Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie
CZ.1.07/2.2.00/15.0316
letní semestr 2011/2012
Molekulární markery ve šlechtění rostlin BOT/MMSR Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Katedra botaniky Přednáška 1. března 2012
Rostlinná rozmanitost a šlechtění rostlin
Eva Křístková Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Katedra botaniky
[email protected]
Pěstované rostliny a jejich rozmanitost Rostlinná diverzita (rozmanitost) = klíčová složka jakéhokoliv zemědělského výrobního systému, dokonce jakéhokoliv ekosystému
cévnaté rostliny – cca 230 000 – 265 000 druhů „užitkové rostliny“ : 18. – 19. stol. 300 druhů ½ 20. stol. 1 300 druhů 1959 6 000 druhů 1969 9 000 druhů 1988 13 000 druhů z toho jako potrava asi 7 000 druhů 20 druhů – 90% světové produkce potravin
Pokud je ohrožena planě rostoucí flóra, je ohrožena i ta, kterou člověk přímo bezprostředně (vědomě) využívá ke svému prospěchu.
30 plodin nejdůležitějších pro lidskou výživu: 1. pšenice 2. rýže 3. kukuřice
50% produkce
4. brambory 5. ječmen 6. batáty – Ipomoea batatas 7. cassava (maniok) - Manihot esculenta 8. hrozny (ovoce, víno) 9. sója 10. oves 11. čirok (Sorghum sp.) 12. cukrová třtina 13. proso (Panicum miliaceum) 14. banány 15. rajčata 16. cukrová řepa
17. žito 18. pomeranče 19. kokosový ořech 20. bavlník (semena) 21. jablka 22. yam (Dioscorea) 23. arašídy 24. vodní melouny 25. zelí 26. cibule 27. fazole 28. hrách 29. slunečnice 30. mango
Hodnota rostlin
hodnota originálních (planě rostoucích, nekultivovaných) druhů a forem hodnota kvalitních vyšlechtěných odrůd hodnota biodiverzity jako celku
Hodnota rostlin a jejich produktů
Hodnota rostlin a jejich produktů
„ mrzí mě, že neznám všechny tyto byliny a keře, které mohou přinést obrovské bohatství v produkci barviv, léků a koření. Vezmu sebou domů vzorky většiny z nich.“ (18.10.1492)
Hodnota genetických zdrojů
3.500 odrůd 25.000 akrů Introduced by 3 miliard cibulí/rok
Clusius from Vienna to Leyden in 400 miliónů €/rok 1593
Botanické zahrady a genetické zdroje: Role BZ během koloniální éry Průzkum a přesun užitkových plodin: chlebovník (Artocarpus altilis) Objeven Banksem na Tahiti během první velké plavby kapitána Cooka 1768-1771 přesun 1.015 řízků z Tahiti do Karibiku jeden z důvodů vzpoury na Bounty 1789 1793 úspěšná introdukce na Jamajku
Výhradní práva Brazílie na základě její dřívější prosperity
I přes kontrolu a hrozbu trestem smrti propašoval Henry Wickham v roce 1876 několik desítek tisíc semen ve dvou vycpaných krokodýlech z Brazílie do Královské BZ v Kew Odtud pak do Malajsie a Thajska Od roku 1913 Britové již kontrolují trh s kaučukem
Příklad z německé koloniální botaniky: Sisal (Agava sisalana)
Richard Hindorf přenesl 62 rostlin do Amani garden v německé východní Africe v roce 1892. Vyhnul se mexickému monopolu díky školce na Floridě. Introdukce se stala základem pro produkci sisalu v Tanzánii (1908 > 10 miliónů rostlin).
Pěstované rostliny - jejich zanikání
-
historicky první v centru pozornosti člověka projev negativních důsledků činnosti člověka přijetí opatření
Vznik – zánik druhů „Teorie přírodního výběru se opírá o předpoklad, že nové formy a posléze i nové druhy vznikají a udržují se díky nějakým vlastnostem, které je zvýhodní oproti druhům, s nimiž si konkurují; z toho plyne, že hůře přizpůsobené formy téměř nevyhnutelně vymírají.“ Ch. Darwin (O původu druhů, 1859) – především o vzniku druhů
poslední doba – poznatky o vymírání (extinkci) druhů, způsobených zejména činností člověka
Množství ohrožených druhů:
taxonomické hledisko (definice a pojetí taxonů) World Conservation Monitoring Centre (WCMC) Cambridge – mapy, databáze ohrožených druhů (cca 80 000) International Union for Conservation of Nature and Natural Resources (IUCN): Červená kniha ohrožených druhů rostlin, živočichů a oblastí
Poznámka: Conference on Crop Wild Relatives Conservation and Use, Agrigento, Sicily, September 2005: „Pokud chceme chránit, musíme poznat taxon.“
Příčiny ohrožení biodiverzity: činnost člověka
ničení, degradace a fragmentace biotopů např. vliv fragmentace prostředí – malé populace méně životaschopné - ohroženy (výpočty MVP – minimální velikosti populace) např. deštné pralesy – 40% všech druhů rostlin a živočichů světa exploatace přírodních zdrojů (také sportovní a komerční lov) transfer nepůvodních druhů rostlin, a živočichů, včetně jejich škůdců – expanzivní rostliny (v ČR aktuální např. křídlatka, bolševník, ambrózie, netýkavka žláznatá – Impatiens glandulifera) znečištění prostředí (komplex) růst lidské populace nároky na ornou půdu změna pěstitelských technologií (např. sečené louky) likvidace škůdců pěstovaných rostlin likvidace predátorů
netýkavka žláznatá –
Impatiens glandulifera
bolševník velkolepý –
Heracleum mantegazzianum
křídlatka sachalinská –
Reynoutria sachalinensis
Šlechtění rostlin – proces vedoucí k vzniku nových forem pěstovaných rostlin ale také ke zúžení jejich genetického základu – „efekt nálevky“ 1850 – 1920 zemědělské velkovýrobní technologie – požadavky na vlastnosti odrůd 1920 – 1980
krajové formy (landraces) + exotické genotypy úspěšná šlechtění a dobře adaptované hlavní odrůdy
1980 – 1990
DNA fragmenty
2000 ?
jednotlivé geny růst produktivity odrůd
Důsledky zužování genetického základu pěstovaných rostlinných odrůd (druhů):
snížení plasticity odrůd (vhodnost pouze pro specifické podmínky) zranitelnost (nestabilita) – choroby a škůdci (např. Irsko 1846 - 1851 úrody brambor zničeny plísní – hladomor; zemřelo přes milion lidí a ještě více jich emigrovalo do Spojených států; počet obyvatel Irska tak klesl na polovinu) - abiotické vlivy (např. Česká republika zima 2002 – 2003 vymrzání ozimů - zejména zahraničních nevhodně zvolených odrůd pšenice, řepky)
ochrana genofondu – úmluvy
Uchování genofondu rostlin v Evropě historické mezníky
1890 Vienna - International Agriculture and Forestry Congress Emmanuel Ritter von Proskowetz a Frans Schindler – význam krajových odrůd (landraces) pro šlechtění, potřeba poznání genových center, sběru, dokumentace a hodnocení gen. zdrojů 1914 Baur (Německo) – varování před genetickou erozí v důsledku rozvoje šlechtění a zemědělské výroby 1920s N.I. Vavilov (VIR, Leningrad) 1950 FAO – seznamy „genových zásob“ různých plodin, rozvoj aktivit k jejich využití a introdukci
ochrana genofondu – úmluvy
Uchování genofondu rostlin v Evropě historické mezníky
1950 FAO – seznamy „genových zásob“ různých plodin, rozvoj aktivit k jejich využití a introdukci 1956 EUCARPIA (European Association for Research on Plant Breeding) také Section of Genetic Resources 1959 - 10. konference FAO – rezoluce o významu gen. zdrojů a o nebezpečí genetické eroze 1960 EUCARPIA konference – ustavení genové banky brambor 1960 ustavení CGIAR - Consultative Group on International Agricultural Research 1961 Technical Meeting on Plant Exploration and Introduction (Sir Otto Frankel a další) první mezinárodní akční plán – návrh na ustavení regionálních center výzkumu genetické diverzity 1964 Izmir (Turecko)
1967 FAO/IBPGR Technical Conference on the Exploration, Utilization and Conservation of Plant Genetic Resources (PGR) 1968 ustavení FAO Crop Ecology and Genetic Resources Unit 1968 ustavení EUCARPIA Genebank Committee návrh na ustavení čtyř regionálních genových bank: (1964 – Izmir), 1969 Bari, 1970 Braunschweig, 1979 Nordic GB 1974 IBPGR International Board for Plant Genetic Resources (ustaveno CGIAR) 1981 přijetí ECP/GR European Cooperative Programme on Plant Genetic Resources 1983 – Československo – přistoupení k ECP/GR 1982 – ustavení FAO Commission on PGR rezoluce FAO 8/83 International Undertaking on PGR (ratifikace 133 zeměmi) = vypracování globální strategie konzervace a využívání gen. zdrojů (FAO + IPGRI) 1. princip volného sdílení gen. zdrojů farmáři, vzájemná nezávislost zemí a komunit + potřeba spolupráce při ochraně gen. zdrojů 2. vyváženost ochrany prostřednictvím Plant Breeders Rights a možnosti využití odrůd jako gen. zdrojů
Zákonné normy pro ochranu biodiverzity zejména planě rostoucích druhů: 1973 – Endangered Species Act (USA) – ochrana ohrožených druhů v USA i zahraničí, zákaz obchodu s těmito druhy 1980 – The World Conservation Strategy – formulován IUCN International Union for Conservation of Nature and Natural Resources a WWF a United Nations Environment Program – účast téměř 90 států světa
14. 6. 1992 UNCED United Nations Conference on Environment and Development Rio de Janeiro – Agenda 21 – Convention on Biological Diversity = mezinárodní zásady ochrany biodiverzity jako základního a nenahraditelného přírodního zdroje, podmiňujícího život člověka a jeho kvalitu - předmět ujednání: konzervování biologické rozmanitosti, setrvalé užívání jejich složek, spravedlivé rozdělování prospěchu z využívání biologické rozmanitosti - základní principy: zachování národní suverenity států nad přírodními zdroji na jejich území, zajištění uživatelské dostupnosti těchto zdrojů ostatními smluvními partnery, finanční a technologická pomoc rozvojovým zemím chapter 14: Promoting sustainable agriculture and rural development chapter 15: Conservation of biological diversity
1993 – podpis úmluvy Českou republikou 3. března 1994 – přistoupení vstoupilo v platnost (text úmluvy – Sbírka zákonů 134/1999)
shromažďování a ochrana gen. zdrojů rostlin instituce a systém
Convention on Biological Diversity (CBD) (1992) 1. globální dohoda o ochraně biodiverzity a volném a rovném využívání z ní plynoucích výhod Trade Related Aspects of Intellectual Property Rights (TRIPS) World Trade Organization (WTO) ekonomické zájmy → „vlastnictví a přístup“ nahradily „uchování“ International Union for the Protection of New Varieties of Plants (UPOV) Poznámka: Na přípravě obrázků označených I.D. se podílela RNDr. Ivana Doležalová, Ph.D.
