Pepó Pál
Genetikailag módosított növények szerepe az ökológiai lábnyom csökkentésében l Role of genetically modified (GM) plants in mitigation of ecolocical footprint
[email protected] Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Környezet- és Élelmiszertudományi Kar Növénytudományi Intézet, egyetemi tanár
Bevezetés és irodalmi áttekintés Az ökológiai lábnyon csökkentésében kulcsszerepet játszik a betegségekkel és kártevőkkel szemben ellenálló fajták köztermesztésben történő szerepeltetése, minél nagyobb részarányban. Az említett fajták termesztésével csökkenthető a növénytermesztésben felhasznált kemikáliák mennyisége, ezáltal a környezeti terhelés mértéke is. A kukorica fuzáriumos megbetegedése hazánkban az 1960-as évek végétől jelentkezett és öltött járványos méreteket (Menyhért, 1979). A jelentős termésveszteség mellett számottevő hatást okoz a humánegészségügyben és az állattenyésztésben is világszerte a toxikózisok miatt (CFSAN, 2001). A kukorica betegségei közül - kórtani szempontból – a Fusarium fajok előfordulása lehet kihatással jelentős mértékben a terméseredményekre (Clements et al., 2003). A kukorica Fusarium fajokkal szembeni védekező készségét javítani tudjuk olyan törzsek létrehozásával, melyekben egyesítjük a kiváló kombinálódó képességet a betegség-ellenállósággal, amihez speciális genetikai alapanyag megtervezése, létrehozása szükséges (Toldiné Tóth és Gyulavári, 2004). A kukorica mutációs kezelése során létrehozott vonalak betegség ellenállósága javulhat (Pepó és Tóth, 2004). Beltenyésztett vonalak és hibridjeik diallél keresztezését végezték el Fusarium fajok okozta betegség- ellenállóságra természetes (provokációs kísérlet nélkül) körülmények között Palaversic et al. (1992,1995). Keszthelyi et al. (2002) szerint a kukorica mai napig egyik legjelentősebb hazai kártevője a kukoricamoly. A kukoricamoly főleg a csemegekukoricában és a hibridvetőmag-előállításban okoz jelentős károkat (Deli, 2001). Pálfy (1983) szerint a kukoricamollyal fertőzött tövek a gombabetegségek iránt is fokozattabban érzékenyek lettek. Az elmúlt évtizedben és napjainkban a mezőgazdaság számára a legnagyobb kihívást a növényvédelem szakszerű, hatékony végrehajtása jelenti. A ma alkalmazott gyomirtó szereink hatékony alkalmazása is nagyon jelentős elméleti és gyakorlati felkészültséget igényel; az alkalmazás időpontja, helye, módja, a herbicidek hatóanyaga, az azt tartalmazó készítmény, vivőanyag, tapadószer jellemzői fontos szempontok a jó hatásfokú és a környezet-és fogyasztóvédelmi előírásoknak is megfelelő gyomirtásban. Emelett néhány gyomfaj ellenállóságot (reisztenciát) mutat egyes herbicidekkel szemben. A közelmúltban előtérbe kerültek nagy hatásfokú, széles spektrumú és a környezetben viszonylag gyorsan inaktívvá váló vagy lebomló herbicidek, ám ezek legtöbbször sajnos a kultúrnövényt is károsítják. Ezek a szerek azonban az egyes növénycsoportokra jellemző speciális anyagcsereutak bizonyos lépéseire hatnak gátlón, így már többé-kevésbé specifikus spektrummal jellemezhetőek. A herbicidek kultúrnövényekre kifejtett káros hatásának megelőzésére megoldást az azokkal szemben rezisztenciát mutató fajták/hibridek nemesítéssel történő előállítása jelentheti. E nemesítési módszerek szintén jelentős fejlődésen mentek át. A hagyományos módszerek (direkt szelekció a kívánt jellegekre szabadlevirágzású rendszerekben, beltenyésztés önporzással, hibridek előállítása keresztezéssel) mellett megjelentek a biotechnológia, illetve a molekuláris biológia új eredményeit felhasználó eljárások. Az egyre újabb eljárások a közeljövőben elvileg korlátlan lehetőséggel kecsegtetnek, melyeknek egyelőre a környezetvédelmi, fogyasztóvédelmi és etikai jellegű előírásokat is tartalmazó nemzetközi megállapodások, illetve az egyes országok törvényei szabnak korlátokat (Dudits és Heszky, 2000). Bár a biotechnológia új és legújabb módszereit hazánkban jelentős nemzetközi elismerésnek örvendő kutatócsoportok kutatásuk eszközévé teszik, s ezek gyakorlati alkalmazása elterjedt, az eredmények mindennapi gyakorlati használatba történő átültetését a hazánkban jelenleg hatályban lévő rendelkezések egyelőre nem teszik lehetővé. Ezen megfontolásokból a hazai
307
növényvédelem a gyomirtás problémáját a hagyományos növényi biotechnológia oldaláról közelíti meg. Jelenleg tehát hazánkban, a gyakorlatban a széles spektrumú, a környezet- és fogyasztóvédelmi előírásoknak megfelelő herbicidek alkalmazása s az ezekkel szemben toleráns vagy rezisztens elit vonalak, illetve hibridek hagyományos biotechnológiai eszközökkel történő előállítása a cél mind a nemesítéshez és termesztéshez szükséges genetikai bázis gyarapítása, mind a termesztésbe vonható fajták számának növelése érdekében. Kádár (2001) felsorolása alapján a herbicideknek tizenhat csoportja van, melyek közül az ún. „B” csoportot alkotják az acetolaktát-szintetáz működését gátló herbicidek. Ebben öt alcsoportot képeznek az egyes vegyületszármazékok (szulfonil-karbamidok, imidazolinonok, pirimidinil-oxo-benzoátok, triazolpirimidinszulfonanilidok, piridin-dikarbonátok), melyek mindegyike levélen és gyökéren keresztül felvehető szisztemikus herbicid. Shaner et al. (1984) szerint az imidazolinon- és szulfonilurea-származék hatóanyagok az acetolaktátszintetáz (ALS-valin és leucin-szintézis), illetve aceto-hidroxi-ecetsav-szintetáz (AHAS-izoleucin-szintézis) enzimet gátolják, az első enzimet, mely a valin, a leucin és az izoleucin szintézisében részt vesz, aminek a következtében a merisztéma régiók növekedése leáll az aminosavak hiányában. Először a sejtek pusztulnak el, majd a növény is. Mivel az enzim a kloroplasztiszban található, a vegyszerek csak akkor fejthetik ki hatásukat, ha a növények már működő kloroplasztisszal rendelkeznek, egyszikűek esetében a koleoptil felnyílásakor, kétszikűekben pedig kétleveles fejlődési stádiumban (Kádár 2001). Devine és Shulka (2001) szerint az imidazolinon-rezisztenciának számos oka lehet, a leggyakoribb és legfontosabb azonban az acetolaktát-szintetázt kódoló gén fentebb említett mutációja, mely a célfehérje egy, a vegyületre nézve csökkent affinitással rendelkező változatához, ezen keresztül rezisztenciához, esetleg más, az acetolaktát-szintetázt gátló herbicidekkel szembeni keresztrezisztenciához vezet, s amely a többi vegyszercsalád esetével szemben viszonylag elég gyorsan alakul ki (Gressel, 2002). Hunyadi et al. (2000) rámutatnak, hogy a Du Pont szabadalmában hét olyan helyet (bázist) jelöl meg az acetolaktát-szintetázt kódoló génben, melynek esetleges változása következtében a fehérje meghatározott helyén fellépő aminosav-csere rezisztenciát eredményez. A korábbi vizsgálatok a különböző növényfajoknál elsősorban a fajtaspecifitás megalapítására korlátozódtak, mivel az eltérő kémiai hatóanyagú gyomirtó szerek különböző stresszhatást váltanak ki az egyes genotípusoknál (Pepó et al.,1988 a,b). Az első imidazolinon-herbicideket (imazaquin, imazetapir) szójában használták az USA-ban, melyre nézve ezek a vegyszerek szelektívek. Kukoricában is igen hatékonyak, de ez esetben nem szelektívek. Szelektíven rezisztens kukorivaconal előállítása 1982-ben kezdődött, az első ellenálló vonal az XA17 volt, mely azonban csak homozigóta formában mutatott teljes ellenállóságot. Az XI12 már heterozigóta formában is teljes értékű volt ilyen szempontból. Hunyadi (2000) szerint hazánkban 1996-ban kapott elismerést a Marista SC IR (imidazolinon-rezisztens) változata, melyet, azóta még néhány IMI-nek nevezett hibrid köztermesztésbe kerülése követett: PR 37M81 IMI hibridek (Pioneer), Dekalb 471 IMI (Monsanto), Furio Sumo illetve Occitan Sumo (Syngenta) és Hypnos CL illetve Horus CL (Advanta). Az utóbbi időben egyre jelentősebb károkat okoz a kukoricabogár (Diabrotica virgifera virgifera). E károk csökkentése a termelés jövedelmezősége szempontjából is fontos. A Diabrotica jelenléte elsősorban a nagymértékű és a vetésváltás nélküli termesztést veszélyezteti. Az amerikai kukoricabogár az USA-ban jelentős nagyságú károkat okoz. (Edwards, 1995). Európában a belgrádi repülőtér mellett okozott súlyos gyökérkártétel miatt figyeltek fel rá (Baca, 1993). Magyarországon és Horvátországban már 1995-ben megjelent (Princzinger, 1996; Igrc-Barcic és Maceljski, 1995). Hazánkban először a Jugoszláviával és Romániával szomszédos területeken jelent meg és 2001 óta valamennyi megyében jelen van (Ripka et al., 2000). Magyarországon egyre nagyobb területen fordul elő ennek köszönhetően a növénydőléssel járó kár (Princzinger et al., 2002). Az USA gyakorlatában egyre inkább megnőtt a kukoricabogárral szemben rezisztens transzgénikus kukoricahibridek jelentősége (Wilson et al., 2005). Ezek az inszekticid-használat elmaradása miatt kevésbé károsítják a környezetet, továbbá termésnövekedést mutatnak a nem génkezelt kukoricákhoz képest. Abel et al. (2000) a kukorica esetében a növényi rezisztencia kialakítását tartják a legfontosabbnak a kukoricabogárral szemben. Back-cross nemesítési programból származó kukoricavonalakat használtak fel a rezisztencia normál, vonalakba történő átvitelére. Urias-Lopez és Meinke (2001) megállapították, hogy a kukoricahibridek örökletesen
308
különböznek a kukoricabogár-kártétellel szembeni toleranciájukban, továbbá azon képességükben, hogy a biomassza a növények mely részében kerül felhalmozásra a kártétel következtében. Urias-Lopez et al. (2000) azt tapasztalták, hogy a kukoricahibrideknél a lárvakárosítás hatására a fotoszintetikus ráta csökkent, amely a „lag” periódust követően a növénymagasság csökkenéséhez vezetett. Moeser és Vidal (2004) a Diabrotica virgifera virgifera Leconte (Chrysoinelidae, Galeracinae) lárvák hatását vizsgálták különböző európai kukoricahibridekre, melyek között nagyfokú varibilitást találtak. Knutson et al. (1999) szerint a szántóföldi károsodással kapcsolatos besorolás lehet az elsődleges teszt, mielőtt a kukoricahibridek rezisztenciájára vonatkozó megállapításokat meghozzuk. Hibbard et al. (1999) új rezisztenciaforrások feltárása érdekéban végzett kukoricánál diallél keresztezéseket két rezisztens vonal, továbbá a B37 és a Mo47 felhasználásával. A kilenc szülő közül három (NGSDCRW 1 (S2) C-4-15-2S2; TL93APAR1774 28-1 (C3) és a TL92A-PAR1779 60-4) rezisztensnek bizonyult a kukoricabogárral (WCR) szemben, amit a szignifikáns negatív általános kombinálódó képességi (GCA) értékek is alátámasztottak. A specifikus kombinálódó képességi hatások (SCA) nem voltak szignifikánsak. Megállapították, hogy az új rezisztenciaforrások felhasználása megfelelő természetes védelmet adhat a kukoricabogár lárvakártételével szemben. A biotechnológia eredményeként az USA-ban megjelent a Cry3Bb toxin fehérjét tartalmazó transzgénikus kukoricahibrid, amely a lárvák elleni védekezésben adott jó eredményeket. Alternatívaként azonban a gyakorlat számára szükség van az imágók és lárvák elleni hatékony védekezésre is. A leghatékonyabb védekezési mód az integrált növényvédelem lehet, amelynek részeként kiemelhető a Diabrotica-toleráns kukorica genotípusok nemesítése. Kukoricavonalak diallél keresztezését elvégezve arra kerestük a választ, hogy az általunk alkalmazott beltenyésztett vonalak milyen rezisztenciális tulajdonságokkal rendelkeznek és az azt meghatározó genetikai paraméterek hogyan alakulnak. Anyag és módszer A kísérlet keretében a Debreceni Egyetem MÉK Növénytudományi Intézet által több éve fenntartott sugárkezelt, beltenyésztett, jelenleg már homozigóta génbanki vonalakból, mint alapanyagból rezisztens sejtvonalak detektálásához felhasználható szelektív táptalaj imidazolinon koncentrációjának meghatározására került sor. A napjainkban nagy agronómiai jelentőségű imidazolinon-rezisztens sejtvonalak szelekciója kedvező gazdasági értékmérő tulajdonságokkal rendelkező beltenyésztett kukoricavonalakból kallusztenyészetben, a szomaklonális variabilitás kihasználásával szelektív táptalajon is elvégezhető. Kétlépcsős in vivo szelekció során a kukoricanövényeket a növényvédelemben az imidazolinon herbicid csoportra általánosan ajánlott 1 %-os koncentrációban (4 l/ha) ESCORT ™ szerrel történő kezeléssel szelektáltuk. A vegyszeres kezelésre adott válaszuk alapján öt vonal (176/F, 241/F, 271/F, 378/F, 416/F) esetében került sor kalluszindukcióra. A sejtek dedifferenciálódásához és osztódásához a 12.5 mikroM/liter 2,4 – D-vel (2,4 diklór-fenoxi-ecetsav) kiegészített, módosított MS (Murashige-Skoog) táptalajt alkalmaztunk. A kísérleteket a debreceni löszháton azonos ökológiai és művelési feltételek mellett beállított, 4 x 25 növényt tartalmazó, négyismétléses kísérletben végeztük el, kukoricabogárral betelepült és nem fertőzött területen. A lárvakártétel mértékének megállapításhoz az IOWA skálát használtuk tíz növény négy ismétlésben történő gyökérvizsgálatával. Az imágók számát négy alkalommal, a tömeges rajzás időszakában, tíz növény vizgálatával a kora reggeli órákban állapítottuk meg számlálással. A növényenkénti egyedszám a kukoricabogarak esetén meghatározható, mivel szemeskukorica esetén 3-5 egyed/ növény esetén a 7/2001. (5.17.) FVM sz. rendelet értelmében a következő évben kukorica nem vethető. A megdőlt tövek százalékát az egyes ismétlésekben a parcellák kikelt növényeinek számához viszonyítva adtuk meg, amely feltételezhetően a lárvakártételnek tudható be. A kártétel mértéke együttesen fejezi ki a lárvák/imágók által okozott termésveszteséget. Ezt a százalékos arányszámot a párhuzamosan elvégzett kísérletek adataiból számítottuk a rendelkezésre álló parcella terméseredmények birtokában. Ezekből az értékekből következtetni lehet arra, hogy a vetőmagcsávázás, a lárvák és az imágók elleni védekezés valószínűsíthetőleg milyen mértékű termésnövekedéssel jár együtt.
309
Eredmények és következtetések Az ökológiai lábnyom csökkentésének egyik lehetséges alternatívája a fuzárium és kukoricamoly elleni tolerancia/rezisztencia növelése, amivel vegyszer megtakarítást érhetünk el. A nemesítési programunkban szereplő négy szülői törzs alkalmazásával létrehozott teljes diallél rendszerben végeztük el az általános és specifikus kombinálódóképesség értékeinek vizsgálatát. A kapott adatok esetében – mivel a vizsgálat betegségrezisztenciára irányult- a negatív értékek voltak számunkra kedvezőek. A fuzáriumos csőpenész fertőzöttségre vonatkozó általános és specifikus kombinálódó képességei adatok értékelését végeztük el. A fuzáriumos csőpenész fertőzöttség mértékét a legnagyobb mértékben a P26 vonal csökkentette, hiszen a GCA értékei -3,64; -1,98 és -2,59 voltak három egymást követő évben (1998-2000). Szintén javítja a fuzáriumos csőpenésszel szembeni ellenállóságot a keresztezési kombinációkban a P50 vonal is. A vizsgált vonalak évenként váltakozó GCA értékei az évjárattal szembeni nagyfokú függőséget jelenthetik. A P26 és P50 vonal, fertőzésre kapott kedvező általános kombinálódó képesség hatása a közös hibridjük jó átlagos teljesítőképességével jellemezhető. A vizsgált három évre vonatkozó adatok alapján az P26xP50 keresztezési kombinációnál igen jó SCA értékeket kaptunk (1998-ban -0,9, 1999-ben -0,14 és 2000-ben -0,46). Szintén kedvező SCA értékeket mutatott a P14xP61 keresztezés is. Több reciprok keresztezésnél kaptunk (P26 x P61, P50 x P61) szintén igen kedvező értékeket, melyeket példaként az 1. táblázatban találhatjuk meg. 1. táblázat. A kukoricavonalak és hibridjeik általános (GCA) és speifikus (SCA) kobinálódó képességének becslése a Fusarium ssp. fertőzésének mértékére vonatkozóan
A teljes diallél rendszer kukoricamoly – (Ostrinia nubilalis Hübner) károsítására vonatkozó adatai azt mutatják, hogy az általános kombinálódó képességre (GCA) vonatkozóan mind a három évben negatív értékeket kaptunk, a fogékonyságot csökkentő adatokat egyedül a P26 kukoricavonal esetén észleltünk ( -2,8, -3,33, -2,99 az egymást követő években). A P61-es vonal esetében 1998-ban és 2000-ben negatív értékeket ( -2,19 és -2,11), míg 1999-ben pozitív értékeket kaptunk (3,12). Kedvező SCA értéket a P26 és P61 keresztezéseknél kaptunk, míg a nemesítés szempontjából kedvező reciprokhatással a P14 x P50 és a P61 x P26 hibridnél számolhatunk. A termesztés (provokációs kísérlet nélküli) körülmények között létrejött viszonylag kis fertőzöttség mellett is számottevő különbségeket figyeltünk meg az egyes vonalak és hibridjeik között. Az eredményeknél az optimálishoz közeli agrotechnikai műveletek elvégzése is szerepet játszhatott. A kukorica fuzáriózisa polifág kórokozó, tehát a védekezés már a termőhely kiválasztásával, illetve az elővetemény megválasztásával (kerülni kell lehetőség szerint a monokultúrát, búza előveteményt) elkezdődik. A kálium-, foszfor- műtrágyák alkalmazásával erősíhetjük a szárszilárdságot, csökkenthetjük a szárkorhadást, illetve a csőpenész száron át
310
történő fertőzöttségének mértékét és ellenállóbbá tehetjük a növényállományt a kukoricamollyal szemben is. A környezetvédelem és az integrált növénytermesztés előtérbe helyezésével a Fusarium fajok elleni védekezés megoldható, ellenállóképesebb, magasabb rezisztencia/tolerancia szinttel rendelkező vonalak, illetve hibridek létrehozásával. A kísérletek eredményei is alátámasztották, hogy az idegentermékenyülő kukorica esetében szükséges a visszakeresztezéseket is elvégezni, mert jelentős reciprok hatásra számolhatunk, mely az egyenes keresztezésektől számottevő eltéréseket mutathat. A jó rezisztencia értékű vonalak kiválasztása és felhasználása a nemesítésben még ellenállóbb hibridek előllítását teszi lehetővé, továbbá környezeti terhelés mértékét is csökkentik (1. ábra). 1. ábra. A kallusz frisstömeg-gyarapodása 0.012 %-os imidazolinon koncentrációjú és kontrol táptalajon
Kutatásaink kiterjedtek a kukorica vonalak herbcid rezisztenciájának vizsgálatára in vivo és in vitro módszerek integrációjával. Feltételezésünk szerint némely vonalban fellelhetők olyan gének, melyek bizonyos herbicidekkel szemben rezisztenciát/toleranciát hoznak létre. Az eredmények megyarázatára két lehetőség van. Holt és Lebaron (1990) alapján – akik a rezisztenciát még a tolerancia egyik extrém, de ritka eseteként ismerik – a 271/F és a 416/F vonal toleráns, azaz a rezisztenciagénre nézve heterozigóta, míg a 241/F vonal homozigóta. Azonban a Gressel (2002) által ismertetett tézis fényében – mely szerint a rezisztencia domináns monogénes, a tolerancia pedig poligénes jelleg – a 271/F és a 416/F vonal a toleráns fenotípusért felelős géneket több lokuszon kódolva, míg a 241/F vonal e jelleget egy lokuszon és homozigóta formában hordozza. Tekintettel arra, hogy a kísérletben felhasznált vonalak genetikailag igen közel állnak egymáshoz, ebben az esetben az első alternatíva valószínűsíthető. Nagy jelentősségű az első és a második generációs szelektált növények fejlődésének, illetve vegyszeres kezelésére adott válaszának összevetése. Mind az első, mind a második szelekcióban az öt legjobb
311
növekedési erélyű növény közül négy jól tűrte a vegyszeres kezelést. Ezek közül is kiemelkedett három vonal (241/F, 271/F és 416/F), mely mind az első, mind a második szelekció során a legjobb ütemben fejlődő növények között volt, és emellett nem csak jól bírta a vegyszeres kezelést, de herbicidtoleranciája alapján felhasználásra került a kalluszindukció során, s végül figyelemre méltó, hogy e három vonal bizonyult imidazolinon-toleránsnak, illetve – rezisztensnek. Ezek mellett a legkisebb növekedési erélyt mutató növények imidazolinonos kezelésre egyértelműen szenzitívek voltak. Ezek alapján összefüggés állapítható meg a növények herbicides kezelésre adott válasza, illetve fejlődése között, mely mögött feltehetően a megváltozott anyagcseremechanizmus áll. Szövetkultúra szinten a 0,012 % imidazolinon-koncentráció alkalmazható szubletális szelektív koncentrációként. A megfelelő szubletális imidazolinon-koncentráció meghatározását követően lehetővé válik az imidazolinon-rezisztens és toleráns vonalak felszaporítása szelektív körülmények mellett. Ezzel lehetőség nyílhat a kalluszkultúrákból imidazolinon-rezisztens kukoricanövények regenerálására, melyekből a rezisztenciagén elit vonalakba történő bevitele többszörös visszakeresztezéssel, majd a rezisztenciagént homozigóta domináns (RR) formában hordozó elit vonalak felhasználásával imidazolinon-rezisztens hibridek előállítása is elérhető céllá válhat. Az amerikai kukoricabogár által okozott károsítást tekintve a lárvakártétel és veszteség akkor a legnagyobb mértékű, ha júniusban és július elején nem hullik elegendő csapadék és a növények nem képesek a károsodott gyökérrendszert regenerálni. Az ökológiai lábnyom csökkentésének harmadik opciója a ma már egyre gyakrabban és egyre nagyobb területen jelentkező kukorica bogárral szembeni rezisztencia/ tolerancia létrehozása. Az általámos kombinálódó képességi értékeket (GCA) megviszgálva azt találtuk, hogy a leginkább ellenállónak bizonyult a P26-os vonal, amely 2002-ben -0,5, 2003-ban -0,5 és 2004-ben -0,8 értékkel csökkentette az általa létrehozott kombinációkban a lárvakártétel mértékét az Iowa skála szerint. Kisebb mértékű, de negatív GCA értékeket találtunk (-0,1, -0,2, -0,2) a P50-es vonalnál. Ezzel szemben a P50-es vonal pozitív általános kombinálódó képességi értékei az egymást követő években (2002-ben 0,6, 2003-ban 0,6 és 2004-ben 1,0) arra utaltak, hogy ez a vonal az általa létrehozott genotípus- kombinációkban nem alkalmas a lárvakártétel csökkentésére. Mivel az amerikai kukoricabogár legfőbb tápnövénye a kukorica, ezért a lárvapopuláció felszaporodásában a lárva-gazdanövény kapcsolatnak meghatározó jelentősége van. Fogékony genotípusok esetén a kártevő tömeges felszaporodására csak a kukorica gyökerén táplálkozó lárvák révén van mód. Ezeknél a genotípusoknál (P50 x P14, P50 x P60) a lárvakártétel mértéke az Iowa skála szeint 4,6, illetve 4,8, amely esetén már gazdasági kártétel is fellép. Az imágók számának megfigyelése alapján az általános kombinálódóképesség becsült értékei azt a tendenciát mutatják az egymást követő években, hogy 2002-ben és 2003-ban a növekedés az imágók számát tekintve alacsony volt, míg 2004. évben kiugró értékek jelentkeztek. A fogékonyság növekedésében genetikai okok is közrejátszottak, a GCA érték 2004-ben a P14-es vonalnál 0,29, míg a P50-es vonalnál 0,8 volt. Toleránsnak (rezisztensnek) a negatív általános kombinálódó képességi értékkel rendelkező P26-os (-0,83) és P61-es vonal (-0,30) bizonyult 2004-ben, de az ezt megelőző két vizsgálati évben is meghatároztuk az általános kombinálódó képesség értékeit a vizsgált kukoricavonalak és hibridjeik esetében a megdőlt tövek százalékos arányának mértékére vonatkozóan. Az általános kombinálódó képesség tekintetében a P26-os vonal szerepelt mindhárom vizsgált évben – egyre növekvő mértékben- kiemelkedően. A növekedési tendencia ennél a vonalnál összefüggésben van a lárvakártétel esetén tapasztaltakkal. A lárvakárosítás és a megdőlt tövek száma szoros korrelációban van egymással. Ezt a tényt bizonyítja a P14-es vonal is, melynél mindhárom évben relatíve alacsony lárvakárosítást észleltünk és ez a megdőlt tövek GCA értékeinél is jelentkezett, 2004-ben már negatív GCA (-1,52) hatással. A P61-es vonal mind a három vizsgált évben csökkentette a megőlés mértékét, ami feltehetőleg azzal volt összefüggésben, hogy csökkentőleg hatott a növényeken lévő lárvák/imágók számára. Ezzel szemben a P50-es vonal esetén az egymást követő években nőtt a megdőlt tövek száma, ahogyan növekedtek a pozitív GCA értékek is (2002-ben 1,41, 2003-ban 4,57 és 2004-ben 7,90). A terméskiesés mértékében számolt általános és speciifikus kombinálódóképesség értékek, illetve reciprokhatások szoros összefüggést mutatnak a megdőlt tövek, a lárva/imágó károsításának mértékével. Az általános kombinálódóképesség értékeire tekintettel a vizsgált
312
vonalaknál a P26 vonal (-2,39, -3,22, -4,91) emelkedő tendenciája figyelhető meg mindhárom évben, de a P61-es vonalnál is negatív GCA hatás tapasztalható az egymást követő években (-0,28. -0,36, -0,94). A P26-os vonal az általa létrehozott keresztezési kombinációkban számottevően csökkentette a termésveszteség mértékét százalékosan kifejezve. A kukoricabogárral szembeni ellenállóság diallél analízise arra engedett következtetni, hogy a lárvakártétel mértéke, az imágó száma, a megdőlés aránya és a termésveszteség szoros pozitív korrelációban állnak egymással Hataláné Zsellér I. és Széll E. (2001) vizsgálataival megegyezően. A diallél analízis Moeser és Vidal (2004) eredményeivel megegyezően nagyfokú variabilitást mutatott a kukoricavonalak és – hibridek ellenállóképességét illetően, viszont Hibbard et al. (1999) eredményeivel ellentétben, több esetben a specifikus kombinálódó képességi hatások is szignifikánsak voltak. A kutatás során tapasztaltak rávilágítottak arra a megállapításra, hogy az amerikai kukoricabogár esetében a szélesebb komplex felvételezési rendszerek lesznek a jövőben kívánatosak, amelyek a genotípusok szárszilárdsági, gyökérregenerációs, növénykórtani tényezőinek figyelembevételével valósulhatnak meg. Storer (2003) megállapításával teljes mértékben egyetértünk, mely szerint a növények rezisztenciája biztosíthatja a leghatékonyabb védelmet a kukoricabogárral szemben (2. ábra). 2. ábra. Az általános kombinálódóképesség becslése az imágók számának megfigyelése alapján
A fenntartható gazdálkodás és a környezetvédelem szempontjából kiemelkedő jelentőségű, hogy a nemesítők milyen mértékű kórtani rezisztenciát képesek kialakítani a különböző termesztett növényfajok fajtaelőállító nemesítésében. A levélrozsda nemcsak hazánkban, hanem világszerte is a búza egyik legjelentősebb gombabetegsége. A rezisztenciáért felelős gén(ek) célzott genomba építésével az ellenálló képesség úgy növelhető, hogy a növény más tulajdonságai minimális mértékben, vagy egyáltalán nem változnak meg. A Mezőgazdasági Biotechnológiai Központban a hiperparazita Coniothyrium minitans fajból izolált 1,3-exo-glükanázt kódoló (cmg1) gén, a búza saját glükanáz génjeihez hasonlóan, a gomba sejtfal glükán komponensét bontó enzim termeléséért felelős. A Hajdúság fajta genetikai transzformációja során a búza egyik saját, zöld-szövet specifitást biztosító genetikai szabályozó elemét, a ribulóz-1-5 bifoszfát karboxiláz oxigenáz (RuBisCo) kis alegységének promóterét alkalmaztuk a cmg1 gén expressziójának kontrollálására (3. ábra).
3. ábra. Transzgénikus búza előállítása
313
A nemzetközi és saját kutatásaink alapján elmondható, hogy a transzgénikus növényeknek sem a veszélyességét, sem a veszélytelenségét nem sikerült egyértelműen bizonyítani. A GM fajták köztermesztésbe vételét követően Magyarország elveszítheti GMO mentes státuszát, ezzel együtt jelentős EU-s piacoktól eshetünk el. A GM növényfajták termesztésbe kerülése feltehetően sokkal több kockázattal járna, mint amennyi előny származna belőle a termelők és fogyasztók számára. A hagyományos fajtákat nemesítő kutatók védik az érdekeiket és a fajtájukat termesztő gazdálkodók érdekeit, mert a GM növények esetleges bevezetésével ellehetetlenítenék őket. Úgy gondoljuk, hogy semmilyen kétség nem férhet a hagyományos módszereket használó növénynemesítők eddig elért eredményeihez. Tovább nő a nemesítésbe, termesztésbe vonható vadon élő és ősi fajok bevonásának jelentősége, megnő a hagyományos fajták és rokon fajok felkutatásának és megőrzésének szerepe (ex situ génmegőrző tevékenység), továbbá megmarad a konvenciális úton előállított rekombináns fajták jelentősége is.
Irodalom
Abel, C.A. – Berhov, M. A. – Wilson, R. L. – Binder, B. F. –Hibbard, B. E.: 2000. Evaluation of conventional resistance to European corn borer (Lepidotera: Crambidae) and Western corn rootworm (Coleoptela: Chrysomelidae) in experimental maize lines developed from a backcross breeding program. Journal of Economic Entomology 93, 6: 1814-1821. Baca F.: 1993. New member of the harmful entomofauna of Yugoslavia Diabrotica virgifera virgifera Leconte (Coleoptera: Chrysomelidae) – IWGO Newsletter 13, 1-2:2122. Clements, J.M.-Campbell, W.K.- Maragos, M. C. –Pilcher, C.-Headrick, M. J.- Pataky, K.J- White, G H.: 2003. Influence of Cry 1 Ab protein and hybrid genotype on Fumonisin contamination and Fusarium ear rot of corn. Crop Science 43: 1283-1293.
314
CFSAN.: 2001 Background paper in support of fumonisin levels in corn and corn products intended for human conumption. http://www.cfsan.fda.gov/~dms/fumongb3.html USFDA Center for Food Safety and Applied Nutrition Deli, J.: 2001. Növényvédelmi előrejelzés. DE ATC MTK Növényvédelmi Tanszék, egyetemi jegyzet Debrecen. Devine, M.D.- Shukla, A.: 2001. Altered Target Sites as a Mechanism of Herbicide Resistance. Crop Protect ,19:881-889. Dudits D.- Heszky L.: 2000. Növényi biotechnológia és géntechnológia. Agroinform Kiadó, Budapest, 32-139. Edwards, C. R.: 1995. Managing the Western Corn Rootworm, Diabrotica virgifera virgifera LeConte (Coleoptera: Crysomelidae), at the farm level in Indiana (USA). Növényvédelem 31, 8: 353-360. Gressel, J.: 2002. Molecular Biology of Weed Control. New York : Taylor & Frances 155-160 ; 262-266 Hatala Zsellér, J. –Széll, E.: 2001. Two years observations on correlation of larvae damage of western corn rootworm and yields. XXI. IWGO Conference XIII. Diabrotica Subgroup Meeting, Legnaro- Padua-Venice, Italy Abstracts, 5 Hibbard. B.E-Darrah, L.L.- Barry, B.D.: 1999. Combining ability of resistance leads and identification of a new resistance source for Western corn rootworm (Coleoptela: Chrysomelidae) larval in corn. Maydica 44, 2:133-139 Holt, J. S- Lebaron, H. M.: 1990. Significance and Distribution of Herbicide Resistance. Weed Technology 4: 141-149. Hunyadi K.- Béres I.- Kazinczi G.: 2000. Gyomnövények, gyomírtás, gyombiológia. Mezőgazda Kiadó, Budapest. Igrc-Barcic J. – Maceljski, M.: 1995. Monitoring Diabrotica virgifera virgifera in Croatia in 1995. IWGO Newsletter 16, 1:11-13 Kádár A.: 2001. Vegyszeres gyomírtás és termésszabályozás. Factum Bt., Budapest Keszthelyi, S.- Najat, A.- Fekete, A.- Marczali, Zs.: 2002. A kukoricamoly (Ostrinia nubilalis Hübner) lárvák növényenkénti számának és elhelyezkedésének hatása egy középérésű kukoricahibrid súly- és beltartalmiértékeire. Növényvédelem 38, 7: 337-345 Knutson, J. R.- Hibbard, E.B- Barry, D.B- Smith, A.V.- Darrah, L.L.: 1999. Comparison of screening techniques for western corn rootworm (Coleoptela: Crysomelidae) host –plant resistance. Journal of Economic Entomology 92, 3:714-722. Menyhért, Z.: 1979. Kukoricáról termelőknek. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. Moeser J.-Vidal, S.: 2004. Response of larvae of invasive maize pest Diabrotica virgifera virgifera (Coleoptera: Chrysomelidae) to carbon/nitrogen ratio and phytosterol content of European maize varieties. Journal of Economic Entomology 97, 4:1335-13 Palaversic, B.- Brekalo, J.- Buhinicek, I-Rojc, M.: 1992. Control of maize stalk rot through breeding. Agronomski glasnik 54: 401-418 Palaversic, B.- Rojc, M.- Buhinicek, I.- Warren, H.: 1993. Comparison of criteria and techniques in breeding maize for resistance to Fusarium stalk rot. VII. International Fusarium Workshop Ed.: Nelson, P.E. University Park, Pennsyl., SAD 35.
315
Pálfy, Cs.: 1983. A kukoricamoly és kártétele. Növényvédelem 19, 11 : 515-517. Pepó P.- Tóth Sz.: 2004. Kukoricagénbank előállítása mutációval. Növénytermelés 53, 3: 253-262 Pepó P.- Pepó P.: 1988. a. Őszi búza gyomírtószerek tolerancia, fitotoxititás és herbicidhatás vizsgálata. Növénytermelés 37, 1: 35-42 Pepó P.- Pepó P.: 1988. b. Az alkalmazás időpontjának hatása az őszi búzafajták herbicid-toleranciájára. Növényvédelem 24, 4: 155-158 Princzinger, G.: 1996. Monitoring of western corn rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) in Hungary 1995. IWGO Newsletter 16, 1: 7-11. Princzinger G –Ripka G. – Hataláné Zsellér I.- Hegyi T.- Herczig B.- Kleinezel Sz.- Tóth B.- Vasas L.- Vörös G.: 2002. Present sitnation of the Western Corn Rootworm (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) in Hungary, 9th IWGO Diabrotica Subgroup Meeting and 8 th EPPO, 14-15. Ripka G.- Princzinger G-Hataláné Zsellér I.- Hegyi T.- Tóth B. – Vasas L.- Vörös G.: 2000. Az amerikai kukoricabogár (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) (Coleoptera: Chrysomelidae) felderítésével kapcsoaltos hazai vizsgálatok eredményei. Álattani Közlemények 85: 69-78. Shaner, D. L.- Anderson, P. C. –Stidham, M. A.: 1984. Imidazolinones, Potent Inhibitors of Acetohydroxyacis Synthase. Plant Physiology 76: 545-546 Toldiné, T. É.- Gyulavári, O.: 2004. Kórtani kutatások. In: A nyolcadik évtizedben… Szerk.: Sági, F. Gabonatermesztési KHT. Szeged, 183-186 Urias-Lopez M. Meinke, L. J. –Higley, L. G. – Haile, F. J.: 2000. Influence of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomedlidae) larval injury on photosynthetic rate and vegetative growth on different types of maize. Environmental Entomology 29, 5: 861-867. Urias-Lopez M. A . - Meinke, J.L.: 2001. of western corn rootworm (Coleoptera: Chrysomedlidae) larval injury on yield of different types of maize. Journalof Economic Entolomogy 94, 1:106-111. Wilson, T. A.- Rice, M. E.-Tollefson, J. J. – Pilcher, D. C.: 2005. Transgenic corn for control of the European corn borer and corn rootworms: a survey of Midwestern farmers practices and perceptions. Journal of Economic Entomology 98, 2: 237-247
316
