Bezárás
Egyéb

Hatás kontra ellenhatás (2) – Glyphosate-rezisztens gyomok

(Biotechnológikaland No37)

A növényi géntechnológiai legnagyobb üzlete a „gyomirtószer-tűrő” GM-növényekhez kapcsolódik. Közülük is kiemelhetjük a glyphosate-tűrő kultúrnövények csoportját. E sorozat kapcsán szembesülhetünk is azzal, hogy milyen központi szerepű a glyphosate hatóanyag a növényvédelemben, vagyis hogy a gyomirtás, állományszárítás mellett, még a növényi géntechnológiában is kiemelkedő gazdasági érdek fűződik hozzá. Az Európai Unió felemásan viszonyul ehhez, természetesen piaci szempontok alapján: eddig egyetlen ilyen fajtacsoport sem kapott vetési engedélyt, de az európai takarmányozás a dél-amerikai glyphosate-tűrő szójára alapozódik. Mindez eddig megoldatlan probléma elé állította hazánk mezőgazdaságának döntéshozóit is. Időközben a glyphosate közel negyvenéves alkalmazása szerte a világon rezisztens gyomnépességeket szelektált ki, amelyek terjedése ennek a gazdasági sikertörténetnek előbb vagy utóbb a végét jelenti. Hacsak a hosszú ideje tartó toxikológiai bukdácsolása végén mégis sikerül majd a kockázatelemező hivatalnokoknak – akik körömszakadtáig védik – az onkológusok ellenében „tisztára” mosni ezt a hatóanyagot.

Napjainkban az amerikai kontinensen terjed a géntechnológiai úton módosított (GM) növények termesztése. Ezen belül a „gyomirtószer-tűrő” növények területhódítása a legjelentősebb. Hozzá kell tennünk azonban azt, hogy valóságos gyomirtószer-tűrő növények nem léteznek, csak bizonyos totális gyomirtókkal szembeni tűrőképesség-fokozódás létezik. Azt mondhatjuk, hogy a statisztikákban feltüntetett területek többsége a glyphosate-tűrő (GT) kultúrnövényekhez tartozik. 2015-re az egyszeresen módosított (pl. glyphosate-tűrő) eseményekhez tartozik az adatok 53%-a, míg 33%-a többszörös módosítások (pl. glyphosate tűrés + kukoricabogár elleni védelem) kategóriájába tartozik. Innen származik a 36. ábrán feltüntetett ún. trait hektár fogalma, ami azt jelenti, hogy a növényi géntechnológia népszerűsítői (pl. az International Service for the Acquisition of Agri-biotech Applications, ISAAA) a GM-termesztési területnagyságot a többszörös események arányában tetemesen megemelik, vagyis a „területnagyságot” a nyilvánosság számára a ténylegesnél lényegesen nagyobbnak tüntetik fel, s így a gazdasági sikerjelentés folyamatos lehet.

Eszerint egy egyhektáros, de két genetikai eseményt tartalmazó többszörös módosítás a nyilvántartásában két hektárként jelenik meg, ami jelentősen felfelé torzítja a valóságos vetésterületi adatokat. A Bt-növényeknél, ahol 20 millió hektár egyszeres módosítással szemben 60 millió hektár többszörös eseményben való megjelenésről van szó a torzítás különösen hangsúlyos és a valóságos vetésterületi adatoktól messze eltávolodó a végeredmény. Külön problematikus, hogy ma már az egyszeres események némelyike is több ágenst tartalmazhat (pl. MON-15985-7, MON-89034-3, DAS-59122-7, DKB-89614-9), és az ezekkel való területelszámolás nagyon is bizonytalan. Ma különösképpen a szója, kukorica és gyapot „gyomirtószer-tűrő” módosításáról van szó.

g36abra

36.ábra: A „gyomirtószer-tűrő” növények területi növekedése trait hektárban (James, 2015 után). Minthogy az érintett vetésterületek 37%-a többszörös genetikai eseményekre vonatkozik, s ezen területnagyságokat az érintett genetikai események számával többszörözve tüntetik fel, a népszerűsítő adatok legalább egyharmadával nagyobbak lehetnek a tényleges vetésterületnél

A növényi géntechnológia által célba vett gyomirtószer-hatóanyagok az alábbiak: glufosinate (pat, bar gének), glyphosate (cp4 epsps, 2mepsps, mepsps, gat4601, gat4621, goxv247), 2,4-D (aad-12), bromoxynil (bxn), dicamba (dmo), imidazolinon (csr1-2), mesotrion (avhppd-03) és szulfonilkarbamidok (als, gm-hra, zm-hra, surB). A szulfonilkarbamid-tűrő csoportba az acetolaktát-szintetáz enzimet gátló hatóanyagok népes tábora tartozik, így az amidosulfuron, azimsulfuron, bensulfuron-M, chlorsulfuron*, ethametsulfuron-M, flazasulfuron, metsulfuron-M, nicosulfuron, rimsulfuron, sulfosulfuron, thifensulfuron-M, triasulfuron, tribenuron-M és triflusulfuron-M.

Ismertek olyan genetikai események, ahol egyidejűleg több hatóanyagcsoportra való tűrőképességet találunk, pl. a DP-98140-6 kukorica (zm-hra + gat4621), vagy a DP-356043-5 szója (gm-hra + gat4601), amely egyidejűleg mutat glyphosate– és szulfonilkarbamid-tűrőképességet is. Mindez többszörös eseményekben (stacked events) tovább fokozható, amikor több egyszeres esemény kombinációja idézi elő az összetett hatást.

Az ISAAA adatbázisa szerint 2015-re a többszörösen módosítottak (60 millió hektár) kisebbségben maradnak az egyszeresen módosított (~100 millió hektár) fajtacsoportok mögött (36. ábra). Ez elég világosan mutatja, hogy vállalati érdekek szerinti elkülönülésről van szó a gyomirtó hatóanyagok területén. A cégek számára a szabadalmaztatott fajtacsoport és a vele kapcsolt készítmény (glyphosate – Roundup/RoundupReady; glufosinate – Liberty/LibertyLink) nem csupán kettős hasznot jelent, hanem annál többet is, hiszen a generikus készítményekből mégis exkluzív gazdasági előny származhat.

Az Egyesült Államok glyphosate-forgalmának túlnyomó többsége a szójához és a kukoricához kötődik (37. ábra). Ebben a két kultúrában a glyphosate-felhasználás 1995 óta rendkívül megemelkedett. Húsz év alatt, 2014-ig kukoricában 26-szoros, míg szójában 16-szoros volt a növekedés. Kukoricában a felhasználás 2010 óta stagnál, és ez állítható a gyapotra is. A történteket joggal hozzák a GT-szója és -kukorica térnyerésével összefüggésbe, amelyek felhasználásnövekedése a felszíni vizek jelentős mértékű elszennyezését jelentette. Természetesen ehhez nem módosított kultúrákban a glyphosate betakarítás előtti, állományszárítási célra való felhasználásának terjedő gyakorlata is nagyban hozzájárult, ami viszont a szermaradékos termékek (pl. péksütemény, sör, tampon stb.) arányát emelte. Mindez a hatóanyagnak az európai emberek vizeletéből való kimutathatóságát is gyakorivá tette.

g37abra

37.ábra: A glyphosate alkalmazásának alakulása az Egyesült Államokban (Benbrook, 2016 nyomán)

Amennyiben az engedélyeztetett fajtacsoportok számát nézzük, akkor a glufosinate-tűrő (Bayer) fajtákat találjuk a legnagyobb számban. Gazdasági oldalról viszont – mivel drága hatóanyag – megelőzi ezt a GT-fajták (Monsanto) gyakorlati sikere. Persze a glyphosate-ügy minden szempontból bonyolultabb, hiszen a hatóanyaggyártást már túlsúlyosan Kína végzi. A generikus készítmények gyártásából és forgalmazásából olyan vegyi gyárak is tetemes részt hasítanak ki, mint a Syngenta (a ChemChina-val egyezkedik) és a Dow (a DuPont felé közelít). GT-fajtacsoporttal rendelkezik a Novartis (Syngenta) és a DuPont (vetőmag-vállalata a Pioneer) is. Bonyolítja a helyzetet, hogy a Bayer megvette a Monsanto vállalatot, vagyis a „gyomirtószer-tűrő” növények meghatározó része fölött pillanatnyilag egyetlen gazdasági „szuperhatalom” rendelkezik. Vannak elemzők, akik úgy gondolják, hogy a glyphosate-rezisztens gyomnövényekre (értsd a szerek csökkenő gyomirtási értékére) és a toxikológiai vitákra visszavezethető erősen késleltetett bukás után a glufosinate foglalhatja majd el a glyphosate helyét a világpiacon.

Tény, hogy az európai országok meglehetős szkepszissel fogadták a GT-kultúrnövényekre építő gyomirtási módot, nem véletlen, hogy ilyen növény a mai napig nem kapott Európában vetési engedélyt. Mindebben mára a glyphosate-rezisztens gyomnépességek megszaporodása is rendkívüli szerepet kapott. A GM-növények termesztésének kezdetekor igen kevés figyelmet szenteltek annak, hogy ezeknek a növényeknek, pontosabban a velük kapcsolatban lévő totális gyomirtónak is gyakorlati szempontból lejárati ideje van. A környezetünkben megjelenő új ágenshez a biodiverzitás adta lehetőségek kihasználásával az érintett fajok népességei alkalmazkodni kezdenek. A szelektálódott tűrőképes népességek átveszik az érzékenyek helyét, és egy idő után a korábban jó hatásfokú technológia eredményesen már nem alkalmazható. Mindezt hatóanyagok tucatjaival lejátszottuk már, igaz nem a növényi géntechnológia területén. Így a vita azonos, de a szereplők megváltoztak: az ún. molekuláris biológusok és a szupraindividuális biológusok győzködik egymást.

Glyphosate-rezisztens gyomnövények a glyphosate alkalmazása után azonnal megjelentek. Tulajdonképpen mindig is léteztek. A hazai növényvédelmi gyakorlat ezt idejében jelezte. Köztudott, hogy nem is egy gyomnövény meglepően jól tűri/kezeli a glyphosate gyakorlatban alkalmazott dózisait. A hajdanán glyphosate-érzékeny gyomnövények szelekciója, tűrőképes népességeik terjedése az, amiről ma sok szakcikk szól. Azzal, hogy az eredetileg preemergens (kelés előtti) használatú glyphosate hatóanyag felhasználhatóságát géntechnológiai úton posztemergens felhasználásra is kiterjesztettük, bizony felgyorsítottuk a szelekciós folyamatot. További probléma ezzel a hatóanyaggal a vízszennyező volta, valamint a szerteágazóan negatív toxikológiai hatása.

Glyphosate-tűrő kultúrnövények

A glyphosate – fő (gazdaságilag preferált) hatásaként – a növényekben lezajló sikiminsav-anyagcsereutat gátolja. A glyphosate – amely maga is aminosav (glicin) származéka – megakadályozza a központi intermedier kialakulását katalizáló enzim, az 5-enol-piruvil-sikiminsav-3-foszfát-szintetáz (EPSPS) enzim működését oly módon, hogy a foszfoenol-piruvát analógjaként annak helyére kötődik az enzim szubsztrátumaként. Ez az anyagcsereút-gátlás a triptofán, a fenil-alanin és a tirozin szintézisét gátolja. Ezen esszenciális aminosavak termelődésének hiánya rövid időn belül a növény pusztulását okozza. Mivel az összes magasabb rendű növényben megtalálható ez a metabolikus út, ezért a hatás totális. Természetesen ettől eltérő megoldások is léteznek a GT-kultúrnövények géntechnológiai létrehozására, így a glyphosate metabolizációját előidéző enzimek (pl. glyphosate-N-acetil-transzferáz, glyphosate-oxidáz) termeltetése is.

GT-burgonya, -cukorrépa, -fehértippan, -gyapot, -kukorica, -lucerna, -olajrepce, -őszi búza, -szója genetikai események (events) azok, amik az ISAAA adatbázisából ismertté váltak. Bár ezeket a molekuláris genetika gyakorlati eredményeiként tartjuk nyilván, azért tudnunk kell, hogy már a kezdetekkor ismert volt, hogy néhány gyomnövény tűrőképessége eredendően magas, ilyen pl. a fehér libatop (Chenopodium album), a selyemmályva (Abutilon theophrasti) és a bojtorjánszerbtövis (Xanthium strumarium), amelyek nálunk is ismert és nehezen irtható gyomnövények.

Hamarosan felfedezték azt is, hogy a glyphosate-tűrés génjei (mepsps, 2mepsps) az addig Agrobacterium tumefaciens CP4 törzs transzénjével (cp4 epsps) módosított kukoricában természetesen is jelen lehetnek. A 2mepsps gént a gyapot módosítására használták fel (BCS-GH2-5), míg a mepsp gént a MON-21-9 kukoricában hasznosították.

g109kep

109.kép: Glyphosate-rezisztens betyárkóró megjelenése GT-szójában az Egyesült Államokban (Fotó: IANR)

Glyphosate-rezisztens gyomnövények

A glyphosate gyakori használatának eredményeként 1998-ban Ausztráliából írták le az első glyphosate-rezisztens Lolium rigidum-populációt. 1997-ben követte ezt az aszályfű (Eleusine indica) Malájföldön, a betyárkóró (Conyza canadensis) az Egyesült Államokban (109. kép), majd az olaszperje (Lolium multiflorum) Chilében. 1998-ban 7-11-szeres glyphosate-dózisnak ellenálló L. rigidum-népességet írtak le Ausztráliából. Kaliforniában 5-8-leveles Conyza canadensis népességeinél csupán 2-4-szeres dózist túlélő glyphosate-rezisztens gyomnövényeket találtak.

A glyphosate-rezisztencia öröklődő természetű, azaz a kezelt területeken az ilyen gyomok felgyarapodására kell számítani. A gyomnépességek vizsgálata során azt találták, hogy a glyphosate-rezisztenciában szerepet játszó célenzim génjének (epsps) mutációja nem ritka a természetben. A rezisztens gyomok között a glyphosate csökkent vagy megváltozott felvételére, transzlokációjára is felfigyeltek, illetve a sejtekben való sorsa is megváltozhat. Mindennek tisztázása nagyon lényeges szempontokkal szolgál majd a jövőben.

Nem véletlen, inkább törvényszerű, hogy azokban az országokban, ahol a GT-kultúrnövények terjednek (Egyesült Államok, Argentína és Brazília), ott a glyphosate-rezisztens gyomnépességek előfordulása gyakoribbá vált (38. ábra). Nem is véletlen, hiszen ezeken a helyeken a glyphosate posztemergens használata is járható. A GT-fajtacsoportok vetésterületének terjedése után Ausztráliából írták le az Echinochloa colona (2007), az Urochloa panicoides (2008) és a Chloris truncata (2010); Dél-Afrikából mutatták ki a Conyza bonariensis (2003) és a lándzsás útifű (Plantago lanceolata, 2003); az Egyesült Államokban jelent meg az ürömlevelű parlagfű (Ambrosia artemisiifolia, 2004), az Ambrosia trifida (2004), az Amaranthus palmeri (2005), az Amaranthus tuberculatus (2005), a vesszős seprűfű (Bassia scoparia, 2007) és az egynyári perje (Poa annua, 2010). Dél-Amerikán belül Argentínából a fenyércirok (Sorghum halepense) (2005), az angolperje (Lolium perene, 2008); Brazíliából az Euphorbia heterophyla (2006); Kolumbiából a Parthenium hysterophorus (2004) és Paraguayból a Digitaria insularis (2006) glyphosate-rezisztens gyomnépességeit tartják nyilván (lásd Hepp, I. adatbázisa).

g38abrab

38.ábra: Glyphosate-rezisztens gyomok megjelenése

Európából csupán szórványos adatok ismertek. Itt még a GT-kultúrnövények vetése nem lehetséges, vagyis a fejlemény a glyphosate klasszikus alkalmazásának következménye. Nem is véletlenül az itteni felszíni vizek szennyezettség nagyságrendekkel alacsonyabb, mint az amerikai kontinensen, amin azért tovább javítana, ha az állományszárítási alkalmazásokat Európa-szerte több országban tiltanák vagy korlátoznák. Spanyolországból 2004-ben, Portugáliában 2010-ben írták le a Conyza bonariensis; Spanyolországban 2006-ban, Csehországban 2007-ben a Conyza canadensis; 2009-ben Spanyolországból írták le Conyza sumatrensis; Spanyolországban 2006-ban a Lolium multiflorum; Franciaországban 2005-ben, Spanyolországban 2006-ban, Olaszországban 2007-ben a Lolium rigidum glyphosate-rezisztens biotípusait. Nem lehet azzal kapcsolatos kétségünk, hogy a helyzet nálunk is hasonló.

Nemesítés és génerózió

Vajon hogyan is jelentek meg ilyen gyorsan ezek a glyphosate-rezisztens gyomnépességek? Nos, a kulcs a biodiverzitásban keresendő. A gyomfajok vad népességei sohasem estek át azokon nemesítési eljárásokon, amelyek az eredeti allélgazdagságukat a töredékére csökkentették volna. Többen úgy vélik, hogy kultúrnövényeink génszintű biodiverzitásának közel 95%-át elveszítettük a talán 10.000 éve tartó szigorú szelekció, a fajta-előállítás során. Beltenyésztéssel az ember pillanatnyi céljára alkalmas új fajtákat hozott létre, azonban ez hosszabb távra meglehetősen sérülékeny kultúrnövény-fajtaválasztékot eredményezett, amely sérülékenységét éppen a vad alakra jellemző sokféleség elvesztése okozta. Törvényszerű ezért, hogy a vad népességekben bármely reakció gyorsabb viszontválaszt eredményez, mint a kultúrfajokban.

A szóban forgó gyomok közül az Amaranthus, Ambrosia, Conyza, Lolium, Plantago, Poa és Sorghum fajok hazánkban is gyakoriak. Kiemelhető a fenyércirok (Sorghum halepense), amely a világ egyik legveszélyesebb gyomnövénye, és az ürömlevelű parlagfű (Ambrosia artemisiifolia), amelyre pollenjének allergizáló hatása miatt kötelező irtási gyakorlat vonatkozik.

A glyphosate gyakori használata szelektálja a gyomnövényeinket, így átalakítja a kultúrnövények gyomflóráját, sőt a rajtuk élő táplálékláncokat is. Ezen az úton az agroökoszisztémák átalakításában fontos szerepet játszik ez a technológia. Glyphosate-rezisztens gyomnépességek felszaporodása várható tehát, amelyek glyphosate-tal bizonyosan nem irthatók. A bulvársajtó ezeket nevezi eltúlozva „szupergyomoknak”, ilyesfajta elnevezések felé vezet a napjainkban divatos „kommunikálhatóság”. A mai „kommunikációban” nem a tanítást/tanulást tűzzük ki célul, hanem az ismeretek lebutítását. További probléma, hogy a GT-kultúrnövények egymás után vetésekor a következő évi GT-árvakelés is súlyos gyomirtási problémaként jelenik meg (címkép). A teleink átlag-hőmérsékleteinek emelkedésével a talajba kerülő szártépett kukoricaszemek némely évben és helyen – pl. 2010-ben, Nagykovácsi Julianna-majorban – átvészelik a telet (110. kép), ami ma a kukorica ebbéli képességének átértékelését is jelenti.

g110kep

110.kép: Kukorica-árvakelés enyhe teleken, szártépés alkalmazásakor (forrás)

A következő rész címe: Hatás kontra ellenhatás (3) – Cry-toxinrezisztens rovarok (Biotechnológikaland No38)

Darvas Béla