Оценка рисков переопыления кукурузы при совместном выращивании нескольких линий в условиях юго-востока европейской части России

Оценка рисков переопыления кукурузы при совместном выращивании нескольких линий в условиях юго-востока европейской части России

Автор: Гусев Ю.С., Гуторова О.В., Моисеева Е.М., Фадеев В.В., Зайцев С.А., Волков Д.П., Жук Е.А., Волохина И.В., Чумаков М.И.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Кукуруза: проблемы возделывания

Статья в выпуске: 1 т.56, 2021 года.

Бесплатный доступ

Новый Федеральный закон (ФЗ № 358 от 03.07.2016), действующий в России с 2018 года, разрешает выращивание и тестирование генетически-модифицированных (ГМ) растений в рамках научных исследований, однако научно обоснованная оценка безопасного совместного выращивания нетрансформированных и ГМ-растений, в частности кукурузы, в России пока отсутствует. В настоящей работе в условиях Саратовской области впервые установлено, что расстояние 10-15 м достаточно для предотвращения переопыления линий кукурузы с допустимым присутствием 0,9 % генетического материала донора независимо от линии реципиента, сроков цветения донора и реципиента и направления ветра. Целью работы была оценка влияния расстояний между донором и реципиентом пыльцы, направления ветра, синхронности цветения донора и реципиента и наличия между ними буферной зоны на частоту скрещивания разных линий кукурузы в смешанных посевах. Опытные растения кукурузы ( Zea mays L.) линий Коричневый маркер (КМ), ГПЛ-1, Зародышевый маркер Саратовский - Пурпурный (ЗМС-П), Пурпурная Саратовская (ПС), а также гибриды Пурпурный (ГП), Радуга и Тестер 3 выращивали в 2018-2019 годах на опытном поле РосНИИСК «Россорго» (Саратовская обл., юго-восток европейской части России). В 2018 году донорами пыльцы были гибрид Пурпурный и линия ЗМС-П. Плотность высадки составляла 7-10 растений на 1 м2. ГП и ЗМС-П высаживали на площади 3×80 м2. Между участками - донорами пыльцы была высажена кукуруза линий КМ и ГПЛ-1, образующих буферную зону, а вокруг них располагались участки с реципиентными линиями (гибриды Радуга и Тестер 3), имеющими желтые зерновки, общей площадью 1290 м2. В сентябре отбирали по 5-12 початков каждой реципиентной линии. Частоту переопыления подсчитывали, вычисляя отношение числа пурпурных (результат опыления ГП) или желтых зерен с пурпурным пятном (результат опыления линией ЗМС-П) к общему числу зерен у линий-реципиентов. В эксперименте 2019 года донором пыльцы служила инбредная линия Пурпурная Саратовская . Линию ПС высаживали на участке площадью 3×5 м2, вокруг которого была создана буферная зона с посевом суданской травы сорта Аллегория шириной 3 м в восточном и западном направлениях и длиной 15 м в юго-западном и северо-восточном направлениях. Вокруг буферной зоны была высажена желтозерная кукуруза гибрида Радуга. Частоту скрещиваний рассчитывали, как отношение числа пурпурных зерен к общему числу зерен на початках гибрида Радуга. По данным 2018 года, уже на расстоянии 10 м от ГП процент скрещиваний не превышал принятый в Европейском Союзе и России порог (0,9 % содержания ГМ-сырья в пищевых продуктах). В полевом эксперименте 2019 года наблюдалось не более 0,9 % пурпурных зерен у реципиента пыльцы Радуга при использовании буферной зоны 15 м и более от донора (линии ПС) в направлении розы ветров. В зависимости от сочетания разных факторов в 2018 году частота скрещиваний от двух доноров пыльцы колебалась в пределах 0,1-13,2 %. Частота скрещиваний у гибрида Радуга на расстоянии 1-4 м от ГП была в 3 раза выше, чем на расстоянии 10 м. На расстоянии 40 м этот показатель снизился в 11 раз по сравнению с расстоянием 1-4 м и составил 0,1 %. У линии ГПЛ-1 (разница в начале цветения с донором ГП - 9 сут) процент переопылений был в 4 раза меньше, чем у линии КМ (разница в начале цветения с донором ГП - 1 сут). Высокорослый донор ГП препятствовал распространению пыльцы более низкорослой линии ЗМС-П на реципиентов (Тестер 3 и Радуга) в направлении розы ветров. На основании результатов полевых экспериментов изолирующее расстояние 15 м и более может быть рекомендовано для исключения переопыления кукурузы в пределах порога 0,9 % в условиях юго-востока европейской части России.

Еще

Гм-растения, риски переопыления, кукуруза, буферные зоны

Короткий адрес: https://sciup.org/142229469

IDR: 142229469   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2021.1.66rus

Список литературы Оценка рисков переопыления кукурузы при совместном выращивании нескольких линий в условиях юго-востока европейской части России

  • United States Department of Agriculture. World Agricultural Production. Current Report. Circular Series WAP 9-20. October 2020. Режим доступа: https://apps.fas.usda.gov/psdonline/circu-lars/production.pdf. Дата обращения: 01.07.2020.
  • Zhao С., Liu B., Piao S., Wang X., Lobell D.B., Huang Y., Huang M., Yao Y., Bassu S., Ciais P., Durand J.L., Elliott J., Ewert F., Janssens I.A., Li T., Lin E., Liu Q., Martre P., Müller C., Peng S., Pecuelas J., Ruane A.C., Wallach D., Wang T., Wu D., Liu Z., Zhu Y., Zhu Z., Asseng S. Temperature increase reduces global yields of major crops in four independent estimates. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017, 114(35): 9326-9331 (doi: 10.1073/pnas.l701762114).
  • Pellegrino E., Bedini S., Nuti M., Ercoli L. Impact of genetically engineered maize on agronomic, environmental and toxicological traits: a meta-analysis of 21 years of field data. Scientific Reports, 2018, 8(1): 3113 (doi: 10.1038/s41598-018-21284-2).
  • ISAAA. Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops: 2016. ISAAA Brief No. 52. ISAAA, Ithaca, NY, 2016.
  • Голиков А.Г., Степанова Н.Г., Красовский О.А., Скрябин К.Г. Конвенция о биологическом разнообразии — развитие взгляда на биобезопасность и биотехнологию. Биотехнология, 1997, 1: 53-58.
  • Чесноков Ю.В. ГМО и генетические ресурсы растений: экологическая и агротехническая безопасность. Вавиловский журнал генетики и селекции, 2011, 15(4): 818-827.
  • Ujj O. European and American views on genetically modified foods. The New Atlantis, 2016, 49: 77-92.
  • McHughen A. A critical assessment of regulatory triggers for products of biotechnology: Product vs. process. GM Crops & Food, 2016, 7(3-4): 125-158 (doi: 10.1080/21645698.2016.1228516).
  • Ramessar K., Capell T., Twyman R.M., Quemada H., Christou P. Trace and traceability — a call for regulatory harmony. Natural Biotechnology, 2008, 26(9): 975-978 (doi: 10.1038/nbt0908-975).
  • Baram M. Governance of GM crop and food safety in the United States. In: Governing risk in GM agriculture /M. Baram, M. Bourrier (eds.). Cambridge University Press, 2011: 15-56 (doi: 10.1017/CB09780511976582.003).
  • Чумаков М.И., Гусев Ю.С., Богатырева Н.В., Соколов А.Ю. Оценка рисков распространения генетически модифицированной кукурузы с пыльцой при выращивании с нетранс-формированными сортами (обзор). Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(3): 426-445 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.3.426rus).
  • Marceau A., Gustafson D.I., Brants I.O., Leprince F., Foueillassar X., Riesgo L., Areale F.-J., Sowaf S., Kraicg J., Badeah E.M. Updated empirical model of genetically modified maize grain production practices to achieve European Union labeling thresholds. Crop Science, 2013, 53(4): 1712-1721 (doi: 10.2135/cropsci2012.04.0224).
  • Nicolia A., Manzo A., Veronesi F., Rosellini D. An overview of the last 10 years of genetically engineered crop safety research. Critical Review Biotechnology, 2014, 34(1): 77-88 (doi: 10.3109/07388551.2013.823595).
  • Sirsi E. Coexistence: a new perspective, a new field. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 2016, 8: 449-454 (doi: 10.1016/j.aaspro.2016.02.042).
  • Meillet A., Angevin F., Bensadoun A., Huby G., Monod H., Messéan A. Design of a decision support tool for managing coexistence between genetically modified and conventional maize at farm and regional levels. Ecological Informatics, 2015, 30: 379-388 (doi: 10.1016/j.ecoinf.2015.09.014).
  • Devos Y., Reheul D., De Schrijver A. The co-existence between transgenic and non-transgenic maize in the European Union: a focus on pollen flow and cross-fertilization. Environmental Biosafety Research, 2005, 4(2): 71-87 (doi: 10.1051/ebr:2005013).
  • Riesgo L., Areal F.J., Sanvido O., Rodriguez-Cerezo E. Distances needed to limit cross-fertilization between GM and conventional maize in Europe. Nature Biotechnology, 2010, 28(8): 780-782 (doi: 10.1038/nbt0810-780).
  • Galeano P., Debat C.M., Ruibal F., Fraguas L.F., Galván G.A. Cross-fertilization between genetically modified and non-genetically modified maize crops in Uruguay. Environmental Biosafety Research, 2010, 9(3): 147-154 (doi: 10.1051/ebr/2011100).
  • Baltazar B., Castro Espinoza L., Espinoza Banda A., de la Fuente Martínez J.M., Garzón Tiznado J.A., González García J., Gutiérrez M.A., Guzmán Rodríguez J.L., Heredia Díaz O., Horak M.J., Madueño Martínez J.I., Schapaugh A.W., Stojsin D., Uribe Montes H.R., Zavala García F. Pollen-mediated gene flow in maize: implications for isolation requirements and coexistence in Mexico, the center of origin of maize. PloS ONE, 2015, 10(7): e0131549 (doi: 10.1371/journal.pone.0131549).
  • Bückmann H., Thiele K., Schiemann J. CMS maize: a tool to reduce the distance between GM and non-GM maize. EuroChoices, 2016, 15(1): 31-35 (doi: 10.1111/1746-692X.12116).
  • Venus T.J., Dillen K., Punt M.J., Wesseler J.H. The costs of coexistence measures for genetically modified maize in Germany. Journal of Agricultural Economics, 2017, 68(2): 407-426 (doi: 10.1111/1477-9552.12178).
  • Ricci B., Messéana A., Lelievrec A., Colénod F.C., Angevin F. Improving the management of coexistence between GM and non-GM maize with a spatially explicit model of cross-pollination. European Journal of Agronomy, 2016, 77: 90-100 (doi: 10.1016/j.eja.2016.04.008).
  • Liu Y., Chen F., Guan X., Li J. High crop barrier reduces gene flow from transgenic to conventional maize in large fields. European Journal of Agronomy, 2015, 71: 135-140 (doi: 10.1016/j.eja.2015.09.005).
  • Duncan B., Leyva-Guerrero E., Werk T, Stojsin D., Baltazar B.M., García-Lara S., Zavala-López M., de la Fuente-Martínez J.M., Meng C. Assessment of potential impacts associated with gene flow from transgenic hybrids to Mexican maize landraces. Transgenic Research, 2019, 28(5-6): 509-523 (doi: 10.1007/s11248-019-00160-3).
  • Behn T., Aheto D.W., Mwangala F.S., Fischer K., Bones I.L., Simoloka C., Mbeule I., Schmidt G., Breckling B. Pollen-mediated gene flow and seed exchange in small-scale Zambian maize farming, implications for biosafety assessment. Scientific Reports, 2016, 6: 34483 (doi: 10.1038/srep34483).
  • Киль В.И. Теоретическое обоснование и практическое использование молекулярно-генетиче-ских методов в защите сельскохозяйственных растений от вредителей и оценке трансгенных растений на биобезопасность. Автореф. докт. дис. Краснодар, 2010.
  • Ma B.L., Subedi K.D., Reid L.M. Extent of cross-fertilization in maize by pollen from neighboring transgenic hybrids. Crop Science, 2004, 44(4): 1273-1282 (doi: 10.2135/cropsci2004.1273).
  • Bannert M., Stamp P. Cross-pollination of maize at long distance. European Journal of Agronomy, 2007, 27(1): 44-51 (doi: 10.1016/j.eja.2007.01.002).
  • Langhof M., Hommel B., Hûsken A., Schiemann J., Wehling P., Wilhelm R., Rûhl G. Coexistence in maize: do nonmaize buffer zones reduce gene flow between maize fields? Crop Science, 2008, 48(1): 305-316 (doi: 10.2135/cropsci2007.04.0189).
  • Гуторова О.В., Апанасова Н.В., Юдакова О.И. Создание генетически маркированных линий кукурузы с наследуемыми и индуцированными типами партеногенеза. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2016, 18(2): 341-344.
  • Coe E.H. Jr. A line of maize with high haploid frequency. The American Naturalist, 1959, 93(873): 381-382 (doi: 10.1086/282098).
  • Смолькина Ю.В., Сериков Л.В., Калашникова Э.В. Выявление гаплоидов у пурпурных форм кукурузы. Бюллетень ботанического сада Саратовского государственного университета, 2004, 3(1): 144-148.
  • Chamecki M., Gleicher S.C., Dufault N.S., Isard S.A. Diurnal variation in settling velocity of pollen released from maize and consequences for atmospheric dispersion and cross-pollination. Agricultural and Forest Meteorology, 2011, 151(8): 1055-1065 (doi: 10.1016/j.agrformet.2011.03.009).
  • Luna S., Figueroa J., Baltazar B., Gomez R., Townsend R., Schoper J.B. Maize pollen longevity and distance isolation requirements for effective pollen control. Crop Science, 2001, 41(5): 15511557 (doi: 10.2135/cropsci2001.4151551x).
  • Angevin F., Klein E., Choimet C., Meynard J., de Rouw A., Sohbi Y. Modélisation des effets des systèmes de culture et du climat sur les pollinisations croisées chez le maïs. Isolement des collectes et maîtrise des disséminations au champ. In: Rapport du groupe 3 du programme de recherche: pertinence économique et faisabilité d'une /Шик sans utilisation d'OGM, INRAFNSEA /J.-M. Meynard, M. Le Bail (eds.). Thiverval-Grignon, France, 2001: 21-36.
  • Jarosz N., Loubet B., Durand B., Foueillassar X., Huber L. Variations in maize pollen emission and deposition in relation to microclimate. Environmental Science & Technology, 2005, 39(12): 4377-4384 (doi: 10.1021/es0494252).
  • Гуторова О.В. Качество пыльцы и особенности строения мужского гаметофита у гапло-индуцирующих линий кукурузы и их гибридов. Бюллетень Ботанического сада Саратовского государственного университета, 2016, 14(2): 62-70.
  • Henry C., Morgan D., Weekes R., Daniels R., Boffey C. Farm scale evaluations of GM crops: monitoring gene flow from GM crops to non-GM equivalent crops in the vicinity: Part I: Forage maize. DEFRA report 'EPG, 2003.
  • Weekes R., Allnutt T., Boffey C., Morgan S., Bilton M., Daniels R., Henry C. A study of crop-to-crop gene flow using farm scale sites of fodder maize (Zea mays L.) in the UK. Transgenic Research, 2007, 16(2): 203-211 (doi: 10.1007/s11248-006-9036-0).
  • Westgate M., Lizaso J., Batchelor W. Quantitative relationship between pollen-shed density and grain yield in maize. Crop Science, 2003, 43(3): 934-942 (doi: 10.2135/cropsci2003.9340).
  • Della Porta G., Ederle D., Bucchini L., Prandi M., Verderio A., Pozzi C. Maize pollen mediated gene flow in the Po valley (Italy): Source—recipient distance and effect of flowering time. European Journal of Agronomy, 2008, 28(3): 255-265 (doi: 10.1016/j.eja.2007.07.009).
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp