Экологические эффекты генетически модифицированных культур (4)

Перейти к началу брошюры «Экологические эффекты генетически модифицированных культур»

3. Культивация генетически модифицированных культур в мировом масштабе

3.1. Глобальный статус по стране, культуре и признаку

На 2005 год засеянная ГМ культурами площадь составляла 90 миллионов гектар, что превысило показатель 2004 года на 11% (James 2005). На настоящий момент ГМ культуры выращиваются 8,5 миллионами фермеров в 21 стране, при этом 90% использующих ГМ технологии фермеров живет в развивающихся странах. Пять стран (США, Аргентина, Бразилия, Китай и Канада) выращивают около 95% ГМ продукции (рис. 1).

Объем культивирования ГМ культур постоянно увеличивается и в других государствах. Парагвай, например, доложил о выращивании 1,8 миллионов гектар ГМ сои. Для Индии характерен самый высокий ежегодный прирост площади, засеваемой ГМ культурами. Так, посевная площадь под Bt-хлопком в этой стране увеличилась с 0,1 миллиона гектар в 2003 до 1,3 миллиона в 2005 году, что составило почти 15% от всей засеваемой хлопком территории (James 2004, 2005). Кроме того, ряд стран, в том числе Южная Африка, Уругвай, Австралия, Румыния, Мексика, Испания и Филлипины, осуществляют маломасштабную коммерческую культивацию ГМ культур.

Существует четыре основные культивируемые во всем мире ГМ культуры, из которых соя занимает бОльшую часть (60%) всей засеиваемой биотехнологическими культурами площади. Далее по мере убывания следуют кукуруза (24%), хлопок (11%) и рапс (5%).

Толерантность к гербицидам является основным ГМ признаком. Обладающие им сорта сои, кукурузы, рапса и хлопка занимают около 71% площади, засеянной биотехнологическими культурами. Посевная площадь устойчивых к насекомым-вредителям Bt-культур (кукурузы и хлопка) составляет 18%, а культур с комбинацией этих признаков (также кукурузы и хлопка) – 11%.

Темпы роста засеваемой основными ГМ культурами территории относительно их тотальной посевной площади очень высоки. В 2005 году доля ГМ сортов составляла 56% от общего объема выращиваемой в мире сои. Для хлопка этот показатель составлял 28%, для рапса – 19%, для кукурузы – 14% (рис. 2).

В сумме вся засеянная четырьмя основными ГМ культурами площадь составила 32% от общей посевной площади, находящейся под этими культурами. Скорость внедрения каждой из культур в разных странах значительно превышает средние показатели (табл. 1).

В Аргентине и Уругвае, например, ГМ соя в 2005 году занимала почти 99% от всей засеянной соей площади, в то время как в США и Румынии этот показатель составлял 87% и 65% соответственно. В Канаде ГМ рапс выращивается на 75% гектаров рапсовых полей, а в Южной Африке 85% культивируемого хлопка составляют ГМ сорта.

3.2. Предполагаемое будущее ГМ культур

Как описано выше, только ограниченное количество ГМ сортов на сегодняшний день доступно в качестве промышленных продуктов. Кроме четырех основных культур, существуют также ГМ сорта люцерны, папайи, тыквы и риса, а также несколько дополнительных ГМ признаков (устойчивость к вирусам и мужская стерильность/восстановление фертильности). Этот портфолио содержит очень ограниченный набор образцов по сравнению с количеством растений, которые можно трансформировать с помощью методов генной инженерии. Несмотря на значительные технические достижения, существуют причины, предотвращающие, откладывающие или отменяющие появление ГМ культур на рынке. Кроме сопротивления со стороны потребителей, одной из основных причин зацикленности сельскохозяйственной отрасли на четырех основных культурах являются непропорционально высокие финансовые затраты, связанные с представлением новых ГМ культур на рынке. Из-за многочисленных распорядительных и законодательных требований, соответствие которым необходимо для получения одобрения ГМ культур, малые и среднего размера компании не могут позволить себе затраты, связанные с разработкой новых ГМ сортов. Ситуация еще более усложняется в силу того, что большинство генноинженерных исследований проводятся государственным сектором, который не может позволить себе участие в регулятивных процессах и первоочередной задачей которого не является коммерциализация этих продуктов. Стоимость проведения программы по созданию одного генетически модифицированного сорта составляет более 1,8 миллионов долларов США в год, что означает монополизацию этих программ пятью-шестью международными агрохимическими компаниями (van Montagu 2005).

3.2.1. Улучшение характеристик растений

Целью усилий по созданию первого поколения ГМ культур являлось улучшение характеристик растений, например, толерантность к гербицидам и устойчивость к насекомым-вредителям, обеспечивающих отмену или снижение необходимости проведения определенных мероприятий в системах сельскохозяйственного производства. В ближайшем будущем одним их основных объектов работы производящих семена компаний и разработчиков технологий будет расширение возможностей использования Bt-сортов и толерантных к гербицидам культур (Nickson 2005). Как суть традиционного скрещивания, так и суть современных биотехнологических приемов заключается в комбинировании различных полезных признаков, таких как, например, экспрессия Bt-токсина и толерантность к гербицидам. Совмещение этих двух признаков в одном растении привлекательно с коммерческой точки зрения, так как методика уже отработана, а получающиеся в результате сорта можно продавать по более высокой цене. Исходя из этих же соображений, уже созданы и скоро появятся на сельскохозяйственном рынке США сорта кукурузы, несущие одновременно две разновидности Bt-гена: Cry3Bb и Cry1Ab, что обеспечивает защиту от двух насекомых-вредителей сразу (кукурузных блошек Diabrotica spp. и кукурузных мотыльков Ostrinia nubilalis). Еще одна используемая стратегия заключается в комбинировании двух генов, обладающих разными механизмами действия, направленными против одного и того же вредителя. Примером является хлопок сорта Bollgard II, имеющий два Bt-гена: cry1Ac и cry2Ab. Использование двух различных механизмов борьбы с одним и тем же вредителем обеспечивает максимальный уровень защиты (Bates et al. 2005). Еще несколько генов, способных обеспечить сохранность сельскохозяйственных культур при нападении насекомых-вредителей, находятся на стадии разработки. Кодируемые ими белки, в том числе: Vip3A, токсин А, авидин, биотин, ингибиторы протеаз, лектины и др., обладают более широким спектром действия чем традиционные Bt-гены (Babu et al. 2003, Moar 2003, O’Callaghan et al. 2005, Ferry et al. 2006).

Предпринимаются также попытки создания с помощью генной инженерии устойчивых к заболеваниям сортов картофеля и пшеницы. В 2006 году в нескольких странах ЕС начаты полевые испытания устойчивого к фитофторе (Phytophthora infestans) картофеля, а устойчивая к грибку Fusarium пшеница уже проходит полевые испытания в Канаде. В случае успеха испытаний тестируемые гены можно будет перенести в геномы коммерческих сортов, однако даже в этом случае появления подобных сортов на сельскохозяйственном рынке в ближайшем будущем не предвидится.

3.2.2. Устойчивость к абиотическим стрессам

Существует мнение, что с помощью генной инженерии можно увеличить продуктивность сельскохозяйственных культур за счет повышения их устойчивости к различным абиотическим стрессовым факторам, таким как засуха, повышенная соленость почвы и переувлажнение (Wang et al. 2003, Yamaguchi & Blumwald 2005). Однако изучение влияния этих факторов на растения указывает на то, что трансформация нескольких или даже комплекса генов не приведет к значительному повышению урожайности (Sinclair et al. 2004). Биохимические и физиологические исследования, проведенные в течение последних сорока лет, свидетельствуют о проблематичности переноса результатов фундаментальных работ в практику с целью повышения урожайности за счет нейтрализации отрицательных последствий влияния абиотических стрессорных факторов на растения. В то же время сделанные в последнее время достижения в области изучения молекулярных механизмов стресс-реакций и создания генетических модификаций устойчивости к стрессу свидетельствуют о том, что в конечном итоге результаты работы могут привести к повышению эффективности культивирования важных сельскохозяйственных культур (Wang et al. 2003). На настоящий момент только несколько устойчивых к стрессу трансгенных сортов прошли полевые испытания в реальных полевых условиях (Dunwell 2000). Более того, большинство из этих культур не имеет ценности с точки зрения сельского хозяйства, поэтому на сегодняшний день делать выводы о возможностях коммерциализации устойчивых к стрессу ГМ сортов практически невозможно.

3.2.3. Характеристики собираемого урожая

Кроме усовершенствования признаков самих растений, целью исследований также является улучшение качеств собираемого продукта или урожая. Примерами являются попытки создания ГМ культур с повышенным содержанием питательных веществ – например, «золотой рис» (Al-Babili & Beyer 2005), низким уровнем вредных соединений и аллергенов, а также модификациями состава плодов, повышающими эффективность их переработки – например, картофель с измененным содержанием крахмала (Nickson 2005). Большинство разрабатываемых ГМ культур такого плана появится на рынке еще очень не скоро (Sauter 2005). Оценка результатов проводимых в странах ЕС полевых испытаний свидетельствует о том, что бОльшая часть работ, целью которых является улучшение характеристик собираемого урожая с помощью трансгенных технологий, в настоящее время находится на ранних исследовательских этапах (Lheureux & Menrad 2004).

Предпринимаются также попытки применения биотехнологии для создания растений, синтезирующих лекарственные препараты. Традиционно для этого используются рекомбинантные микроорганизмы или трансформированные клетки млекопитающих (Gomord et al. 2005, Ma et al. 2005). Учитывая растущее значение таких биопрепаратов и оценивая их экономический потенциал, можно предположить, что это направление разработки ГМ растений будет продолжать активно развиваться (Sauter 2005). Еще ни один из препаратов, полученных с помощью биотехнологии растений, не получил разрешения на использование в медицинской практике, однако некоторые из современных разработок в ближайшем времени появятся на фармацевтическом рынке. Разработаны методы получения по крайней мере 30 таких продуктов, а 15 из них находятся на разных фазах клинических испытаний (Ma et al. 2005, Sauter 2005). Тем не менее, существуют проблемы, по большей части не технического характера, которые еще предстоит решить. Несмотря на все очевидные преимущества, официальная регистрация лекарственных препаратов растительного происхождения затруднена противоречивостью нормативных документов, регламентирующих порядок их коммерциализации.

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

Продолжение: Мотивация перехода на генетически модифицированные культуры.