ZöldGMO HÍRLEVÉL I. évfolyam 3. szám 2009. DECEMBER 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. 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 Ágnes 1, Kiss József 1, Pálinkás Zoltán 1,, Szekeres Dóra 1, és Kádár Ferenc 2 1 Szent István Egyetem, Növényvédelmi Intézet, Gödöllő; 2 MTA Növényvédelmi Kutatóintézete, Budapest (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 hatásvizs- 3
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. Az európai hatásvizsgálatok ma már korántsem egyszerűen egy eseményű (Lepidoptera- vagy Coleoptera-rezisztens) hibrideket vizsgálnak, hanem ezek kombinációját herbicid toleráns hibridekben, ugyanazon eseményű, de eltérő hibridek közötti különbségek hatásait stb., illetve e hibridek helyi termesztési viszonyokhoz történő adaptációját. Környezeti hatásvizsgálatok Magyarországon A rovarrezisztens kukoricahibridekkel szemben az egyik fenntartás, hogy a nem célszervezet rovarokra, ízeltlábúakra is van nemkívánatos hatásuk, egyes fajok, csoportok egyedeit elpusztíthatják vagy reprodukcióját csökkentik, veszélyeztetve az ízeltlábú-együttes sokszínűségét, fajgazdagságát. Munkacsoportunk ezért a kockázatelemzés széles spektrumán belül a kukorica növényállományának ízeltlábú-együttesére (elsősorban a talajfelszínen mozgó vagy a talajfelszín feletti növényevő és ragadozó) végzett el hatásvizsgálatot. (Az ilyen jellegű elemzések felelnek meg a kockázatbecslés harmadik lépcsőjének). Mivel a különböző Bt-kukoricahibridek Lepidoptera és/vagy Coleoptera kártevők ellen hatékony toxint (vagy toxinokat) termelnek, így a környezeti hatásvizsgálatban az ízeltlábú- együttes mintázásában más-más nem célszervezet csoport (Lepidoptera és/vagy Coleoptera) szerepel megkülönböztetett csoportként a nemkívánatos mellékhatás megállapítása végett. Kártevő Lepidoptera és Coleoptera fajok ellen rezisztens, valamint herbicidtoleráns kukoricahibridek környezeti hatásvizsgálata A Szent István Egyetem Növényvédelmi Intézetének kutatócsoportja 2006-ban kezdte el korábbi tapasztalataira alapozva a fenti hibridek többéves környezeti hatásvizsgálatát szabadföldön. 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, 25x25 m-es parcellákon, véletlen blokk elrendezésben. A kísérleti kukoricaállományt köpenyvetéssel (pollencsapda) vettük körbe. Mivel a fenti GM hibrid Diabrotica rezisztens, azaz a növény által termelt fehérje a Diabrotica lárvájára toxikus, a nem célszervezet ízeltlábúak közül a Coleoptera fajokra koncentráltunk. E fajok szervezetébe direkt (növényevők) vagy indirekt (ragadozók, elfogyasztott növényevők vagy vegyes táplálkozás) révén kerülhet be a növény által megtermelt fehérje. Egyes ragadozó csoportokban (katicabogárfélék), bár a zsákmány (levéltetvek) nem vagy alig vesz fel Cry fehérjét a növényből, de indirekt úton (zsákmány táplálékminősége) feltételezhető hatás. (Atkákat fogyasztó katicabogarak már több Cry fehérjét vesznek fel a zsákmány jellemző táplálkozási módja következtében). Ennek megfelelően a következő ízeltlábú csoportok mintázására helyeztük a súlyt Növényevők: földibolhák, levéltetvek. Ragadozó ízeltlábúak: katicabogár-félék*, holyvák, futóbogarak, pókok. (Egyes fajok, illetve fejlődési stádiumok növényi részt, pl. pollent is fogyasztanak, azaz szervezetükbe nem csak a zsákmánnyal kerülhet be Cry fehérje). A fenti ízeltlábúak felvételezésére a következő eszközöket, illetve módszereket alkalmaztuk: egyedi növényvizsgálat talajcsapda Az egyedi növényvizsgálatot a vegetációs időszakban négy alkalommal (a kukorica 8 leveles állapotában (V8), pollenszórás előtt (VT), pollenszóráskor (R1-2), ill. pollenszórás után (R3-4)) végeztük. (Fenológiai stádiumok a How A Corn Plant Develops, Special Report No. 48, Iowa State University, Reprinted February, 1996 alapján). 4
Véletlenszerűen 15 15 növényt választottunk ki parcellánként, és feljegyeztük a rajtuk előforduló 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. álló izogénes kukoricában (5 ábra). Ugyanezt tapasztaltuk a holyvák és a pókok esetében is (2.6. ábra). 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) Eredmények 4. ábra: Talajcsapda futóbogarakkal (2006) A levéltetvek és természetes ellenségeik, az afidofág katicabogarak egyedszáma nem mutatott különbséget a transzgenikus (itt és a továbbiakban is Cry34Ab1+Cry35Ab1 fehérjéket termelő), ill. a közel 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 izogénes kukoricában, és a vegetáció során kiegyenlített volt (7. ábra). A földibolhák egyedszámában sem találtunk szignifikáns eltérést az egyes kezelések (Bt és izogénes) között, a legtöbb egyed az első felvételezéskor fordult elő (8. ábra). 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