ZöldGMO
HÍRLEVÉL I. évfolyam | 3. szám
A kiadvány a TÁMOP-4.2.3-08/1-2009-0009 projekt keretében, az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap és az Európai Regionális Fejlesztési Alap társfinanszírozásával valósult meg.
2009. DECEMBER
1
ZöldGMO
HÍRLEVÉL
Kiadja: MTA Szegedi Biológiai Központ Felelős szerkesztő: Dudits Dénes
I. évfolyam | 3. szám
2009. DECEMBER
Az amerikai kukoricabogár Európában: rezisztens kukorica hibridek környezeti hatásvizsgálata európában és magyarországon Szénási Ágnes1, Kiss József1, Pálinkás Zoltán1,, Szekeres Dóra1, és Kádár Ferenc2 Szent István Egyetem, Növényvédelmi Intézet, Gödöllő; MTA Növényvédelmi Kutatóintézete, Budapest
1 2
(Forrás: Zöld géntechnológia és agrárinnováció. Gazdafórum az Akadémián. Szerkesztette. Dudits Dénes. Barabás Zoltán Biotechnológiai Egyesület. Szeged, 2009) Bevezetés Az amerikai kukoricabogár (Diabrotica virgifera virgifera LeConte) ma (2008. év vége) Spanyolország kivételével Európa minden jelentős kukoricatermesztő régiójában megtalálható. Az USA kukoricaövezetében jól ismert (2.1. ábra), gazdaságilag legfontosabb, első számú kukoricakártevő. Populációjának nagysága Európában változó, egyes régiókban eléri a gazdasági lárvakárt okozó szintet (pl. Közép-Európa), máshol (pl. Németország) terjedése és populációjának felépülése folyamatban van, azaz, a kártevő Európa kukoricatermelő régióinak legnagyobb részén megtelepedett (2.2. ábra), a kényszerű együttélés, illetve a populáció szabályozása a következő tudományos, technikai, gazdaságpolitikai és gyakorlati teendő.
1–2. ábra: Az amerikai kukoricabogár elterjedése az USAban és Európában
Az amerikai kukoricabogár elleni védelem (mint a kukorica integrált védelmének egyik eleme) alapvetően a vetésváltás, mivel a kártevő nőstényei főként a kukoricatábla talajába helyezik tojásaikat, amelyekből – áttelelés után – a kikelő lárva az önmaga után vetett kukorica gyökérzetét 2
károsítja. A vetésváltás nem oldható meg (agrotechnikai és gazdasági stb. szempontok miatt) mindenhol, azaz a termőterület egy részén önmaga után is szükséges kukoricát vetni. Ezeken a táblákon indokoltak lehetnek különféle növényvédelmi beavatkozások, például inszekticides vetőmag- vagy sorkezelés. Az engedélyezett inszekticid hatóanyagok típusa, dózisa változó, gazdálkodási módtól stb. függően. Magyarországon mintegy 300 ezer hektár az önmaga után vetett kukorica, azaz ekkora területen kell az integrált védelem eszköztárából választani a kártevő lárvája elleni védekezésre. Az inszekticides védekezési módok bővültek az amerikai kukoricabogár ellen rezisztens hibridek termesztésbe vonásával (USA és Kanada). Európában indokolt ezen új védekezési módszerek alkalmazhatóságának, előnyeinek vagy esetleges hátrányainak tesztelése, illetve a tágabb termesztési, gazdálkodási rendszerekbe történő bevonásának elemzése. GM növények kibocsátásához kapcsolódó kockázatelemzés és engedélyezés Az Európai Unióban a GM növények környezetbe történő szándékos (így például termesztési célú) kibocsátása az ún. elővigyázatosság elvén alapszik. Egy GM növény környezetbe bocsátásának engedélyezését megelőzi az adott genetikai esemény és növény kockázatelemzése, azaz esetről esetre történik meg a kockázatelemzés, vagyis minden egyes genetikai eseményre és ezek kombinációjára is külön-külön el kell végezni a kockázatelemzést. Az engedélyezési eljárás másik elve, hogy a kibocsátás fokozatosan (lépésről lépésre) történhet meg, azaz annak mértéke akkor növekedhet, ha a korábbi szinten elvégzett kockázatbecslés eredménye ezt lehetővé teszi (Directive 2001/18/EC). A takarmány és élelmiszer feldolgozási és termesztési célú kibocsátásának környezeti kockázatelemzését, a kibocsátási engedélyt kérőnek kötelezően benyújtandó dokumentáció tartalmát az Európai Élelmiszer-biztonsági Hatóság (EFSA, European Food Safety Authority) által kiadott „Guidance Document” határozza meg (EFSA Journal, 2006). A kockázatelemzés további részleteiről korábban (Kiss és mtsai, 2007) írtunk, illetve erről ma már jelentős európai eredmények, tapasztalatok is vannak (bár úgy tűnik, mintha erről sokan nem vennének tudomást Magyarországon). Környezeti kockázatelemzés szempontjából egy GM növények termesztési célú kibocsátásakor
a dokumentumnak tartalmaznia kell a jellemző európai termesztési régiókra vonatkozó hatástani vizsgálatok eredményeit, azaz, a befogadó környezet szempontjából fontos, az általános kockázatbecsléshez használható eredményeket. A környezeti kockázatbecslés szempontjából, leegyszerűsítve következő lehetséges hatásokat emeljük ki (Kiss és mtsai, 2007 alapján): Térben: GM növény táblája → táblaszegély mint élőhely → környező táblák, élőhelyek Időben: GM növény termesztésének éve è következő év(ek), árvakelés, tartamhatás, Funkcionálisan: GM növény → rokon vad- és kultúrnövényfajok, → célszervezet(ek) (pl. kártevők, gyomnövények) → nemcélszervezetek (herbivorok, predátorok, beporzók, lebontók stb.) Hatás tekintetében: GM növény → direkt hatás: célszervezet(ek)re kifejtett hatékonyság, rezisztencia kockázata? másodlagos kártevők gyérítése? nem célszervezetekre kifejett toxikus hatás? GM növény és toxin perzisztenci-ája, akkumulációja a talajban? talajfauna, mikrobiális aktivitás, lebontó szervezetek? vad és rokon növényfajok: átporzás, hibridképződés? → indirekt hatás: megváltozott anyagcsere-összetétel (metabolitok); nem célszervezetek (zsákmány és gazda révén); megváltozott gazdálkodási gyakorlat. Környezeti hatásvizsgálatok Európában A különböző Bacillus thuringiensis törzsek által termelt toxinok más-más rovarcsoport ellen hatékonyak. A Lepidoptera kártevők ellen hatékony fehérjét termelő hibridek mellett az amerikai kukoricabogár lárvája ellen hatásos Cry3A, Cry3Bb1 és Cry34Ab1/ Cry35Ab1 fehérjét termelő hibridek engedélyezettek termesztésre több Európán kívüli országban. Európában Diabrotica-rezisztens kukorica kibocsátásához kapcsolódó környezeti hatásvizs3
gálatok számos tagállamban (Németország, Olaszország, Románia Spanyolország, Szlovákia stb.) folynak, ezek közül kiemeljük például Németországot, ahol rendkívül széles körű, több nemzeti intézményt összefogó, koordinált projektek (2005–2008, majd 2008–2011 között, RWTH Aachen University, Institute of Environmental Research, http://www. gmo-safety.eu/en folynak.
Vizsgálatainkat Budapesttől 30 km-re, egy csonthéjas ültetvénnyel körülvett területen végeztük. Ebben a cikkben csak a 2006-os eredményekből közlünk. A Diabrotica virgifera virgifera- (Coleoptera) rezisztens Bt (Cry34Ab1+Cry35Ab1 fehérjéket termelő) kukoricahibridet (bogárkártevőkkel szemben rezisztens genetikailag módosított 1507x59122 eseményű kukoricahibridet), illetve ehhez közel álló izogénes hibridet négy ismétlésben vetettük el, Az európai hatásvizsgálatok ma már koránt- 25x25 m-es parcellákon, véletlen blokk elrendezéssem egyszerűen egy eseményű (Lepidoptera- vagy ben. A kísérleti kukoricaállományt köpenyvetéssel Coleoptera-rezisztens) hibrideket vizsgálnak, hanem (pollencsapda) vettük körbe. ezek kombinációját herbicid toleráns hibridekben, ugyanazon eseményű, de eltérő hibridek közötti kü- Mivel a fenti GM hibrid Diabrotica rezisztens, azaz lönbségek hatásait stb., illetve e hibridek helyi ter- a növény által termelt fehérje a Diabrotica lárvájámesztési viszonyokhoz történő adaptációját. ra toxikus, a nem célszervezet ízeltlábúak közül a Coleoptera fajokra koncentráltunk. E fajok szervezetébe direkt (növényevők) vagy indirekt (ragadozók, Környezeti hatásvizsgálatok Magyarországon elfogyasztott növényevők vagy vegyes táplálkozás) révén kerülhet be a növény által megtermelt feA rovarrezisztens kukoricahibridekkel szemben az hérje. Egyes ragadozó csoportokban (katicabogáregyik fenntartás, hogy a nem célszervezet rova- félék), bár a zsákmány (levéltetvek) nem vagy alig rokra, ízeltlábúakra is van nemkívánatos hatásuk, vesz fel Cry fehérjét a növényből, de indirekt úton egyes fajok, csoportok egyedeit elpusztíthatják (zsákmány táplálékminősége) feltételezhető hatás. vagy reprodukcióját csökkentik, veszélyeztetve az (Atkákat fogyasztó katicabogarak már több Cry feízeltlábú-együttes sokszínűségét, fajgazdagságát. hérjét vesznek fel a zsákmány jellemző táplálkozási Munkacsoportunk ezért a kockázatelemzés széles módja következtében). spektrumán belül a kukorica növényállományának ízeltlábú-együttesére (elsősorban a talajfelszínen Ennek megfelelően a következő ízeltlábú mozgó vagy a talajfelszín feletti növényevő és raga- csoportok mintázására helyeztük a súlyt dozó) végzett el hatásvizsgálatot. (Az ilyen jellegű Növényevők: földibolhák, elemzések felelnek meg a kockázatbecslés harmalevéltetvek. dik lépcsőjének). Ragadozó ízeltlábúak: katicabogár-félék*, holyvák, Mivel a különböző Bt-kukoricahibridek Lepidoptera futóbogarak, és/vagy Coleoptera kártevők ellen hatékony toxint pókok. (vagy toxinokat) termelnek, így a környezeti hatás- (Egyes fajok, illetve fejlődési stádiumok növényi vizsgálatban az ízeltlábú- együttes mintázásában részt, pl. pollent is fogyasztanak, azaz szervezetükbe más-más nem célszervezet csoport (Lepidoptera nem csak a zsákmánnyal kerülhet be Cry fehérje). és/vagy Coleoptera) szerepel megkülönböztetett csoportként a nemkívánatos mellékhatás megálla- A fenti ízeltlábúak felvételezésére a következő eszpítása végett. közöket, illetve módszereket alkalmaztuk: • egyedi növényvizsgálat Kártevő Lepidoptera és Coleoptera fajok el• talajcsapda len rezisztens, valamint herbicidtoleráns kukoricahibridek környezeti hatásvizsgálata Az egyedi növényvizsgálatot a vegetációs időszakban négy alkalommal (a kukorica 8 leveA Szent István Egyetem Növényvédelmi Intézetének les állapotában (V8), pollenszórás előtt (VT), polkutatócsoportja 2006-ban kezdte el korábbi tapasz- lenszóráskor (R1-2), ill. pollenszórás után (R3-4)) talataira alapozva a fenti hibridek többéves környe- végeztük. (Fenológiai stádiumok a „How A Corn zeti hatásvizsgálatát szabadföldön. Plant Develops”, Special Report No. 48, Iowa State University, Reprinted February, 1996 alapján). 4
Véletlenszerűen 15–15 növényt választottunk álló izogénes kukoricában (5 ábra). Ugyanezt tapaszki parcellánként, és feljegyeztük a rajtuk előforduló taltuk a holyvák és a pókok esetében is (2.6. ábra). fitofág (pl. tripszek, levéltetvek, földibolhák, amerikai kukoricabogár, gyapottok-bagolylepke), illetve ragadozó rovarok (pl. ragadozó tripszek, ragadozó poloskák, katicabogarak, fátyolkák) egyedszámát. A felvételezés során a növény összes föld feletti szervét (szár, levél mindkét oldala, címer, bibe, csuhélevelek, cső) átvizsgáltuk. Tekintve, hogy a Diabrotica rezisztens kukorica más nem célszervezet Coleoptera fajokra is hatással lehet, ezért az eredményeknél a földibolhákra, az afidofág katicabogarakra, ill. a táplálékukat képező levéltetvekre térünk ki.
5. ábra: A fitofág katicák és levéltetvek átlagos egyedszáma Diabrotica rezisztens és közel álló izogénes kukoricában (Sóskút, 2006)
3. ábra: A növényvizsgálat (2006)
A talajcsapdákat (3 csapda/parcella) a növényvizsgálattal egy időben helyeztük ki, és egy hét elteltével ürítettük. A gyűjtött mintákból kiválogattuk, majd megszámoltuk és meghatároztuk a futóbogarakat, a holyvákat és a pókokat.
6. ábra: Holyvák és pókok átlagos egyedszáma Diabrotica rezisztens és közel álló izogénes kukoricában (Sóskút, 2006)
Néhány taxon tekintetében megvizsgáltuk az egyedszám időbeni változását (a kukorica fenológiája szerint) is. A futóbogarak egyedszáma egyik felvételezési időpontban sem különbözött számottevően a transzgenikus, illetve közel álló 4. ábra: Talajcsapda futóbogarakkal (2006) izogénes kukoricában, és a vegetáció során kiegyenlített volt (7. ábra). A földibolhák egyedszámában sem találtunk szignifikáns eltérést az egyes Eredmények kezelések (Bt és izogénes) között, a legtöbb egyed A levéltetvek és természetes ellenségeik, az afidofág az első felvételezéskor fordult elő (8. ábra). katicabogarak egyedszáma nem mutatott különbséget a transzgenikus (itt és a továbbiakban is Cry34Ab1+Cry35Ab1 fehérjéket termelő), ill. a közel 5
Következtetések, javaslatok Az amerikai kukoricabogár Magyarországon és Európa legtöbb kukoricatermő régiójában a kukorica meghatározó kártevőjévé vált, a növény integrált védelmét ennek megfelelően kell fejleszteni. Az integrált védelem eddig ismert eszközrendszerében új lehetőségként jelent meg a Diabrotica lárvája ellen hatékony géntechnológiával nemesített/módosított kukorica (pontosabban különböző eseményű és fehérjét termelő hibridek, illetve a Diabrotica-rezisztens, Lepidoptera-rezisztens, herbicid toleráns tulajdonságok kombinációja).
7. ábra: Futóbogarak átlagos egyedszáma Diabrotica-rezisztens és közel álló izogénes kukoricában a növény fenológiája szerint (Sóskút, 2006)
Az integrált védelem egyik alapcélja (a kártevő populációjának elfogadható szint alatt tartása mellett) a természetes szabályozó mechanizmusok (ennek elemei a ragadozó és parazitoid ízeltlábúak) támogatása, védelme, előtérbe helyezése, valamint a biológiai sokszínűség védelme (fajgazdagság, még a kultúrnövény állományában is). Eddigi vizsgálataink és európai, ill. más régióbeli tudományos eredmények megerősítik, hogy a Coleoptera-rezisztens Cry fehérjéket termelő kukoricahibridek eleget tesznek az integrált védelem előbbiekben megfogalmazott követelményeinek, azaz megfelelő engedélyezési eljárás után reálisan számolhatunk alkalmazásukkal mint az integrált védelem egyik, de nem kizárólagos eszközével. Felhasznált irodalom
8. ábra: Földibolhák átlagos egyedszáma Diabrotica-rezisztens és közel álló izogénes kukoricában a növény fenológiája szerint (Sóskút, 2006)
(A környezeti hatásvizsgálatok kiterjedtek inszekticiddel kezelt, herbicidtoleráns stb. hibridekre és kombinációikra, de most csak a Coleoptera-rezisztens hibridekkel kapcsolatos eredményekre hivatkozunk).
EFSA (2006): Guidance document of the scientific panel on genetically modified organisms for the risk assessment of genetically modified plants and derived food and feed. The EFSA Journal, 99: 1–100. Kiss, J., Szekeres, D., Tóth, F., Szénási, Á. és Kádár, F. (2007): Genetikailag módosított növények és környezeti kockázatok: A „Bt kukorica” példája. Magyar Tudomány 4. pp. 428–436. „How A Corn Plant Develops” Special Report No. 48, Iowa State University, Reprinted February, 1996.
6
