/vysázení GM plodiny, b) dodržení stanovené minimální vzdálenosti pěstování GM plodiny vůči jinému porostu téže plodiny, která není geneticky modifikována, popř. nahrazení minimální vzdálenosti obsevem, c) vyznačení místa pěstování GM plodiny, 25
d) uchovávání údajů o pěstování a dalším nakládání s GM plodinou (Čeřovská et al., 2006).
Informační povinnost před zahájením pěstování GM plodiny. Pěstitelé nahlašují plochy s GM plodinu zhruba s 1,5 měsíčním předstihem před zasetím/vysázením, kdy informují pouze o místě pěstování a druhu pěstované plodiny. (Čeřovská et al., 2006). Pěstitel GM plodiny musí informovat o svém záměru pěstovat GM plodinu: a) sousední pěstitele, kteří se nacházejí do určité stanovené vzdálenosti od pozemku, kde má být GM plodina pěstována, b) Ministerstvo zemědělství.
Informační povinnost po zahájení pěstování GM plodiny. Pěstitel GM plodiny musí informovat o vysetí/vysázení GM plodiny a) sousední pěstitele, kteří se nacházejí do určité stanovené vzdálenosti od pozemku, kde je GM plodina pěstována, a to do 15 dnů od jejího zasetí/vysázení b) Ministerstvo zemědělství, a to do 30 dnů od zasetí/vysázení GM plodiny (Čeřovská , 2006, ústní sdělení).
Dodržování minimální odstupné vzdálenosti. Rostliny rozšiřuji svůj geneticky materiál v podobě pylových zrn do okolí, a tak jsou stanoveny určité plodinově minimální vzdálenosti, které pěstitel GM plodiny musí dodržet vůči jinému porostu s téže plodinou, která není geneticky modifikovaná. U kukuřice se jedná o vzdálenost 70 m vůči porostu s konvenčními hybridy kukuřice a 200 m vůči porostu s ekologicky obhospodařovanou kukuřicí. Povinou minimální vzdálenost je možné v případě kukuřice nahradit obsevem, pokud k půdnímu bloku, kde má být GM kukuřice pěstována, těsně přiléhá jiný porost s kukuřicí. Obsev je tvořen kukuřicí, která není geneticky modifikovaná, ale při sklizni se její produkt označí společně s GM kukuřicí jako GMO. Jedna řada (0,7 m) nemodifikované kukuřice v obsevu nahrazuje 2 m minimální odstupné vzdálenosti (Čeřovská et al., 2006).
Vyznačení místa pěstování GM plodiny Pěstitel, který zaseje GM plodiny na celý půdní blok, popř. díl půdního bloku, nemá povinnost označovat místo pěstování. Vyznačovat je nutné pouze porosty GM plodiny, 26
která se nachází na pozemku s téže plodinou, ale ne geneticky modifikovanou. Vyznačení nemusí být cedule s označením GMO (http://81.0.228.70/attachments/ agromanual_unor.pdf).
Uchovávání údajů o pěstování a dalším nakládání s GM plodinou Také je povinnosti uchovávání údajů o pěstování GM plodiny minimálně po dobu 5 let. Jsou to údaje týkající se nakládání s GM plodinou od nákupu osiva až po prodej sklizeného produktu (Čeřovská , 2006, ústní sdělení).
27
4 MATERIAL A METODIKA
4.1 Charakteristika pokusného místa a ročníku
Pokusy byly založeny na pokusných pozemcích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ) na lokalitě v Chrlicích. Chrlice leží v okrese Brno – město a lze je zařadit do kukuřičné výrobní oblasti. Pokusné plochy, ale již patří do oblasti řepařské. Jedná se o lokalitu s nulovou svahovitostí a s expozici pozemku - rovina. Půdní typ a subtyp dle FAO je fluvizem modální, nivní hlína a půdní druh dle Nováka je hnědozem. Hladina podzemní vody je v hloubce 190 cm. Nadmořská výška této lokality je 190 m. Roční průměr teplot je 8,8 oC a s ročním úhrnem srážek 512 mm. Průběh počasí byl v hodnoceném vegetačním období (rok 2006) počátkem dubna a koncem měsíce chladný s přízemními mrazíky, květen se vyznačoval oteplováním bez mrazíků. Celkově byl na srážky slabě nadprůměrný. Červen byl v první dekádě chladnější a srážky byly slabě podnormální. Srážkově nadprůměrný byl červenec s tropickými teplotami po celou dobu měsíce. Srpen se vyznačoval bohatostí srážek. Celkově napršelo 154,2 mm o průměrné teplotě. Září bylo s teplotou i srážkami v průměru.
4.2 Hodnocený materiál
V bakalářské práci byly hodnoceny geneticky modifikované
a nemodifikované
genotypy kukuřice. Jednalo se genotypy uváděné do životního prostředí v rámci polních pokusů. Hodnocené genotypy byly určeny pro využití na zrno. Hodnocený soubor byl rozdělen do čtyř skupin, z důvodu rozdílné délky vegetační doby s odpovídající hustotou porostu (tab. 4). Do velmi raných (VR) sortimentů patřily dva Bt hybridy, ES Limes Bt a Eurostar Bt. Tyto hybridy jsme porovnávaly s kontrolami (nemodifikované genotypy) Patrick, Calas, Banguy, PR39G12, PR39H84, Inagua, Early Star, Heliostat. Do sortimentu
raných (R) patřil Bt genotypy KXA6632, LZM255/51+EZR,
LZM255/52+EZR, MGM160251, TXP138-F, TCA312-D, PR39V17, X0840FT, X4S733T, X6S308T, které byly srovnávány s kontrolami Atlante, Fantastic, Menuet, Anjou 249, PR39D81, Delitop, Moncada, NKLugan. Ve skupině středně raných (SR) Bt hybridů byly zkoušeny sortimenty LZM356/80+EZR, TXP939A-V, TXP237-L, 28
TPA422-H, PR38F71, které jsme opět porovnávaly s kontrolními hybridy Chambord, Mesnil, Sterling, Clarica, Anasta, PR38R92. Středně pozdní (SP) Bt sortimenty byly KXA6646, LZM356/81+EZR, X0960BT. Ty to SP sortimenty byly porovnány s kontrolami Fiakre, Havane, LG 23.72, Ribera, Suarta, PR38A24.
4.3 Metodika pokusu
4.3.1 Založení pokusu
Předplodina a hnojení Předplodinou v roce 2005 byla pšenice ozimá. Dusíkatá hnojiva byla aplikována jednorázově před setím, fosforem a draslíkem bylo hnojeno zásobně. Pro dávky N, P, K byly stanoveny normativy pro jednotlivé stanice Ústavu. Dne 11.10. 2005 byla aplikována draselná sůl (DS 60) v dávce K2O 120 kg.ha-1 a dne 26.10.2005 bylo aplikováno na parcely chlévský hnůj v dávce 40 t.ha-1. Dávka dusíku byla aplikována 25. 4. 2006 ve formě ledku amonného s vápencem (LAV) v dávkou N 110 kg.ha-1.
Příprava pokusného pozemku Příprava pokusného pozemku byla prováděna dle běžných zvyklostí pro okopaniny. Jarní příprava (urovnání, prokypření) byla provedena jen do hloubky setí s důrazem na maximální šetření s vláhou. U základního zpracování půdy byla provedena 1. 9. 2005 podmítka a upravena válením, dále následovala orba hloubky 27 cm dne 27.10.2005. Předseťové zpracování půdy bylo provedeno na jaře (24. 4. 2006) smyky, vláčení bránami a nakonec byly použity rotační brány.
Setí, agrotechnika během vegetace a sklizeň Vysetí všech analyzovaných genotypů hodnoceného sortimentu byl proveden 6. 5. 2006 secím strojem Hege. Zkoušené sortimenty byly vysety v dílcích, délky 7,2 m (netto) a šířky 1,4 m (netto), čímž každá sklizňová plocha činila 10,08 m2. Počet řádků na jedné zkoušené parcele byly čtyři, počet sklizňových řádků na parcele byly dva prostřední řádky, 70 cm činil rozteč jednoho řádku a spon byl 70x15 cm (VR, R), nebo 29
70x17,5 cm (SR, SP) dle ranosti sortimentu. Počet rostlin na dílci bylo 96 a počet opakování každého hybridu byl 3krát. Půda byla nakypřena do hloubky 6 cm s minimem hrud a pevným seťovým lůžkem. Pokus nebyl mechanicky ošetřen, válení se po setí neprovedlo z důvodu použití vhodného secího stroje s přítlačnými kotouči. Při chemickém ošetření se používaly pouze registrované přípravky (uvedené v platném vydání „Seznamu registrovaných přípravků na ochranu“) a doporučené Ústavem v pravidelně vydávané informaci a způsobem, který uvádí aktuální etiketa přípravku. Dne 9.5.2006 byl aplikován herbicid Frontier + Stomp 3 l.ha-1, v této kombinaci sloužil jako selektivní herbicid na dvouděložné i jednoděložné plevele, jako jsou hluchavkovité, heřmankovité, trávy apod. Ve třech termínech byl opakovaně použit insekticid Nurelle D proti bzunce ječné v dávce 0,3 l.ha-1 (23.5., 5.6. a 15.6.2006). Sklizeň byla realizována v plné zralosti ve čtyřech termínech a to na základě skupiny ranosti hybrida. VR se sklízel dne 27.9.2006, 13.10.2006 se sklízel R. SR sortiment byl sklizen 30.10.2006 a 6.11.2006 SP. Sklizeň těchto hybridů se prováděl sklizňový strojem Hege 212.
4.4 Metodika hodnocení
Práce byla zaměřena na hodnocení zavíječe kukuřičného v palicích a fuzarióz na palicích kukuřice. Hodnocení bylo realizováno ve fázi 89 (plná zralost, těsně před sklizní, kdy zrna jsou ztvrdlá a lesklá), kdy se odlistilo 20 palic (obr. 18) v po sobě jdoucích rostlinách na prostředních sklizňových řádcích ve středu parcely. Hodnocení se provádělo pouze pohledem na odlistěnou palici. Každý genotyp byl na pokusném pozemku ve třech opakování.
Byly hodnoceny následující znaky: 1) Počet fuzariózních palic. 2) Stupeň napadení fuzariózami (9 -1). Hodnotila se bodově každá napadená palice, výsledná hodnota byla průměrem všech hodnocení na parcele. Stupnice: 9 7
bez napadení napadeno do 5 zrn na palici 30
5
napadeno do 15 zrn na palici
3
napadeno do 50 zrn na palici
1
napadeno více než 50 zrn na palici
3) Fuzariózy+zavíječ – počet fuzariózních palic, které byly současně napadeny zavíječem. 4) Pouze zavíječ – počet palic, které byly napadeny zavíječem, ale nebyly napadeny fuzariózou.
U velmi raných odrůd se znaky hodnotily dne 11.9.2006, u raných dne 12.9.2006. 18.10.2006 se hodnotily u středně raných a 1.11.2006 u pozdně raných. Hodnocené znaky se zapisovali do předtištěné tabulky (obr. 17).
31
5 VÝSLEDKY PRÁCE A DISKUSE V bakalářské práci jsem hodnotila na palicích kukuřice napadení zavíječem kukuřičným a napadení houbových patogenů z rodu Fusarium. Hodnocení se provádělo na pokusných pozemcích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ) v Brně na lokalitě v Chrlicích. Hodnocený materiál se týkal geneticky modifikovaných
a nemodifikovaných genotypů kukuřice, které se dále dělily dle
rozdílné délky vegetační doby. K velmi raným sortimentům patřily dva Bt hybridy, ES Limes Bt a Eurostar Bt. Hybridy se porovnávaly s kontrolami (nemodifikované genotypy) Patrick, Calas, Banguy, PR39G12, PR39H84, Inagua, Early Star, Heliostat. Rané
Bt
sortimenty
byly
KXA6632,
LZM255/51+EZR,
LZM255/52+EZR,
MGM160251, TXP138-F, TCA312-D, PR39V17, X0840FT, X4S733T, X6S308T, které se srovnávaly s kontrolami Atlante, Fantastic, Menuet, Anjou 249, PR39D81, Delitop, Moncada, NKLugan. Středně rané Bt hybridy byly LZM356/80+EZR, TXP939A-V,
TXP237-L,
TPA422-H,
PR38F71,
které
se
opět
porovnávaly
s kontrolními hybridy Chambord, Mesnil, Sterling, Clarica, Anasta, PR38R92. Středně pozdní Bt sortimenty byly KXA6646, LZM356/81+EZR, X0960BT. Ty to středně pozdní sortimenty byly porovnány s kontrolami Fiakre, Havane, LG 23.72, Ribera, Suarta, PR38A24. U středně pozdních sortimentů (tab. 7) chybí třetí hodnocení, z důvodu nesprávného provedení hodnocení napadení kukuřice housenkami zavíječe a fuzarióz pověřenými osobami. Výsledky, které jsou uvedeny v bakalářské práci jsou pouze jednoleté, tím mohou být nepatrně zkresleny. V rámci navazujícího magisterského studia budu v započaté práci dále pokračovat, čímž bych mohla získat komplexnější výsledky včetně jejich statistického zpracování.
5.1 Hodnocení zavíječe kukuříčného v palicích kukuřice
U všech Bt sortimentů (VR, R, SR, SP) bylo vidět, že zavíječ kukuřičný je téměř nenapadal. Velmi rané (tab. 4) Bt odrůdy nebyly vůbec napadené zavíječem. Rané (tab. 5) odrůdy byly téměř nenapadány, kromě Bt hybridu X6S308T, který byl napaden pouze u dvou rostlin. Středně rané (tab.6) a středně pozdní (tab.7) sortimenty byly napadeny silněji, napadení činilo 1,6 %. U Bt sortimentů velmi raných a raných se lze domnívat, že napadení housenkami zavíječe bylo nižší z důvodu raného hodnocení a
32
brzké sklizně. Středně rané a středně pozdní sortimenty se vyznačovaly delší vegetační dobou v porovnání s velmi ranými a ranými sortimenty, tudíž doba, po kterou zavíječ mohl škodit byla delší. Rozdíl ve vegetační době velmi raného a středně pozdního bylo 45 dní. Zavíječ kukuřičný začal nalétávat do kukuřice od 16.6.2006 do 2.8.2006 a napadení vyvrcholilo koncem června a začátkem července (http://www.srs.cz). U kontrol byly zavíječem poškozeny (obr. 19) nejvíce odrůdy velmi rané (tab. 4) a středně rané (tab. 6), poškození činilo až 50 %. Hybridy rané (tab. 5) a středně pozdní (tab. 7) byly poškozeny méně, což činilo 37 %. Mohu tvrdit, že jako prevence proti zavíječi kukuřičnému jsou Bt sortimenty vynikající, ale nemohu souhlasit, že ochrana proti tomuto škůdci je stoprocentní jak to uvádí na svých webových stránkách firma PIONEER (http://www.pioneercz.czb). Firma MONSANTO taktéž u své technologie YieldGard s genotypem CrylA(b) uvádí, že je kontrola
zavíječe
kukuřičného
po
celou
dobu
pěstování
100
%
(http://www.monsanto.czb). Moje výsledky se taktéž neshodují s prací Kocourek a Říha (2004), kteří hodnotili v pokusech na lokalitách v Ivanovicích na Hané a v Praze-Ruzyni v létech 2002 až 2004, tři strategie ochrany vůči zavíječi kukuřičnému: 1) Bt-kukuřice, 2) ochrana pomoci Trichogrammy (přípravek Trichocap), 3) pouze hluboká orba bez jiného ošetření, která sloužila jako kontrolní varianta. Jejich výsledky ukazovaly, že použitý hybrid Bt kukuřice vykazuje velmi vysokou biologickou účinnost, tedy Bt kukuřice byla na obou lokalitách stoprocentně biologicky účinná.
5.2 Hodnocení fuzarióz na palicích kukuřice
Z toxigenních houbových patogenů jsem hodnotila napadení fuzarióz na palicích. Nejméně byly napadeny u modifikovaných hybridů velmi rané (tab. 4) odrůdy, u kterých se vyskytlo napadení 0,8 %. Nejvíce byly napadeny středně pozdní (tab. 7) odrůdy, což činilo 11,6 % a v kombinaci zavíječe s fuzariózami byla napadena pouze jedna rostlina u hybrida LZM 356/81+EZR. Napadení u raných (tab. 5) odrůd bylo 6 % a v kombinaci zavíječe a fuzarióz byla napadena taktéž pouze jedna rostlina u hybridu X6S308T. U středně raných sortimentu (tab. 6) bylo napadení 8,7 % fuzariózami a v kombinaci se zavíječem byla napadena opět pouze jedna rostlina u odrůdy PR38F71. Kontroly byly silně napadeny (obr. 20), v průměru okolo 35 % a v kombinaci byly poškozeny všechny odrůdy. Opět mohu konstatovat, že modifikovaná kukuřice má 33
velkou biologickou účinnost na redukci výskytu fuzarióz v palicích díky velké biologické účinnosti na housenky zavíječe kukuřičného. Toto zjištění se shoduje s prací Kocourek a Říha (2004). Ti mimo hodnocení poškození rostlin kukuřice housenkami zavíječe sledovali výskyt chorob způsobených mikromycetami v kukuřičných palicích ve spojitosti s poškozením housenkami zavíječe. Zjistily, že biologická účinnost Bt kukuřice na redukci výskytu toxigenních hub v palicích je díky velké biologické účinnosti na housenky zavíječe také vysoká.
5.3 Celkové zhodnocení
Bt plodiny byly silné, nepolehnuté a téměř bez fuzarióz a jiných chorob (obr. 18). Kontroly, které byly napadeny zavíječem kukuřičným, byly náchylné k polehnutí, což se projevovalo na výnosu. Housenka zavíječe tvořila chodbičky svým žírem a tím přerušovala cévní svazky rostliny, které tak nemohly plně využít své produkční schopnosti. Za druhé docházelo k narušení pevnosti stonků rostlin a stopek palic. Kukuřice, která byla poškozena housenkou zavíječe kukuřičného trpěla fuzariózami na palicích výrazně více. Otvory po housenkách byly vstupní bránou pro sekundární infekce houbami, způsobující kontaminaci sklizeného produktu nebezpečnými mykotoxiny. Když jsem prováděla hodnocení napadení u Bt hybridů a kontrol, tak jsem pozorovala i odlišnosti v palicích. Palice modifikované kukuřice byly velké, po celé délce ozrněné a bez jakékoliv deformace (obr. 18). I celkový habitus Bt sortimentů byl silnější bez jakéhokoli náznaku oslabení. U modifikovaných plodin, které byly napadené housenkou zavíječe kukuřičného se jednalo hlavně pouze o nakousnutí a dále housenka nepokračovala dále v žíru. Mohu s jistotou konstatovat, že Bt kukuřice mají vyšší výnosy, než kontroly z důvodu rezistence na housenky zavíječe kukuřičného a tudíž i nepřímo i na fuzariózy palic (Vacek, 2006, ústní sdělení).
34
6 ZÁVĚR Cílem mé práce bylo hodnocení zavíječe kukuřičného v palicích a fuzariózy na palicích kukuřice u Bt kukuřic, které jsem porovnávala s nemodifikovanou kukuřici. Hodnocené Bt sortimenty jsou teprve ve fázi státních odrůdových zkoušek. Modifikovaný sortiment byl tvořen 20 genotypy, VR 2 (ES Limes Bt a Eurostar Bt), R 10 (KXA6632, LZM255/51+EZR, LZM255/52+EZR, MGM160251, TXP138-F, TCA312-D, PR39V17, X0840FT, X4S733T, X6S308T), SR 5 (LZM356/80+EZR, TXP939A-V, TXP237-L, TPA422-H, PR38F71), SP 3 (KXA6646, LZM356/81+EZR, X0960BT). Tyto modifikované Bt kukuřice jsme srovnaly s kontrolami, 27 odrůd, které byly tvořeny nemodifikovanými genotypy kukuřice. VR 8 (Patrick, Calas, Banguy, PR39G12, PR39H84, Inagua, Early Star, Heliostat), R 8 (Atlante, Fantastic, Menuet, Anjou 249, PR39D81, Delitop, Moncada, NKLugan), SR 6 (Chambord, Mesnil, Sterling, Clarica, Anasta, PR38R92) a SP 5 (Havane, LG 23.72, Ribera, Suarta, PR38A24). Hodnocený materiál se pěstoval na pokusných pozemcích Ústředního kontrolního a zkušebního ústavu zemědělského (ÚKZÚZ) na lokalitě v Chrlicích. Hodnocení se provádělo pouze vizuálně, pohledem na odlistěnou palici. Z jednoletých výsledků je zjevné, že Bt hybridy jsou opravdu účinné proti housenkám zavíječe kukuřičného, ale nelze říci že účinnost byla stoprocentní. Poškození rostlin housenkami zavíječem má za vliv, že zvyšují pravděpodobnost napadení houbovými patogeny, jako například jsou fuzariózy, kterým vytvoří vstupní bránu. Rod Fusarium snižuje kvalitu produktů, z důvodu produkování mykotoxinů. Tedy Bt sortimenty výrazně odolávají napadení housenkám a tudíž i fuzariózám. Díky účinnosti Bt plodin na škůdce se dále připisuje další výhoda, a to zvýšení výnosu. Rozsah ploch pěstování kukuřice na zrno se v ČR zvyšuje, od roku 1996 až 4x a očekává se ještě další nárust ploch. Téměř na všech plochách se vyskytuje zavíječ kukuřičný a způsobuje u nás ztráty na výnose. Bt kukuřice vykazuje zvýšení efektivnosti pěstování ve srovnání s dosud pěstovanými hybridy kukuřice. Vysokých výnosů u Bt kukuřic lze očekávat pouze na plochách, které jsou zamořeny zavíječem kukuřičným. Taktéž se očekává rozšíření areálu výskytu bázlivce kukuřičného na našem území, zdůvodu měnících se klimatických podnebních podmínek v Evropě. Geneticky upravená kukuřice s genotypem Cry3Bb I, je účinná proti tomuto škůdci a zcela určitě bude v budoucnu hodně využívána.
35
Dalším přínosem modifikovaných plodin je i zvýšení kvality produktů, a tak minimalizuje výskyt toxigenních mikromycet hlavně z rodu Fusarium, z důvodu že výskyt této toxigenní houby je spojen s poškozením rostlin housenkami zavíječe kukuřičného. Díky Bt kukuřici se nebudou v prokduktech vyskytovat toxigenní látky z těchto hub, které negativně ovlivňují zdraví hospodářských zvířat. Za největší negativum se pokládá selekce rezistentních populací vůči Bt plodinám. Po několikaletém pěstování se očekává, že hmyz se může natolik adaptovat a rezistenci překoná. U teto rezistence se předpokládá, že proběhne rychleji než u běžných pesticidů. Toto se může minimalizovat použitím parazitické vosičky Trichograma nebo vytvořením tzv. refungií.
36
7 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
BEDNÁŘ, J.: Základy genového inženýrství rostlin. MZLU Brno, 2000: 91 s.
ČEŘOVSKÁ, M., ŠTĚPÁNEK, M., ŘÍHA, K.: Geneticky modifikované organismy pod dohledem. Geneticky modifikované organismy. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha 2006: 30 – 35.
DOUBKOVÁ, Z.: Geneticky modifikované organismy pod dohledem. Geneticky modifikované organismy. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha 2006: 26 – 29.
DROBNÍK, J., ONDŘEJ, M., PETR, J.: Geneticky modifikované organismy v zemědělství. Ústav zemědělských a potravinářských informací, Praha, 2002: 71 s.
HÄNI F., POPOW H., REINHARD H., SCHWARZ A., TANNER K., VORLET M.: Obrázkový atlas chorob a škůdců polních plodin, třetí vydání. Scientia, spol. s. r. o., pedagogické nakladatelství, Praha 1993: 336 s.
HOLEC, J., SOUKUP, J.: Pěstování transgenních odrůd polních plodin. Geneticky modifikované organismy. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha 2006: 10-16.
KAZDA, J., JINDRA, Z., KABÍČEK, J., PROKINOVÁ, E., RYŠÁNEK, P., STEJSKAL, V.: Choroby a škůdci polních plodin, ovoce a zeleniny, druhé doplněné vydání. Farmář – Zemědělec ve spolupráci se Studiem F, Praha 2001: 148 s.
KOCOUREK, F., ŘÍHA, K.: Geneticky modifikovaná kukuřice a parazitická vosička Trichograma – dvě perspektivní metody ochrany kukuřice vůči zavíječi kukuřičnému. Nové poznatky v pěstování šlechtění a ochraně rostlin. Výzkumný ústav pícninářský, spol. s.r.o., Troubsko, Brno 2004: 377 – 382.
37
KUČERA, L., ČEŘOVSKÁ, M.: První české zkušenosti s GMO. Geneticky modifikované organismy. Ministerstvo zemědělství České republiky, Praha 2006: 36 – 40.
ONDŘEJ, M., DROBNÍK, J.: Transgenoze rostlin. Academia. Praha 2002: 316 s.
ŘEZÁČ, M., PEKÁR, S., KOCOUREK, F.: Effekt of Bt-kukrice on Epigeic Spaiders (Araneae) and Harvestmen (Opiliones). Plant protect. Sci., 2006: 1 - 8.
ŠEFROVÁ, H.: Rostlinolékařská entomologie. Konvoj, Brno 2006: 257 s.
ZIMOLKA, J.: Speciální produkce rostlinná – rostlinná výroba (Polní a zahradní plodiny, základy pícninářství). MZLU Brno, 2005: 245 s.
Seznam použitých internetových adres:
http://www.biocont.cz/t_vyznam.html http://www.biolib.cz/IMG/GAL/3387.jpg
http://cs.wikipedia.org/wiki/Kuku%C5%99ice
http://www.agris.cz/zemedelstvi/detail.php?id=149222&iSub=1023&PHPSESSID=009 27fd29abf3ab25d6a94d4f3907b0f
http://www.agroweb.cz/projekt/clanek.asp?pid=2&cid=22560
http://www.bayercropscience.cz/data/aktuality_tisk/Zemedelec21_fuzariozy_klasu.pdf
http://creatures.ifas.ufl.edu/field/ecborer01.htm
http://www.env.cz/AIS/web-pub.nsf/$pid/MZPMVFHODSVZ/$FILE/oerpestovani_GMO-20061107.pdfa
38
http://www.env.cz/AIS/web-pub.nsf/$pid/MZPMVF3V1K0Ub http://www.env.cz/www/gmo.nsf/main?OpenFrameSetc
http://www.fito-info.bf.uni lj.si/SI/Organizmi/Slike/Novo/Velike/FC00906.jpg
http://www.chpr.szu.cz/vedvybor/dokumenty/studie/GMO_2003_4_deklas.pdf http://www.monsanto.cz/dekadauspechu.htmla http://www.monsanto.cz/technologie.htmlb http://www.monsanto.cz/techpruvodce.htmlc http://www.mze.cz/attachments/GMO_text.pdfa
http://www.mze.cz/Index.aspx?tm=1&deploy=2292&typ=2&ch=73&ids=2293&val=2 293b
http://www.old.fle.czu.cz/~web/studium/skripta/KDSLD/Sld/Biologie%20lesa%20II%2 0HSSL%20a%20Slechteni%204.LI/Denni%20studium/GMO2.ppt#22
http://park.itc.utokyo.ac.jp/applent/LaurentPelozuelo/Laurentweb/images/adulteecb.JPG
http://www.plfoto.com/zdjecia/896619.jpg http://www.pioneercz.cz/seminar_04zruc_2.phpa http://www.pioneercz.cz/ seminar05_pocernice5.phpb http://www.srs.cz/pas/mury/index.htmla 39
http://www.srs.cz/pls1/pp_public/rpg08$rozh.actionqueryb http://www.srs.cz/portaldoc/o_nas/publikace_srs/Diabrotica_letak.pdfc
http://www.srs.cz/portaldoc/o_nas/publikace_srs/Diabrotica06-metodika%20ochranyverze%20pro%20internet.pdfd
http://www.syngenta.cz/cz/atlas/skudci/zavijec-kukuricny.html#nic
http://81.0.228.70/attachments/agromanual_unor.pdf
http://81.0.228.70/attachments/Sbornik_GMO_2006.pdf sborník GMO 2006
40
8 PŘÍLOHY
41
