Примеры и точка зрения в этой статье могут не отражать всемирный взгляд на предмет . ( Март 2017 ) |
Генетически модифицированное дерево ( ГМт , ГМ - дерево , генно-инженерное дерево , ГЭ-дерево или трансгенное дерево ) — это дерево, ДНК которого была изменена с использованием методов генной инженерии . В большинстве случаев целью является придание растению нового признака , который не встречается в природе в пределах вида. Примерами служат устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды и устойчивость к гербицидам , а также изменение уровня лигнина с целью снижения затрат на варку целлюлозы .
Генетически модифицированные лесные деревья пока не одобрены («дерегулированы») для коммерческого использования, за исключением тополей, устойчивых к насекомым, в Китае [1] [2] и одного случая ГМ-эвкалипта в Бразилии. [3] Несколько генетически модифицированных видов лесных деревьев проходят полевые испытания для дерегулирования, и большая часть исследований проводится целлюлозно-бумажной промышленностью , в первую очередь с целью повышения производительности существующих деревьев. [4] Некоторые генетически модифицированные виды садовых деревьев были дерегулированы для коммерческого использования в Соединенных Штатах, включая папайю и сливу . [5] Разработка, тестирование и использование ГМ-деревьев остаются на ранней стадии по сравнению с ГМ-культурами . [6]
Исследования генетически модифицированных деревьев ведутся с 1988 года. [7] Опасения относительно последствий биобезопасности выпуска генетически модифицированных деревьев в дикую природу сдерживали одобрение регулирующими органами лесных ГМ деревьев. Эта обеспокоенность проиллюстрирована в позиции Конвенции о биологическом разнообразии :
Конференция Сторон, признавая неопределенности, связанные с потенциальными экологическими и социально-экономическими последствиями, включая долгосрочные и трансграничные последствия, генетически модифицированных деревьев для биологического разнообразия лесов мира, а также для средств к существованию коренных и местных общин, и учитывая отсутствие надежных данных и возможностей в некоторых странах проводить оценки рисков и определять эти потенциальные последствия, рекомендует Сторонам применять предупредительный подход при решении проблемы генетически модифицированных деревьев. [8]
Предпосылкой для дальнейшей коммерциализации лесных ГМ-деревьев, вероятно, станет их полная стерильность . [6] [9] Плантационные деревья остаются фенотипически похожими на своих диких собратьев, поскольку большинство из них являются продуктом не более трех поколений искусственного отбора , поэтому риск утечки трансгена путем опыления совместимыми дикими видами высок. [10] Одной из наиболее надежных научно обоснованных проблем с ГМ-деревьями является их потенциал для широкого распространения семян и пыльцы . [11] Тот факт, что пыльца сосны перемещается на большие расстояния, хорошо известен, перемещаясь на расстояние до 3000 километров от своего источника. [12] Кроме того, многие виды деревьев долго размножаются, прежде чем их соберут. [13] В совокупности эти факторы заставили некоторых поверить, что ГМ-деревья заслуживают особого экологического внимания по сравнению с ГМ-культурами. [14] Обеспечение стерильности ГМ-деревьев оказалось неуловимым, но усилия в этом направлении предпринимаются. [15] Хотя генетик деревьев Стив Штраус предсказал, что полная локализация может стать возможной к 2020 году, остается много вопросов. [16]
ГМ-деревья, находящиеся в стадии экспериментальной разработки, были модифицированы с помощью характеристик, призванных принести пользу промышленности, лесоводам или потребителям. Из-за высоких расходов на регулирование и исследования большинство генетически модифицированных деревьев в лесоводстве состоят из плантационных деревьев, таких как эвкалипт , тополь и сосна .
Несколько компаний и организаций (включая ArborGen, [17] GLBRC , [18] ...) в целлюлозно-бумажной промышленности заинтересованы в использовании ГМ-технологий для изменения содержания лигнина в плантационных деревьях (особенно эвкалиптах и тополях [19] ). Подсчитано, что снижение лигнина в плантационных деревьях путем генетической модификации может снизить затраты на варку целлюлозы до 15 долларов за кубический метр. [20] Удаление лигнина из древесных волокон традиционно зависит от дорогостоящих и экологически опасных химикатов. [21] Развивая ГМ-деревья с низким содержанием лигнина, есть надежда, что процессы варки и отбеливания потребуют меньшего количества ресурсов, [22] поэтому заводы, поставляемые ГМ-деревьями с низким содержанием лигнина, могут оказывать меньшее воздействие на окружающие их экосистемы и сообщества. [23] Однако утверждается, что уменьшение лигнина может поставить под угрозу структурную целостность растения, тем самым делая его более восприимчивым к ветру, снегу, патогенам и болезням, [24] что может потребовать использования пестицидов, превышающих те, что используются на традиционных плантациях. [25] Это оказалось верным, и был разработан альтернативный подход, которому последовал Колумбийский университет. Этот подход заключался в том, чтобы вместо этого ввести химически лабильные связи (путем вставки гена из растения Angelica sinensis ), что позволяет лигнину распадаться гораздо легче. [26] Благодаря этому новому подходу лигнин из деревьев не только легко распадается при обработке мягким основанием при температуре 100 градусов по Цельсию, но и деревья также сохраняют свой потенциал роста и силу. [27]
Генетическая модификация может позволить деревьям справляться с абиотическими стрессами , так что их географический ареал расширяется. [28] Морозоустойчивые ГМ-эвкалипты для использования на плантациях юга США в настоящее время испытываются на открытых участках с такой целью. ArborGen, компания по биотехнологии деревьев и совместное предприятие целлюлозно-бумажных фирм Rubicon (Новая Зеландия), MeadWestvaco (США) и International Paper (США) [29] возглавляет это исследование. [30] До сих пор выращивание эвкалипта было возможно только на южной оконечности Флориды, морозоустойчивость существенно расширит ареал выращивания на севере. [31]
Фруктовым деревьям требуется подвой с пониженной силой роста, чтобы они оставались маленькими. Генетическая модификация может позволить устранить подвой, сделав дерево менее сильным, следовательно, уменьшив его высоту при полном созревании. Проводятся исследования, чтобы выяснить, какие гены отвечают за силу роста фруктовых деревьев (таких как яблони, груши, ...). [32] [33]
В Бразилии в настоящее время проводятся полевые испытания быстрорастущего ГМ-эвкалипта, которые должны были завершиться в 2015–2016 годах с последующим коммерциализацией. [34] FuturaGene , биотехнологическая компания, принадлежащая Suzano , бразильской целлюлозно-бумажной компании, руководит этим исследованием. Стэнли Хирш, генеральный директор FuturaGene, заявил: «Наши деревья растут быстрее и толще. Мы опережаем всех. Мы показали, что можем увеличить урожайность и темпы роста деревьев больше, чем что-либо, выращенное традиционным способом». [35] Компания стремится сократить циклы сбора урожая с 7 до 5,5 лет, при этом масса будет на 20–30 % больше, чем у обычного эвкалипта. [35] Существуют опасения, что такие цели могут еще больше усугубить негативные последствия лесного хозяйства. Повышенная потребность в воде и питательных веществах почвы со стороны быстрорастущих видов может привести к необратимым потерям в производительности участка и еще больше повлиять на соседние сообщества и экосистемы. [36] [37] [38] Исследователи факультета естественных наук Манчестерского университета модифицировали два гена в тополях, называемых PXY и CLE, которые отвечают за скорость деления клеток в стволах деревьев. В результате деревья растут в два раза быстрее обычного, а также становятся выше, шире и с большим количеством листьев. [39]
Экологически мотивированные исследования в области генетической модификации ведутся. Существуют текущие программы, направленные на стимулирование устойчивости к болезням у деревьев, таких как американский каштан [40] (см. Каштановая болезнь ) и английский вяз [41] (см. Голландская болезнь вяза ) с целью их реинтродукции в дикую природу. Определенные заболевания сократили популяции этих знаковых видов до такой степени, что они в основном потеряны в дикой природе. Генетическая модификация проводится одновременно с традиционными методами селекции в попытке наделить эти виды устойчивостью к болезням. [42]
В 2002 году Государственное управление лесного хозяйства Китая одобрило использование ГМ-тополей в коммерческих целях. [43] Впоследствии в Китае было посажено 1,4 миллиона ГМ-тополей, производящих Bt ( инсектицид ). Они были посажены как ради древесины , так и в рамках китайского проекта «Зеленая стена» , направленного на предотвращение опустынивания . [44] Отчеты указывают на то, что ГМ-тополя распространились за пределы района первоначальной посадки [45] и что происходит заражение местных тополей геном Bt. [46] Эти разработки вызывают беспокойство, особенно потому, что признак производства пестицидов может придать тополю положительное селективное преимущество, обеспечивая ему высокий уровень инвазивности . [47]
Living Carbon, американская биотехнологическая компания, основанная в 2019 году, разработала генетически модифицированные гибридные тополя, нацеленные на улучшение секвестрации углерода. Эти деревья были модифицированы для повышения эффективности фотосинтеза, что позволяет им улавливать больше углекислого газа (CO₂) и производить больше древесной биомассы, чем обычные деревья. Миссия Living Carbon заключается в использовании технологий для борьбы с изменением климата, одновременно способствуя сохранению биоразнообразия и восстановлению деградировавших экосистем. [48] [49]
Генетически модифицированные деревья Living Carbon были впервые посажены в пойменном лесу в Джорджии, США, в феврале 2023 года. Ранние полевые испытания показали, что эти деревья достигли 53% увеличения надземной биомассы по сравнению с контрольными группами, что позволило им поглощать на 27% больше углерода. [49] Компания получает доход, продавая углеродные кредиты, полученные из этих лесов, частным лицам и предприятиям, стремящимся компенсировать выбросы парниковых газов. [50]
Сторонники подхода Living Carbon подчеркивают его потенциал для внесения вклада в глобальные климатические решения, особенно при развертывании в больших масштабах. Модифицированные деревья предназначены для использования в проектах по лесонасаждению и лесовосстановлению на деградированных землях, где они могут помочь в улавливании углерода и восстановлении экосистемы без вытеснения местных видов. Эти проекты также направлены на повышение биоразнообразия при решении проблемы деградации окружающей среды. [51]
Использование генетически модифицированных деревьев было встречено скептически. Критики, включая некоторых экспертов по лесному хозяйству и генетике, сомневаются, будут ли деревья соответствовать ожиданиям по поглощению углерода за пределами контролируемых лабораторных условий. Также высказывались опасения по поводу потенциальных экологических рисков, таких как непреднамеренное распространение генетически модифицированных признаков в популяциях диких деревьев, что может нарушить местные экосистемы. [52] [53] Мэдди Холл, соучредитель Living Carbon, обратилась к этим опасениям, подчеркнув срочность мер по борьбе с изменением климата и ограничения ожидания естественных эволюционных процессов для повышения устойчивости деревьев. Однако эксперты отмечают, что достижение успеха в лабораторных или тепличных испытаниях не гарантирует аналогичных результатов в сложных природных условиях. [54]
на плантациях и бумажных фабриках или рядом с ними могут получить чистую экологическую выгоду в виде более чистой воды и воздуха в своих сообществах. (стр. 73)
ученые считают ... что снижение содержания лигнина может привести к увеличению содержания целлюлозы. Но критики утверждают, что снижение содержания лигнина нарушит структурную целостность растения и сделает его более восприимчивым к патогенам и болезням. (стр. 59)
Изменение качества или количества лигнина может иметь значительные последствия для выживаемости дерева, например, ухудшить его устойчивость к вредителям или болезням и потребовать использования дополнительных пестицидов.
Как отметили Pullman et al. (1998), изменение адаптации деревьев к экологическим стрессам позволит лесоводам выращивать более желанные коммерческие виды деревьев на более широком диапазоне типов почв и мест посадки. (стр. 375)
ArborGen — совместное предприятие International Paper Company (США), MeadWestvaco (США) и Rubicon Limited (Новая Зеландия) (стр. 13)
Сообщается, что частная компания ArborGen сосредоточена на разработке трех сортов ГМ: быстрорастущей
сосны ладанной
для южных сосновых плантаций, эвкалипта с низким содержанием лигнина для использования в Южной Америке и морозостойкого эвкалипта для юга США (стр. ix)
деревья был введен ген, который делает их менее чувствительными к холоду. До сих пор выращивание эвкалипта в США было возможно только на южной оконечности Флориды; морозостойкость может означать, что выращивание будет возможно и в других частях США.
Плантации быстрорастущих деревьев, как правило, дестабилизируют водные циклы, вызывая сокращение водного потока в течение года, исчезновение ручьев в сухой сезон и ущерб другим (агро-)экосистемам (стр. 167)
Биотехнология может непреднамеренно стать еще одним фактором ненадлежащего развития плантаций. Повышенная потребность в питательных веществах и воде почвы быстрорастущих видов при коротких ротациях может привести к необратимой потере производительности участка. (стр. 5)
быстрорастущие трансгенные деревья потребуют дополнительных питательных веществ и воды в почве, что повлияет на долгосрочное плодородие почв. Для поддержания высокой урожайности могут потребоваться значительные внесения удобрений
года назад Государственное управление лесного хозяйства Китая одобрило генетически модифицированные (ГМ) деревья тополя для коммерческой посадки.
модифицированный ген, вероятно, распространился за пределы области исходных посадок (стр. 206)
Нанкинский институт наук об окружающей среде сообщил, что загрязнение местных тополей геном Bt уже происходит. (стр. 4)
Bt-тополя выращиваются рядом с нетрансгенными деревьями, что, возможно, задерживает возникновение устойчивости. Если это так, то трансгенные тополя будут иметь более высокую приспособленность по сравнению с другими деревьями, таким образом, предположительно, способствуя их инвазивности в среднесрочной или даже долгосрочной перспективе. (стр. 16)