Трансгенна бавовна як біотехнологія боротьби зі шкідниками

В 1997 році в Китаї почали вирощувати генно-модіфікованний бавовник, що виробляє отрутний для комах білок. Це призвело до стійкого зниження чисельності популяції бавовняної совки — небезпечного шкідника багатьох сільськогосподарських культур. Як наслідок у виграші опинилися не тільки виробники бавовни, але й селяни, які вирощують сою, кукурудзу, арахіс і різні овочі.

Гусениця бавовняної совки (Helicoverpa armigera) © фото www.alessiodileo.com

Бавовняна совка (Helicoverpa armigera) — широко розповсюджений і досить небезпечний шкідник, що наносить збиток безлічі сільськогосподарських культур. Як й інші комахи, бавовняна совка здатна виробляти стійкість до хімічних інсектицидів. Так, на початку 1990-х років у Китаї спостерігався безпрецедентний спалах чисельності бавовняної совки, пов'язаний з появою метеликів, стійких до отрутохімікатів. Селяни, природно, відповідають на еволюцію шкідників збільшенням кількості інсектицидів, які виливають на поля, що, у свою чергу, викликає зростання числа отруєнь серед людей та інші негативні наслідки.

В 1997 році в Китаї почали вирощувати трансгенний бавовник, у геном якого був вставлений ген бактерії Bacillus thuringiensis. Білок Cry1Ac, що кодується цим геном, токсичний тільки для гусениць деяких метеликів й нешкідливий для всіх інших тварин, в тому числі для людини. Нововведення дозволило не тільки підвищити врожаї бавовни, але й різко скоротити використання отрутохімікатів, що, зрозуміло, сильно поліпшило екологічну обстановку в сільськогосподарських районах Китаю. Крім того, почали зростати популяції «корисних» комах, які контролюють чисельність шкідників. Популяції «шкідливих» метеликів, що живуть в основному на бавовнику, таких як бавовняна моль Pectinophora gossypiella, помітно скоротилися. Бавовняна совка, на відміну від бавовняної молі, живе не тільки на бавовнику, але й на інших широко розповсюджених культурах, таких як тютюн, соя, арахіс і багато овочів. Тому важко було заздалегідь передбачити, як відіб'ється впровадження трансгенного бавовнику на чисельності цього шкідника.

Вчені з Китайської академії сільськогосподарських наук (Chinese Academy of Agricultural Sciences) повідомили в останньому номері журналу Science про результати широкомасштабного моніторингу бавовняної совки, який вони проводили з 1992-го по 2007 рік у шести провінціях північного Китаю. У зону спостереження потрапило понад 10 млн. селянських господарств, в основному дрібних, загальною площею 38 млн. га. Із цієї площі 3 млн. га займають посіви бавовни, 22 млн. га — інші рослини, якими харчується бавовняна совка.

Як показало дослідження, чисельність бавовняної совки у всіх шести провінціях протягом 1992-1996 р. була досить високою. Відразу ж після початку культивування трансгенного бавовнику в 1997 році почалося швидке зниження чисельності совки. Самий головний і почасти несподіваний результат полягає в тому, що чисельність шкідника стала скорочуватися не тільки на бавовняних полях, але й у посівах всіх інших сільськогосподарських культур — жертв шкідника.

Скорочення чисельності бавовняної совки в Північному Китаї після впровадження в 1997 році трансгенного бавовнику. A — чисельність совки на бавовнику (число яєць на 100 рослин), B — чисельність совки на кукурудзі, сої, арахісі й овочах (число личинок на гектар). Рис. з обговорюваної статті в Science

Чому ж метелик, здатний харчуватися безліччю різних культурних рослин, так болісно відреагував на те, що одне-єдине з них, до того ж не саме масове, стало раптом отрутним? Очевидно, посіви бавовнику служать для совки своєрідною «пасткою». У Північному Китаї в бавовняних совок за літо змінюється 4 покоління. Ці покоління розвиваються в різний час, і дорослі метелики вибирають для відкладання яєць різні рослини залежно від сезону. Перша генерація личинок бавовняної совки розвивається переважно на пшениці. А от для другої генерації самою «зручною» рослиною виявляється бавовник. Трансгенні рослини отрутні тільки для гусениць, а дорослі метелики, на щастя для китайських селян, не можуть відрізнити отруєні рослини від звичайних і продовжують відкладати на них яйця.

Чисельність бавовняної совки продовжує знижуватися вже 10 років, і ніяких ознак нового зростання поки не помітно. Метелики поки не змогли виробити стійкість до бактеріального токсину Cry1Ac, однак рано або пізно це цілком може відбутися (і навіть початок уже відбувається в США у близького виду метеликів, Helicoverpa zea). Щоб відтягнути цей момент, рекомендується поруч із полями, засіяними трансгенними рослинами, відводити невеликі площі під посіви звичайного, незахищеного бавовнику. Ці ділянки повинні служити притулками для метеликів, що не мають стійкості до токсину. Завдяки наявності таких притулків селективна перевага, одержувана метеликами в результаті вироблення стійкості, повинна знижуватися, і тому гени, що забезпечують стійкість, будуть повільніше поширюватися в популяції. Справа в тому, що організми, які виробили стійкість до якої-небудь отрути, під час відсутності цієї отрути звичайно виявляються менш конкурентноздатними, ніж їхні родичі, що не змінилися.

Однак, як відзначають автори статті, небагатим китайським селянам дуже важко пояснити, чому вони повинні частину свого й так не занадто великого земельного наділу перетворювати в розплідник для шкідників. Чому ж совка дотепер не стала стійкою до бактеріального токсину? Очевидно, це пояснюється тим, що в ролі притулків для метеликів, що не мають стійкості до Cry1Ac, виступають посіви сої, тютюну, арахісу й інших культур, якими харчується бавовняна совка. Всеїдність цього шкідника вкупі зі звичаєм китайських селян вирощувати на своїй ділянці не одну, а багато різних культур робить створення спеціальних притулків для нестійких метеликів зайвим.

У цілому десятилітній досвід оброблення трансгенної бавовни в Китаї виявився надзвичайно успішним. Від самих небезпечних шкідників вдалося позбутися, і до того ж сильно покращилася екологічна обстановка. Правда, останнім часом на бавовняних полях розплодилися інші шкідники — клопи-сліпняки (сімейство Miridae). Причиною їхнього бурхливого розмноження стало зменшення кількості використовуваних хімічних інсектицидів. Але ніхто й не стверджував, що трансгенний бавовник стане панацеєю від всіх сільськогосподарських проблем.

Джерело: Kong-Ming Wu, Yan-Hui Lu, Hong-Qiang Feng, Yu-Ying Jiang, Jian-Zhou Zhao. Suppression of Cotton Bollworm in Multiple Crops in China in Areas with Bt Toxin-Containing Cotton // Science. 2008. V. 321. P. 1676-1678.

Олександр Марков, Елементи

версия на русском

| 22.09.2008 13:32