I. WSTĘP II. TRANSGENICZNE ODMIANY KUKURYDZY Z EKSPRESJĄ TOKSYCZNEGO BIAŁKA CRY NA OWADY

Transkrypt

1 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 50 (4) 2010 CHARAKTERYSTYKA WYBRANYCH GATUNKÓW BIEGACZOWATYCH (COLEOPTERA: CARABIDAE) POD KĄTEM ICH PRZYDATNOŚCI DLA OCENY RYZYKA I MONITORINGU UWALNIANIA GMO DO ŚRODOWISKA MARCIN GRABOWSKI 1, PAWEŁ K. BEREŚ 2, ZBIGNIEW T. DĄBROWSKI 1 1 Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie Katedra Entomologii Stosowanej Nowoursynowska 159, Warszawa grabo55@yahoo.pl 2 Instytut Ochrony Roślin Państwowy Instytut Badawczy Terenowa Stacja Doświadczalna Langiewicza 28, Rzeszów p.beres@iorpib.poznan.pl I. WSTĘP Obecnie istnieją poważne podziały wśród środowiska naukowego, polityków i społeczeństwa dotyczące wprowadzenia do uprawy roślin zmodyfikowanych genetycznie (genetically modified GM) w Polsce. Celem tego opracowania jest próba pogodzenia poglądów części ekologów i społecznych grup pro-ekologicznych z toczącymi się dyskusjami na forum międzynarodowym, dotyczących opracowania racjonalnej metodyki analizy ryzyka i monitoringu populacji gatunków niedocelowych, po wprowadzeniu odmian GM do uprawy. Różnice dotyczą zakresu prowadzenia badań: czy uwzględniać wszystkie gatunki czy tylko wskaźnikowe (ang. bio-indicators) (Dąbrowski i Górecka 2007; Lövei 2008). Jako przykład wybrano biegaczowate (Carabidae), grupę powszechnie uważaną za wskaźnik jakości środowiska. II. TRANSGENICZNE ODMIANY KUKURYDZY Z EKSPRESJĄ TOKSYCZNEGO BIAŁKA CRY NA OWADY Obecnie uprawia się i/lub bada w Europie odmiany kukurydzy zmodyfikowanej genetycznie z następującymi cechami, decydującymi o ich odporności na szkodniki: 1. MON 810 z ekspresją białka Cry 1 Ab, pochodzącego z Bacillus thuringiensis spp. kurstaki i toksycznego dla gąsienic motyli, szkodników zielnych części kukurydzy;

2 Charakterystyka wybranych gatunków biegaczowatych MON 863 i MON z ekspresją białka Cry 3 Bb1, toksycznego dla inwazyjnego szkodnika zachodniej kukurydzianej stonki korzeniowej (Diabrotica virgifera virgifera Le Conte). Białka Cry 3 działają specyficznie na chrząszcze (Coleoptera) i są produkowane przez bakterię B. thuringensis spp. tenebrionis; 3. MIR 604 z ekspozycją toksycznego białka dla chrząszczy Cry 3 A; 4. DAS z ekspozycją Cry 34 Ab1 i Cry 35 Ab1. Specyfika działania poszczególnych toksycznych białek na owady z rzędu motyli (Lepidoptera) i chrząszczy (Coleoptera) wskazuje, że efekty ich potencjalnego wpływu na inne grupy stawonogów (Arthropoda) mogą być określane jako: 1. niezamierzone, ale przewidywalne, jeżeli dotyczą gatunków należących do tej samej grupy taksonomicznej, jak np. gąsienice motyli w przypadku Cry 1 Ab lub chrząszcze w obecności białka Cry 3; 2. niezamierzone i nieprzewidywalne wpływy na środowisko (ang. unintended non predictable effects), gdy oddziałują na inne grupy taksonomiczne niż organizm docelowy, np. na przędziorki (Tetranychidae); pluskwiaki (Hemiptera), etc. dla obu białek Bt. III. BIEGACZOWATE JAKO GATUNKI WSKAŹNIKOWE ODDZIAŁYWANIA ODMIAN KUKURYDZY GM Z EKSPRESJĄ TOKSYCZNYCH BIAŁEK CRY W szeregu krajach szczególną uwagę zwrócono na oddziaływania tych odmian na biegaczowate (Carabidae). Grupa ta spełnia szereg kryteriów stawianych przez ekspertów mających osobiste doświadczenia w badaniach nad analizą ryzyka i monitoringiem zmian po uwolnieniu roślin GM do środowiska (EFSA 2008). Biegaczowate mają szczególne znaczenie na użytkach rolnych zarówno ze względu na ilość występujących tam gatunków i osobników, jak i ze względu na ich rolę biologiczną. Są uważane za grupę stawonogów, których obecność wskazuje na jakość środowiska biologicznego. Jednak ze względu na swoje szerokie preferencje pokarmowe larw i osobników dorosłych, znaczący zasięg aktywności i wrażliwość na mikroklimat mogą sprawiać kłopoty w czasie interpretowania wyników (Kromp 1999). Wydaje się, że planując badania nad oddziaływaniem kukurydzy z ekspresją białka Cry-1-Ab (specyficznego w działaniu na Lepidoptera) w doświadczeniach polowych związanych z poszerzoną analizą ryzyka, kierowano się raczej postulatami grup proekologicznych niż prawdopodobieństwem możliwych negatywnych wpływów na tę grupę stawonogów. IV. METODYKA WYBORU GATUNKÓW WSKAŹNIKOWYCH DLA OCENY RYZYKA I MONITORINGU Przedstawiciele organizacji pro-ekologicznych kwestionują ogólny wniosek o braku wpływu roślin GM z ekspresją białek Cry-1-Ab na populacje niedocelowych grup stawonogów, odnosząc się do odmiennych warunków klimatycznych, geograficznych i specyficznej struktury agrarnej w różnych krajach, w Europie (FEE 2006). Stąd

3 1604 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 50 (4) 2010 w pierwszym programie badawczym w Polsce nad oddziaływaniem kukurydzy MON 810 na środowisko, prowadzonym w warunkach polowych, uwzględniono pracochłonne obserwacje nad Carabidae (IHAR 2008). W ramach tego programu podjęto próbę określenia kryterium wyboru gatunków biegaczowatych dla określenia ich roli w przepływie toksycznego białka Cry-1-Ab poprzez układy troficzne. Wyniki badań innych autorów wskazują, że tylko doświadczenia prowadzone w standardowych warunkach laboratoryjnych mogą jednoznacznie potwierdzić zakres przepływu toksycznego białka pomiędzy poszczególnymi układami troficznymi. Dlatego wybór gatunku, który by spełniał wymagania stawiane gatunkom wskaźnikowym musi opierać się na pewnych kryteriach (EFSA 2008). W ciągu sezonu wegetacyjnego 2008 regularnie wyłapywano biegaczowate do pułapek Barbera w 4,2 ha uprawie kukurydzy w okolicach Łańcuta, a w 2009 r. w 4,0 ha uprawie kukurydzy w okolicach Szymanowa. Zebrane próby oznaczono do gatunku (Twardowski i wsp. 2009). Strukturę gatunkową Carabidae odniesiono do badań przeprowadzonych w Czechach, jako regionie o zbliżonych warunkach klimatyczno-glebowych (Sehnal i wsp. 2004; Habuštova i Sehnal 2007). Pierwszym kryterium przyjętym przy wyborze gatunków wskaźnikowych była ich dominująca liczebność w zgrupowaniach Carabidae w uprawach kukurydzy (tab. 1). Tabela 1. Kryterium dominacji w zgrupowaniach biegaczowatych w uprawach kukurydzy w wybranych regionach zagrożonych stratami ekonomicznymi, powodowanymi przez omacnicę prosowiankę w Polsce ( ) i Czechach (2004) Table 1. Criterion of species domination in the carabid (Coleoptera: Carabidae) communities in maize fields in some regions threatened by European corn borer in Poland ( ) and Czech Republic (2004) Gatunek Species % udział gatunku % species frequency Podkarpackie (2008) Mazowieckie (2009) Morawy (Sehnal i wsp. 2004) Pterostichus melanarius 55,1 10,2 29,9 Poecilus cupreus 0,3 2,0 21,9 Calathus fuscipes 0,07 23,4 14,3 Bembidion quadrimaculatum 1,7 0,4 11,2 Pseudoophonus rufipes 34,0 35,5 5,9 Drugim kryterium była preferencja pokarmowa gatunków występujących w uprawach kukurydzy. Białko Cry 1 Ab może dostawać się do ciała roślinożernych stawonogów i ślimaków, będących pokarmem dla biegaczowatych, dlatego do badań laboratoryjnych należy wybrać gatunki zoofagiczne biegaczowatych, dominujące w uprawach kukurydzy. Jednocześnie toksyczne białko Cry 1 Ab może dostać się do ciała biegaczowatych poprzez pokarm roślinny lub resztki roślin kukurydzy w glebie.

4 Charakterystyka wybranych gatunków biegaczowatych 1605 Tabela 2. Kryterium preferencji pokarmowych i znaczenia poszczególnych gatunków Carabidae w układach troficznych Table 2. Criterion of food preference and the role of individual Carabidae species in the trophic relations in two regions of Poland Preferencje pokarmowe Food preference Zoofagi Carnivorous Gatunek Species % udział gatunku % species frequency Podkarpackie (2008) Mazowieckie (2009) Pterostichus melanarius 55,1 10,2 Dolichus halensis 5,3 1,1 Broscus cephalotes 0,03 13,7 Anchomenus dorsalis 0,24 0,37 Calathus fuscipes 0,07 23,5 Hemizoofagi Pseudoophonus rufipes 33,4 35,5 Hemiphagous Harpalus affinis 0,03 0,18 Fitofagi Phytophagous Amara apricaria 0,03 0 Amara aenea 0 0,18 Amara bifrons 0 0,18 Amara fulva 0 0,18 Tabela 3. Proponowane gatunki do przeprowadzenia analiz laboratoryjnych nad zawartością toksycznego białka Cry 1 Ab w ciele zoofagicznych i fitofagicznych biegaczowatych Table 3. Proposed species for the laboratory analysis of Cry 1 Ab protein content in the carnivorous and phytophagous carabids. Drapieżniki Predators Pterostichus melanarius Dolichus halensis Broscus cephalotes Anchomenus dorsalis Calathus fuscipes Fitofagi Phytophagous Amara apricaria Amara aenea Amara bifrons Amara fulva Pseudoophonus rufipes V. PODSUMOWANIE Wykonana analiza będzie szczególnie przydatna w czasie prowadzenia badań nad oddziaływaniem odmian kukurydzy z ekspresją genu Cry 3. Produkowane przez roślinę białko Cry 3 jest toksyczne dla zachodniej kukurydzianej stonki korzeniowej i nie można wykluczyć jego oddziaływania na inne gatunku z rzędu chrząszcze (Coleoptera). Biorąc pod uwagę inwazyjny charakter rozprzestrzeniania się zachodniej kukurydzianej stonki korzeniowej i ograniczenia stosowania preparatów glebowych o dłuższym okresie działania, wydaje się, że wprowadzenie do uprawy odmian z ekspresją białka Cry w Europie, jest tylko kwestią czasu. Zwalczanie tego gatunku szkodnika kukurydzy przy pomocy trwałych chemicznych środków ochrony roślin pod koniec lat

5 1606 Progress in Plant Protection/Postępy w Ochronie Roślin 50 (4) i intensywne w latach 50. XX wieku przyczyniło się do powstania znanych później zagrożeń dla środowiska w USA. Praca wykonana w ramach projektu badawczego zamawianego Nr PBZ-MNiSW- 06/1/2007. VI. LITERATURA Dąbrowski Z., Górecka J Metodyka oceny ryzyka uprawy odmian zmodyfikowanych genetycznie odpornych na szkodniki. Prog. Plant Protection/Post. Ochr. Roślin 46 (1): European Food Safety Authority (EFSA) Environmental Risk Assessment of Genetically Modified Plants Challenges and Approaches. EFSA Scientific Colloquium Sumamry Report 8, 159 pp. Friends of Earth Europe (FEE) What s wrong with an EFSA opinion. uncertainties.pdf. Habuštova O., Sehnal F Czteroletnie badania polowe nad oddziaływaniem kukurydzy Bt na zespoły stawonogów (Arthropoda). Kosmos 56 (3 4): Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roślin (IHAR) Projekt badawczy zamawiany Środowiskowe i ekonomiczne aspekty dopuszczenia uprawy roślin genetycznie zmodyfikowanych w Polsce. Załącznik 13, Mikrograf, IHAR, Radzików, 34 ss. Kromp B Carabid beetles in suistainable agriculture: a review on pest control efficacy, cultivation impacts and enhancement. Agriculture, Ecosystems and Environmental 74: Lövel G Testing non-target organisms the ecological approach. p In: Environmental Risk Assessment of Genetically Modified Plants Challenges and Approaches. European Food Sagfety Authority. Summary Report EFSA Scientific Colloquium 8, 159 pp. Sehnal F., Habuštova O., Spitzer L., Hussein H.M., Ruzicka B.V A biannual study on the environmental impact of Bt maize. IOBC/WPRS Bull. 27 (3): Twardowski J.P., Bereś P., Hurej M., Klukowski Z Ground beetles (Col., Carabidae) in Btmaize first field large scale experiment in Poland. Abstracts talks. Programme 4th EIGMO- Meeting, Rostock, Germany, May 2009, IOBC/WPRS, p. 83. MARCIN GRABOWSKI, PAWEŁ K. BEREŚ, ZBIGNIEW T. DĄBROWSKI CHARACTERISTIC OF SELECTED CARABID SPECIES (COLEOPTERA: CARABIDAE) AND THEIR SUITABILITY FOR ERA AND MONITORING OF GMO RELEASE TO THE ENVIRONMENT SUMMARY Based on the recent international discussions on environmental risk assessment (ERA) for genetically modified (GM) plants, the carabids community of maize fields were choosen for establishing and developing a methodology to select a proper bio-indicators. The GM maize varieties expressing toxin Cry 1 and Cry 3 may differently affect biology of carnivorous and phytophagous carabids and the flow of the toxin between trophic levels. Two criteria were used to select carabid species for the future standard laboratory tests: (a) prevalence in the communities of two experimental maize fields in central and south-eastern Poland as compared to Czech and (b) their food preference. Key words: carabidae, ERA, Cry 1 Ab, Cry 3, maize