doi: 10.15389/agrobiology.2021.1.66rus
УДК 633.15:581.15:631.543.8
Работа выполнена по Программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2020 годы (№ гос. регистрации AAAA-A17-117102740101-5) (ГМ-кукуруза получение, оценка рисков) и при финансовой поддержке гранта № 18-29-14048мкРФФИ (моделирование поведения ГМ-кукурузы в полевых условиях).
ОЦЕНКА РИСКОВ ПЕРЕОПЫЛЕНИЯ КУКУРУЗЫ
ПРИ СОВМЕСТНОМ ВЫРАЩИВАНИИ НЕСКОЛЬКИХ ЛИНИЙ
В УСЛОВИЯХ ЮГО-ВОСТОКА ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ
Ю.С. ГУСЕВ1, О.В. ГУТОРОВА1, Е.М. МОИСЕЕВА1, В.В. ФАДЕЕВ1,
С.А. ЗАЙЦЕВ2, Д.П. ВОЛКОВ2, Е.А. ЖУК2, И.В. ВОЛОХИНА1,
М.И. ЧУМАКОВ1 ✉
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.
Ключевые слова: ГМ-растения, риски переопыления, кукуруза, буферные зоны.
Yu.S. Gusev1, O.V. Gutorova1, E.M. Moiseeva1, V.V. Fadeev1,
S.A. Zaytsev2, D.P. Volkov2, E.A. Zuk2, I.V. Volokhina1,
M.I. Chumakov1 ✉
The new Russian Federal law (No. 358 of 03.07.2016) prohibits the commercial use of GM plants in agriculture, but allows, since 2018, for the first time in Russia their cultivation and testing for research purposes. Consequently, there is a need to assess and develop criteria for safe co-cultivation of non-GM and GM varieties, which are currently absent in Russia. In this paper, it was established for the first time that the 10-15 m distance is sufficient to prevent cross-pollination between maize lines with an acceptable presence of 0.9 % of the donor’s genetic material, regardless of the recipient line, donor and recipient time flowering, and the wind direction in Saratov condition (South-West region of European part of Russia). The work aimed to assess the influence of the distance between pollen donor and recipient, wind direction, donor and recipient time flowering, and a buffer zone presence between them on the crossing frequency in mixed maize crops. The maize lines Korichnevyi marker (KM), GPL-1, Zarodyshevyi marker Saratovskii Purpurnyi (ZMS-P), Purpurnaya Saratovskaya (PS), as well as hybrids Purpurnyi (GP), Raduga and Tester 3 were grown (the experimental field of the Rossorgo, Saratov, South-West region of European Russia, 2018-2019). We planted the GP and ZMS-P lines as pollen donors in 2018 on a 3×80 m2 area with planting density of 7-10 plants per 1 m2. Between the pollen donor area, maize KM and GPL-1 lines were planted, and around them there were a 1290 m2 area of yellow-colored grain recipients (Raduga and Tester 3 hybrids). In September, 5-12 ears from each pollen recipient were harvested. The cross-pollination frequency was calculated as the ratio of purple grains (GP pollination result) or yellow grains with a purple spot (ZMS-P pollination result) to the total grain number in recipient lines. In 2018 it was established that the maximum percentage (from 0.1 to 13.2 %) derived from cross-pollination with two pollen donors depends on different factors. At closer distances (1-4 m), the cross-pollination increased 4-fold for the earlier flowering recipient. The percentage of crosses for recipient Raduga decreased 3 times with a 10 m increase in the distance and 11 times at a 40 m distance from the donor plants. Experiments in 2018 indicate that the 10 m distance from the pollen donor guarantees the percentage of crosses not exceeding the 0.9 % GM threshold in food products accepted in the European Union and Russia. In 2019, we used PS inbred line as a pollen donor. The PS was planted on a 3×5 m plot with Sudanese grass (Sorghum × drummondii) Allegory cultivar as a buffer zone 3 m wide to the East and West and 15 m long to the South-West and North-East. Yellow-grain hybrid Raduga was planted around the buffer zone. The frequency of crosses was calculated as the ratio of the number of purple grains to the total number of Raduga grains per ear. In 2018, the frequency of crosses was also estimated depending on the synchronism of flowering between pollen donors and recipients. The GPL-1 recipient with a 9-day difference from PG (pollen donor) in the beginning of flowering showed a 4 % lower pollination rate compared to a KM line with a flowering period closer to the PG pollen donor (1-day difference). Tall plants of PG donor of pollen prevented spreading pollen from a short ZMS-P donor to the Tester 3 and Raduga recipients in the direction of the wind rose. In 2019, no more than 0.9 % of purple grains were observed for the recipient Raduga when using a buffer zone of 15 m and more from the pollen donor in the wind rose direction. Based on the results of field experiments, the isolation distance from 15 m or more can be recommended to exclude cross-pollination of maize within the threshold of 0.9 % in the conditions of the South-East of the European part of Russia.
Keywords: GM plants, cross-pollination risks, maize, buffer zones.
1ФГБУН Институт биохимии и физиологии растений |
Поступила в редакцию |
