Zastosowanie biotechnologii w rolnictwie

Plan prezentacji



Czym jest agrobiotechnologia?



Dlaczego agrobiotechnologia jest
potrzebna?



Czemu służy biotechnologia w
rolnictwie?



Korzyści z jej stosowania



Rozwój zielonej biotechnologii



Rośliny transgeniczne



Zwierzęta transgeniczne



Biopaliwa



Perspektywy rozwoju
agrobiotechnologii

Podstawowe pojęcia

Rolnictwo

jest jednym z działów gospodarki, którego

głównym zadaniem jest dostarczenie żywności. Rolnictwo
uzyskuje produkty roślinne i zwierzęce dzięki uprawie roślin i
hodowli zwierząt.

Biotechnologia

zaś jest nauką wykorzystującą procesy

biologiczne  na  skalę  przemysłową.  Najczęściej  ma  ona
zastosowanie  w  medycynie,  produkcji  żywności  i  rolnictwie.
Biotechnologia  jest  dynamicznie  rozwijającą  się  dziedziną
współczesnej  wiedzy,  która  korzysta  z  różnych  metod
badawczych,

lecz

głównie

inżynierii

genetycznej.

Podstawowym  celem  współczesnej  biotechnologii  jest
zmodyfikowanie  mikroorganizmów  oraz  komórek  roślinnych  i
zwierzęcych  tak,  aby  procesy  życiowe  nowych  organizmów
były  szybsze,  wydajniejsze,  tańsze  i  dostarczały  nowych
metabolitów.

Dlaczego światu potrzebna jest

agrobiotechnologia?



15,5 milionów km

ziemi jest dzisiaj pod uprawą



W 2050 roku potrzebne będzie 38 milionów km

upraw

Ale:



Większość przydatnej do produkcji rolniczej ziemi

jest już pod uprawą



Zagospodarowanie obszarów naturalnych dla

potrzeb rolnictwa nie jest rozwiązaniem na
przyszłość

Biotechnologia umożliwia lepsze

wykorzystanie dostępnego areału i bardziej

zrównoważoną praktykę rolniczą

źrodło: The Monaco Summits – Agro and Food Industry Forum,

Monte Carlo

Czemu służy biotechnologia w rolnictwie?



ŻYWNOŚĆ

Polska = 3% produkcji UE;
brak samowystarczalności



PASZE

Polska = import 1,5 mln ton GM soi i kukurydzy



BIOMATERIAŁY

bawełna, biosteel, biodegradowalne „bioplastiki”



BIOENERGETYKA

bioetanol, diodiesel, biomasa



ROŚLINY JAKO BIOREAKTORY

Żywność funkcjonalna, produkcja leków

Korzyści ze stosowania

biotechnologii w

rolnictwie

lepsza, precyzyjniejsza i szybsza metoda
hodowli oraz sposób na:



uproszczenie agrotechniki,



wzrost opłacalności produkcji,



redukcję zużycia pestycydów,



ochronę środowiska naturalnego,



poprawienie jakości produktów,



zapewnienie konkurencyjności produkcji

rolniczej.

Rozwój Biotechnologii
rolniczej

Faza 1 CECHY

AGRONOMICZNE

(pomagają rolnikom uzyskiwać większe
plony przy zastosowaniu mniejszej ilości
środków chemicznych)

Faza 2 CECHY

JAKOŚCIOWE

(produkcja lepszej żywności i włókien)

Faza 3 BIOMATERIAŁY

(rośliny jako biofabryki)

Wzrost
znaczenia

Rozwój Biotechnologii rolniczej

Poprawa cech agronomicznych:



odporność na choroby i szkodniki



tolerancja na herbicydy



odporność na stresy abiotyczne

Poprawa cech jakościowych:



produkcja substancji bioaktywnych dla organizmu

człowieka



przedłużona trwałość owoców i warzyw

Rośliny transgeniczne jako biofabryki:



szczepionek roślinnych (np. pomidor z białkiem

wirusa wścieklizny, sałata z antygenem HBsAg)



składników krwi (hemoglobina w tytoniu,

przeciwciała)



dekstryn (np. w ziemniaku)



kleju białkowego stosowanego przy leczeniu złamań

Korzyści wynikające z uprawy roślin

ulepszonych biotechnologicznie



mniej pestycydów w pożywieniu i w środowisku



zachowanie pożytecznych owadów niszczonych „przy
okazji” ochrony roślin insektycydami



mniej toksyn pochodzących z grzybów atakujących
porażone przez szkodniki rośliny uprawne



mniej pozostałości herbicydów w glebie i wodach
gruntowych



zachowanie nieodnawialnych zasobów surowców i
energii – np. dzięki odporności różnych gatunków na
szkodniki i choroby, co ogranicza ilość zabiegów
chemicznych,



ochrona gleby przed erozją i zachowanie jej żyzności
dla przyszłych pokoleń



zmniejszenie emisji CO

do atmosfery dzięki połączeniu

roślin odpornych na herbicydy z technologiami siewu
bezpośredniego.

GBE Polska (Zielona Biotechnologia w Europie)

Green Biotechnology in Europe (GBE)
Zielona Biotechnologia w Europie to program
mający

celu

dostarczanie

informacji

dotyczących biotechnologii rolniczej opartych
na rzeczowych i naukowych faktach.
Polska jest częścią tego międzynarodowego
programu.
Członkowie

GBE

Polska

przestrzegają

wszelkich

zasad

odpowiedzialności

bezpieczeństwa w działaniach dotyczących prac
badawczych  na  etapie  laboratoryjnym                i
doświadczeń  polowych  jak  i komercjalizacji
swoich  produktów.   Działania  GBE  Polska
opierają się  na fakcie, że publiczna akceptacja
każdej

nowej

technologii

wymaga

zaangażowania

długotrwałego

procesu

informacyjno – edukacyjnego.

W okresie od listopada do grudnia 2007 roku firma Martin & Jacob przeprowadziła
badania  marketingowe  opinii  rolników  na  temat  agrobiotechnologii  i  uprawy
roślin  GM.  (Szczegółowa  prezentacja  wyników  dostępna  jest  na  stronie  Polskiej
Federacji Biotechnologii www.pfb.p.lodz.pl.)
Stosunek  rolników  do  agrobiotechnologii  i  uprawy  roślin  GM  można
podsumować     w kilku punktach :



65% respondentów uważa, iż dzięki zastosowaniu odmian GM ich gospodarstwo
mogłoby być bardziej opłacalne,



75% respondentów wie co to jest roślina GM / uprawa GM, w tym 77% z rejonu
występowania omacnicy prosowianki i 74% z pozostałych województw,



65% respondentów uważa, że materiał siewny odmian GM powinien być dostępny

w normalnym obrocie handlowym,



70% respondentów wysiałoby na swoim polu odmianę kukurydzy GM odporną na
omacnicę prosowiankę,



84% uważa, że rolnik powinien mieć swobodę wyboru technologii uprawy roślin,



90% chciałoby stosować nowoczesną technologię uprawy



Spora część respondentów widzi korzyści płynące z upraw GM, w tym:
- 14% wskazuje niższe koszty produkcji,
- 60% wskazuje wyższe plony,
- 43% wskazuje na wyższą odporność roślin,
- 14% wskazuje mniej oprysków,
- 8% wskazuje na wyższą jakość plonów.

Hodowla

roślin

hodowla tradycyjna

Hodowla roślin

ulepszonych

biotechnologicznie

Tradycyjne

krzyżowanie

odmian jest procesem bardzo
żmudnym  i  długotrwałym.
Przebiega  ono  bez  kontroli
nad  poszczególnymi  genami,
które  „migrują”  z  rośliny  do
rośliny w  dowolny sposób. W
efekcie  poprawienie  jednej
właściwości  odmiany  może
wiązać  się                        z
wystąpieniem innych cech
– nie zawsze pożądanych.

Skuteczne rozwiązanie

tego problemu przyniosła
hodowla
roślin

ulepszonych

biotechnologicznie.
Do rośliny wprowadza się
określone geny o znanym
działaniu.

Dzięki

temu

odmiana

zachowuje

wszystkie pierwotne
właściwości i zyskuje nowe
cechy bez konieczności
wielokrotnego krzyżowania
roślin.

Modyfikacje roślin uprawnych

Pomimo, że badaniami nad transgenezą objęte są prawie wszystkie gatunki
roślin uprawnych, a także niektóre dziko rosnące, w uprawie dominują
transgeniczna:

soja, kukurydza, rzepak, bawełna, ziemniak, pomidor,

dynia

. Do produkcji wprowadzono do tej pory 67 różnych odmian z czego

połowa  dotyczy  dwóch  gatunków:  kukurydzy  i  rzepaku.  Modyfikacja
genetyczna  tych  roślin  polega  na  wprowadzeniu  genów  warunkujących
odporność na szkodniki i choroby (wirusowe, bakteryjne i grzybowe). Straty
w plonach powodowane przez szkodniki i patogeny szacowane są na około
40%.  Ograniczenie  ich  jest  ważne  z  ekonomicznego  punktu  widzenia.
Ponadto  rośliny  posiadające  odporność  na  patogeny  mogą  być  uprawiane
bez stosowania pestycydów, są więc zdrowsze dla ludzi.
Wprowadzane  są  także  geny  zmieniające  cechy  użytkowe  roślin  i
przedłużające  ich  trwałość  a  także  odporność  na  herbicydy.  Długa
lista  odmian  transgenicznych  oczekuje  na  dopuszczenie  do  uprawy.  W
badaniach jest także wiele genów, które  uodparniają  rośliny na  stresy
abiotyczne

(susza,

mróz,

zasolenie

gleby

itd.)

podnoszą

produktywność roślin czy są związane z kontrolą procesów reprodukcji.

Organizm

Nowa cecha

Zastosowanie w

żywności

Wnioskodawca

Kukurydza

Tolerancja na owady i

herbicydy

Produkty

żywnościowe i ich

składniki

Ciba-Geigy,

Novartis Seeds

Soja

Tolerancja na herbicydy

Produkty

żywnościowe i ich

składniki

Monsanto

Canola

Tolerancja na herbicydy Olej przetworzony

AgrEvo UK,

Plant Genetic

Systems,

Monsanto,

Hoechst

Schering

Kukurydza

Odporność na owady

Składniki żywności

Monsanto,

Pioneer

Overseas Corp

Kukurydza

Odporność na herbicydy Składniki żywności

AgrEvo

Pomidor

Opóźnione dojrzewanie

Przetwory

pomidorowe

Zeneca

Cykoria

Tolerancja na herbicydy i

męska sterylność

Warzywo

Bejo-Zaden

(czerwona – radicchio

oraz zielona)

Soja

Wysoka zawartość
kwasu oleinowego

Olej

E I DuPont

Nemours

Kukurydza

Tolerancja na herbicydy

Produkty

żywnościowe i ich

składniki

Monsanto

Organizm

Nowa cecha

Zastosowanie w

żywności

Wnioskodawca

Soja

Tolerancja na herbicydy

Nasiona

Plant Genetic

Systems

Kukurydza

Tolerancja na herbicydy

i owady

Warzywo, mrożona

słodka kukurydza i

sproszkowana,

składniki żywności

Novartis Seeds,

Monsanto, Pioneer

Overseas Corp

Burak cukrowy Tolerancja na herbicydy

Cukier, z pulpy -

składniki żywności

Monsanto & Novartis

Seeds

Kukurydza

Tolerancja na herbicydy

i owady

Pioneer Overseas

Corp, Mycogen Seeds

Burak

pastewny

Tolerancja na herbicydy

Pasza dla zwierząt

DLF-Trifolium,

Monsanto, Danisco

Ziemniak

Zmieniony skład skrobi

Skrobia i składniki

Amylogene

Bawełna

Tolerancja na herbicydy

lub owady

Zastosowanie tak jak

inna bawełna

Monsanto

Biopaliwa

Biopaliwa

wszystkie

paliwa

otrzymywane z biomasy
(szczątków

organicznych

lub

produktów  przemiany  materii  roślin
lub  zwierząt,  np.  krowiego  nawozu).
Biopaliwa  są  odnawialnymi  źródłami
energii,  w  odróżnieniu  od  paliw
kopalnych  takich  jak  ropa  naftowa
czy węgiel.

Biopaliwa

BIOMASA:



Zbędny materiał roślinny



Celowo uprawiane rośliny, charakteryzujące się wysoką
zawartością takich składników organicznych jak cukry lub
oleje

Biomasa jako produkt wegetacji roślin jest ciągle
odnawialna, a więc jest to stałe, praktycznie
niewyczerpalne źródło energii. Jak dotąd wykorzystuje się
jedynie około 2% biomasy roślinnej, przy jej rocznych
rezerwach na kuli ziemskiej w ilości 100-200 miliardów ton.
Ilość ta może być o wiele większa, jeżeli zaczną być
uprawiane zmodyfikowane genetycznie rośliny, które będą
odporne na różnego rodzaju czynniki szkodliwe.

Zwierzęta

transgeniczne

Biotechnolodzy pracują nad zwierzętami
transgenicznymi, mając na celu udoskonalenie ich
cech produkcyjnych. Najważniejsze z nich to:



korzystniejsze tempo wzrostu



zwiększona wydajność mleczna,



polepszona jakość mleka,



produkcja mięsa.

Innymi kierunkami transgenezy zwierząt są:
doskonalenie biokonwersji składników pasz,
ulepszanie zestawu enzymów trawiennych,
polepszenie naturalnej odporności na choroby.

Zwierzęta

transgeniczne

Największe  zainteresowanie  skierowane  jest  na
modyfikowanie świń i bydła. Większość manipulacji
genetycznych,  prowadzonych  na  genomie  świń,
zmierza do otrzymania zwierząt ze  zwiększonym
wydzielaniem  hormonu  wzrostu,  uzyskania
większych  przyrostów  masy  ciała,  lepszego
wykorzystania  paszy  lub  redukcji  tłuszczu.
Ważna  jest  również  modyfikacja  genetyczna  świń
w  celu  zwiększenia  odporności  na  choroby  lub
zastosowania  ich  jako  bioreaktorów  do  produkcji
zmodyfikowanych  białek  mleka  przydatnych  w
medycynie czy też potencjalnych dawców organów
do przeszczepu.

Polska „karta” w
agrobiotechnologii



Prace nad przystosowaniem roślin uprawnych do

wiązania azotu z powietrza



W zespole prof. Stefana Malepszego ze Szkoły

Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie trwają
prace  na  ogórkiem  transgenicznym.  Uzyskano  już
ogórki  o  owocach  słodkich,  w  których  słodki  smak
pochodzi od obecności słodkiego białka – taumatyny, a
nie  od  węglowodanów,                          a  także  ogórki
charakteryzujące

się

tzw.

partenokarpią

czyli

zdolnością wytwarzania owoców bez zapylenia. Jest to
ważna cecha użytkowa, szczególnie podczas uprawy w
warunkach szklarniowych, gdyż ogórek jest rośliną
rozdzielnopłciową i do wytworzenia owoców potrzebuje
pyłku z kwiatostanów męskich, a rozsiewanie pyłku w
warunkach szklarniowych jest mocno utrudnione.

Polska „karta” w agrobiotechnologii

Pierwsza polska transgeniczna świnia - knurek TG 1154 - urodziła się we
wrześniu 2003 roku, w Instytucie Zootechniki w podkrakowskich
Balicach. Została stworzona w ramach projektu pt. "Wykorzystanie
genetycznie zmodyfikowanych świń dla pozyskiwania organów do
transplantacji u człowieka". Uczestniczy w nim 10 zespołów naukowych
z całej Polski. Polska transgeniczna świnia ma wbudowany gen, który
może znieść immunologiczną barierę międzygatunkową pomiędzy
świnią i człowiekiem. Bariera immunologiczna jest jedną z największych
przeszkód uniemożliwiających wykorzystanie genetycznie
modyfikowanych świń do pozyskiwania organów do transplantacji u
człowieka.

Perspektywy agrobiotechnologii



zastąpienie

tradycyjnych,

niebiologicznych

procesów

przemysłowych bioprocesami i wytwarzanie produktów
o wysokiej wartości dodanej jak farmaceutyki, specyficzne
związki chemiczne, żywność czy dodatki do żywności



wytwarzanie biomateriałów (biodegradowalne tworzywa
sztuczne

oparte

o związki

wytwarzane

drodze

bioprocesów) oraz biopaliw z odnawialnych surowców
(etanol, biodiesel, biogaz czy też sama biomasa)



bioremediacja czyli usuwanie zanieczyszczeń gruntu, przy
wykorzystaniu

żywych

mikroorganizmów

celu

katalizowania rozkładu lub transformacji różnego rodzaju
zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe

literatura



Prof. dr hab. Maria Klein, Mgr inż. Małgorzata Madej „Rośliny i
żywność genetycznie modyfikowane ”



ANDRZEJ ANIOŁ, STANISŁAW BIELECKI, TOMASZ TWARDOWSKI
„Genetycznie zmodyfikowane organizmy– szanse i zagrożenia
dla Polski”



Broszura na temat biotechnologii rolniczej wydana pod
patronatem Polskiej Federacji Biotechnologii



„BIOTECHNOLOGIA . STAN OBECNY I PERSPEKTYWY ROZWOJU”
Zdzisław Targoński



„Biotechnologia Roślin. Obecne i przyszłe korzyści dla
środowiska, konsumentów, rolników i konkurencyjności Europy.”
Broszura wydana przez Europabio/Green Biotechnology Europe
(GBE)



Źródła internetowe

Document Outline