Zastosowani

e

biotechnolog

ii 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

z

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.

Rolnictwo+Biotechnologia=

AGROBIOTECHNOLOGIA

Rolnictwo:

•

tradycyjne

•

ekologiczne

•

agrobiotechnologia

Dlaczego światu potrzebna jest

agrobiotechnologia?



15,5 milionów km

2

ziemi jest dzisiaj pod uprawą



W 2050 roku potrzebne będzie 38 milionów km

2

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

Obszary działań agrobiotechnologii

1. produkcja roślin in vitro
2. inżynieria genetyczna
3. hodowla

z

wykorzystaniem

markerów molekularnych.

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)

1

9

9

5

2

0

0

0

2

0

0

5

2

0

1

0

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

2

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

na

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

i

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

i

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.

Rośliny transgeniczne

Rośliny transgeniczne

to takie,

do których wprowadzono nowy,
obcy

gen,

przekazywany

następnym pokoleniom zgodnie z
podstawowymi

prawami

dziedziczenia.

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.

.

Biotechnologiczna i tradycyjna

ścieżka ochrony

ziemniaka przeciwko stonce

ziemniaczanej

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

Przykłady cech o które

wzbogaca się rośliny

uprawne

ODPORNOŚĆ NA SZKODNIKI

Wprowadzenie do genomów ważnych roślin uprawnych, takich
jak kukurydza
i ziemniaki, genu z naturalnie występującej bakterii glebowej:
Bacillus thuringiensis.
Wprowadzony gen koduje powstanie białka Bt, które chroni
roślinę przed żerowaniem larw i owadów dorosłych szkodliwych
muchówek, chrząszczy i motyli.

Przykłady cech o które

wzbogaca się rośliny

uprawne

Tolerancja na herbicyd

Roundup® Ready

Herbicyd Roundup® Ready blokuje działanie
enzymu EPSP, występującego wyłącznie w roślinach,
który bierze udział w produkcji aminokwasów.
Wprowadzenie do genomu rośliny genu
odpowiedzialnego za nadprodukcję enzymu EPSP
pozwala roślinie uodpornić się na działanie
Roundup’u.

Biopaliwa

Biopaliwa

to

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

w

drodze

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



bioremediacja czyli usuwanie zanieczyszczeń gruntu, przy
wykorzystaniu

żywych

mikroorganizmów

w

celu

katalizowania rozkładu lub transformacji różnego rodzaju
zanieczyszczeń w formy mniej szkodliwe

Przewidywane kierunki rozwoju

agrobiotechnologii w Polsce



Hodowla roślin odpornych na

patogeny i szkodniki,
abiotyczne czynniki stresowe



Produkcja nutraceutyków



Diagnostyka chorób roślinnych

Produkty zielonej biotechnologii znajdują

zastosowanie w białej i czerwonej

biotechnologii



Produkcja substancji bioaktywnych



Wykorzystanie transgenicznych roślin do

produkcji szczepionek doustnych i
rekombinowanych białek

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