Rośliny transgeniczne
Produkcja leków z wykorzystaniem zmodyfikowanych genetycznie bakterii prowadzona jest od lat i nie wywołuje protestów, jednak uprawa roślin transgenicznych to temat kontrowersyjny, budzący silne emocje. Dlaczego społeczeństwa są tak bardzo podzielone w sprawie roślin i żywności modyfikowanej genetycznie?
że człowiek modyfikuje genetycznie organizmy po to, by miały pożądane przez niego cechy;
że skrót GMO oznacza organizmy modyfikowane genetycznie.
Omówisz znaczenie roślin modyfikowanych genetycznie.
Wymienisz wady oraz zalety stosowania roślin modyfikowanych genetycznie.
Omówisz metody tworzenia roślin transgenicznych.
Wyjaśnisz, czym jest kallus, kiedy powstaje i jakie ma znaczenie.
1. Rośliny transgeniczne
Zmienność genetyczna to powszechna cecha życia. Organizmy zmodyfikowane genetycznie, a tym samym i wytwarzane z nich pokarmy, są i zawsze były częścią przyrody. Pojawiają się w wyniku mutacji – zmian naturalnie zachodzących w przyrodzie. Przykład takich przekształceń stanowi pszenżyto, płodny mieszaniec pszenicy i żyta, który zawiera chromosomy (a tym samym i geny) obu roślin macierzystych. Powszechnie wykorzystuje się pszenżyto w rolnictwie i hodowli, ponieważ ma dużo białka (jak pszenica), dzięki czemu jest rośliną paszową. Ponadto ma mniejsze wymagania w uprawie niż żyto.
Rośliny i inne organizmy powstałe w wyniku doboru sztucznego oraz naturalnego zawierają jedynie geny, które wytworzyła sama przyroda. Dzięki trwającym wieki zabiegom hodowlanym i selekcji wysiewane obecnie na polach zboża nie przypominają gatunków, od których pochodzą. Dzikie formy zbóż w większości zanikły, gdyż zostały wyparte przez masowo produkowane nowe odmiany.
Przykładem roślin, których geny występują w nowym zestawie, a tym samym przejawiają się w postaci nowych cech są truskawki – mieszańce odmian dziko rosnących poziomek. Powstały w XVIII w. ze skrzyżowania poziomek pochodzących z Ameryki Południowej i Północnej. Ich twórcami są ogrodnicy pracujący na dworze Ludwika XIV.
Organizmy, których cechy dziedziczne zostały zmienione wskutek ingerencji w ich materiał genetyczny, określa się mianem organizmów zmodyfikowanych genetycznie GMO. Organizmy takie otrzymuje się przez modyfikacje genetyczne, które polegają na:
zmianie aktywności obecnych w organizmach genów – geny zostały usunięte lub zablokowane; przykładem jest zmodyfikowany ziemniak, w którym nie działa gen odpowiedzialny za produkcję solaniny – toksycznej substancji zawartej w zielonych częściach tej rośliny;
wprowadzeniu powielonych kopii własnych genów danego organizmu po to, by uzyskać cechę o dużym nasileniu; przykładem jest ziemniak z powieloną kopią własnego genu odpowiedzialnego za produkcję skrobi; lepiej nadaje się do produkcji frytek, ponieważ podczas smażenia chłonie mniej oleju;
wprowadzeniu do genomu genów występujących w naturze, ale w innym organizmie niż ten, który poddano modyfikacji; przykładem jest roślina o nazwie krokosz, zawierająca ludzki gen odpowiadający za produkcję insuliny.
Obecnie możliwe jest wybieranie konkretnych genów i wprowadzanie ich do roślin. Powstałe w ten sposób rośliny transgeniczne i pozyskane z nich produkty poddaje się bardzo rygorystycznym badaniom, by wykluczyć na przykład pojawienie się alergii u ludzi oraz ewentualny szkodliwy wpływ na inne rośliny i zwierzęta.
2. Kultury tkankowe
Komórki roślinne zachowują zdolność dzielenia się oraz odtwarzania tkanek i organów niemal przez całe życie.
Nie wszystkie jednak dzielą się w takim samym tempie. Zależy to od ich wieku, kondycji, grubości ściany komórkowej, stopnia specjalizacji, a nawet położenia w roślinie. Na przykład komórki pobrane z górnej części korzenia marchwi namnażają się wolniej niż te pobrane z części dolnej (stożka wzrostu). Z tego powodu do hodowli tkankowych najczęściej wykorzystuje się komórki pochodzące z bardzo młodych roślin (lub ich stożków wzrostu, w których komórki nie przystąpiły do procesu różnicowania).
Aby pobrane z rośliny komórki rozmnażały się trzeba stworzyć im odpowiednie warunki. Umieszcza się je w szklanych naczyniach w wysterylizowanym środowisku, na specjalnie dobranych pożywkach.
Zwykle po umieszczeniu w pożywce komórka tworzy najpierw tkankę kalusowątkankę kalusową (kallus). Powstaje ona w naturze w miejscu zranienia rośliny. Ma postać bezkształtnej grupy niezróżnicowanych komórek. Przypominają komórki miękiszowe, ale są od nich większych i stale się dzielą. Kallus rozrastając się, zamyka ranę. Pod wpływem hormonów komórki kallusa mogą różnicować się i odtwarzać określone organy. Tkanka ta dobrze rozwija się w odpowiednio dobranej temperaturze i przy dużej wilgotności. Wymaga również odpowiedniej długości okresu światła i ciemności. Z tego powodu rozmnażanie komórek odbywa się w fitotronach, czyli pomieszczeniach, których warunki można precyzyjnie kontrolować.
Zdolności regeneracyjne komórek zostały wykorzystane do prowadzenia hodowli in vitro (w szkle, czyli w zamkniętych naczyniach w specjalnie zorganizowanych warunkach laboratoryjnych). Pochodzące z nich komórki (tkanki i organy) mają identyczny genotyp. Służą do wytworzenia roślin matecznych, które zostaną rozmnożone wegetatywnie i posłużą do uzyskania sadzonek o identycznych cechach. Otrzymane w ten sposób sadzonki są wolne od patogenów, co ułatwia ich uprawę i ogranicza potrzebę stosowania środków ochrony. Tak powstają na przykład rośliny chmielu.
3. Agroinfekcje i ich wykorzystanie
W przyrodzie występują organizmy pełniące rolę inżynierów genetycznych. Jednym z nich jest pospolita bakteria glebowa Agrobacterium tumefaciens. Powoduje ona chorobę zwaną guzowatością korzeni u przeszło 600 gatunków roślin. Agrobacterium wnika do skaleczonych tkanek i nakierowuje metabolizm komórek roślinnych na produkcję substancji nieprzydatnych roślinie, lecz cennych dla bakterii. Dzieje się tak w wyniku przekazania przez bakterię fragmentu DNA (tzw. T‑DNA) pochodzącego z jej plazmiduplazmidu do komórki roślinnej. DNA bakterii wbudowuje się w DNA rośliny i zwiększa produkcję hormonów roślinnych odpowiedzialnych za podziały komórek. Zainfekowane komórki dzielą się, powodując powstanie narośli.
Zdolność bakterii do przekazywania swojego materiału genetycznego komórkom roślinnym została wykorzystana w inżynierii genetycznej. Część DNA bakterii jest zakodowane na plazmidzie, który wnika do komórek roślinnych. Metodami inżynierii genetycznej można w Agrobacterium umieszczać dowolne geny kodujące wybrane białka, a usuwać te geny bakterii, których produkty są niebezpieczne dla roślin. Gdy plazmid wnika do komórek roślinnych, następuje synteza białek zakodowanych w genach umieszczonych na plazmidzie oraz innych białek zakodowanych w genomie roślinnym.
Etapy agroinfekcji:
Obcy gen jest wstawiany do plazmidu.
Bakterie transformuje się zrekombinowanym plazmidem.
Komórki rośliny zakaża się zmodyfikowanymi bakteriami.
Komórki rośliny namnaża się (powstaje tkanka kalusowa).
Tkanka kalusowa różnicuje się na tkanki i organy.
Poniżej znajduje się galeria mediów przedstawiająca poszczególne etapy agroinfekcji.
4. Przykłady roślin modyfikowanych genetycznie
Rośliny modyfikowane genetycznie są łatwiejsze i tańsze w uprawie, lepsze jakościowo lub trwalsze od tradycyjnych. Dlatego wykorzystuje się je przede wszystkim w rolnictwie, ponieważ umożliwiają wydajniejszą produkcję. Możemy wśród nich wyróżnić:
rośliny odporne na środki chwastobójcze (herbicydy), posiadające enzymy, które rozkładają wybrane substancje zawarte w herbicydach; podczas uprawy takich roślin można opryskiwać pola środkami chwastobójczymi, które nie przynoszą im szkody; ułatwia to zabiegi pielęgnacyjne i zmniejsza ich koszty;
rośliny odporne na choroby wywoływane przez grzyby, wirusy i bakterie; Genetycznie zmodyfikowane rośliny posiadają geny kodujące białka, które niszczą ściany lub błony komórkowe patogenów, dzięki czemu uniemożliwiają ich wzrost i rozwój. W ten sposób ogranicza się problem zarówno ekonomicznym, jak i zdrowotny związany z hodowaniem roślin uprawnych.
Zainfekowane zboża nie nadają się do sprzedaży, gdyż zawierają toksyny wytworzone przez grzyby. Muszą więc zostać zniszczone. Dlatego uprawa zboża (mającego geny odpowiedzialne za produkcję enzymów niszczących ścianę komórkową grzybów) odpornego na szkodliwe działanie grzybów likwiduje ten problem.
Genetycznie modyfikowane ziemniaki są z kolei przykładem roślin odpornych na działanie wirusa powodującego liściozwójiściozwój. Ziemniaki te zawierają geny odpowiedzialne za produkcję białka wchodzącego w skład otoczki wirusa. Ponieważ wirusy nie wnikają do komórek już zainfekowanych takie ziemniaki nie chorują.
Podobne modyfikacje zostały zastosowane w przypadku upraw dyni oraz papai, która stanowi na Hawajach 80% upraw.rośliny odporne na owady‑szkodniki; rośliny te mają dodatkowy, pochodzący z bakterii Bacillus thuringiensis, gen Bt (skrót pochodzi od nazwy bakterii) kodujący białko, które jest toksyczne dla owadów, ale nie szkodzi roślinom ani spożywającym je zwierzętom hodowlanym i ludziom; dzięki czemu rolnicy, którzy uprawiają odporne na owady odmiany kukurydzy i bawełny, nie muszą stosować insektycydówinsektycydów, czyli środków owadobójczych;
rośliny odporne na niektóre czynniki środowiska, np. przymrozki, suszę, brak pewnych pierwiastków w glebie; niezależnie od warunków środowiska rośliny te wysoko plonują; można je też wprowadzać do uprawy na obszarach, gdzie do tej pory się nie udawały;
rośliny o wyższej jakości użytkowej; dają na przykład trwalsze, nadające się do długiego przechowywania owoce; te rośliny mają geny blokujące powstawanie enzymów rozkładających ścianę komórkową przejrzałych owoców; inne gatunki mogą też zawierać substancje wzbogacające dietę; należy do nich złoty ryż, który wytwarza karoten (prowitaminę A).
Witamina A jest niezbędna dla człowieka, a jej niedobór może powodować lub przyczyniać się do powstawania ślepoty, łuszczycy, łysienia oraz innych chorób. Złoty ryż został stworzony z myślą o niedożywionych mieszkańcach krajów rozwijających się. Porcja złotego ryżu zaspokaja nawet 60% dziennego zapotrzebowania na witaminę A u dzieci.
Innymi przykładami roślin modyfikowanych są: kukurydza i ziemniaki zawierające więcej skrobi niż uprawy tradycyjne, pszenica produkująca dużo białka, kawa wytwarzająca niewielką ilość kofeiny, truskawki wydające bardzo słodkie owoce, rośliny ozdobne o większych, barwniejszych i bardziej pachnących kwiatach. Pojawiają się także rośliny zawierające szczepionki i antybiotyki.
Wiązy, drzewa używane do nasadzeń parkowych i przydrożnych w Wielkiej Brytanii i na zachodzie Europy, zaatakowała szybko rozprzestrzeniająca się i niezwykle groźna choroba. Straty to miliony obumarłych drzew. Wywołuje ją nowa odmiana grzyba przenoszonego przez korniki, będącego mieszańcem dwóch gatunków. Odmiana ta pojawiła się spontanicznie prawdopodobnie w Chinach. Obecnie prowadzone są badania mające na celu wprowadzenie do komórek wiązów genów odporności na te grzyby.
Znajdź w Internecie informacje uzasadniające wydanie zgody lub jej brak na produkcję roślin GM w wybranych państwach świata.
Poniżej znajduje się galeria mediów przedstawiająca lokalizację oraz powierzchnię upraw roślin GM na świecie.
5. Nadzieje i obawy
Zalety stosowania organizmów modyfikowanych genetycznie:
Stosowanie roślin modyfikowanych genetycznie z punktu widzenia człowieka niesie ze sobą wiele korzyści. Jedna z nich to możliwość stworzenia odmian odpornych na niekorzystne warunki środowiska, a co za tym idzie prowadzenia hodowli w nieprzyjaznych warunkach atmosferycznych (np. w bardzo zimnym lub suchym i gorącym klimacie).
Stosowanie GMO pozwala zwiększyć plony oraz ograniczyć stosowanie chemicznych substancji owadobójczych.
Obniża to koszty produkcji roślinnej.
Żywność modyfikuje się także w celu poprawy jej walorów smakowych oraz wydłużenia trwałości.
W roślinach zmodyfikowanych za pomocą metod inżynierii genetycznej można produkować substancje, np. leki, które później są izolowane z komórek roślin i wykorzystywane w przemyśle.
Istnieją jednak również wady modyfikacji genetycznych:
Z powodu stosunkowo krótkiego czasu stosowania modyfikowanych roślin nie wiadomo, czy spożywanie przez człowieka żywności GMO nie spowoduje na przykład alergii. Mimo prowadzonych badań nie uzyskano danych naukowych, które by potwierdzały, że produkty pochodzące z roślin transgenicznych nie są toksyczne dla człowieka. Nie ma też dowodów na to, że są dla ludzkiego organizmu szkodliwe.
Istnieją obawy, że geny odporności na herbicydy lub owady mogą przenikać z roślin GM do roślin dzikich (niezmodyfikowanych), a tym samym wpływać na ekosystemy oraz powodować, że wszystkie rośliny, zwłaszcza te określane przez człowieka jako chwasty, będą trudne do zwalczenia obecnie używanymi środkami.
Ponadto dziko występujące gatunki mogą zostać wyparte i zastąpione modyfikowanymi, co będzie negatywnie oddziaływać na bioróżnorodność.
Istnieje możliwość pojawienia się nowej, nieoczekiwanej i niebezpiecznej cechy na skutek modyfikacji genetycznej.
Na podstawie badań wpływu GMO na zwierzęta i środowisko, dotychczas nie wykazano negatywnych skutków na zdrowie człowieka 49 odmian GMO dopuszczonych do obrotu na terenie UE. Raporty z badań są dostępne publicznie na stronie Komisji Europejskiej. Dwie odmiany GMO – kukurydza i ziemniak wykorzystywane do produkcji pasz można uprawiać na terenie UE. W Polsce na mocy prawa krajowego zakazano ich uprawy. Od 28 stycznia 2013 r. obowiązują akty prawne regulujące sprawy zakazu uprawy odmian roślin zmodyfikowanych genetycznie wydane na podstawie art. 104 ust. 9 tej ustawy.
W USA istnieją liczące setki hektarów pola obsadzone zmodyfikowaną kukurydzą, na których trudno znaleźć jakiekolwiek owady roślinożerne i ptaki owadożerne. Rzecz w tym, że nie wiadomo na pewno, czy jest to wpływ GMO, czy efekt dawnych metod uprawy z wykorzystaniem dużych ilości chemicznych środków ochrony roślin. Dlatego prowadzone są badania bezpośredniego wpływu upraw GMO na owady i pośredniego na ptaki owadożerne.
Podsumowanie
Początki modyfikacji roślin na drodze doboru naturalnego sięgają 10 tys. lat wstecz.
Modyfikacje genetyczne pozwalają na uzyskanie roślin o lepszych walorach smakowych, bardziej odpornych na szkodniki, dających większe plony.
W roślinach modyfikowanych, w celu ich ochrony przed szkodnikami, wykorzystuje się toksynę bakteryjną Bt pochodzącą z bakterii Bacillus thuringiensis.
Modyfikacje roślin pozwalają m.in. na ograniczenie chemicznych środków ochrony roślin.
Rośliny modyfikowane mogą zaburzać bioróżnorodność i wypierać rośliny dzikie.
Za pomocą metod inżynierii genetycznej w komórkach roślin można produkować substancje użyteczne dla człowieka.
Metoda agroinfekcji wykorzystuje naturalną zdolność wnikania plazmidów bakterii Agrobacterium do komórek roślin.
Praca domowa
Przygotuj się do debaty pod hasłem „Rośliny transgeniczne – nadzieje i obawy”. Niezależnie od posiadanego poglądu, przygotuj 5 argumentów za uprawą takich roślin i 5 przeciw niej. Zadbaj, by argumenty miały wartość naukową, a nie opierały się na emocjach.
Przygotowując się do debaty, wynotuj źródła informacji, z których korzystasz. Sprawdź, kto jest nadawcą komunikatów i jaką korzyść odniesie, gdy przekona czytelników do swoich racji.
Słownik
metoda otrzymywania roślin modyfikowanych genetycznie z wykorzystaniem bakterii Agrobacterium tumefaciens
chemiczne środki przeznaczone do zwalczania w uprawach niepożądanych roślin
środki używane do zwalczania owadów uznawanych zaszkodniki upraw rolnych
rodzaj tkanki twórczej pojawiającej się w miejscu zranienia; tworzy bezkształtną masę komórek zdolnych do szybkich podziałów, zabliźniających ranę; jej komórki mogą ulec różnicowaniu i dać początek tkankom, organom, całym roślinom
tkanki roślinne lub zwierzęce hodowane in vitro, poza organizmem
jeden z objawów chorób roślin, powodowany głównie przez wirusy; blaszki liściowe chorych roślin podwijają się na brzegach, przyjmując łyżeczkowaty kształt lub składają się wzdłuż nerwu głównego; ogonki liściowe i liście stają się sztywne, suche i łatwo się kruszą, przy zgniataniu wydają charakterystyczny chrzęst
mała, kolista cząsteczka DNA, która powiela się (replikuje) niezależnie od reszty materiału genetycznego
Zadania
Wskaż poprawne dokończenie zdania.
Uprawy roślin genetycznie modyfikowanych
- są zabronione we wszystkich krajach.
- są dozwolone w Europie.
- są badane pod kątem negatywnego wpływu na przyrodę.
- niosą udowodnione zagrożenie dla dzikiej przyrody.
Wskaż poprawne zakończenie zdania.
Agroinfekcja to
- wprowadzenie bakterii do komórek roślin uprawnych.
- jedna z metod otrzymywania roślin modyfikowanych genetycznie.
- metoda wykorzystująca wirusy do modyfikacji genetycznych.
- zakażenie roślin chorobami wywoływanymi przez grzyby lub bakterie.
Celem modyfikacji prowadzonych na roślinach użytkowych jest uzyskanie dzięki nim jak największych korzyści, np. ekonomicznych. Niektóre nowo wytworzone odmiany roślin transgenicznych są już odporne na niekorzystne warunki środowiska, takie jak: mróz czy wysokie temperatury, susza czy zasolenie gleby, które do tej pory stanowiły dla zwykłych roślin czynniki ograniczające. Wytworzono też rośliny potrafiące akumulować pierwiastki metali ciężkich z gleby, co daje możliwość ich usuwania ze środowiska.
Indeks górny Źródło: Marcin Kawa, Rośliny transgeniczne GMO – przykłady modyfikacji, BioTechnolog.pl, 2004 Indeks górny koniecŹródło: Marcin Kawa, Rośliny transgeniczne GMO – przykłady modyfikacji, BioTechnolog.pl, 2004