Logo VURV
Výskumný ústav
rastlinnej výroby PIEŠŤANY
Bratislavská cesta 122, 921 68 Piešťany
Tel.: +421/838/7722311-12 (ú)
 
 

Geneticky modifikované organizmy v systéme rastlinnej výroby

V ostatných rokoch sa odborná i laická verejnosť intenzívne zaujíma o problematiku spojenú s využitím geneticky modifikovaných organizmov. Aplikácia metód genetického inžinierstva do klasických metód šľachtenia rastlín s cieľom tvorby geneticky modifikovaných odrôd (GMO) a ich pestovanie ovplyvní systém rastlinnej výroby pravdepodobne viac ako doterajšia chemizácia poľnohospodárstva.

Napriek určitým výhradám voči GMO sa pestovateľské plochy transgénnych rastlín od roku 1994, kedy bola povolená prvá GMO, zvýšili na 44,2 mil. ha a ich pestovanie sa ujalo v 13 krajinách. Tento fakt je dôkazom ich adaptabilnosti do klasického pestovateľského systému. GMO vyhovujú farmárom pre vyššiu produktivitu, zníženie nákladov na konvenčné biopesticídy, čím sa šetrí prostredie a prispieva k trvalej urdržateľnosti pôdohospodárstva.

Z celkovej pestovateľskej plochy GMO najviac pripadá na USA – 68 %, Argentínu 23 %, Kanadu 7 %, Čínu 1 % a zbytok na ostatných 9 krajín. Postupne preniká pestovanie GMO do južnej Afriky, Austrálie a do Európy (Španielsko, Nemecko, Francia, Rumunsko, Bulharsko, Ukrajina). Z plodín sa na skladbe GMO najviac podieľa sója (58 %), pričom ide len o formy herbicíd – tolerantné (HT), kukurica (23,3 %) najmä formy rezistentné voči hmyzu (Bt), menej HT alebo kombinované formy, ďalej bavlník, repka, ale predmetom genetickej modifikácie sú aj ďalšie plodiny, ako zemiaky, rajčiak, lucerna atď.

V Európskych krajinách je pestovanie GMO a aj predaj produktov z GMO prijímaný s určitými výhradami, čo môže byť sčasti spôsobené nie najlepšími skúsenosťami z chemizácie poľnohospodárstva, ktorá bola sprevádzaná nielen zvýšením úrod, ale aj výrazným zhoršením životného prostredia.

Princíp tvorby a podstata GMO
Klasické metódy šľachtenia rastlín využívajú na získanie populácie jedincov kombinujúcich vysokú úrodu, kvalitu a odolnosť voči chorobám spontánne alebo zámerné mutácie, ale najmä prírodné a umelé kríženie. Umelou selekciou a za prispenia prírodnej selekcie vznikajú dobre adaptované odrody pre určité agroekologické podmienky. Kombinujú sa vlastnosti len tých organizmov (odrôd a druhov), ktoré sú evolučne blízke a krížiteľné. Prenos génov sa deje vertikálnym spôsobom od rodiča na potomstvo, a kombinujú sa všetky gény určitého genómu, hospodársky zaujímavé ale i nepriaznivé, ktoré sa musia po viac generácií selekciou z populácií vyradiť.

GMO sa získava metódou genetickej transformácie, ktorá nie je obmedzená na krížiteľnosť druhov, odrôd, pretože gén sa do iného genómu vnáša metódami genetického inžinierstva, pričom sa neprenášajú všetky gény darcovského genómu, ale len jeden presne definovaný gén (napr. odolnosť voči špecifickým herbicídom, odolnosť voči chorobám, gény kvality atď.). Ide o horizontálny prenos génov, pretože vnášať sa môžu gény mikroorganizmov, rastlín a živočíchov do ich genómov navzájom. Podmienkou je izolovať gén, definovať jeho funkciu a pripraviť vektor (nosič), ktorý ho dopraví do bunky komerčnej odrody, ktorá je predmetom modifikácie.

Týmto postupom sa komerčná, vysoko výkonná odroda dobre adaptovaná pre určité pôdne a agronomické podmienky modifikuje, trvale zmení v určitej vlastnosti (napr. kvalita, odolnosť voči chorobám ai.) alebo sa jej dodá celkom nová vlastnosť (napr. odolnosť voči špecifickým herbicídom, produkcia liečiv ai.).

Typy transgénov
Technológia genetického inžinierstva umožňuje zamerať sa v šľachtení, okrem obligátnych šľachtiteľských cieľov, ako je úroda, kvalita, odolnosť voči chorobám, na celkom netradičné šľachtiteľské ciele. V súčasnom období môžeme hovoriť o viacerých skupinách transgénov podľa druhu znakov, ale aj možných dopadov na systémy rastlinnej výroby a životné prostredie.

Agronomické znaky
Modifikuje sa odolnosť voči chorobám a škodcom a voči špecifickým herbicídom. Okrem týchto agronomických vlastností sa dlhé roky pracuje na prenose génov fixujúcich vzdušný dusík z bôbovitých rastlín do obilnín. Takéto GMO obilnín by boli reálnym riešením problému hladu v rozvojových krajinách, zvýšili by efektívnosť rastlinnej výroby a znížili ekologickú záťaž.

Kvalita krmiva a potravín
Genetická modifikácia je zameraná na zlepšenie kvality oleja, bielkovín, škrobu, ale aj na zmenu štruktúry lignínu. Modifikujú sa rajčiak a zemiaky na zníženie obsahu vody, atď.. GMO tohto typu sú doteraz málo rozšírené v pestovaní.

Netradičné šľachtiteľské ciele
Výskum v tomto smere je zameraný na produkciu polymérov, produkciu liekov ai. Neúspechom sa skončil projekt získať transgénne rastliny, ktoré by produkovali biodegradovateľné polyméry potrebné pre výrobu plastov. Systém rastlinnej výroby najviac ovplyvní pestovanie GMO, ktoré sa budú vyznačovať lepšími agronomickými vlastnosťami, najmä odolnosťou voči chorobám a škodcom a odolnosťou voči špecifickým herbicídom. Od ich pestovania sa očakáva podstatná redukcia aplikácie biopesticídov, čo bude mať pozitívny ekonomický i ekologický dopad.

Systémy ochrany rastlín voči burinám, chorobám a škodcom
V druhej polovici minulého storočia boli vyšľachtené vysoko výkonné odrody obilnín, ryže, ale i ďalších plodín, vďaka ktorým sa zvýšila úroda v niektorých oblastiach 2-3 krát, čím šľachtenie rastlín prispelo rozhodujúcou mierou k odstráneniu hladu a zabránilo sociálnym nepokojom. Vysoká úroda moderných odrôd bola podmienená dostatkom živín a závislá od aplikácií biopesticídov, čo malo neblahé ekologické dôsledky. Odhaduje sa, že len 5 % biopesticídov zasiahne cieľ, zbytok zaťažuje prostredie. Popri metódach, ktoré budú precizovať aplikáciu biopesticídov podľa aktuálneho stavu rastliny, výskytu chorôb a škodcov, očakáva sa, že rozhodujúci podiel na znížení spotreby biopesticídov budú mať GMO odolné voči chorobám, škodcom. Všetky pestovateľské systémy rátajú, i keď v rôznom rozsahu, s aplikáciou agrochemikálií a súčasne s pestovaním GMO, okrem organického hospodárenia, ktoré striktne odmieta aplikáciu agrochemikálií, ale aj GMO.

Rezistencia voči burinám
Najčastejšie sa rastliny geneticky modifikujú na odolnosť voči burinám (HT-GMO). HT-GMO sa pestujú na 50 % pestovateľskej plochy GMO. Stratégia boja proti burinám s využitím geneticky modifikovaných odrôd je založená na týchto princípoch:

  • existencii široko spektrálneho, neselektívneho herbicídu, ktorý sa relatívne rýchlo rozkladá v pôde. Medzi takéto látky s herbicídnym účinkom patria glyfosát (Roundup), fosfinotricín = glufosinát – NH4 (Basta),
  • existencii génov, ktoré menia herbicíd v rastline na herbicídne nečinnú formu, alebo gény, ktoré vytvárajú inú formu enzýmu, na ktorý herbicíd nepôsobí, prípadne gény v rastline produkujúce nadbytok enzýmu.

Uvedieme uplatnenie uvedených princípov na príklade odolnosti voči herbicídu Roundup a Basta.

Herbicíd Roundup
V roku 1972 v spoločnosti Monsanto bola objavená látka s herbicídnym účinkom – glyfosát, ktorý blokuje činnosť enzýmu EPSPS potrebného pre syntézu životne dôležitých aromatických aminokyselín. GMO rezistentné voči herbicídu Roundup majú gén produkujúci inú formu enzýmu (EPSPS), na ktorý herbicíd nie je účinný. Odrody sa označujú Roundup Ready – sója, kukurica ai.

Herbicíd Basta
Látkou s herbicídnymi účinkom je glufosinát NH4, ktorý inhibuje enzým glutaminsyntázu, podieľajúci sa na metabolizme dusíka a detoxikácii amoniaku v rastline. Glufosinát má prírodný pôvod, vyskytuje sa v pôdnej baktérii Streptomyces viridochromogenes, v ktorej sa tiež nachádzajú gény BAR a PAT produkujúce enzým, ktorý mení glufosinát na herbicídne neúčinnú formu. Gény BAR alebo PAT boli introdukované do komerčných odrôd, ktoré sa stali rezistentnými voči herbicídu Basta. GMO sa označujú ako Liberty Links (repka, kukurica, sója ai.).

Oba herbicídy majú priaznivé ekotoxikologické účinky, gény sú odbúravané tráviacimi šťavami a za krátku dobu sa rozkladajú v pôde.

Herbicíd – rezistentné rastliny by mali zjednodušiť technológiu boja proti burinám, pretože ochrana proti burinám sa redukuje na jeden postrek (širokospektrálny herbicíd zničí všetky rastliny okrem rastlín GMO). Nie je potrebné zohľadňovať rastovú fázu pestovanej plodiny, ktorá je rezistentná voči herbicídu prakticky počas celého vývoja a znáša i vyššie dávky herbicídu. Postrek sa môže vykonať post-emergentne v dobe najvhodnejšej pre odburinenie. Technológia boja proti burinám, založená na špecifických herbicídoch a GMO sa javí efektívnejšou z hľadiska ekologického, ekonomického i toxikologického ako klasická technológia využívajúca herbicídy so selektívnym účinkom.

Ekológovia majú celý rad výhrad voči použitiu GMO rezistentných voči herbicídom. Vychádzajú zo zistenia, že pri opakovanej aplikácii toho istého herbicídu sa zvyšuje príležitosť pre tvorbu rezistentných populácií burín. Je zaevidovaných okolo 60 druhov burín, ktoré získali rezistenciu voči triazinovým herbicídom. Mnohé burinné trávy sa stali rezistentnými voči viacerým herbicídom. Táto výhrada je všeobecná voči aplikácii všetkých herbicídov, avšak pestovaním GMO expandovanie malého počtu (v podstate dvoch) širokospektrálnych herbicídov v priestore i v čase aktivizuje tento problém. Stratégia boja proti burinám pri GMO nemá alternatívu, GMO je rezistentná len voči určitému špecifickému herbicídu. Iná voľba nie je možná. Ak sa vyvinú rezistentné formy burín strácajú GMO zmysel.

V osevnom postupe samotná HT-GMO môže byť burinou v následnej plodine. Prísne bude treba dodržiavať izolačné vzdialenosti, aby sa zabránilo prekríženiu medzi GMO x GMO, ale tiež medzi GMO x non-GMO, na čo najmä farmári s organickým hospodárením budú citlivo reagovať. V Kanade, kde HT repka bola pestovaná 5 rokov, boli zistené rastliny repky rezistentné voči trom herbicídom. Asi došlo ku kríženiu rôznych foriem. Je zaujímavé a nebezpečné, že sa rezistencia vyvinula tak rýchlo. Ďalšie nebezpečie spočíva v prenose transgénu na divé príbuzné druhy, čo by viedlo k tvorbe “super burín”.

Odolnosť voči hmyzu
Existuje viac génov podmieňujúcich odolnosť rastlín voči hmyzu. Najrozšírenejšie v pestovaní sú tzv. Bt formy, ktoré majú transgén pre delta endotoxín - Bacillus thuringiensis. Gén bol izolovaný z mikroorganizmu Bacillus thuringiensis, ktorý produkuje viac druhov toxínov pôsobiacich škodlivo na hmyz. Tieto toxíny sa ako biopesticídy využívali v integrovanej ochrane (ako súčasť biologického spôsobu ochrany) a aplikovali sa vo forme postreku. Gén z uvedeného mikroorganizmu včlenený do genómu rastlín zemiaka, sóje, kukurice a ďalších plodín zabezpečuje tvorbu endotoxínov v rastline, v podstate tých istých ako sú v biopreparátoch. Gén zabezpečuje produkciu endotoxínu počas celého obdobia rastu a  odpadajú tak náklady na postrek. Prvé Bt formy kukurice odolné voči vijačke kukuričnej vyvinula firma Monsanto a v pestovaní sú od roku 1996. Napriek pestovateľským výhodám sú ekologické obavy z ich pestovania. Insekticídne toxíny produkované Bt kukuricou by mohli mať škodlivé efekty na necielené organizmy. V Amerike sa Bt formy pestujú v širokom rozsahu po viac rokov, ale nezistili sa škodlivé efekty, avšak z týchto výsledkov sa nedajú robiť závery na naše pomery. Okrem toho iné štúdie naznačujú škodlivý vplyv na niektoré motýle a pôdne mikroorganizmy.

Ďalšie obavy sa týkajú získanej rezistencie. Je zdokumentovaných asi 500 prípadov hmyzu, ktoré získali rezistenciu na aplikované chemické pesticídy a tiež pri Bt formách kukurice bola indukovaná rezistencia v laboratóriu, ale nebola zistená poľná rezistencia.

Ďalšie nebezpečenstvá sú podobné ako pri GMO rezistentných voči herbicídom. Prenos génov rezistencie voči hmyzu na divé druhy rastlín, ktoré predtým získali toleranciu voči herbicídom, by dal možnosť vytvoriť tzv. “super buriny”. Napriek obavám, pri dodržaní určitých zásad v pestovaní, stratégia ochrany voči hmyzu na báze Bt sa považuje za realistickú. Na jej implementáciu do Európy sú potrebné štúdie o genetike Bt rezistencie a o geografickom rozšírení hmyzu, o biostabilite Bt – toxínu v pôde podľa pôdneho typu, systému kultivácie, aktivity dážďoviek a pôdnych mikroorganizmov. Mali by sa vykonať základné štúdie na definovanom agrosystéme v poľných experimentoch, aby sa mohlo s určitou spoľahlivosťou predikovať riziko alebo zisk z pestovania GMO.

Porovnanie úrod GMO a non-GMO
Agronómov, pestovateľov oprávnene zaujíma otázka výšky úrod, kvality produkcie a ekonomickej efektívnosti pri pestovaní GMO oproti geneticky nemodifikovaným odrodám.

Vyššie úrody by sa mohli dosiahnuť pri GMO len v tom prípade, ak voči chorobám alebo škodcom nie je dosiahnuteľná klasická chemická ochrana s rovnakou účinnosťou pri non-GMO ako pri GMO.

Je málo dôvodov na očakávanie, že odroda bude lepšia v znakoch, na ktoré sa nemodifikovala a úroda  takouto vlastnosťou je. Vyššie úrody uvádzajú výsledky pokusov z firiem, alebo experimentov, ktoré sú vykonávané pre firmy produkujúce GMO. Naopak, vyskytujú sa údaje o nižších úrodách geneticky modifikovaných odrôd než nemodifikovaných. Pri Bt – sóji o 4-5 %. Tieto údaje s veľkou pravdepodobnosťou odpovedajú realite z dôvodov, ktoré sme uviedli vyššie.

V ďalších experimentoch úrody GMO Roundup Ready sóje oproti konvenčnému pestovaniu, (neporovnávalo sa s organickým hospodárením) kolísali od 86-113 %. Nedá sa povedať jednoznačne, že to bolo spôsobené dodatočnými génmi na rezistenciu voči herbicídu, počasím alebo pestovateľskou technikou.

Pri repke 3 odrody tolerantné voči glufosinátu mali vyššie úrody než klasické odrody (voľne opeľujúce sa), ale nižšie než hybridné odrody. Porovnalo sa neporovnateľné.

Ekonomická efektívnosť
Rozsah pestovania GMO bude závisieť od ekonomickej efektívnosti, ktorá je podmienená mnohými faktormi.

Ekonomická efektívnosť pri GMO formách bude vyplývať z nižšej pracovnej náročnosti na postreky a náklady na biopesticídy a zo zvýšenej ceny osiva GMO oproti non-GMO. V USA sa zistilo, že ekonomicky efektívne je pestovanie Bt kukurice len ak sa vijačka kukuričná vyskytne v 1-3 rokoch z 10 a zníženie úrod musí byť vyššie ako 5-8 b/ac.

Zníženie spotreby herbicídov, aplikovaných pri HT-GMO, a tým aj nákladov na ne sa nedá očakávať, skôr naopak. Odolnosť GMO voči herbicídu podnecuje aplikovať vysoké dávky herbicídu. Na Novom Zélande sa zistilo, že GMO sója obsahovala až 400 x vyšší obsah rezíduí po herbicídoch než non-GMO sója.

Európska komisia pre poľnohospodárstvo na základe doterajších výsledkov konštatovala, že “dostupné štúdie neposkytujú spoľahlivé podklady pre odhad efektívnosti pestovania GMO”.

Záverom možno uviesť, že niektoré výhrady, ktoré sme uviedli voči GMO, nie sú vlastne výhradami voči ním. Buriny získavali a získavajú rezistenciu voči herbicídom i pred existenciou GMO, hmyz a patogény získavajú rezistenciu voči biopesticídom, alebo prekonávajú odolnosť odrody bez ohľadu na to, či odolnosť bola získaná klasickým krížením alebo genetickou modifikáciou.

Od pestovania GMO odolných voči chorobám a škodcom sa dá reálne očakávať zníženie spotreby biopesticídov, a tým aj zlepšenie životného prostredia. GMO odolné voči herbicídom môžu znamenať ekonomický prínos, avšak pri ich pestovaní nie je reálne počítať s nižšou spotrebou herbicídov. Ťažisko v ekologizácii ochrany proti burinám bude vo vývoji ekologickejších herbicídov a k nim špecifických génov. Model ochrany proti burinám bez chémie sa nedá predstaviť v úrodnom, intenzívnom systéme rastlinnej výroby, až na organické hospodárenie.

Novú technológiu treba akceptovať bez predsudkov a ilúzií, s poznaním nielen prínosov, ale aj možných prípustných rizík.

Autor textu : Ing. Martin Užík, DrSc.