Технології із застосуванням ГМО та біотехнології

На разі велику роль у розвитку рослинництва відіграє використання досягнень генної інженерії та біотехнології. Існує ряд думок, що біотехнологія та генетично модифіковані рослини на сучасному етапі вирощування рослинницької продукції дадуть змогу вирішити екологічні, енергетичні та продовольчі проблеми, які стоять перед людством, за допомогою створення і використання нових організмів, продуктів, отриманих за допомогою методів генної інженерії, культури органів і тканин in vitro та ін.

Біотехнологія та генна інженерія – науки, що дивляться у майбутнє людства...

Сучасна біотехнологія рослин – сума технологій, що розвинені із молекулярної та клітинної біології рослин – є новою стадією в розвитку технології селекції рослин. З її допомогою поліпшення ознак може проходити на рівні індивідуального гену. Окремі гени, які визначають певну ознаку, можуть бути ідентифіковані, ізольовані, введені, виключені або модифіковані в генотипі чи сорті рослини, за ними може проводитися відбір.

Внесок біотехнології в рослинництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин, розробці нових технологій, які дозволяють підвищити ефективність сільськогосподарського виробництва. Методами генної та клітинної інженерії створені високопродуктивні й стійкі проти шкідників, хвороб та інших негативних чинників сорти сільськогосподарських рослин. Розроблена техніка оздоровлення рослин від інфекцій, що особливо важливо для культур, які розмножуються вегетативно. Ведуться дослідження з поліпшення амінокислотного складу рослинних білків, розробляються нові регулятори росту рослин, мікробіологічні засоби захисту останніх від шкідників та хвороб, бактеріальні добрива. Одним із актуальних питань біотехнології є керування процесами азотфіксації та фотосинтезу, зокрема можливість введення відповідних генів у геном культурних рослин.

На сучасному етапі розвитку для інтенсифікації селекції ефективним є використання таких біотехнологічних методів: культура ізольованих тканин, клітин та органів рослин, клітинна селекція та генна інженерія. Вони дають можливість за короткий термін створити та розмножити цінний вихідний високопродуктивний матеріал, гетерозисні гібриди та сорти сільськогосподарських рослин. Розробка основ методу культури тканин рослинних організмів має порівняно коротку історію і починається з досліджень, виконаних Габерландтом у 1902 році. Проте кожне відкриття, зроблене в цій галузі, знайшло використання в прикладних дослідженнях. Усі проблеми, що вирішуються в культурі in vitro, можна поділити на три основні групи:

• 1) збереження генетичної інформації клітин (мікроклональне розмноження та депонування, культура зародків, пиляків і насіннєвих зачатків);
• 2) зміна генетичної інформації шляхом мутагенезу під впливом фізичних та хімічних факторів (культура калусів, суспензій, протопластів);
• 3) перенесення та інтеграція генетичної інформації (генно- інженерне конструювання рослин з новими ознаками, соматична гібридизація).

Основні напрями розвитку біотехнології в рослинництві: 1) підвищення вмісту білка і незамінних амінокислот у продукції сільськогосподарських рослин, що досягається створенням так званих генетично модифікованих організмів (ГМО), насамперед трансгенних рослин. Вони набувають господарсько-цінних ознак, внаслідок перенесення генів, які їх зумовлюють, зокрема від бактерій. Пріоритетним визнано виведення азотфіксуючих сортів зернових культур; 2) отримання бактеріальних добрив (азотфіксуючих бактерій), біопестицидів; 3) створення сортів і гібридів культурних рослин, стійких до хвороб, шкідників. Так, у США вирощують рослини томатів, картоплі, бавовнику, що набули стійкості до комах; рослини томатів, картоплі, стійкі до патогенних вірусів. Отримано сорти рослин, стійких до гербіцидів суцільної дії, що значно полегшує боротьбу з бур'янами і здешевлює технологію вирощування, оскільки зникає потреба у застосуванні селективних гербіцидів.

Слід зазначити, що серед учених немає одностайності щодо можливого ефекту досліджень з генної інженерії, впливу їх на здоров'я та безпеку людини, а також на функціонування екологічних систем.

Існують крайні погляди, згідно з якими біотехнологія має бути заборонена, оскільки знання про неї недостатні для гарантування повної безпеки людини. Висловлюється й протилежна думка: застосування генної інженерії безпечне і потребує мінімального контролю. При цьому основним аргументом є те, що принципової відмінності між генною інженерією і селекцією немає. До того ж при генній інженерії виконуються відомі, заздалегідь сплановані модифікації, а швидкість процесу вища.

Свідченням високих темпів розвитку біотехнології є, зокрема, те, що у 1997 р. у США і Канаді трансгенні кукурудзу, сою, ріпак, цукрові буряки вирощували на мільйонах гектарів. Трансгенна соя тільки в США займала 12%, кукурудза – 6, бавовник – 13% усіх посівних площ цих культур.

За висновками експертів ФАО, у 2030 р. весь світовий приріст виробництва продукції рослинництва буде досягнуто за рахунок нових сортів рослин.

Чільне місце у біотехнологічних дослідженнях посіли корпорації “Дюпон”, “Новартіс”, “Монсанто”, “Рон-Пуленк”, “Карсіл”.

Генетична інженерія відкриває перед селекцією рослин нові перспективи, зокрема можливість перенесення в них генів від бактерій, грибів, екзотичних рослин і навіть людини та тварини, в тому числі й генів стійкості, що є недосяжним для експериментального мутагенезу та традиційної селекції. Революційним звершенням у генетичній трансформації рослин стало виявлення природного вектору – агробактерій для переносу генів та розробка методу мікробомбардування рослинних об'єктів мікрочастинками металів з попередньо нанесеною чужерідною ДНК. Три видатні досягнення фізіології рослин створили основу для інтеграції технології рекомбінантних ДНК в генно-інженерну біотехнологію рослин. По-перше, відкриття фітогормонів, які регулюють ріст і розвиток рослин. По-друге, розробка методів культивування клітин і тканин рослин in vitro (ці методи дали можливість вирощувати клітини, тканини і цілі рослини в стерильних умовах та проводити їх селекцію на селективних середовищах). Потрете, встановлення феномену тотипотентності соматичних рослинних клітин, який відкрив шлях до регенерації з них цілих рослин.

На сьогоднішній день генетична інженерія сільськогосподарських рослин розвивається переважно в руслі класичної селекції. Основні зусилля вчених зосереджені на захисті рослин від несприятливих (біотичних та абіотичних) факторів, покращенні якості та зменшенні втрат при зберіганні продукції рослинництва. Зокрема, це підвищення стійкості проти хвороб, шкідників, заморозків, солонцюватості ґрунту тощо, видалення небажаних компонентів із рослинних олій, зміна властивостей білку і крохмалю в пшеничному борошні, покращення лежкості та смакових якостей овочів та ін. Порівняно з традиційною селекцією, основними інструментами якої є схрещування і відбір, генна інженерія дає можливість використання принципово нових генів, які визначають агрономічно важливі ознаки, і нових молекулярно-генетичних методів моніторингу трансгенів (молекулярні маркери генів), що в багато разів прискорюють процес створення трансгенних рослин. Селекціонерів приваблює можливість цілеспрямованого генетичного “ремонту” рослин. Важливим направленням є створення генетично модифікованих рослин (ГМР) з ознакою чоловічої стерильності. Крім того, завдяки генетичній модифікації рослини можуть виконувати не властиву їм раніше функцію. Прикладом є коренеплоди цукрових буряків, які накопичують замість сахарози низькомолекулярні фруктами, банани, які використовують як їстівну вакцину. Завдяки введенню генів бактерій вищі рослини набувають властивості руйнувати чужорідні органічні сполуки (ксенобіотики), що забруднюють оточуюче середовище. Вирощування ГМР, стійких до широкого спектру хвороб та комах-шкідників, може суттєво знизити, а в подальшому звести до мінімуму пестицидне навантаження на оточуюче середовище.

При розгляді проблеми можливого впливу трансгенних рослин на оточуюче середовище обговорюються в основному такі основні аспекти:

• • сконструйовані гени будуть передані з пилком близькородинним диким видам, і їхнє гібридне потомство набуде властивості підвищеної насіннєвої продуктивності та здатність конкурувати з іншими рослинами;
• • трансгенні сільськогосподарські рослини стануть бур'янами і витіснять рослини, які ростуть поряд;
• • трансгенні рослини стануть прямою загрозою для людини, домашніх та диких тварин (наприклад через їхню токсичності або алергенність).

Ще одним важливим аспектом є отримання трансгенних рослин з кращою здатністю використовувати мінеральні речовини, що, крім посилення їх росту, буде перешкоджати змиву таких сполук у грунтові води та потраплянню в джерела водопостачання.

Гарантією проти небажаних наслідків генетичної модифікації рослин є законодавче регулювання поширення ГМР та розробка пов'язаних із цим методів оцінки екологічного ризику. Крім того, значна уваги приділяється достатній інформованості агрономів, селекціонерів, насіннєводів, потенційних покупців щодо особливостей продуктів із генетично модифікованих рослин. В Україні та ряді інших країн прийняті закони, які попереджують несанкціоноване розповсюдження трансгенного насіннєвого матеріалу, що забезпечує моніторинг у посівах, а також маркування харчових товарів, виготовлених із продуктів ГМР або з їх додаванням.

В Україні законодавчо не дозволено вирощувати генетично модифіковані сорти. Це, можливо, єдине з правильних рішень, яке було прийнято в галузі аграрної політики. Буде великою помилкою для України перехід до вирощування ГМ-сортів уже тепер. Є ще багато нереалізованих резервів зростання врожайності за рахунок технологічних заходів. Не вдаючись у дискусію про шкідливість чи нешкідливість генетично модифікованих сортів, слід зазначити, що вони для України ще не на часі, бо не сприятимуть ані зростанню врожайності, ані покращанню економічних показників. Лише створять проблему з виходом сільськогосподарської продукції на світовий ринок, знизять її ціну й можливість реалізації.

Біотехнологія – важливий, але не єдиний елемент науково- технічного прогресу в аграрному секторі, тому необхідний комплексний підхід до цього питання з урахуванням альтернативних технологій. Одним з таких напрямків розвитку є органічне землеробство.

Родючість грунту створює “жива речовина”, яка складається з мільярдів грунтових бактерій, мікроскопічних грибків, хробаків та інших живих організмів. Перероблюючи органічні рослинні залишки та мінеральні речовини, бактерії забезпечують харчування хробаків, які істотно поліпшують структуру і родючість фунту.

Суть родючості ґрунтів полягає у ''годівлі бактерій та інших живих істот”, які живуть у фунті. Необхідно нагодувати спочатку мікробів і хробаків, а вони, у свою чергу, нагодують рослини. Ні мінерали, ані органіка, самі по собі не переходять у засвоювану форму. Цю функцію виконують мешканці фунтів, про яких і необхідно піклуватися у першу чергу. Така постановка питання в проблемі фунтів вимагає від агрономів зміни фадиційного мислення, відмови від глибокої відвальної оранки. Інтенсивна хімізація полів знищила мікрофлору і тварин фунтового співтовариства, які є основними відтворювачами родючості фунту.

Ґрунти, у яких переважають анабіотичні чи регенеративні мікроорганізми, є винятково родючими. Рослини, які виросли на таких фунтах, прекрасно розвиваються, вони здорові, стійкі до хвороб і шкідників. Такі фунти без усяких хімікатів, пестицидів і штучних добрив демонсфують постійне збільшення родючості. Якщо ж у фунті переважають дегенеративні чи патогенні мікроорганізми, розвиток рослин ослаблений, вони не стійкі до різних захворювань та шкідників і вимагають допінгу у вигляді штучних добрив і пестицидів. На жаль, такий деградований, виснажений стан фунтів має тенденцію до розширення навіть у країнах з високим рівнем агротехнологій. Інтенсивна хімізація полів, застосування пестицидів і штучних добрив, разом з важким сільськогосподарським устаткуванням, знищують мікрофлору фунту.

Практика показала, що поліпшити поживний режим фунтів, подолати шкідників і хвороби сільськогосподарських культур масовим застосуванням хімічних засобів не вдається. В природних, здорових агроценозах рослина живе в оточенні корисних мікроорганізмів, і лише вони здатні відтворювати природне середовище, підтримувати потрібний для комфортного існування живих істот баланс поживних речовин, а відтак – максимально реалізовувати потенціал урожайності.

Крім екологічних чинників мають вплив і суто економічні: виробництво і внесення добрив та ЗЗР пофебує значних енергозатрат. Приміром, у розвинутих країнах на виробництво азотних добрив вифачають майже фетину енергії, яка споживається в сільському господарстві. Не меншу проблему становить і дефіцит сировини для виробництва фосфорних добрив, що обумовлює їхню високу вартість.

Тому в світі популяризуються ідеї біоорганічного рільництва, за якого застосування хімічних добрив та пестицидів допускається мінімально або зовсім не дозволяється. Нині світовий ринок біотехнологій для сільського господарства та харчової промисловості оцінюється майже в 50 млрд. американських доларів і щороку зростає на 20-30%.

Потрібно враховувати той факт, що генетично модифіковані сорти до сьогодні майже не вирощують у Європі. Є тільки експериментальні посіви на площі 1-3 тис. га. Лише в Іспанії відведено площі до 100 тис. га. Але це незначна кількість загальної ріллі в Європі (В. В. Лихочвор, 2001 та 2006).