Badanie samosiewów rzepaku, ocena glebowego banku nasion oraz przechodzenie nasion rzepaku we wtórny stan spoczynku

Koegzystencja różnych typów odmian rzepaku ozimego Badania nad koegzystencją różnych typów odmian rzepaku są konieczne ze względu na hodowlę odmian o zmienionych cechach jakościowych, takich jak wysoka zawartość kwasu oleinowego typu HO (80% kwasu oleinowego, odmiana POLKA) czy niskiej zawartości kwasu linolenowego (typ HOLL). Dla uzyskania z takiej odmiany surowca o pożądanych cechach konieczne jest zachowanie warunków uprawy i koegzystencji identycznych jak w przypadku odmian GM i nie GM; Hodowle europejskie uzyskały odmiany odporne na herbicydy wykorzystując indukowane mutanty, w systemie Clearfield. Wprowadzenie ich do uprawy będzie wymagało kontroli samosiewów i badania przepływu ich genotypów do odmian nie posiadających tej odporności. 11.03.2016 - Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Obecnie zgodnie z obowiązującymi dyrektywami UE uprawa odmian rzepaku GM w Europie nie jest dopuszczona głównie ze względu na cechy biologiczne tego gatunku utrudniające koegzystencję odmian GM i nie GM: osypywanie się nasion podczas dojrzewania i zbioru, średnio w normalnych warunkach osypuje się 100 razy więcej nasion niż zalecane normy wysiewu przy zakładaniu plantacji możliwość przekrzyżowania się między odmianami jak i z innymi gatunkami z rodzaju Brassica zdolność nasion rzepaku do wtórnego stanu spoczynku, a w związku z tym do przeżycia długi czas w glebie, co powoduje, że samosiewy różnych odmian mogą wystąpić przez wiele lat. Badania wykazały, że niektóre odmiany GM charakteryzuje wyższy stopień osypywania nasion niż odmian konwencjonalnych.

Współczynnik rozmnażania rzepaku 1 rozwinięta roślina rzepaku produkuje 100-150 łuszczyn łuszczyna- średnio 20 nasion 1 2000 3000 nasion stanowi wagowo 7-10 g z 400 570 roślin można pozyskać 4 kg nasion

Możliwości zapewnienia koegzystencji zgodnie z obowiązującymi przepisami zależą od: 1. Biologii rozwoju rośliny Ziarna pyłku: samo-, obcopylność; okres żywotności pyłku; sposób i odległość przenoszenia pyłku (wektory) Nasiona: osypywanie się nasion; przenoszenie nasion; okres przeżywania w glebie 2. Obecności gatunków pokrewnych w określonym regionie uprawy 3. Warunków środowiskowych: ukształtowania terenu; warunki agroklimatyczne; wielkość i kształt pól; struktura rolna; stosowane metody uprawy

Przepływ genów pomiędzy poszczególnymi typami upraw dokonuje się w czasie i przestrzeni przez: - ziarna pyłku - nasiona nasiona w glebie długo zachowują zdolność do kiełkowania ponad 10 lat

Rozprzestrzenianie nasion w czasie nasiona zachowują długo żywotność w glebie tworząc tzw. glebowy bank nasion w warunkach niesprzyjających kiełkowaniu mogą przejść w tzw. wtórny stan spoczynku Gruber S. i in. 2012. AgBioForum, 44-53; Gruber S. i in. 2014. Plant Soil Environ. Vol. 60, 6: 280-284; Stockmann F. i in. 2011. 13 th International Rapeseed Congress, Abstract: 266-269.

Nasiona przenoszenie genów jest bardziej efektywne przez nasiona, ponieważ zawierają podwójną kopię genów (wyjątek stanowią niektóre formy GM rzepaku) rozprzestrzenianie nasion w przestrzeni: - osypywanie nasion (około 10% plonu): zależy od odmiany, terminu i sposobu zbioru, warunków pogodowych pod koniec wegetacji (grad, huragan) - transport - ptaki i zwierzęta - wspólne maszyny i silosy odległość: pola,, kontynenty efekty: samosiewy i dzikie populacje

Przepływ genów nasiona (G. Sguire, GMCC, 2005)

Występowanie samosiewów - Polska IIHAR-PIB Poznań. Fot. W. Popławska Ujście Warty, maj 2015. Fot. M. Liersch

Występowanie samosiewów - Szwajcaria Schulze J., i in. 2014, Plos one, doi:10.1371/journal.pone.0114477 Liście oraz łuszczyny rzepaku odpornego na glifosat (Roundup Ready, Monsanto) zebrano w dwóch miejscach: w porcie rzecznym na Renie w Bazylei oraz na stacji kolejowej St. Johann w Bazylei/Szwajcaria. Nasiona ze statków w porcie rzecznym są transportowane na odległość około 100 metrów, natomiast na stacji kolejowej z wagonów do silosów około 900 metrów. Na obszarze wokół portu rzecznego, stacji kolejowej i wzdłuż torów wykonywano regularnie zabiegi glifosatem. Obecność transgenu badano metodą real-time PCR. - port rzeczny na Renie w Bazylei - 106 prób na 2291 roślin zawierało gen odporności na glifosat CP4 (specyficzne DNA odpowiadające transgenicznej sekwencji GT73 rzepaku, Roundup Ready, Monsanto); - stacja kolejowa St. Johann w Bazylei 64 próby na 279 roślin rzepaku zawierało transgeniczne DNA CP4 (GT73 rzepaku, Roundup Ready, Monsanto); Autorzy wskazuję na konieczność monitoringu importowanych nasion, monitorowanie miejsc przeładunku i transportu nasion oraz ruderalnych stanowisk rzepaku.

Występowanie samosiewów - Szwajcaria B. Stacja kolejowa w Bazylei A. Port rzeczny w Bazylei Schulze J., i in. 2014, Plos one, doi:10.1371/journal.pone.0114477

Samosiewy Wyższy stopień osypywania się GM GM : nie GM = 3 : 2 Czas i typ uprawy pozbiorowej w wysokim stopniu wpływa na ilość nasion pozostającą w glebowym banku genów bezpośrednia głęboka orka powoduje 10-krotne zwiększenie ilości nasion w glebowym banku nasion w stosunku do opóźnionej o 3 tygodnie płytkiej orki po spadku ilości nasion w pierwszym roku pozostaje średnio 100 nasion/m2, po 10 latach znajduje się nasiona poprzednio uprawianej odmiany

Wtórny stan spoczynku nasion niska zdolność do przechodzenia we wtórny stan spoczynku niska zdolność do przetrwania w glebie - niższa liczba samosiewów - niższe domieszki nasion Odmiana/genotyp Stan spoczynku nasion [%] Rok zbioru Gruber i in. 2012. AgBioForum: 44-53 SinRed (GM) 42,9 - Drakkar (izog.) 19,4 2008 Resveratrol (GM) 24,1 - Lisora (izog.) 4,9 2008 Yellow 1 0,9 2008 Yellow 2 5,9 2008 Black 62,3 2008 Thin 59,4 2008 Holli 1 26,9 2008 Holli 2 39,0 2008 Express (wz.) 8,9 2008 Smart (wz) 93,0 2008

Przeżywalność nasion różnych typów odmian w glebowym banku nasion od września 2008 do marca 2009 (6 miesięcy) Te same litery wskazują brak istotnych różnic na poziomie P 0,05 Gruber i in. 2012. AgBioForum: 44-53

Przeżywalność nasion różnych typów odmian w glebowym banku nasion w sezonach wegetacyjnych 2008/09 i 2009/10 ( 6 miesięcy) Gruber i in. 2014: Plant Soil Environ., Vol 60 (6): 280--284

Gruber i in. 2012. AgBioForum: 44-53

Liczba lat niezbędnych do oczyszczania pola z samosiewów Liczba lat Miejscowość 95% 99% I. 3 9 11 17 II. 4 13 7 31 5 19 8 49 III. 20 34 11 17 IV. 6 8 11 12 V. 8 12 VI. 3 5 4 7 Średnio 7,6 14,1

Badanie czystości plantacji rzepaku w latach 2005 2007 w trzech województwach: Województwo Zachodniopomorskie 33 ankiety Województwo Pomorskie 25 ankiet Województwo Warmińskie 19 ankiet Projekt badawczy numer SSPE-CT-2004-501986 SIGNEA ; Bocianowski i in. 2008; Liersch i in. 2008 /Biuletyn IHAR

Zróżnicowanie jakości nasion z pojedynczych roślin i prób średnich w latach 2005-2007 2004/2005 Rok Kwas erukowy zakres (%) % roślin o zawartości powyżej 2% Suma glukozynolanów zakres (µm/g nasion) % roślin o zawartości powyżej 25 µm/g nasion pojedyncze rośliny 0 53,2 11,6 5,2 151,8 29,1 próby zbiorcze średnie 0 14,6 11,3 44,0 2005/2006 pojedyncze rośliny 0 48,7 12,2 4,8 135,4 26,9 próby zbiorcze średnie 0 17,6 7,8 62,9 2006/2007 pojedyncze rośliny 0 55,3 10,4 6,1 126,7 34,2 próby zbiorcze średnie 0 10,3 5,7 60,3 I. Bartkowiak-Broda i in. 2008, Rośliny Oleiste Oilseed Crops XXIX/2:185-198

% kwasu erukowego 60,00% Zawartość kwasu erukowego [%] w odmianie Monolit, Maplus oraz w mieszańcu F1 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% RO 00 odmiana Monolit 0,00% Monolit Maplus F1 Monolit x Maplus GENOTYP średnia zawartość kwasu erukowego [%] Dopuszczalna zawartość kwasu erukowego dla nasion konsumpcyjnych RO E0 odmiana Maplus 1ha 57% kwasu erukowego Projekt badawczy zamawiany PBZ-MNiSW 06/1/2007; Liersch, Bocianowski i in., praca przygotowana do złożenia w czasopiśmie

Numer próby Zawartość kwasu erukowego [%] Zawartość sumy glukozynol anów [µmol g - 1 nasion] Numer próby Zawartość kwasu erukowego [%] Zawartoś ć sumy glukozyn olanów [µmol g - 1 nasion] GM62-1/4.1.Z 2,0 18,6 GM92-3/2.2.D 57,4 16,8 GM63-1/4.2.Z 55,5 27,3 GM93-3/2.3.D 46,5 12,1 GM64-2/4.1.Z 54,3 15,9 GM94-3/2.4.D 56,3 15,1 GM65-2/4.2.Z 55,4 26,8 GM95-4/3.1.D 0,0 13,3 GM66-2/4.4.Z 48,6 105,5 GM96-4/3.2.D 27,6 15,7 GM67-2/4.5.Z 53,2 93,7 GM97-4/3.3.D 49,6 86,5 GM68-2/4.6.Z 51,8 23,3 GM98-4/3.4.D 53,7 17,4 GM69-2/4.8.Z 36,7 87,7 GM99-4/3.5.D 53,2 17,2 GM70-3/2.1.Z 3,8 19,0 GM100-5/1.2.D 50,6 23,3 GM71-3/2.2.Z 53,9 22,8 GM101-5/2.1.D 52,8 48,9 GM72-7/3.2.Z 54,7 15,8 GM102-5/2.1.D 52,4 28,5 GM73-7/3.2.Z 2,4 18,4 GM103-5/3.1.D 49,9 24,3 GM74-7/4.1.Z 56,0 17,6 GM104-5/3.2.D 50,4 17,7 GM75-1/1.1.D 44,4 23,8 GM105-6/1.1.D 54,2 16,1

Na plantacjach produkcyjnych nasion rzepaku mogą wystąpić: samosiewy starych, tradycyjnych odmian rzepaku o wysokiej zawartości kwasu erukowego i glukozynolanów, rośliny będące wynikiem przekrzyżowania samosiewów starych odmian z odmianami podwójnie ulepszonymi, samosiewy innych roślin z rodzaju Brassica, szczególnie rzepiku nowe rekombinanty powstałe w wyniku przekrzyżowania roślin rzepaku z innymi roślinami z rodzaju Brassica np. rzepikiem. obecność tych roślin w dużym nasileniu może istotnie zmienić jakość zbieranego plonu

Proponowane zmiany systemu uprawy w celu redukcji przepływu genów w środowisku zmiana płodozmianu wydłużenie płodozmianu do 6 lat wybór odpowiednich odmian do uprawy GM i nie GM (mieszańce F 1 zagłuszają samosiewy) dobór rośliny następczej, tak aby uniknąć przyorywania resztek pożniwnych zaraz po zbiorze dobór sposobu uprawy (późna orka po zbiorze)

Proponowane biologiczne systemy redukcji przepływu genów w środowisku Hodowla odmian odpornych na: osypywanie Hodowla odmian preferujących samozapylenie Eliminacja występowania u nasion wtórnego stanu spoczynku Odmiany klejstogamiczne Wyciszanie genów

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ