Экологические эффекты генетически модифицированных культур (17)

Перейти к началу брошюры «Экологические эффекты генетически модифицированных культур»

8.2. Возможность превращения гибридов рапса в конкурентоспособные сорняки

На сегодняшний день коммерческое культивирование устойчивого к гербицидам ГМ рапса является единственной ситуацией, которая со временем может привести к интрогрессии гена устойчивости к гербицидам в популяции произрастающих в Швейцарии сорных родственных видов. К сорным родственным видам рапса относятся сурепка (Brassica rapa), дикая горчица (Sinapis arvensis) и горчица полевая (Raphanus raphanistrum). Перенос любых генов толерантности к гербицидам в геномы этих сорных растений семейства крестоцветных значительно усложнит борьбу с ними не только при выращивании рапса, но и при культивировании засеиваемых ему на смену культур. В таком случае фермерам придется искать альтернативный гербицид или новый метод уничтожения сорняков. Интрогрессию генов устойчивости к гербицидам не следует путать с появлением устойчивых форм сорняков в результате интенсивного использования гербицидов, хотя оба явления чреваты одинаковыми последствиями (см. раздел 10.1.2.).

Перенос генов ГМ рапса в геномы S.arvensis (Moyes et al. 2002) и R.raphanistrum (Darmency et al. 1998, Gueritaine et al. 2002, Gueritaine et al. 2003) маловероятен (см. Приложение 1). Соответственно, невелика и вероятность появления на рапсовых полях спонтанных гибридов (Warwick et al. 2003, Daniels et al. 2005). Возникновение гибридов ГМ рапса и сурепки в полевых условиях возможно, причем в качестве донора пыльцы могут выступать представители обоих видов (Приложение 1; Hansen et al. 2001, Halfhill et al. 2002, Hansen et al. 2003, Warwick et al. 2003, Halfhill et al. 2004, Daniels et al. 2005). Однако вероятность переноса генов устойчивости к гербицидам от ГМ рапса к сурепке значительно варьирует в зависимости от окружения.

На настоящий момент только в двух работах отмечено появление устойчивых к гербицидам гибридов ГМ рапса и сурепки первого поколения в условиях сельскохозяйственных систем (Warwick et al. 2003, Daniels et al. 2005). Согласно результатам канадского исследования, проведенного в провинции Квебек, при заготовке образцов на рапсовом поле или в непосредственной близости от него средний уровень скрещивания составил 13,6%, а при выращивании образцов на экспериментальной делянке – 7% (Warwick et al. 2003). Более высокая вероятность скрещивания на коммерческих полях обусловлена, скорее всего, бОльшими расстояниями между растениями сурепки и более высоким уровнем конкуренции пыльцы с пыльцой ГМ рапса. При проведении подобного исследования в рамках подведения итогов работы фермерских хозяйств в Великобритании заготавливались образцы сурепки, произрастающей между растениями рапса, а также на окружающей поле 10-метровой полосе земли. При этом только два из приблизительно 9,5 тысяч ростков имели ген устойчивости к гербицидам (Daniels et al. 2005).

Объяснения такому существенному различию уровней скрещивания пока не найдено. Однако выделяют ряд факторов, возможно, оказавших определенное влияние на результаты:

– использование отличающихся агротехнических приемов, результатом чего может быть различное количество сурепки на полях;

– различный уровень фертильности культивируемых сортов ГМ рапса, ассоциирующийся с разным количеством производимой растениями трансгенной пыльцы;

– вариации периодов цветения рапса и сурепки.

И, наконец, если считать уровень скрещивания, выявленный канадскими учеными, критической проблемой, то необходимо пересмотреть результаты с учетом того факта, что генетически модифицированная устойчивая к гербицидам сурепка также выращивается в Канаде в коммерческих масштабах для производства растительного масла и корма для скота (AGBIOS 2006).

8.3. Жизнеспособность трансгенных гибридов и растений дикого типа в естественных условиях

На сегодняшний день не зафиксировано ни одного факта долгосрочной интрогрессии трансгена в природные популяции, результатом которой было бы исчезновение таксонов диких растений (Ellstrand 2003, Stewart et al. 2003, Hails & Morley 2005).

Обусловленное гибридизацией экологическое влияние ГМ культур не отличается от эффектов, оказываемых выращиванием сортов, выведенных с помощью традиционных методов селекции. Известны примеры, когда из-за дрейфа генов традиционных сельскохозяйственных сортов природные родственные виды оказывались на грани исчезновения. Однако только в двух случаях результатом дрейфа генов стало эволюционное снижение жизнеспособности дикорастущих популяций. Скрещивание эндемичного сорта дикого риса (Oryza rufipogon ssp. formosana) с культивируемым сортом риса (Oryza sativa) привело к исчезновению первого на территории Тайваня (Ellstrand 2003). Аналогично, генетическое давление цветущей фиолетовыми цветками люцеры (Medicago sativa) привело к исчезновению на больших территориях Швейцарии дикого типа люцерны (M. falcata), отличающегося желтым цветом соцветий (Rufener Al Mazyad & Ammann 1999).

То, что исчезновение дикорастущих видов в результате скрещивания с ГМ культурами до сих пор остается на уровне теоретического риска, можно объяснить следующими причинами:

– потенциал жизнеспособности, обеспечиваемый генетически модифицированными признаками
На настоящий момент устойчивый к гербицидам рапс является единственным культивируемым в коммерческих масштабах ГМ растением, имеющим дикорастущие родственные виды во всей регионах коммерческого культивирования. Однако гены устойчивости к гербицидам нейтральны с точки зрения естественного отбора в необрабатываемых гербицидами природных экосистемах (см. выше – Трансгенные признаки и их потенциальное влияние на жизнеспособность в естественных (полевых) условиях). К трансгенам, потенциально повышающим жизне- и конкурентоспособность трансгенных гибридов в естественных условиях, относятся гены, обеспечивающие устойчивость к насекомым-вредителям, заболеваниям, засухе, повышенной солености почвы, а также ряд других признаков, которые могут иметь важное значение с точки зрения выживания в природных экосистемах (Stewart et al. 2003) (см. раздел 8.1.). Однако в настоящее время, кроме устойчивых к насекомым ГМ сортов, ни одна трансгенная культура, обладающая повышающим выживаемость признаком, не выращивается в коммерческих масштабах.

– масштабы культивирования устойчивых к насекомым-вредителям ГМ сортов
Широко распространено коммерческое выращивание только двух устойчивых к насекомым ГМ культур: Bt-кукурузы и Bt-хлопка (см. раздел 6.2.2.). При проведении в США домаркетинговой оценки риска особое внимание уделялось вероятности переноса трансгенов от этих культур к сорным травам (EPA 2001). Установлено, что встречающиеся на территории США дикорастущие растения, родственные указанным культурам, не способны на перекрестное опыление из-за различий в количестве хромосом, фенологии (например, периодичности и времени цветения) и ареалов обитания. Исключением является возможность дрейфа генов Bt-хлопка в популяции дикого хлопка, произрастающего на Гавайях, в штате Флорида и бассейне Карибского моря. Агентство охраны окружающей среды США запретило торговлю семенами Bt-хлопка и его выращивание в этих регионах. Таким образом, ни Bt-кукуруза, ни Bt-хлопок не культивируются в пределах зон произрастания родственных им дикорастущих видов.

– перекрывание сельскохозяйственных и естественных зон обитания
Исходя из того, что вероятность произрастания особей родственных дикорастущих и сельскохозяйственных видов в непосредственной близости друг от друга гораздо выше на территории сельскохозяйственных угодий, чем в условиях природных экосистем, можно предположить, что уровень гибридизации значительно ниже именно в природных экосистемах. В большинстве случаев возделываемые поля через ряд промежуточных зон постепенно переходят в природные или полуприродные экосистемы. Это значительно затрудняет четкое разделение растений на сорные и дикорастущие (см. ниже, раздел 8.4.). Однако так называемые дикорастущие популяции часто произрастают в зонах, в той или иной степени отдаленных от сельскохозяйственных угодий. Так как вероятность переноса генов снижается по мере увеличения расстояния между способными к перекрестному опылению особями, возможность интрогрессии трансгенов в популяции, произрастающие в естественной среде обитания, определенно невысока.

8.4. Выводы касательно переноса трансгенов к дикорастущим родственным видам

Существует общепринятое мнение, согласно которому возможен перенос генов от ГМ культур к дикорастущим способным к перекрестному опылению видам. Эксперименты показали, что ГМ культуры способны спонтанно скрещиваться с дикими родственными видами, однако вероятность этого не превышает соответствующий показатель, характерный для нетрансгенных культур (Ellstrand 2003). В настоящее время накопилось уже достаточно большое количество информации о фактах скрещивания культурных и дикорастущих растений (de Nijs et al. 2004), что указывает на возможность спонтанной гибридизация при произрастании близкородственных дикорастущих видов в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий. Однако вероятность такого скрещивания невысока и зависит от множества факторов (Stewart et al. 2003). Известны случаи скрещивания традиционных (не-ГМ) сельскохозяйственных культур с близкородственными дикорастущими видами, приведшие к возникновению проблем экологического и эволюционного характера (см. раздел 8.3.). На настоящий момент не существует данных, которые свидетельствовали бы о том, что выращивание ГМ культур связано с более высоким риском, чем выращивание обычных нетрансгенных сортов, однако наши знания касательно влияния трансгенов на жизнеспособность дикорастущих популяций далеко не исчерпывающи (Hails & Morley 2005). Трудно заранее предсказать, будет ли трансгенный фенотип иметь особые преимущества перед нетрансгенным аналогом, и если будет, то приведет ли это к повышению засоренности полей. Опубликованные на сегодняшний день данные не содержат информации о серьезных экологических последствиях выращивания ГМ культур (Stewart et al. 2003).

Мы считаем, что очень важно учитывать разницу между понятиями «дикорастущее растение» и «сорное растение». Дикорастущие виды не нуждаются в посеве и уходе для роста и размножения (Ellstrand 2003). А сорными считаются растения, произрастающие в местах, где их присутствие нежелательно и наносит урон посредством подавления развития сельскохозяйственных культур (Ammann et al. 1996). Мы считаем, что при обсуждении дрейфа генов ГМ культур необходимо разграничивать потенциальные эффекты, которые могут проявляться в условиях сельскохозяйственных экосистем и возможное влияние на природные сообщества. Первый вариант (более очевидный) трудно назвать значимым с экологической точки зрения, так как сорные растения конкурируют с сельскохозяйственными культурами за ресурсы и могут наносить ущерб урожаю. Фермеры прикладывают массу усилий для того, чтобы избавиться от сорняков, что делает повышенную засоренность в первую очередь агрономической или экономической проблемой. Кроме того, повышенная засоренность в большинстве случаев не является результатом применения генетической инженерии, а скорее обусловлена методами возделывания и обработки культур гербицидами. Вдобавок к низкой вероятности того, что результатом дрейфа генов станет повышенная засоренность полей, фермеры всегда могут выбрать наиболее подходящий метод борьбы с сорняками. Вероятность проявления экологически значимых эффектов в природных экосистемах еще ниже и на настоящий момент остается чисто теоретической.

Заключение:
Перенос генов генетически модифицированных культур к дикорастущим родственным видам

– существующая эмпирическая информация о гибридизации сельскохозяйственных культур и дикорастущих родственных видов свидетельствует о том, что скрещивание способных к перекрестному опылению видов возможно в непосредственной близости от сельскохозяйственных угодий, хотя и с низкой (и непостоянной) вероятностью;

– в большинстве работ, занимавшихся изучением поведения трансгенных гибридов, встречающихся среди сельскохозяйственных сорняков, а также ГМ культур в полуприродных условиях, гибриды создавались путем искусственной гибридизации, т.е. с помощью ручного опыления. Учитывая то, что в большинстве работ авторы осуществляли дополнительные манипуляции над условиями окружающей среды, очень трудно оценивать возможное поведение гибридов в естественных условиях;

– спонтанные гибриды между масличным рапсом (Brassica napus) и сурепкой (Brassica rapa) возникают в полевых условиях, причем в качестве донора пыльцы с равной степенью вероятности могут выступать растения обоих видов. В результате двух работ идентифицирована устойчивость к гербицидам гибридов первого поколения рапса и сурепки в условиях сельскохозяйственного коммерческого культивирования. При этом вероятность переноса генов устойчивости от рапса сурепке существенно варьирует в зависимости от сельскохозяйственных условий. Причина этого феномена неясна;

– на настоящий момент не зарегистрировано ни одного случая долгосрочной интрогрессии трансгенов в дикорастущие популяции и исчезновения по этой причине дикорастущих видов.

Перевод: Евгения Рябцева,
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/

Продолжение: Инвазивность генетически модифицированных культур в природные экосистемы