Postepy nauk rolniczych - Instytucja PAN

Postepy nauk rolniczych - Instytucja PAN

Postepy
˛
nauk
rolniczych
3/2008
Polska Akademia Nauk
Wydział Nauk
Rolniczych, Leśnych
i Weterynaryjnych
Dwumiesięcznik
nr 334 rok 60
Rada Redakcyjna
A. Grzywacz (przewodnicz¹cy),
Z. Gertych, J. Haman, T. Krzymowski, J.J. Lipa
A. Rutkowski, F. Tomczak, M. Truszczyñski, J. Wilkin
Redakcja
A. Horuba³a (redaktor naczelny),
J. Buliñski, T. Brandyk, A. Gawroñska-Kulesza, W. Józwiak,
J. Zimny, T. ¯ebrowska,
R. Suska (sekretarz redakcji)
Adres Redakcji
00-901 Warszawa, Pa³ac Kultury i Nauki, pokój 2102
tel. 826-05-87, 656-60-17
e-mail: [email protected]
Wydanie publikacji dofinansowane przez Mimisterstwo Nauki i Szkolnictwa Wy¿szego.
Opracowanie redakcyjne, korekta i sk³ad — Danuta Borecka
PL ISSN 0032-5547
Nak³ad 200 egz. Ark. wyd. 8,5. Ark. druk. 7,25.
Sk³ad — DABOR 02-795 Warszawa ul. Kazury 22/27,
tel. 0 22 649-18-99, 600-37-29-29
Druk — Warszawska Drukarnia Naukowa PAN,
00-656 Warszawa ul. Œniadeckich 8, tel./faks 0 22 628 87 77
Postêpy Nauk Rolniczych nr 3/2008: 3–16
Kontrowersje wokó³ transgenicznych
odmian roœlin uprawnych:
przezornoϾ czy technofobia?
Andrzej Anio³
Zak³ad Biochemii i Fizjologii Roœlin,
Instytut Hodowli i Aklimatyzacji Roœlin,
Radzików, 05-870 B³onie
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: bioró¿norodnoœæ, biotechnologia, hodowla roœlin, odmiany
transgeniczne, ocena ryzyka, transformacja
Wstêp
Mija w³aœnie 55 rocznica opublikowania przez Cricka i Watsona w „Nature” hipotezy zak³adaj¹cej, ¿e budowa chemiczna i struktura przestrzenna zwi¹zku nazwanego
kwasem deoksyrybonukleinowym (w anglojêzycznym skrócie zwanym DNA), wystêpuj¹cego w j¹drach komórkowych jest materialnym noœnikiem informacji genetycznej, okreœlaj¹cej kszta³t i funkcjonowanie ¿ywych organizmów. By³o to odkrycie
o podobnie fundamentalnym znaczeniu jak og³oszenie przed ponad stu laty teorii
ewolucji w epokowym dziele Darwina o powstawaniu gatunków, jednak w przeciwieñstwie do ogromnego rozg³osu, jaki towarzyszy³ opublikowaniu ksi¹¿ki Darwina,
odkrycie struktury DNA przez Cricka i Watsona nie by³o takim wydarzeniem i dopiero po pó³ wieku jego znaczenie dotar³o do powszechnej œwiadomoœci. Doœwiadczalne potwierdzenie tej hipotezy i wynikaj¹ce z tego dalsze prace zapocz¹tkowa³y
ogromne przyspieszenie w badaniach biologicznych; praktyczne zastosowania wyników tych badañ prowadz¹ do du¿ych zmian w wielu dziedzinach ¿ycia, szczególnie
w medycynie i szeroko pojmowanym rolnictwie wraz z leœnictwem i ochron¹ œrodowiska. Innowacje te stanowi¹ podstawê nowej technologii – biotechnologii, która
w znacznym stopniu ju¿ wp³ywa i zapewne w jeszcze wiêkszym stopniu wp³ynie na
gospodarkê, ¿ycie spo³eczne, a tym samym i politykê w XXI w. Podobnie jak dotychczasowe zmiany i nowe technologie w przesz³oœci, równie¿ wyzwania zwi¹zane
z wkraczaniem biotechnologii spotykaj¹ siê z wielkim entuzjazmem z jednej strony
4
A. Anio³
i z obawami i wrogoœci¹, czêsto wyra¿anymi w gwa³townej formie z drugiej. Zmiany,
jakie dzisiaj towarzysz¹ biotechnologii mog¹ budziæ nawet wiêksze emocje ni¿ te
zwi¹zane z transformacjami w przesz³oœci, poniewa¿ dotycz¹ samej istoty naszego
¿ycia, wi¹¿¹ siê z ingerencj¹ w fundamentalny mechanizm kodowania i przekazywania informacji genetycznej i dotykaj¹ naszego sposobu ¿ycia, po¿ywienia oraz
obyczajów.
Rysuj¹ce siê przemiany spowodowane postêpami nauki paradoksalnie zbiegaj¹
siê z za³amaniem siê wiary i zaufania spo³ecznego do nauki i naukowców. Jest wiele
przyczyn tego za³amania siê pozytywistycznej wiary w postêp i braku zaufania do
nauki i jej przedstawicieli. Jedn¹ z nich jest rozpowszechnienie szeregu mitów
i uproszczeñ, w czym niepoœledni¹ rolê odegra³y poluj¹ce na sensacje media.
„Wzrost i upadek GMO” pod takim tytu³em kana³ 4 publicznej telewizji w Wielkiej Brytanii nada³ w po³owie maja 2000 r. w godzinach najlepszej ogl¹dalnoœci
dyskusjê o organizmach zmodyfikowanych genetycznie (GMO) i ich wykorzystaniu
w gospodarce [2]. By³ to rzadki przypadek by telewizja poœwiêci³a tyle uwagi i cennego czasu antenowego metodzie wytwarzania, g³ównie dotycz¹cego produkcji
roœlinnej. Jak to siê sta³o, ¿e metodyka hodowli nowych odmian roœlin sta³a siê na tyle
atrakcyjna, aby znaleŸæ siê w mediach jako temat wart prezentacji szerokiej opinii
publicznej? Bezpoœredni¹ przyczyn¹ zainteresowania mediów problematyk¹ GMO
jest intensywna i bardzo skuteczna w Europie kampania, ukierunkowana na negatywne przejawy wspó³czesnej cywilizacji. W tym kontekœcie GMO sta³y siê dobrym
pretekstem prowadzenia kampanii przez wiele ruchów sumarycznie okreœlanych jako
organizacje proekologiczne lub jako „zieloni”.
Jak wykazuj¹ wyniki sonda¿y opinii publicznej opór przeciw stosowaniu GMO
jest ró¿ny w zale¿noœci od rodzaju GMO i dziedziny, w jakiej jest stosowane; bardzo
niewielkie s¹ opory w stosowaniu GMO do produkcji leków czy w zabiegach ochrony
œrodowiska, czy nawet w tzw. zamkniêtym u¿yciu, czyli w zamkniêtych zbiornikach –
fermentorach, w których genetycznie modyfikowane bakterie wytwarzaj¹ enzymy
u¿ywane póŸniej do produkcji proszków do prania, piwa czy jogurtów, natomiast
najwiêkszy opór budzi stosowanie GMO w rolnictwie w formie transgenicznych
odmian roœlin uprawnych [23].
Przyczyny takiego stanu rzeczy s¹ wielorakie, podobnie jak argumenty przytaczane przeciw stosowaniu GMO s¹ równie¿ bardzo ró¿nej natury; od uzasadnionych
merytorycznie zastrze¿eñ, wynikaj¹cych ze stosowania zasady przezornoœci [11] do
skrajnie emocjonalnych, pozamerytorycznych uprzedzeñ wynikaj¹cych z obawy
przed czymœ nowym. Publicznej dyskusji nad GMO w mediach towarzyszy
ogromny „szum informacyjny”, wymieszanie argumentów racjonalnych z uprzedzeniami, co utrudnia lub wrêcz uniemo¿liwia osobom bezpoœrednio niezwi¹zanym
z zagadnieniem wyrobienie sobie pogl¹du i zajêcie w³asnego stanowiska w tej
sprawie. Z kolei, wypowiedzi osób obeznanych z merytorycznymi i technicznymi
aspektami GMO s¹ traktowane z nieufnoœci¹ ze wzglêdu na podejrzenia
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
5
o stronniczoœæ wynikaj¹c¹ z bezpoœredniego zaanga¿owania w badania i wytwarzanie GMO.
Jak ju¿ wspomniano, wykorzystanie nowych technik rekombinowanego DNA
w hodowli odmian roœlin uprawnych i wprowadzenie do produkcji tych odmian budzi
najwiêksze kontrowersje i jest jednoczeœnie najdynamiczniej rozwijaj¹c¹ siê dziedzin¹ biotechnologii rolniczej [3].
Transformacja – nowoczesny sposób ulepszania roœlin
z wykorzystaniem metod in¿ynierii genetycznej
Nowe odmiany roœlin uprawnych, uzyskane przy u¿yciu technik biologii molekularnej nazwano odmianami transgenicznymi lub roœlinami GM (skrót pochodzi od
angielskiego terminu „genetically modified”). W stosowaniu tego akronimu tkwi
zarzewie nieporozumienia – modyfikacje genetyczne s¹ stosowane w hodowli roœlin
i zwierz¹t od dawna i istota sprawy nie tkwi w fakcie dokonywania modyfikacji, ale
w sposobie jej przeprowadzenia, tzn. dokonywania zmian bezpoœrednio w strukturze
noœnika informacji genetycznej (DNA) z pominiêciem mechanizmów rozmna¿ania.
Ka¿dy gatunek wykorzystywany przez cz³owieka uleg³ modyfikacjom genetycznym,
czêsto bardzo gruntownym, wystarczy spojrzeæ na ró¿ne rasy psów czy te¿ roœlinê
kukurydzy, która zosta³a zmodyfikowana w tak zasadniczy sposób, ¿e bez pomocy
cz³owieka nie jest w stanie utrzymaæ siê w œrodowisku, podobnie jak wiêkszoœæ roœlin
uprawnych [1]. To nie fakt modyfikacji genetycznej jest czymœ nowym, ale sposób jej
przeprowadzenia. Dot¹d organizmy u¿ytkowane przez cz³owieka by³y modyfikowane na drodze selekcji i rozmna¿ania pojawiaj¹cych siê losowo nowych form w potomstwie powsta³ym w wyniku krzy¿owania czy spontanicznie powstaj¹cych zmian,
czyli mutacji. Innymi s³owy, rola cz³owieka – hodowcy polega³a na tworzeniu warunków sprzyjaj¹cych powstawaniu zmiennoœci i wyborze odpowiednich form, przy
czym sam proces powstawania tej zmiennoœci i mechanizmy przekazywania informacji genetycznej pozostawa³y poza mo¿liwoœciami ingerencji lub by³y mo¿liwe tylko
w znikomym stopniu, np. izolowanie zarodków powsta³ych z oddalonych krzy¿ówek
i ich rozwój na sztucznych pod³o¿ach.
Odkrycie praw rz¹dz¹cych przekazywaniem informacji genetycznej przez Mendla (1865 r.) i upowszechnienie tej wiedzy na pocz¹tku XX w., stwierdzenie, ¿e materialnym noœnikiem tej informacji w ka¿dej ¿ywej komórce jest DNA (1944 r.), oraz
rozszyfrowanie kodu, za pomoc¹ którego informacja ta jest zapisana w DNA(1966 r.),
pozwoli³y na opracowanie metod manipulowania bezpoœrednio fragmentami DNA
(od 1980 r.) zawieraj¹cymi okreœlon¹ informacjê dziedziczn¹, czyli genami. Znacznie
upraszczaj¹c, mo¿na powiedzieæ, ¿e dziêki nowym metodom biologii molekularnej
sta³o siê mo¿liwe „in¿ynierskie” podejœcie do hodowli roœlin – mo¿na „konstruowaæ”
organizmy manipuluj¹c odpowiednimi fragmentami DNA z pominiêciem procesów
i mechanizmów rozmna¿ania, co pozwala na ominiêcie wytworzonych w trakcie
6
A. Anio³
ewolucji barier w przekazywaniu informacji genetycznej miêdzy gatunkami i rodzajami organizmów [14]. Obraz ten jest jednak nakreœlony mocno „na wyrost”, jak
dot¹d nie potrafimy przewidzieæ, w jakim miejscu DNA wprowadzony fragment
obcego DNA zostanie wbudowany i czy bêdzie czynny, czyli czy wprowadzone gen
czy geny spowoduj¹ pojawienie siê cechy, któr¹ chcemy uzyskaæ. W zwi¹zku z tym
ka¿de wprowadzenie genu, nawet tego samego genu do tkanki takiej samej roœliny,
jest traktowane jako oddzielne wydarzenie transformacyjne; powsta³e z niego roœliny
s¹ przedmiotem obserwacji i selekcji, analogicznie jak w procesie selekcji potomstwa
krzy¿ówek i tylko osobniki odpowiadaj¹ce za³o¿eniom hodowcy staj¹ siê zacz¹tkiem
nowej odmiany. Takie przenoszenie fragmentów DNA miêdzy organizmami nazywa
siê transformacj¹.
W porównaniu z dotychczasowymi metodami hodowlanymi, transformacja pozwala na znaczne uproszczenie i skrócenie ca³ego procesu wynikaj¹ce z faktu, ¿e
hodowca-biotechnolog nie musi operowaæ ca³ymi kompletami informacji genetycznej dwóch organizmów i mozolnie wyszukiwaæ po¿¹danych form, a mo¿e bezpoœrednio wprowadziæ do danego organizmu jeden lub kilka genów warunkuj¹cych po¿¹dan¹ cechê, np. odpornoœæ na szkodnika. Transformacja pozwala na wprowadzanie
cech z ka¿dego praktycznie organizmu, otwieraj¹c przed hodowcami-biotechnologami nowe mo¿liwoœci wprowadzania do roœlin uprawnych genów warunkuj¹cych
cechy dot¹d niemo¿liwe do osi¹gniêcia, np. z bakterii, i tworzenia odmian o zupe³nie
nowym wykorzystaniu, czêsto niezwi¹zanym z wy¿ywieniem ludzi czy zwierz¹t. Jak
dot¹d, jednak tylko dwa rodzaje odmian transgenicznych s¹ uprawiane na œwiecie:
z wprowadzonym genem odpornoœci na herbicyd ogólnego stosowania (zawieraj¹ce
jako substancje czynne fosfinotricynê lub glifosat) oraz odmiany z genami typu Cry
(Bt) koduj¹cymi bia³ka toksyczne dla paso¿ytniczych owadów [9].
Ogromne mo¿liwoœci i nowe perspektywy, jakie wi¹¿¹ siê z biotechnologi¹ s¹
jednoczeœnie powodem wielu obaw, które leg³y u podstaw tworzonych przepisów
i regulacji prawnych maj¹cych na celu zminimalizowanie ryzyka zwi¹zanego z gospodarczym wykorzystywaniem roœlin GM.
Czy potrzebujemy transgenicznych
odmian roœlin w rolnictwie?
OdpowiedŸ na to pytanie jest ró¿na w zale¿noœci od kraju i rejonu, w jakim jest
zadawane. W krajach rozwiniêtych, gdzie problemem rolnictwa s¹ raczej nadwy¿ki
¿ywnoœci odpowiedŸ jest najczêœciej negatywna, w krajach rozwijaj¹cych siê, cierpi¹cych na niedobory ¿ywnoœci odpowiedŸ bêdzie inna. Malthus w XVII w. malowa³
ponury obraz nadchodz¹cych czasów cechuj¹cych siê permanentnym niedoborem
¿ywnoœci wynikaj¹cym ze znacznie szybszego wzrostu liczebnoœci populacji ludzi
ni¿ mo¿liwoœci produkcyjnych rolnictwa. Jednak dziêki rozwojowi nauk przyrodniczych i rolniczych w krajach rozwiniêtych nie tylko udawa³o siê wymkn¹æ siê z tej
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
7
pu³apki, ale mo¿liwoœci produkcyjne rolnictwa s¹ wiêksze ni¿ potrzeby ¿ywnoœciowe. W konsekwencji rolnictwo stwarza problemy w krajach rozwiniêtych, jednak
zupe³nie innej natury ni¿ te przewidywane przez Malthusa [16].
Pocz¹wszy od lat 50. XX wieku dziêki dop³ywowi energii spoza rolnictwa
(mechaniczna uprawa, nawo¿enie, chemiczna walka z chorobami i chwastami, nawadnianie) oraz zastosowaniu genetyki w nowoczesnej hodowli odmian roœlin rolniczych nast¹pi³ znaczny wzrost wydajnoœci produkcji rolniczej zwany czêsto „zielon¹
rewolucj¹”. Dziêki tym procesom uda³o siê utrzymaæ wzrost produkcji ¿ywnoœci
zaspakajaj¹cy, a nawet niekiedy wyprzedzaj¹cy wzrost liczebnoœci populacji w tempie
1,8% rocznie w skali globu [6]. Skalê osi¹gniêæ mo¿na nastêpuj¹co zilustrowaæ: gdyby
wydajnoœæ z 1 ha „zamroziæ” na poziomie plonów z roku 1961, wówczas wyprodukowanie ¿ywnoœci wystarczaj¹cej do wykarmienia 6 miliardowej populacji z roku 2000
wymaga³oby dodatkowych 850 milionów ha dobrej ziemi ornej, której po prostu nie ma
[7]. Jednak osi¹gniêcia „zielonej rewolucji” maj¹ swoj¹ cenê: rozpowszechnienie
uprawy wydajnych nowoczesnych odmian spowodowa³o znaczne zubo¿enie ró¿norodnoœci biologicznej g³ównych gatunków uprawnych, szczególnie dotkliwe w centrach
ich pochodzenia, stosowanie nawozów mineralnych i œrodków ochrony roœlin powoduje akumulacjê ich pozosta³oœci w glebie i wodzie, nawadnianie prowadzi do zasolenia
itd. Wielu ekspertów sk³ania siê do wniosku, ¿e dalszy wzrost wydajnoœci i produkcji
rolniczej na tej drodze nie jest mo¿liwy, a w niektórych krajach Europy Zachodniej
postulowane jest zmniejszenie dotychczas stosowanych nak³adów na produkcjê. Wyczerpywanie siê mo¿liwoœci intensyfikacji produkcji roœlinnej zwi¹zanych z technologiami
„zielonej rewolucji” ilustruje tendencja spadkowa przyrostu plonów: w póŸnych latach 60
i na pocz¹tku 70 ubieg³ego wieku 2,2% rocznie 1,5% w latach 80 i 1% w latach 90 [15].
Tymczasem dane wskazuj¹, ¿e „zielona rewolucja” pozwoli³a tylko na ograniczone
w czasie „wymkniêcie” siê z maltuzjañskiej pu³apki. Prognozy FAO przewiduj¹ dalszy
wzrost populacji o oko³o 2 miliardy do roku 2040. Wy¿ywienie takiej populacji wymaga
wzrostu produkcji zbó¿ o prawie 40%. Taki wzrost produkcji jest praktycznie mo¿liwy
tylko poprzez wzrost wydajnoœci z ha, poniewa¿ rezerwy ziemi ornej s¹ bardzo ograniczone. Prawie jedna trzecia powierzchni l¹dów naszego globu (bez Antarktydy) jest ju¿
wykorzystywana rolniczo. Dla wy¿ywienia populacji w 2050 roku, przy utrzymaniu
dotychczasowej wydajnoœci, nale¿a³oby zagospodarowaæ rolniczo kolejne 350 mln ha.
Dalsza ekspansja rolnictwa mog³aby siê dokonaæ tylko kosztem lasów, w tym tropikalnych. Jest to scenariusz nie do zaakceptowania [5]. Z drugiej strony podstawowe potrzeby
¿yciowe ludzi, takie jak ¿ywnoœæ, odzie¿ czy schronienie s¹ i bêd¹ priorytetami spo³eczeñstw i trudno bêdzie znaleŸæ rz¹d, który zgodzi siê na wprowadzenie re¿imów ochrony
œrodowiska kosztem biedy i niedo¿ywienia w³asnego spo³eczeñstwa [16].
Nadzieja na odpowiedni do wzrostu populacji wzrost produkcji ¿ywnoœci tkwi we
wzroœcie wydajnoœci z jednostki powierzchni [19]. Dotychczasowy mechanizm podnoszenia plonów, oparty w po³owie na nak³adach energetycznych, a w po³owie na
postêpie biologicznym w du¿ej mierze siê wyczerpa³; dalszy wzrost produktywnoœci
roœlin powinien przede wszystkim wynikaæ z lepszego wykorzystania potencja³u
8
A. Anio³
biologicznego. Osi¹gniêcia i perspektywy in¿ynierii genetycznej otwieraj¹ takie
mo¿liwoœci [4]. Jak z gorycz¹ stwierdzi³ g³ówny architekt „zielonej rewolucji”,
laureat pokojowej Nagrody Nobla Norman Borlaug „Ekstremiœci ruchów ekologicznych, wywodz¹cy siê g³ównie z krajów bogatych lub z uprzywilejowanych sfer
w krajach biednych robi¹ wszystko, aby zablokowaæ postêp w produkcji ¿ywnoœci”.
WypowiedŸ ta odnosi siê do „ideologicznej” opozycji w stosowaniu in¿ynierii
genetycznej do tworzenia bardziej wydajnych odmian roœlin uprawnych [6].
Perspektywy gospodarczego wykorzystania
roœlin transgenicznych
Jak ju¿ wspomniano, transformacja otwiera du¿e i kusz¹ce badaczy perspektywy
wprowadzania i wykorzystywania w roœlinach genów kontroluj¹cych pojawianie siê
cech i w³aœciwoœci po¿¹danych przez producentów, przemys³ przetwórczy i konsumentów. Jakkolwiek teoretyczne mo¿liwoœci manipulowania materia³em genetycznym s¹
nieomal nieograniczone, praktyczne wykorzystanie tych mo¿liwoœci jest znacznie
zawê¿one ze wzglêdu na szereg ograniczeñ wynikaj¹cych z u³omnoœci dotychczas
opracowanych i stosowanych metod wprowadzania odpowiednich fragmentów DNA
i kontroli jego ekspresji w nowym organizmie. Mimo to, nieomal ka¿dego dnia przybywa nowych modyfikacji ulepszaj¹cych roœliny uprawne; znakomita ich wiêkszoœæ ma
jak dot¹d tylko znaczenie jako materia³ doœwiadczalny, poddawany wielu kosztownym
i d³ugotrwa³ym badaniom przed ich ewentualnym wprowadzeniem do uprawy [12].
Tworzone GMO roœlinne mo¿na podzieliæ na kilka zasadniczych grup w zale¿noœci od cech, jakie zosta³y wprowadzone lub zmodyfikowane:
1. Odmiany, w których poprawiono cechy ich wzrostu i plonowania, tzw. cechy
rolnicze, np. odpornoϾ na szkodniki, herbicydy itp. Uzyskano wiele takich
odmian ró¿nych gatunków uprawnych, niektóre z nich wprowadzono do produkcji w po³owie lat 90 ubieg³ego wieku w chwili obecnej s¹ jedynymi odmianami
transgenicznymi stosowanymi na szerok¹ skalê w produkcji roœlinnej.
2. Odmiany o zmienionym sk³adzie chemicznym plonu w kierunku polepszenia jego
w³aœciwoœci jako surowca dla przemys³u lub produktu spo¿ywczego. W tej grupie
przewa¿aj¹ doœwiadczalne formy transgeniczne, takie jak np. rzepak zawieraj¹cy
w nasionach t³uszcz sk³adaj¹cy siê w ponad 80% z kwasu erukowego lub te¿
zawieraj¹cy w nasionach ponad 40% kwasu laurynowego. Innym przyk³adem jest
bawe³na, która w wyniku transformacji genami z bakterii wytwarza w³ókno
naturalnie barwione, np. w kolorze popularnych jeansów. Jak dot¹d odmiany tej
grupy w niewielkim stopniu s¹ uprawiane na skalê produkcyjn¹. Do tych nielicznych form nale¿y rzepak jary o podwy¿szonej zawartoœci kwasu laurynowego
w nasionach uprawiany w Kanadzie na oko³o 40 000 ha.
3. Odmiany o polepszonych w³asnoœciach dietetycznych i zdrowotnych plonu, s¹ to
konstrukcje prawie wy³¹cznie doœwiadczalne. Przyk³adem mo¿e byæ ry¿ tzw.
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
9
Golden rice, do którego wprowadzono skomplikowany uk³ad genów roœlinnych
i bakteryjnych, który umo¿liwia syntezê protokarotenu w bielmie tego zbo¿a, a jego
niedobór w diecie jest powodem zaburzeñ wzroku. Ma to potencjalnie ogromne
znaczenie dla krajów, w których ry¿ jest podstawowym i czêsto niestety prawie
jedynym komponentem diety. Wed³ug danych ISAAA w Iranie w 2006 roku
wysiano ju¿ tak¹ odmianê ry¿u na 50000 ha. Inne przyk³ady to wzrost zawartoœci
strawnego w³ókna w zbo¿ach – dzia³anie przeciw mia¿d¿ycowe. Pojawienie siê
takich odmian jest planowane w drugim piêcioleciu trzeciego tysi¹clecia.
4. Odmiany roœlin uprawnych gromadz¹cych w znacznych iloœciach substancje
chemiczne przydatne dla przemys³u g³ównie farmaceutycznego czy te¿ biopolimery do wykorzystania w przemyœle chemicznym. Pojawi³o siê szereg doniesieñ
o uzyskaniu tego typu roœlin transgenicznych, np. ziemniaki o zmienionej strukturze skrobi w kierunku jej wykorzystania do produkcji biodegradowalnych mas
plastycznych. W tej dziedzinie pojawiaj¹ siê frapuj¹ce mo¿liwoœci uzyskiwania
roœlin produkuj¹cych ró¿ne substancje chemiczne o charakterze leków czy biopreparatów (np. poszczególnych bia³ek osocza krwi) pod warunkiem identyfikacji i izolacji odpowiednich genów odpowiedzialnych za ich syntezê. Pojawienie
siê w produkcji tego typu odmian jest spodziewane w drugiej dekadzie XXI w.
5. Odmiany roœlin produkuj¹cych surowce energetyczne, czyli rolnicza produkcja
odnawialnych Ÿróde³ energii. Pierwsze próby w tym kierunku podjêto podczas
kryzysu energetycznego w latach 70 (rzepak, lateks z wilczomleczowatych).
Wytworzenie GMO o wyraŸnie polepszonej wydajnoœci gromadzenia substancji
energetycznych i jednoczeœnie zdolnych do zwiêkszonej akumulacji dwutlenku
wêgla mo¿e odegraæ rolê w walce z ociepleniem klimatu. Projektowane pojawienie siê takich form przewidziano na trzecie dziesiêciolecie XXI wieku [25].
Potencjalne zagro¿enia zwi¹zane z technologi¹ GMO
Potencjalne zagro¿enia zwi¹zane z rolniczym u¿ytkowaniem roœlin GM s¹ bardzo
nag³oœnione w mediach i znajduj¹ du¿y odzew w opinii publicznej; wg badañ
przeprowadzonych na zlecenie Polskiej Federacji Biotechnologii ponad 70% ludzi
nie chce zjadaæ roœlin modyfikowanych genetycznie oraz produktów z nich wytworzonych. Diametralnie inna opinia dominuje w œrodowisku producentów i naukowców – oko³o 90% ankietowanych aprobuje technologiê, natomiast stosowanie transformacji w medycynie jest powszechnie akceptowane, jak równie¿ nie budzi obaw
stosowanie GMO w przemyœle w tzw. systemie zamkniêtym [23, 24]. Nie dziwi zatem
reakcja polityków, dla których wola wiêkszoœci wyborców, nawet je¿eli nie jest ona
merytorycznie zasadna, jest wa¿niejsza ni¿ opinia ekspertów, którzy kieruj¹ siê
racjami gospodarczymi i naukowymi. Mo¿na dopatrzyæ siê wielu przyczyn tego stanu
rzeczy. Stosowanie metod biologii molekularnej w gospodarce, a szczególnie w rolnictwie przy produkcji ¿ywnoœci budzi wiele emocji i sk³ania wielu do skrajnych ocen
10
A. Anio³
i wypowiedzi. Mo¿na powiedzieæ, ¿e biotechnologia i jej stosowanie w rolnictwie
w formie transgenicznych odmian roœlin uprawnych jest jednym z „dy¿urnych”
tematów mediów, co wiêcej sprowokowa³a powstanie wielu ruchów i organizacji
nastawionych na obserwowanie i ostrzeganie przed nieodpowiedzialnym stosowaniem tych nowych technologii, ale równie¿ kontestuj¹cych sam¹ istotê tych metod.
Wœród wielorakich argumentów przytaczanych przez przeciwników GMO mo¿na
znaleŸæ ca³y ich wachlarz od filozoficzno-religijnych do zwyk³ych interesów ekonomicznych. W ogromnej dyskusji nad biotechnologi¹ mo¿na wyodrêbniæ nastêpuj¹ce
elementy:
1) filozoficzny – czy manipulowanie genami, czyli ingerencja w zapis informacji
genetycznej nie narusza naturalnego porz¹dku rzeczy?
2) technologiczny – jak geny pochodz¹ce z tak ró¿nych taksonów jak bakterie czy
wirusy mog¹ funkcjonowaæ w roœlinach nie wp³ywaj¹c na ich inne wa¿ne cechy?
3) ekologiczny – czy odpornoœæ na szkodniki (geny Bt) nie oka¿e siê zbyt efektywna
i nie spowoduje wzrostu ich zjadliwoœci?
4) œrodowiskowy – czy zmiany w genetycznej strukturze roœlin uprawnych nie stanowi¹ zagro¿enia dla œrodowiska za spraw¹ niekontrolowanych i niezamierzonych efektów?
5) ekonomiczny – obawa czy firmy biotechnologiczne kontroluj¹c jednoczeœnie zaopatrzenie w materia³ nasienny i œrodki ochrony roœlin nie buduj¹ niebezpiecznie
monopolistycznej pozycji w produkcji ¿ywnoœci?
6) polityczny – czy innowacyjnoœæ technologiczna powinna podlegaæ demokratycznej kontroli?
7) osobisty – czy konsumpcja genetycznie modyfikowanej ¿ywnoœci stanowi zagro¿enie dla mojego zdrowia [20]?
Brak powszechnej wiedzy na poziomie elementarnym oraz pos³ugiwanie siê
terminami o powszechnie negatywnych konotacjach pozwala na kszta³towanie negatywnego obrazu tej technologii; przede wszystkim w pojêciu organizmy genetycznie
zmodyfikowane i okreœleniu genetyczne manipulacje u¿ywanym do okreœlenia metod
biotechnologicznych. Te dwa s³owa manipulacje i modyfikacja maj¹ dla wielu ludzi
negatywne zabarwienie, które kojarz¹ siê z dzia³aniami podjêtymi z niejasnych
motywów i w podejrzanym celu; szczególnie w odniesieniu do ¿ywnoœci i produktów
spo¿ywczych, budzi to niepokój i podejrzenia podtrzymywane przez media okreœlaj¹ce czêsto te produkty „¿ywnoœci¹ Frankensteina” [10].
U¿ywanie takich terminów wywo³uje wra¿enie, ¿e transgeniczne odmiany roœlin
s¹ czymœ z gruntu nowym w rolnictwie i tym samym nios¹ ze sob¹ nieznane i trudne
do przewidzenia zagro¿enia. Tymczasem transformacja jest tylko now¹ technik¹
tworzenia zmiennoœci genetycznej, u¿ywan¹ w hodowli roœlin obok tradycyjnych
technik krzy¿owania, poliploidyzacji, indukowania mutacji czynnikami chemicznymi i fizycznymi (promieniowanie jonizuj¹ce). Nale¿y te¿ podkreœliæ, ¿e mimo
u¿ywanej trochê na wyrost nazwy „in¿ynieria genetyczna” in¿ynierskie podejœcie jest
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
11
dot¹d mo¿liwe tylko w odniesieniu do izolacji genu koduj¹cego dane bia³ko, np.
truj¹ce dla gatunku owada bêd¹cego szkodnikiem – tzw. geny Bt(Cry), i po³¹czenie go
z innymi czynnikami niezbêdnymi do odczytania zawartej w tym genie informacji
tworz¹c tzw. kasetê transkrypcyjn¹. Dalsze etapy transformacji, czyli wprowadzenie
tych kaset do komórek roœliny, któr¹ chcemy wzbogaciæ o wprowadzany gen, miejsce
w genomie biorcy, w którym on siê zintegruje, czas i lokalizacja dzia³ania tego genu
w roœlinie s¹ poza kontrol¹ „in¿yniera genetycznego” i maj¹ charakter wydarzeñ
losowych podobnie jak segregacja genów po krzy¿owaniu czy rearan¿acja w procesie
mutagenezy. W ka¿dym przypadku, niezale¿nie od metody tworzenia zmiennoœci
genetycznej, hodowca musi prowadziæ selekcjê uzyskanego materia³u roœlinnego
wybieraj¹c tylko takie osobniki, które spe³niaj¹ kryteria selekcyjne; w przypadku
transformacji wybierane s¹ takie osobniki, które s¹ istotnie równorzêdne, to znaczy
nie ró¿ni¹ siê istotnie pod wzglêdem cech u¿ytkowych, morfologicznych i fizjologicznych od „konwencjonalnych” odmian tego gatunku z wyj¹tkiem cechy warunkowanej przez celowo wprowadzony gen. W konsekwencji, transformacja ró¿ni siê od
dotychczasowych metod hodowli roœlin dwoma istotnymi elementami: operuje precyzyjnie okreœlonym genem wbudowanym w dok³adnie znan¹ „kasetê” oraz mo¿e
korzystaæ z genów z dowolnego organizmu, niezale¿nie od barier reprodukcyjnych.
Potencjalne zagro¿enia zwi¹zane z transformacj¹ s¹ przedmiotem szczegó³owej
analizy we wszystkich procedurach oceny ryzyka wymaganej we wszelkich regulacjach prawnych zwi¹zanych z uzyskaniem zgody na wprowadzenie danego GMO do
œrodowiska, zarówno w celach doœwiadczalnych, jak i produkcyjnych.
Rozwój biotechnologii daje mo¿liwoœci likwidacji lub radykalnego ograniczenia
zagro¿eñ zwi¹zanych z t¹ technologi¹. I tak np. prace nad wykorzystaniem naturalnego mechanizmu tzw. homologicznej rekombinacji pozwol¹ na opracowanie bardziej precyzyjnych technik wprowadzania fragmentów DNA do genomu roœlinnego
i tym samym znacznie zwiêkszyæ kontrolê nad ca³ym procesem transformacji. W wielu przypadkach, gdzie wprowadzony gen warunkuje cechê istotn¹ dla wzrostu i rozwoju roœliny, mo¿na go wprowadziæ do genomu chloroplastów zamiast do j¹dra komórkowego, korzyœæ jest podwójna; w przypadku wprowadzania genu bakteryjnego
np. Bt znacznie wzrasta jego ekspresja, tj. intensywnoœæ wprowadzonej cechy, natomiast unika siê ryzyka „ucieczki” wprowadzonego genu z py³kiem, poniewa¿ u wiêkszoœci roœlin py³ek nie zawiera chloroplastów. Opracowywano inne geny markerowe
pozwalaj¹ce na selekcjê transformowanych komórek, np. geny koduj¹ce enzymy
przemiany cukrów. S³owem, rozwój biologii molekularnej pozwala na zapobieganie
wielu mankamentom obecnych metod stosowanych w biotechnologii [21, 26]. Dotyczy to jednak zagro¿eñ, jakie mo¿na racjonalnie przewidzieæ.
Bardzo istotnym warunkiem prowadzenia dyskusji na ten temat jest uwzglêdnianie kontekstu, w jakim biotechnologia wkracza w produkcjê rolnicz¹, a nie traktowanie odmian transgenicznych w oderwaniu od dotychczasowych technologii stosowanych w rolnictwie [17]. I tak np. jednym z czêsto powtarzanych argumentów prze-
12
A. Anio³
ciw odmianom transgenicznym jest to, ¿e ich uprawa prowadzi do zmniejszenia bioró¿norodnoœci. Takie stwierdzenie nie ma sensu w oderwaniu od faktu, ¿e uprawa
roœlin z natury prowadzi do redukcji bioró¿norodnoœci i ka¿dy rolnik œwiadomie d¹¿y³
do eliminowania innych gatunków (zwanych chwastami) ze swych pól. Wprowadzenie do uprawy nowych, wydajnych odmian, uzyskanych metodami hodowli
konwencjonalnej wyeliminowa³o z rolnictwa wiele form lokalnych, znacznie redukuj¹c bioró¿norodnoœæ uprawianych gatunków. Jednak zachowanie tej bioró¿norodnoœci le¿y w interesie hodowców i w ich kolekcjach jest ona zachowywana. Tak wiêc
spadek rolniczej bioró¿norodnoœci jest charakterystyczny dla nowoczesnego rolnictwa i wp³yw odmian transgenicznych na to zjawisko niczym siê nie ró¿ni od wp³ywu
odmian konwencjonalnych. Podobnie, efektywne zwalczanie chwastów w uprawach
odmian transgenicznych odpornych na herbicyd nie jest niczym nowym, a taki w³aœnie zarzut przeciwników tych odmian postawiono w zwi¹zku z wynikami wieloletnich doœwiadczeñ polowych przeprowadzonych w Anglii na farmach na du¿ych
plantacjach. Badania te wykaza³y, ¿e w uprawach transgenicznych odmian kukurydzy
i buraków cukrowych odpornych na herbicyd Roundup by³o znacznie mniej chwastów ni¿ na plantacjach chronionych tylko za pomoc¹ herbicydów specyficznych [8].
Jednak ten wynik jest interpretowany przez przeciwników biotechnologii jako negatywny, poniewa¿ oznacza on mniej pokarmu dla ptaków i w efekcie spadek ich
populacji o 35% w okresie 1973–1998. Jednak uprawa odmian transgenicznych,
pozwalaj¹cych na intensyfikacjê produkcji na polach uprawnych, umo¿liwia pozostawianie wiêkszej powierzchni dla naturalnych biocenoz i w tym sensie poœrednio mo¿e
byæ czynnikiem sprzyjaj¹cym zachowaniu, a nawet zwiêkszaniu bioró¿norodnoœci
[22]. Ponadto wyniki badañ nad populacjami ptaków, obejmuj¹ce krótkie okresy,
nale¿y ostro¿nie interpretowaæ. Powa¿ne badania ornitologiczne prowadzone
w Wielkiej Brytanii, których wyniki opublikowano w 1944 r. (a wiêc na d³ugo przed
zaistnieniem odmian transgenicznych), wykaza³y znaczne zmiany w liczebnoœci populacji ptaków w XIX i XX w. Innym przyk³adem jest zarzut, ¿e wprowadzanie
odmian transgenicznych uzale¿nia producentów-rolników od firm nasiennych, które
s¹ po³¹czone z wielkimi, miêdzynarodowymi korporacjami chemicznymi czy farmaceutycznymi. Jest to prawda, przyczyny tego s¹ ró¿ne, ale koncentracja kapita³u
zachodzi w ca³ej gospodarce i zagro¿enia z tego wynikaj¹ce nie maj¹ nic wspólnego
z biotechnologi¹. Podobne uzale¿nienie rolników od producentów nasion ma miejsce
w przypadku konwencjonalnych odmian mieszañcowych, w których wykorzystywany jest efekt bujnoœci mieszañców w pierwszym pokoleniu, co oznacza, ¿e rolnik
kupuje ka¿dego roku nowe nasiona [3]. Tocz¹ca siê dyskusja wokó³ GMO dobitnie
œwiadczy o du¿ym zaniepokojeniu znacznej czêœci opinii publicznej spo³ecznymi
i politycznymi aspektami rozwijaj¹cej siê biotechnologii i dyskusja na te tematy jest
w istocie dyskusj¹ polityczn¹ o kierunkach rozwoju cywilizacji, a kwestia GMO jest
tylko pretekstem [13]. Fakt, ¿e na skutek zaniechania badañ z funduszy publicznych
technologia ta jest wprowadzana g³ównie przez miêdzynarodowe korporacje, dopro-
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
13
wadzi³ do tego, ¿e znaczne grupy ludzi, zorganizowanych w ró¿norodnych organizacjach nie wierz¹ specjalistom, którzy tworz¹ i wdra¿aj¹ technologiê GMO i jednoczeœnie okreœlaj¹ ryzyko z ni¹ zwi¹zane. Skuteczne przekonanie opinii publicznej do
nowej technologii jest równie wa¿ne jak pogl¹dy ekspertów w procesie podejmowania decyzji o wprowadzeniu GMO. Opracowanie i wdro¿enie akceptowanych jako
wiarygodne procedur oceny ryzyka i uregulowañ prawnych dotycz¹cych wprowadzania do œrodowiska i obrotu GMO mo¿e byæ istotnym elementem umo¿liwiaj¹cym
spo³eczn¹ akceptacjê tej technologii.
Wprowadzanie do produkcji odmian transgenicznych, podobnie jak wprowadzanie wszelkich innych technologii w rolnictwie, wi¹¿e siê oczywiœcie z pewnymi
zagro¿eniami, z których niektóre mo¿na przewidzieæ, innych nie. Jak ju¿ wspomniano, staraj¹c siê przewidzieæ ewentualne zagro¿enia zwi¹zane z wprowadzaniem do
uprawy transgenicznych odmian roœlin, nale¿y zidentyfikowaæ te z nich, które bezpoœrednio wi¹¿¹ siê z transgenicznym charakterem tych odmian, oddzieliæ je od tych,
które towarzysz¹ wprowadzaniu do uprawy ka¿dej nowej odmiany wyhodowanej
w konwencjonalny sposób.
Na zamówienie Ministerstwa Rolnictwa USA, Amerykañska Akademia Nauk
opublikowa³a w 2002 r. raport o wp³ywie roœlin transgenicznych na œrodowisko (Environmental Effects of Transgenic Plants), koncentruj¹cy siê na ocenie, w jaki sposób
istniej¹ce regulacje prawne pozwalaj¹ przewidywaæ potencjalne zagro¿enia zwi¹zane
z t¹ technologi¹. Najwa¿niejsze konkluzje tego opracowania mo¿na przedstawiæ
nastêpuj¹co:
1. Rolnictwo w swojej istocie jest aktywnoœci¹ w œwiadomy sposób ograniczaj¹c¹
bioró¿norodnoœæ; jest ona eliminowana w celu uzyskania produktywnoœci upraw,
w miarê jak rolnictwo zwiêksza swoj¹ produktywnoœæ staje siê dzia³alnoœci¹
w coraz wiêkszym stopniu zunifikowan¹ i prowadzon¹ na coraz wiêksz¹ skalê.
2. Potencjalny wp³yw upraw transgenicznych nale¿y rozpatrywaæ w kontekœcie
oddzia³ywania na œrodowisko innych technologii i praktyk rolniczych.
3. Proces transformacji nie wi¹¿e siê z innym rodzajem ryzyka ni¿ to zwi¹zane z tradycyjnymi metodami tworzenia zmiennoœci genetycznej (oddalone krzy¿owanie,
mutageneza).
4. Teoretycznie nie ma zasadniczej ró¿nicy pod wzglêdem potencjalnych zagro¿eñ
dla œrodowiska miêdzy odmianami transgenicznymi a introdukcj¹ nowych gatunków z odmiennych ekosystemów, jednak w przypadku roœlin transgenicznych ich
znaczny stopieñ udomowienia i tym samym ograniczone mo¿liwoœci utrzymania
siê w œrodowisku znacznie zmniejszaj¹ ryzyko tych zagro¿eñ w porównaniu
z tzw. gatunkami inwazyjnymi.
5. Procedury stosowane w procesie uwalniania do œrodowiska roœlinnych GMO –
zak³adaj¹ce, ¿e potencjalne zagro¿enia s¹ analogiczne jak w przypadku gatunków
inwazyjnych – s¹ nadmiernie restrykcyjne, jednak wydaj¹ siê uzasadnione spo³ecznie [1,18].
14
A. Anio³
Inny rodzaj zagro¿eñ mo¿e wynikaæ z nieprawid³owego wykorzystywania odmian
transgenicznych, podobnie jak zagro¿enia spowodowane b³êdnym stosowaniem innych technologii w rolnictwie (np. BSE, ska¿enia pestycydami). Szczególnym przyk³adem mog¹ byæ odmiany soi odporne na herbicyd Roundup; atrakcyjne jest stosowanie tych odmian w systemie bezorkowej uprawy. Niew¹tpliw¹ korzyœci¹ stosowania
tych technologii jest znaczne zmniejszenie erozji gleb, szczególnie na terenach pofa³dowanych, ale z drugiej strony ci¹g³e stosowanie tego samego herbicydu w uk³adzie
wieloletniej monokultury mo¿e wi¹zaæ siê z niekorzystnymi konsekwencjami. Wstêpne badania wskazuj¹, ¿e ci¹g³e stosowanie Roundupu powoduje ograniczenie w rozwoju systemu korzeniowego i zdolnoœci symbiotycznego wi¹zania azotu, co w oczywisty sposób rzutuje negatywnie na plonowanie. Nale¿y siê spodziewaæ, ¿e – podobnie
jak w przypadku innych herbicydów – z czasem powstan¹ ekotypy chwastów odpornych na ten herbicyd. Jest oczywiste, ¿e korzyœci ze stosowania tej technologii s¹
ograniczone w czasie, analogicznie jak w przypadku konwencjonalnych odmian odpornych na choroby, których komercyjny ¿ywot jest ograniczony przez powstawanie ras
patogenów niewra¿liwych na produkty danego genu odpornoœci.
Tak jak nowoœci¹ s¹ GMO w rolnictwie, tak te¿ nowe s¹ regulacje i przepisy
prawne z tym zwi¹zane. Ich nadmierna restrykcyjnoœæ mo¿e opóŸniæ lub nawet
uniemo¿liwiæ stosowanie niektórych GMO. Z kolei zbyt du¿a liberalizacja w tym
zakresie budzi obawy, ¿e mo¿e dojœæ do niekorzystnych i nieodwracalnych wydarzeñ;
ostatnie przyk³ady choroby „wœciek³ych krów” czy ska¿onego chemicznie zbo¿a, jakkolwiek nie maj¹ nic wspólnego z GMO, dzia³aj¹ na wyobraŸniê i poprzez media
kszta³tuj¹ atmosferê spo³ecznego odbioru nowej technologii. Wa¿ne jest, ¿eby powsta³o odpowiednie prawo, zarówno w skali miêdzynarodowej, jak i poszczególnych
krajów. Bêdzie ono zapewne krytykowane i zmieniane zgodnie z rozwojem biotechnologii i – miejmy nadziejê – rosn¹c¹ jej akceptacj¹ spo³eczn¹. Mo¿e siê okazaæ, ¿e
przebieg wydarzeñ bêdzie podobny do tego, jaki towarzyszy³ rozwojowi motoryzacji;
w jej pocz¹tkach w Anglii przepisy wymaga³y, aby przed jad¹cym samochodem bieg³
ch³opak z chor¹giewk¹ i gwizdkiem sygnalizuj¹c niebezpieczeñstwo. Dziœ mamy
olbrzymi ruch samochodowy i mamy równie¿ przepisy kodeksu drogowego, jednak
takiego zapisu ju¿ nie ma. Miejmy nadziejê, ¿e przepisy reguluj¹ce wykorzystywanie
in¿ynierii genetycznej w gospodarce bêd¹ ewoluowa³y w takim samym kierunku.
Podsumowanie
U¿ywanie metod biologii molekularnej w procesach tworzenia zmiennoœci genetycznej i jej wykorzystywanie w procesach selekcji i hodowli odmian roœlin rolniczych zwanych odmianami transgenicznymi lub odmianami GM (genetycznie zmodyfikowanymi) jest najbardziej dyskutowan¹ i kontrowersyjn¹ dziedzin¹ agrobiotechnologii. W pracy opisano rolê i znaczenie odmian transgenicznych w rolnictwie,
przewidywany rozwój tej technologii i jej potencjalne znaczenie w sprostaniu wyzwaniom stoj¹cym przed rolnictwem XXI w. Opisano g³ówne aspekty dyskusji tocz¹cej
siê na ten temat w Polsce i Europie.
Kontrowersje wokó³ transgenicznych odmian …
15
Literatura
[1]
ACAB 2001. The Future of Public Plant Breeding Programs: Principles and Role for 21 Century. «www.usda.gov».
[2]
Anonym 2000. “Rise and Fall of GM” «http://www.channel4.com/equinox/gmotranscript.html».
[3]
Anonym.2006. Opportunities and challenges in agricultural biotechnology: the decade ahead. A report prepared
by the USDA Advisory Committee on Biotechnology and 21st Century Agriculture. «http://www.usda.gov».
[4]
Anonym 2007. World Development Report 2008: Agriculture for Development.World Bank, Washington D.C.
[5]
Altman A. 1999. Plant biotechnology in the 21st century: the challenges ahead. Electronic Journal of
Biotechnology 2: 2.
[6]
Borlaug N.E. 2000. Ending world hunger: the promise of biotechnology and thread of antiscience zealotry.
Plant Physiol. 124: 487–490.
[7]
Conway G., Toenniessen G. 1999. Feeding the world in the twenty-first century. Nature 402: 2 December.
[8]
Gomez-Barbero M., Rodriguez-Cerezo E. 2007 “GM crops in EU agriculture” Case study for BIO4EU project.
European Commission, DG JRC – Institute for Prospective Technological Studies.Sustainability in Agriculture, Food and Health Unit.
[9]
James C. 2006. ISAAA Press Brief: Global Status of Commercialized Biotech/GM Crops.
[10] Kershen D. 2000. The concept of natural: implications for biotechnology regulations. AgBioForum 3(1):
321–326.
[11] Kogan L.A. 2005. Exporting Precaution: How Europe’s Risk-Free Regulatory Agenda Threatens America’s
Free Enterprise. Washington Legal Foundation, Washington D.C.
[12] Lheureux K., Libeau-Dulos M., Nilsgard H., Rodriguez-Cerezo E., Menrad K., Menrad M., Vorgrimler D.
2003. Review of GMOs under Research and Development and in the pipeline in Europe. European
Commission, Technical Report Series EUR 20680, IPTS.
[13] Lomborg B. 2001. The Sceptical Environmentalist; Measuring the Real State of the World. Cambridge
University Press.
[14] Ortiz R.1998. Critical role of plant biotechnology for the genetic improvement of food crops: perspectives for
the next millennium. Electronic Journal of Biotechnology 1(3): 1–8.
[15] Pingali P., Raney T. 2005. From the Green Revolution to the Gene Revolution: How will the poor fare? ESA
Working Paper No. 05–09, FAO Agricultural and Development Economics Division.
[16] Pinstrup-Andersen P., Pandya-Lorch R., Rosegrant M.W. 1999. World food prospects: critical issues for the
early twenty-first century. International Food Policy Research Institute, Washington D.C.
[17] Prakash Channapatna S. 2001. The genetically modified crop debate in the context of agricultural evolution
1998. Plant Physiol. 126: 8–15.
[18] Sanvido O., Romeis J., Bigler F. 2007. Ecological impacts of genetically modified crops: Ten years of field
research and commercial cultivation. Adv. Biochem. Engin/Biotechnol. 107: 235–278.
[19] Siedow J.N. 2001. Feeding ten billion people. Three views. Plant Physiol. 126: 20–22.
[20] Silver L.M. 2006.The biotechnology culture clash. Science and Theology News July 18,
«http://www.stnews.org/News-2909.htm».
[21] Tilman D. 1998. The greening of the green revolution. Nature 396: 211–212.
[22] Trewavas A.J. 2001. The population/biodiversity paradox. Agricultural efficiency to save wilderness. Plant
Physiol. 125: 174–179.
[23] Twardowski T., Janik-Janiec B., Anio³ A.2005. Polish mistrust genetic engineering. European Biotechnology
News 8–9: 28–30.
[24] TwardowskiT. 2007. Opinia publiczna o GMO. Biotechnologia 3(78): 45–65.
[25] Vain P. 2006. Global trends in plant transgenic science and technology (1973–2003). Trends in Biotechnology
24: 206–211.
[26] Vain P. 2006. Thirty years of plant transformation technology development. Plant Biotechnology Journal 5:
221–229.
16
A. Anio³
The transgenic crops controversy:
precaution or technophobia?
Key words: biodiversity, biotechnology, plant breeding, risk assessment,
transgenic cultivars, transgenesis
Summary
The use of molecular biology methods (gene splicing) in plant breeding for generation of genetic variability and selection of transgenic or GM cultivars is the most disputed and contested activity within agrobiotechnology. The importance of transgenic
technology in agriculture as well as its role in meeting future challenges facing agriculture production in 21st century were presented. The major aspects of GM dispute in
Poland and Europe were described.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 17–33
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych
w reakcjach obronnych roœlin
przeciwko patogenom
Cezary Sempruch
Katedra Biochemii i Biologii Molekularnej, Akademia Podlaska,
ul. B. Prusa 12, 08-110 Siedlce
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: aminy roœlinne, stres biotyczny, reakcje obronne roœlin,
patogeny roœlinne, roœlino¿ercy
Wstêp
Obserwowany w ostatnich latach dynamiczny rozwój biochemii, biologii molekularnej i biotechnologii przyczyni³ siê do wzrostu wiedzy na temat molekularnego
pod³o¿a procesów biochemiczno-fizjologicznych, których przebieg warunkuje wzrost
iloœci i jakoœci uzyskiwanych plonów. Wydajnoœæ produkcji roœlinnej zale¿y od wielu
czynników, wœród których wa¿n¹ rolê odgrywa odpornoœæ na choroby i roœlino¿erne
stawonogi. Reakcje obronne roœlin indukowane przez szkodliwe czynniki biotyczne
obejmuj¹ szereg przemian metabolicznych, których charakter biochemiczny zale¿y
w du¿ej mierze od cech biologicznych organizmu atakuj¹cego [7]. Roœlino¿ercy
dysponuj¹cy gryz¹cym narz¹dem gêbowym powoduj¹ rozleg³e uszkodzenia mechaniczne atakowanych tkanek, wywo³uj¹c uruchamianie reakcji obronnych roœlin przeciwko zranieniom. W przypadku mikroorganizmów oraz owadów o narz¹dzie k³uj¹co-ss¹cym, np. mszyc, które wprowadzaj¹c sztylety do wi¹zek sitowych g³ównie
poprzez przestrzenie miêdzykomórkowe powoduj¹ nieznaczne uszkodzenia tkanek
¿ywiciela. Wtedy reakcje obronne s¹ indukowane przez okreœlone substancje chemiczne wprowadzane do tkanek roœlinnych w wydzielinach œlinowych owada, b¹dŸ
te¿ uwalniane s¹ z uszkodzonych komórek w nastêpstwie ataku. Wed³ug Ferry i in.
[16] molekularne reakcje roœlin na ¿erowanie owadów nak³uwaj¹cych tkanki roœlin s¹
zbli¿one do odpowiedzi na pora¿enie roœlin przez patogeny. Na przyk³ad genetyczne
systemy determinowania wirulencji u patogenów odpowiadaj¹ genom nadaj¹cym
odpornoœæ roœlinie ¿ywicielskiej.
18
C. Sempruch
OdpowiedŸ fizjologiczno-biochemiczna roœlin na stres biotyczny przebiega
w dwóch etapach. Pierwszy stanowi reakcja w miejscu zranienia, nazywana nadwra¿liwoœci¹ (HR, ang. hypersensitive responses), a drugi to zespó³ systemicznych
reakcji, o charakterze systemicznej odpornoœci nabytej (SAR, ang. systemic acquired
resistance) lub odpornoœci indukowanej (ISR, ang. induced systemic resistance) [15,
45, 50]. Z miejsca bezpoœredniego dzia³ania czynnika wywo³uj¹cego stres, emitowane s¹ do innych komórek specyficzne przekaŸniki chemiczne, których zadaniem jest
przeniesienie informacji o infekcji, celem przygotowania ca³ego organizmu do gro¿¹cego mu niebezpieczeñstwa. Reakcje typu SAR s¹ przede wszystkim zale¿ne od
systemu sygna³owego, który zapocz¹tkowuje kwas salicylowy, podczas gdy reakcje
typu ISR s¹ nastêpstwem dzia³ania kwasu jasmonowego i etylenu. Skutkiem stresu
biotycznego mog¹ byæ zaburzenia w potencjale elektrycznym b³on, uwodnieniu
komórek i aktywnym transporcie metabolitów. Wa¿n¹ grup¹ aktywnych biologicznie
substancji bior¹cych udzia³ w obu mechanizmach reakcji obronnych roœlin s¹ aminy
biogenne, które oprócz reguluj¹cego udzia³u w wielu procesach metabolicznych,
przebiegaj¹cych w organizmach roœlin, uczestnicz¹ tak¿e w odpowiedzi na szkodliwe
czynniki abiotyczne i biotyczne [28, 48, 53].
Biosynteza niektórych amin
alifatycznych i aromatycznych roœlin
Wœród amin roœlinnych wyró¿niæ mo¿na kilka grup zwi¹zków ró¿ni¹cych siê
budow¹ i funkcjami biologicznymi. Jedn¹ z wa¿niejszych klas stanowi¹ alifatyczne
zwi¹zki z grupami aminowymi rozmieszczonymi wzd³u¿ cz¹steczki, okreœlane zwyczajowo jako poliaminy [29]. Do tej grupy, zalicza siê putrescynê (1,4-diaminobutan),
spermidynê (N-(3-aminopropylo)-1,4-diaminobutan) i sperminê (NN’-bis-(3-aminopropylo)-1,4-diaminobutan), zawieraj¹ce odpowiednio 2, 3 i 4 pierwszo- b¹dŸ drugorzêdowe grupy aminowe, a tak¿e polikationow¹ agmatynê (1-amino-4-guanidynobutan). Poliaminy s¹ zwi¹zkami niskocz¹steczkowymi, wystêpuj¹cymi w komórkach
wszystkich ¿ywych organizmów. W warunkach fizjologicznych maj¹ postaæ kationów, wykazuj¹cych silne oddzia³ywania z makromoleku³ami polianionowymi, takimi jak DNA, RNA czy fosfolipidy b³on biologicznych. Jedynie ok. 7–10% tych
substancji pozostaje w postaci wolnej, wystêpuj¹c w komórce g³ównie w cytozolu
i j¹drze komórkowym. Zwi¹zki te reaguj¹ z ró¿nymi typami bia³ek, m.in. enzymatycznymi, reguluj¹c ich aktywnoœæ [47]. Jonowe reakcje miêdzy poliaminami
a zwi¹zkami makrocz¹steczkowymi oddzia³ywaj¹ na strukturê i funkcje biologiczne
makromoleku³ oraz ich syntezê in vivo. Zdaniem Kumar i in. [26] oraz Bajguz
i Czerpak [3] roœlinne poliaminy s¹ zlokalizowane w œcianie komórkowej, wakuolach, chloroplastach, mitochondriach, j¹drze komórkowym i j¹derku. Oko³o 90% ich
ca³kowitej zawartoœci stanowi¹ amidowe po³¹czenia z kwasami fenylopropenowymi
(HCAA, ang. hydroxycinnamic acid amides), tj. trans-cynamonowym, ferulowym,
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
19
Rysunek 1. Szlaki biosyntezy poliamin: putrescyny, spermidyny i sperminy [wg 2, 53]:
A – dekarboksylaza argininy, B – dekarboksylaza ornityny, C – arginaza, D – iminohydrolaza
agmatyny, E – aminohydrolaza l-karbamoiloputrescyny, F – dekarboksylaza S-adenozylometioniny, G – syntaza spermidyny, H – syntaza sperminy, I – karbamoilotransferaza ornityny
kawowym i p-kumarowym. HCAA stanowi¹ zró¿nicowan¹ grupê zwi¹zków niskocz¹steczkowych, bêd¹cych g³ównym rezerwuarem grup fenolowych w tkankach
organów generatywnych oko³o 20 gatunków roœlin nale¿¹cych do 13 ró¿nych rodzin
[53]. Substratami w biosyntezie tych substancji s¹ estry koenzymu A (CoA) i amin
oraz kwasy fenylopropenowe, ulegaj¹ce kondensacji z udzia³em odpowiednich
hydroksycynamoilotransferaz, ró¿ni¹cych siê specyficznoœci¹ w stosunku do poszczególnych amin.
W komórkach roœlin wy¿szych i bakterii, pierwszym etapem biosyntezy poliamin
jest wytworzenie putrescyny (rys. 1), która powstaje bezpoœrednio poprzez dekarboksylacjê ornityny z udzia³em dekarboksylazy ornityny (ODC; EC 4.1.1.17) lub
w wyniku dekarboksylacji argininy z udzia³em dekarboksylazy argininy (ADC; EC
4.1.1.19) [53]. Produkt drugiej z wymienionych reakcji – agmatyna jest kolejno przekszta³cana w N-karbamoiloputrescynê z udzia³em iminohydrolazy agmatyny (EC
3.5.3.12) i putrescynê pod wp³ywem aminohydrolazy L-karbamoiloputrescyny (EC
3.5.1.53). N-karbamoiloputrescyna mo¿e byæ tak¿e otrzymywana z cytruliny poprzez
jej dekarboksylacjê z udzia³em dekarboksylazy cytruliny, np. w liœciach roœlin z rodzaju Sesamum oraz w bulwach Helianthus tuberosus L. [2]. W komórkach ssaków
i grzybów, w biosyntezie putrescyny bierze udzia³ jedynie ODC, która podobnie jak
pozosta³e dekarboksylazy aminokwasowe i niektóre inne enzymy katalizuj¹ce przemiany aminokwasów, wspó³pracuje z fosforanem 5’-pirydoksalu (PLP) [44].
Spermidyna i spermina powstaj¹ poprzez przy³¹czenie reszty aminopropylowej
odpowiednio do cz¹steczki putrescyny lub spermidyny. Reakcja ta katalizowana jest
przez dwa enzymy o charakterze aminopropylotransferaz: syntazê spermidyny (PAPT;
EC 2.5.1.16) i syntazê sperminy (SAPT; EC 2.5.1.22). Reszta aminopropylowa
20
C. Sempruch
pochodzi od S-adenozylometioniny (SAM), która uprzednio ulega dekarboksylacji
pod wp³ywem dekarboksylazy S-adenozylometioniny (SAMDC; EC 4.1.1.50). Wed³ug Lu [31] SAM jest donorem ró¿nych grup chemicznych, b¹dŸ te¿ indukuje
aktywnoœæ niektórych enzymów jako kofaktor. Zwi¹zek ten mo¿e dostarczaæ reszt
metylowych do reakcji katalizowanych przez metylotransferazy, grup metylenowych
do syntezy cyklopropylowych kwasów t³uszczowych, grup aminowych do wytwarzania prekursorów biotyny, grup rybozylowych do syntezy niektórych zmodyfikowanych nukleozydów tRNA lub grup aminopropylowych dla przemian anabolicznych etylenu i poliamin [38, 39]. SAM powstaje poprzez po³¹czenie metioniny
z reszt¹ adenozyny, pochodz¹c¹ z ATP, w reakcji przebiegaj¹cej z udzia³em syntazy
S-adenozylometioniny [19].
Kadaweryna (1,5-diaminopentan) wystêpuje w komórkach niektórych gatunków
roœlin i bakterii. W rodzinie Solanaceae zwi¹zek ten czêsto uczestniczy w biosyntezie
alkaloidów, np. u Nicotiana glauca GRAH., kadaweryna jest g³ównym prekursorem
anabazyny, która wytwarzana jest przede wszystkim w korzeniach [2]. Niektóre
gatunki roœlin z rodziny Fabiaceae zawieraj¹ podwy¿szone iloœci kadaweryny, która
mo¿e byæ przekszta³cana w aminopropylokadawerynê lub bis(aminopropylo)-kadawerynê. Substancje te z kolei, poprzez mechanizm kompensacyjny, mog¹ blokowaæ
syntezê putrescyny i spermidyny. Kadaweryna syntetyzowana jest z lizyny z udzia³em
dekarboksylazy lizyny (LDC; EC 4.1.1.18) (rys. 2). Enzym ten obecny jest zarówno
u Procariota, jak i w komórkach niektórych roœlin wy¿szych z rodzin Poaceae,
Fabiaceae i Solanaceae [2]. Pomimo ¿e lizyna jest najczêstszym prekursorem
kadaweryny, w tkankach niektórych roœlin, np. Lathyrus sativus L., w biosyntezie tej
diaminy uczestniczyæ mog¹ jako substraty tak¿e homoarginina i homoagmatyna.
Rysunek 2. Mechanizm biosyntezy kadaweryny w tkankach roœlinnych [wg 2]: LDC – dekarboksylaza lizyny
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
21
Z punku widzenia rozpatrywanych zagadnieñ, wœród roœlinnych amin biogennych, szczególnie interesuj¹ce s¹ aminy aromatyczne, które w wyniku obecnoœci
pierœcienia aromatycznego stanowi¹ odrêbn¹ grupê zwi¹zków, zarówno ze wzglêdu
na budowê chemiczn¹ jak i funkcje biologiczne. Aminy aromatyczne, tj. tyramina,
tryptamina i dopamina, oraz alifatyczne, tj. putrescyna i kadaweryna, stanowi¹
substraty w biosyntezie alkaloidów chinolinowych, indolowych, chinolizydynowych, tropanowych i nikotynowych [2, 13, 14]. Tyramina wystêpuje czêsto w postaci
po³¹czeñ z kwasem hydroksycynamonowym, w œcianach komórkowych ró¿nych
gatunków roœlin lub z kwasem jasmonowym u Petunia hybryda HORT. Struktura
cz¹steczki tego zwi¹zku jest zbli¿ona do amin fenolowych, wykazuj¹cych wysok¹
toksycznoœæ w stosunku do kultur tkankowych takich gatunków roœlin, jak tytoñ, soja
i s³onecznik [13]. Biosynteza amin aromatycznych odbywa siê z udzia³em dekarboksylaz aminokwasów aromatycznych (AADC) (rys. 3). Roœlinne AADC s¹ enzymami zale¿nymi od fosforanu 5’-pirydoksalu, uczestnicz¹cymi w syntezie niektórych
Rysunek 3. Udzia³ dekarboksylazy L-tyrozyny/L-DOPA w biosyntezie alkaloidów chinolinowych oraz HCAA amin aromatycznych [wg 13]): TYDC – dekarboksylaza tyrozyny, L-DOPA –
3,4-dihydroksyfenyloalanina
22
C. Sempruch
wtórnych metabolitów, które nie zawsze s¹ niezbêdne do normalnego wzrostu i rozwoju, lecz tylko bior¹ udzia³ w reakcjach obronnych roœlin przed szkodliwymi
biotycznymi i abiotycznymi czynnikami œrodowiska [12]. Zasadniczo wyró¿nia siê
nastêpuj¹ce rodzaje AADC: dekarboksylazê L-tryptofanu (TDC; EC 4.1.1.27) i dekarboksylazê L-tyrozyny/L-3,4-dihydroksyfenyloalaniny (L-DOPA) (TYDC; EC.
4.1.1.25) obecne w organizmach roœlinnych oraz dekarboksylazê L-DOPA (DDC;
4.1.1.28) wystêpuj¹c¹ jedynie w tkankach zwierz¹t. TDC i TYDC funkcjonuj¹ na
granicy pierwotnego i wtórnego metabolizmu odgrywaj¹c kluczow¹ rolê w regulacji
wytwarzania takich produktów, jak alkaloidy czy te¿ HCAA, powstaj¹ce w wyniku
kondensacji amin aromatycznych z kwasami fenylopropenowymi. TYDC uczestniczy m.in. w biosyntezie glikozydu warbaskozydu u Syringa vulgaris L., fitoaleksyny alkaloidowej – hordeiny u Hordeum vulgare L. oraz w syntezie alkaloidów
chinolizydynowych, obejmuj¹cej ponad 2500 poznanych dotychczas zwi¹zków chemicznych wystêpuj¹cych w piêciu rodzinach roœlin. Kulma i Szopa [26] zwracaj¹
uwagê na szczególn¹ rolê biologiczn¹ katecholoamin w tkankach roœlin. Zwi¹zki te
charakteryzuj¹ siê obecnoœci¹ pierœcienia aromatycznego, podstawionego dwiema
grupami hydroksylowymi w pozycjach 3 i 4. Do tego typu substancji nale¿¹: dopamina, adrenalina i noradrenalina, które w organizmach roœlinnych mog¹ regulowaæ
dzia³anie wielu hormonów, wp³ywaj¹c miêdzy innymi na metabolizm cukrowców. S¹
one tak¿e prekursorami biosyntezy alkaloidów izochinolinowych i melanin oraz bior¹
udzia³ w detoksyfikacji szkodliwych zwi¹zków azotowych. Substancje te wywieraj¹
wp³yw na wzrost i rozwój roœlin oraz uczestnicz¹ w reakcjach obronnych przed
patogenami.
Udzia³ amin alifatycznych i aromatycznych w reakcjach
obronnych roœlin przed grzybami chorobotwórczymi
Objawami pora¿enia roœlin przez niektóre gatunki chorobotwórczych grzybów s¹
tzw. zielone wyspy (ang. green islands). Obszary te, otaczaj¹c miejsca ataku m.in.
rdzy i m¹czniaków, stanowi¹ regiony, w których utrzymywany jest stan fizjologiczny
typowy dla tkanek m³odych. W ten sposób obszar pora¿ony przez patogena odcinany
jest od reszty organizmu poprzez aktywne metabolicznie komórki, z których czerpie
on substancje od¿ywcze. Udowodniono, ¿e w formowaniu zielonych wysp uczestnicz¹ poliaminy, maj¹ce zdolnoœæ hamowania starzenia siê roœlin [53]. Infekcja liœci
jêczmienia przez patogen grzybiczy, Puccinia hordei OTTH. powodowa³a ok. 6–7-krotny wzrost zawartoœci spermidyny w zainfekowanych komórkach. W roœlinach tego
samego gatunku pora¿onych przez Blumeria graminis (DC.) E. O. SPEER f. sp. hordei
nastêpowa³ znaczny wzrost stê¿enia putrescyny, spermidyny i sperminy. Infekcja
grzybicza jêczmienia podwy¿sza³a ponadto aktywnoœæ ODC, ADC i SAMDC. Najwiêkszy wzrost poziomu poliamin i aktywnoœci enzymów uczestnicz¹cych w ich
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
23
biosyntezie wystêpowa³ w tkankach bezpoœrednio otaczaj¹cych miejsce ataku patogenu, w obrêbie tzw. zielonych wysp. Zdaniem Coghan i Walters [9], kilkukrotny
wzrost zawartoœci poliamin w zielonych wyspach, powstaj¹cych na liœciach jêczmienia po ataku m¹czniaka, nie mia³ zwi¹zku z biosyntez¹ ani katabolizmem tych
substancji. Zmiany poziomu wolnych poliamin mog³y bowiem wynikaæ z przemian
metabolicznych zachodz¹cych, w ogólnej puli tych substancji, wystêpuj¹cych w postaci HCAA. Zbli¿one wyniki uzyskali Foster i Walters [20], wed³ug których w liœciach pszenicy zaatakowanych przez rdzê ŸdŸb³ow¹ wzrasta³a zawartoœæ putrescyny,
spermidyny i sperminy, najsilniej w miejscu bezpoœredniego ataku grzyba. Aktywnoœæ enzymów biosyntezy poliamin w zdrowych liœciach pszenicy by³a niewielka
w przypadku ADC, albo nie wystêpowa³a w ogóle przy ODC, a dopiero infekcja
powodowa³a odpowiednio jej spadek lub wzrost. Podwy¿szenie aktywnoœci ODC by³o szczególnie wyraŸne w miejscu bezpoœredniego ataku, co mog³o byæ spowodowane wnikaniem do tkanek roœlinnych enzymu wydzielanego przez grzyb.
Zatem ró¿ne gatunki chorobotwórczych grzybów mog¹ w zró¿nicowany sposób
wp³ywaæ na procesy biochemiczno-fizjologiczne pora¿onych roœlin. Czêsto w nastêpstwie pora¿enia wytwarzane s¹ obszary nekrotyczne maj¹ce na celu izolacjê
patogena i powstrzymanie jego dalszego rozprzestrzeniania siê. Infekcja liœci tytoniu
przez grzyby z gatunków Peronospora tabacina ADAM, Erysiphe cichoracearum
D.C. et MERAT i Alternaria tenuis NEES. powodowa³a spadek zawartoœci wolnej
putrescyny i spermidyny [53]. Zmiany te przebiega³y szczególnie intensywnie w nastêpstwie infekcji przez patogeny wywo³uj¹ce najwiêksze uszkodzenia tkanek –
P. tabacina i A. tenuis. Uwa¿a siê, ¿e redukcja poziomu poliamin jest niespecyficzn¹
reakcj¹ tytoniu na uszkodzenia komórek, której nastêpstwem jest spowolnienie
przemian metabolicznych. Zmniejszanie siê zawartoœci tych substancji nastêpowa³o
tak¿e w owocach pomidora zainfekowanych przez grzyb Rhizopus stolonifer (EHRENB.
ex FR.) LIND., a zmianom tym towarzyszy³ spadek aktywnoœci enzymów ODC i ADC
[52]. Reakcja taka wynikaæ mog³a ze stymuluj¹cego wp³ywu R. stolanifer na przemiany biochemiczne etylenu, którego g³ównym prekursorem jest SAM (S-adenozylometonina). Poniewa¿ zwi¹zek ten pe³ni tak¿e kluczow¹ rolê w biosyntezie
poliamin, oba te szlaki metaboliczne s¹ ze sob¹ zwi¹zane, a wzrost tempa jednego
z nich ogranicza przebieg drugiego. Stwierdzono ponadto, ¿e etylen w stê¿eniach
fizjologicznych hamowa³ biosyntezê poliamin, natomiast spermidyna i spermina
ogranicza³y wytwarzanie etylenu poprzez hamowanie aktywnoœci syntazy kwasu
1-aminocyklopropylokarboksylowego (ACC) i przekszta³canie ACC w etylen [47].
Legaz i in. [30] podaj¹, ¿e w liœciach trzciny cukrowej zaatakowanych przez grzyb
Ustilago scitaminea (RABENH.) P. & H. SYDOW nastêpowa³ spadek zawartoœci wolnej
putrescyny i spermidyny oraz ich po³¹czeñ typu HCAA przy jednoczesnym wzroœcie
poziomu analogicznych form sperminy. Wed³ug Piñon i in. [37] infekcja zarodków
Saccharum officinarum przez spory U. scitaminea powodowa³a pocz¹tkowo silny
wzrost zawartoœci wolnej spermidyny, sperminy, ich po³¹czeñ HCAA oraz aktyw-
24
C. Sempruch
noœci enzymów ODC i ADC, a nagromadzane w znacznych iloœciach wolne poliaminy by³y wykorzystywane do wytwarzania HCAA. Wymienione ró¿nice w sposobie
reagowania na infekcjê zarodków roœlin odpornych oraz podatnych na infekcje
grzybicze, wskazuj¹ na mo¿liwoœæ udzia³u poliamin w ograniczaniu antygrzybiczych
w³aœciwoœci fenoli poprzez tworzenie po³¹czeñ typu HCAA. Wed³ug Walters [52]
w komórkach roœlin z rodzaju Brassica, zaatakowanych przez grzyb Plasmodiophora
brassicae WOR. dochodzi³o do hipertrofii i hiperplazji. W zdrewnia³ych na skutek
infekcji P. brassicae regionach korzeni rzepy, nastêpowa³ silny wzrost zawartoœci
putrescyny, spermidyny i sperminy, podczas gdy fragmenty nie wykazuj¹ce takich
objawów odznacza³y siê spadkiem poziomu poliamin, a zw³aszcza putrescyny.
Zmianom stê¿enia poliamin w czêœciach zdrewnia³ych roœlin, wywo³anym atakiem
patogena, towarzyszy³ wzrost iloœci auksyn i cytokinin oraz intensyfikacja podzia³ów
komórkowych [47].
Reakcja roœlin na pora¿enie chorobotwórczymi grzybami zale¿y nie tylko od gatunku patogena, ale tak¿e od gatunku, a nawet odmiany ¿ywiciela. Machatschke i in.
[32] podaj¹, ¿e w odmianach pszenicy odpornej na Puccinia graminis PERS. f. sp.
tritici, infekcja nie wywo³ywa³a zmian zawartoœci poliamin, podczas gdy w roœlinach
czêœciowo podatnych zwiêksza³o siê stê¿enie agmatyny, putrescyny i spermidyny.
Zbli¿one wyniki uzyskali Bharti i Sawhney [6], wed³ug których atak Puccinia
recondita ROB. ex DESM. powodowa³ wzrost stê¿enia wolnych form putrescyny
i spermidyny oraz ich form zwi¹zanych typu HCAA, w liœciach podatnych i czêœciowo odpornych linii pszenicy, podczas gdy w linii odpornej poziom poliamin nie
zmienia³ siê.
Oddzia³ywania patogenów na roœliny ¿ywicielskie mog¹ tak¿e indukowaæ reakcje typu oksydacyjnego. Walters [53] podaje, ¿e w liœciach jêczmienia w wyniku
reakcji typu HR na infekcjê B. graminis f. sp. hordei silnie wzrasta³a zawartoœæ wolnej
putrescyny i sperminy oraz po³¹czeñ putrescyny, spermidyny i sperminy z kwasami
fenylopropenowymi po 1–4 dniach po inokulacji. Zmianom tym towarzyszy³a indukcja aktywnoœci kluczowych enzymów biosyntezy poliamin: ODC, ADC i SAMDC,
oksydazy diaminowej (DAO) i poliamidowej (PAO) oraz hydroksycynamoilotransferazy putrescyny (PHT) i feruloilo-CoA-transferazy tyraminy (TFT), które uczestniczy³y w syntezie HCAA. Po 1–3 dniach, od pora¿enia jêczmienia przez m¹czniaka
prawdziwego, zwiêksza³a siê zawartoœæ wolnej spermidyny, po³¹czeñ HCAA putrescyny i spermidyny oraz aktywnoœæ DAO i PAO [11, 12]. Oksydazy te uczestniczy³y
w wytwarzaniu nadtlenku wodoru, który bierze udzia³ w procesie ³¹czenia polisacharydów i bia³ek podczas lignifikacji. Wed³ug Walters [53] zmiany oksydacyjne przebiegaj¹ce pod regionem bezpoœredniej penetracji tkanek przez m¹czniaka prawdziwego s¹ jednym z mechanizmów odpornoœci jêczmienia na infekcjê tego patogena.
Reakcja ta polega na gwa³townej akumulacji H2O2 w miejscu powstawania uszkodzeñ, co prowadzi do oksydacyjnego wi¹zania takich substancji jak fenole i bia³ka,
w œcianach uszkodzonych komórek roœlinnych. Aktywnoœæ DAO i PAO wzrasta³a
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
25
bowiem po 12–24 godz. od inokulacji, tj. w krytycznym okresie, w którym dojrza³e
apresoria m¹czniaka prawdziwego inicjowa³y jego atak na komórki epidermy liœcia,
a przebieg infekcji uzale¿niony by³ od szybkoœci odpowiedzi obronnej roœliny. Nadwra¿liwoœæ jêczmienia na pora¿enie m¹czniakiem mo¿e wynikaæ ze wzmo¿onego
wytwarzania nadtlenku wodoru i reaktywnych form tlenu (RFT) w reakcjach katalizowanych przez DAO i PAO. Zarówno H2O2 jak i RFT s¹ zwi¹zkami sygna³owymi
w procesie programowanej œmierci komórki (apoptozy). Badania prowadzone z wykorzystaniem roœlin Arabidopsis thaliana L. wykaza³y, ¿e DAO, poprzez redukcjê
poziomu poliamin, inicjowa³a zmiany rozwoju pora¿onych komórek zmierzaj¹ce do
apoptozy. Podczas reakcji typu HR jêczmienia na pora¿enie m¹czniakiem dochodzi
do wzrostu poziomu wolnej spermidyny [11]. Akumulacja tej poliaminy powoduje
wzrost aktywnoœci kaspaz (proteinaz cysteinowych, uczestnicz¹cych w enzymatycznej regulacji programowanej œmierci komórki) w komórkach zwierzêcych z objawami leukemii. Zaobserwowane zmiany dowodz¹ wiêc istnienia tych enzymów
w tkankach roœlin wy¿szych i ich zwi¹zku z nadwra¿liwoœci¹ jêczmienia na infekcjê
m¹czniakiem.
W interakcjach miêdzy roœlinami a mikroorganizmami chorobotwórczymi bior¹
tak¿e udzia³ produkty kondensacji poliamin ze zwi¹zkami makrocz¹steczkowymi.
Poliaminy maj¹ zdolnoœæ ³¹czenia siê z pektynami œcian komórkowych, a stê¿enie
powstaj¹cych w ten sposób kompleksów uzale¿nione jest od stadium rozwojowego
roœliny, poziomu jonów Ca2+ i pH œciany komórkowej oraz obecnoœci enzymów
degraduj¹cych poliaminy i diaminy [47]. W zwi¹zku z wiêksz¹ liczb¹ grup aminowych,
spermidyna i spermina silniej ³¹cz¹ siê ze zwi¹zkami pektynowymi od putrescyny, co
decydowaæ mo¿e o ró¿nym znaczeniu tych zwi¹zków dla oddzia³ywañ miêdzy
patogenami a roœlinami.
Zmiany w metabolizmie poliamin nastêpowa³y tak¿e w roœlinach wykazuj¹cych
systemiczn¹ odpornoœæ nabyt¹. Ograniczenie infekcji m¹czniakiem poprzez potraktowanie liœci siewek jêczmienia jasmonianem metylu (JA-Me) wi¹za³o siê ze zwiêkszaniem aktywnoœci amoniakoliazy L-fenyloalaniny (PAL) i peroksydazy (PX) oraz
ze wzrostem poziomu HCAA putrescyny i spermidyny, a tak¿e indukcj¹ aktywnoœci
enzymów biosyntezy poliamin i DAO [54]. Jasmoniany stymulowa³y biosyntezê
fenylopropenoidów, a JA-Me wp³ywa³ na wzrost ekspresji genu ADC2 u A. thaliana,
przy czym proces ten móg³ byæ bezpoœrednio indukowany przez mechaniczne uszkodzenia tkanek roœlinnych [53]. Zranienia powodowa³y tak¿e wzrost aktywnoœci DAO
u Cicer arietinum L., przy czym zmiany te mia³y charakter zarówno lokalny jak
i systemiczny. Zahamowanie aktywnoœci DAO przez 2-bromoetyloaminê znacznie
obni¿a³o odpornoœæ C. arietinum na grzyb Ascochyta rabiei PASS.
W przebiegu szeregu interakcji miêdzy roœlinami a patogennymi grzybami kluczowe znaczenie odgrywaj¹ poliaminy, wystêpuj¹ce w formie HCAA. Stwierdzono,
¿e w bulwach ziemniaka pora¿onych przez Phoma exigua DESM. wzrasta³a zawartoœæ
feruloiloputrescyny (FP), a w tkankach pszenicy, zaatakowanych przez rdzê ŸdŸb³o-
26
C. Sempruch
w¹ gromadzona by³a p-kumaroilo-2-hydroksyputrescyna [52]. Bardzo wczesn¹ odpowiedzi¹ bulw ziemniaka na infekcjê grzybow¹ by³a wzmo¿ona synteza HCAA
tyraminy i oktopaminy oraz ich wbudowywanie w œciany komórkowe. W ten sposób
substancje te tworz¹ barierê fenolow¹, zwiêkszaj¹c¹ odpornoœæ œciany komórkowej
na hydrolizê enzymatyczn¹. Pora¿enie rdz¹ powodowa³o bowiem akumulacjê kumaroilohydroksyputrescyny (CHP) w tkankach pszenicy oraz kumaroiloagmatyny (CA)
w tkankach jêczmienia, które gromadzone by³y w znacznych iloœciach w siewkach
wraz z hordatyn¹ A i B, znanymi substancjami antygrzybiczymi. Hordatyna A jest
dimerem p-kumaroiloagmatyny (p-CA), podczas gdy hordatyna B powstaje w wyniku po³¹czenia p-CA i feruloiloagmatyny (FA). Jedn¹ z wczesnych reakcji jêczmienia
na pora¿enie m¹czniakiem by³a akumulacja p-kumaroilohydroksyagmatyny (p-CHA)
[51]. Reakcja ta w roœlinach odpornych nastêpowa³a po up³ywie 14 godz. od ataku
grzyba, a p-CHA odznacza³a siê wysok¹ aktywnoœci¹ w stosunku do m¹czniaka
zarówno w warunkach in vivo jak i in vitro. Mechanizm jej oddzia³ywania polega³ na
hamowaniu kie³kowania uredospor P. graminis f. sp. tritici. HCAA powstaj¹ce w wyniku kondensacji poliamin z hydroksyantranilanem u A. sativa zaliczane s¹ do fitoaleksyn [53]. Substancje te akumulowane by³y w liœciach owsa w wyniku reakcji
odpornoœciowej na pora¿enie przez Puccinia koronata f. sp. avenae FRASER i LED.
oraz w nastêpstwie potraktowania ró¿nymi elicitorami, np. N-acetylochitooligosacharydami. Aktywnoœæ syntazy antranilanu (enzymu limituj¹cego tempo syntezy
antranilowych HCAA owsa) silnie wzrasta³a w odpowiedzi na potraktowanie N-acetylochitooligosacharydami. Ponadto Kristensen i in. [25] podaj¹, ¿e HCAA wystêpuj¹ce w roœlinach z rodziny Poaceae, mia³y w³aœciwoœci fitoaleksyn albo fitoantycypin
(ang. phytoanticipins) i odznacza³y siê zró¿nicowan¹ aktywnoœci¹ biologiczn¹. Feruloilotyramina (FT) silnie hamowa³a wzrost symbiotycznego endomikoryzowego
grzyba Glomus intraradix SCHENCK i SMITH, nie wykazuj¹c jednak ¿adnej aktywnoœci
w stosunku do Botrytis allii FRESENIUS i B. cinerea PERS. Substancja ta, podobnie jak
p-kumaroilotyramina (p-CT), odznacza³a siê w³aœciwoœciami bakteriobójczymi w stosunku do Xanthomonas campestris PAMMEL. Ponadto obecnoœæ hordatyn zwiêksza³a
odpornoœæ siewek owsa na Cochliobolus sativus ITO et KURIB., a g³ównym miejscem
gromadzenia tych zwi¹zków by³a epiderma koleoptylu. Siln¹ aktywnoœci¹ w stosunku do ró¿nych gatunków patogenów odznacza³y siê takie HCAA Poaceae, jak: p-CA,
p-CHA i p-kumaroilohydroksydehydroagmatyna (p-CHDA). Wed³ug McClusky i in.
[33] penetracja epidermy cebuli przez B. allii wywo³ywa³a akumulacjê feruloilo-3’-metoksytyraminy (FMT) i FT, wykazuj¹cych aktywnoœæ antygrzybicz¹, zw³aszcza w mechanizmach odpornoœci poprzez ochronê œciany komórkowej przed degradacj¹.
Walters [52] podaje ponadto, ¿e HCAA izolowane z roœlin rodzaju Allium, hamowa³y
wzrost myceliów Fusarium culmorum SMITH, przy ED50 wynosz¹cym ok. 20 g cm–3.
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
27
Znaczenie poliamin i ich po³¹czeñ HCAA
w mechanizmach obronnych roœlin
przed patogenami bakteryjnymi i wirusowymi
W piœmiennictwie naukowym wystêpuj¹ równie¿ dane dotycz¹ce udzia³u poliamin w przebiegu interakcji miedzy roœlinami a bakteriami chorobotwórczymi. W nielicznych pracach dotycz¹cych wp³ywu Pseudomonas syringae na zawiesiny komórek
Nicotiana tabacum L., stwierdzono, ¿e atak patogena bakteryjnego powodowa³ akumulacjê zawartoœci zewn¹trzkomórkowych zwi¹zków fenolowych, nale¿¹cych do
acetofenonów i po³¹czeñ HCAA, takich jak: FP i FT, w okresie pierwszych 4–5 godz. od
wyst¹pienia infekcji [4]. Po up³ywie tego czasu, pod wp³ywem szczepu P. syringae B7
(HR–), nastêpowa³ dalszy wzrost zwi¹zków fenolowych, a¿ do osi¹gniêcia maksymalnej zawartoœci po 8–9 godz. od pora¿enia. Z kolei szczep P. syringae WT (HR+)
wywo³ywa³ gwa³towny spadek poziomu tych substancji ju¿ po 6 godz. od wyst¹pienia
ataku, a po 8 godz. obserwowano ich ca³kowity zanik. Roœliny N. tabacum zaatakowane przez Pseudomonas tabaci (WOLF i FOSTER) STEVENS reagowa³y gwa³townym
spadkiem zawartoœci wolnej putrescyny i spermidyny. Fontaniella i in. [18] podaj¹, ¿e
pora¿enie trzciny cukrowej przez Xanthomonas albilineans wywo³ywa³o wzrost poziomu putrescyny i aktywnoœci ODC, niezale¿nie od genotypu analizowanych roœlin.
Jednak w póŸniejszych etapach biosyntezy poliamin, zmiany przebiega³y ró¿nie
w dwóch objêtych doœwiadczeniami odmianach. Nierozpuszczalne w kwasach HCAA
spermidyny ca³kowicie zanika³y, podczas gdy w œrednio podatnym genotypie L 55–5
zawartoœæ tych zwi¹zków wzrasta³a. Ponadto mygalina (N1, N8-bis(2,5-dihydroksybenzoilo) spermidyna), bêd¹ca jednym z poliaminowaych sk³adników wystêpuj¹cych w hemocytach paj¹ka, Acanthoscurria gomesiana MELLO-LEITÃO, odznacza³a
siê siln¹ aktywnoœci¹ antybakteryjn¹ ju¿ w stê¿eniu 85 mM [36].
Równie¿ infekcje wirusowe w wielu przypadkach prowadzi³y do akumulacji
du¿ych iloœci poliamin, reguluj¹cych replikacjê wirusów [52]. W protoplastach
komórek rzepy pora¿onej przez wirus ¿ó³tej mozaiki rzepy (TYMV) nagromadzane
by³y spore iloœci spermidyny i sperminy, uwalniane najprawdopodobniej z po³¹czeñ
ze struktur komórkowych lub ich polimerów. Pora¿enie przez CEVd (ang. citrus
exocortis viroid) powodowa³o zmiany we wzroœcie i rozwoju podatnych roœlin Gynura aurantiaca (BLUME) DC oraz pomidora, u których obserwowano wzrost produkcji
etylenu i bia³ek odpornoœciowych PR oraz spadek zawartoœci putrescyny. Zwi¹zek
ten, podawany egzogennie, hamowa³ rozwój symptomów choroby oraz wytwarzanie
bia³ek PR [5]. Spadkowi poziomu putrescyny w tkankach pomidora zaatakowanych
przez CEVd towarzyszy³o obni¿enie aktywnoœci ODC oraz wzrost tempa syntezy
etylenu. W liœciach tytoniu, wykazuj¹cych reakcjê typu HR na infekcjê wirusem
mozaiki tytoniu (TMV), nastêpowa³ ok. 20-krotny wzrost aktywnoœci ODC [53].
Wed³ug Yamakawa i in. [55] w przestrzeniach miêdzykomórkowych liœci tytoniu
wytwarzaj¹cych obszary nekrotyczne, w wyniku HR na infekcjê TMV wzrasta³a ok.
28
C. Sempruch
20-krotnie zawartoœæ sperminy, a w indukcji tych zmian przypuszczalnie bierze udzia³
NO jako substancja sygna³owa. Spermina i spermidyna indukowa³y wytwarzanie
tlenku azotu, podczas gdy putrescyna i jej prekursor arginina nie wykazuj¹ takich
w³aœciwoœci [28]. Spermina by³a ponadto niezale¿nym od salicylanu endogennym
czynnikiem indukuj¹cym syntezê bia³ek PR i odpornoœæ na TMV. Substancja ta
w reakcjach wywo³ywanych przez pora¿enie TMV pe³ni³a tak¿e funkcjê cz¹steczki
sygnalizacyjnej, powoduj¹cej dysfunkcjê mitochondriów i aktywacjê dwóch kinaz
proteinowych aktywowanych przez miogen, czego nastêpstwem by³a póŸniejsza
aktywacja specyficznych genów HR, tj. HIN1 i HSR203J. Przypuszcza siê wiêc, ¿e
spermina przekazywa³a sygna³ aktywacji szlaków obronnych roœlin przeciwko patogenom. Kusano i in. [28] uwa¿aj¹, i¿ sygna³em, który móg³ byæ emitowany przez
sperminê by³ H2O2 otrzymywany w wyniku utleniania tej poliaminy. Inny mechanizm
transmisji sygna³ów obronnych przez sperminê mo¿e byæ zwi¹zany z przemieszczaniem jonów Ca2+, na skutek aktywacji odpowiednich kana³ów jonowych. Wed³ug
Cona i in. [10] H2O2 wytwarzany w organizmach roœlinnych, w wyniku utleniania
poliamin wp³ywa³ na rozwój i lignifikacje œcian komórkowych, co w konsekwencji
powodowalo ich wzmocnienie przed atakiem patogena. Jako cz¹steczka sygna³owa,
nadtlenek wodoru pochodz¹cy z oksydacji poliamin mo¿e poœredniczyæ w apoptozie,
w reakcjach nadwra¿liwoœci i podczas ekspresji genów obronnych.
Podobnie jak w przypadku innych patogenów wa¿n¹ rolê w mechanizmach
obronnych roœlin przeciwko wirusom odgrywaj¹ HCAA. Podczas reakcji nadwra¿liwoœci na atak TMV odporna odmiana N. tabacum ‘Xanthi’ syntetyzowa³a du¿e iloœci
takich zwi¹zków, jak FP, diferuloiloputrescyna (DFP) i FT, które by³y akumulowane
w ¿ywych komórkach, otaczaj¹cych obszary wykazuj¹ce zmiany nekrotyczne. Zbli¿ona reakcja mia³a miejsce w tkankach roœlin Nicotiana sylvestris SPEG. et COMES,
wykazuj¹cych HR w odpowiedzi na infekcjê TMV. Wed³ug Torrigiani i in. [49]
zawartoœæ wolnych i skoniugowanych poliamin oraz aktywnoœæ ADC i ODC wzrasta³a w najwiêkszym stopniu w obszarach nekrotycznych, powstaj¹cych na liœciach
odmiany tytoniu ‘Samsun’ NN, podczas reakcji nadwra¿liwoœci na TMV. Wzrost
zawartoœci HCAA przyczynia³ siê do rozwoju uszkodzeñ nekrotycznych, co ogranicza³o przemieszczanie wirusa chroni¹c roœlinê przed infekcj¹ systemiczn¹. Oprysk
liœci tytoniu za pomoc¹ kumaroilo-, dikumaroilo- i kofeiloputrescyny (CP) hamowa³
inokulacjê TMV oraz redukowa³ lokalne uszkodzenia o ok. 90%. Walters [52] wymienia cztery zasadnicze aspekty zwi¹zane z udzia³em roœlinnych HCAA w reakcjach
obronnych roœlin na pora¿enia przez patogeny:
1) zatrzymywanie powielania wirusów poprzez zak³ócanie transkrypcji i translacji
oraz hamowanie kie³kowania spor grzybów,
2) udzia³ w usuwaniu wolnych rodników,
3) kontrola poziomu wolnych aminokwasów i kwasów fenolowych,
4) udzia³ w indukcji apoptozy podczas reakcji nadwra¿liwoœci, szczególnie przez akumulacjê spermidyny w wyniku nadekspresji genu odpowiedzialnego za syntezê ODC.
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
29
Wed³ug Bachrach [1] poliaminy mog¹ byæ utlenianie w reakcjach katalizowanych
przez oksydazy aminowe do aminoaldehydów, z wydzieleniem nadtlenku wodoru.
Utlenione pochodne poliamin odznaczaj¹ siê aktywnoœci¹ antybakteryjn¹ oraz zdolnoœci¹ do inaktywacji wirusów bakteryjnych, roœlinnych i zwierzêcych.
Rola amin i ich po³¹czeñ z fenolokwasami
w interakcjach miêdzy roœlinami i fitofagami
W porównaniu z licznymi danymi literaturowymi na temat udzia³u amin w interakcjach miêdzy roœlinami a patogenami grzybowymi i wirusowymi, zdecydowanie
mniej jest informacji naukowych dotycz¹cych roli tych zwi¹zków w reakcjach
obronnych przed atakiem roœlino¿erców. Uwa¿a siê, ¿e w interakcjach miêdzy
roœlino¿ercami, a ich ¿ywicielami mniejsz¹ rolê odgrywaj¹ reakcje HR. Oddzia³ywania tego typu stwierdzono u roœlin z rodziny Brassicaceae, w odpowiedzi na
sk³adanie jaj przez motyle z rodzaju Pieris oraz u roœlin str¹czkowych przeciwko
owadom powoduj¹cym powstawanie galasów [45]. Ponadto Hõglud i Larson [23]
podaj¹, i¿ na odpornych genotypach Salix viminalis L. larwy Dasyneura marginemtorquens BREMI ginê³y w ci¹gu 48 godz. po wykluciu siê z jaj. Reakcja ta nastêpowa³a
z powodu œmierci komórek roœlinnych w miejscu ataku, w których nastêpowa³a
wzmo¿ona synteza zwi¹zków fenolowych oraz indukcja przemian nadtlenku wodoru,
jako reakcji typowych dla HR.
Prekursorem reakcji obronnych roœlin, uruchamianych w ramach odpornoœci
indukowanej jest przede wszystkim jasmonian i jego pochodne. Niektórzy autorzy
uwa¿aj¹, ¿e ¿erowanie owadów prowadzi do zranieñ tkanek ¿ywiciela, na co roœliny
odpowiadaj¹ reakcjami obronnymi typowymi dla zranieñ mechanicznych [45]. Dowiedziono, i¿ na skutek zranienia liœci pomidora 25-krotnie wzrasta³a zawartoœæ
chitozanu, elicitora biosyntezy fitoaleksyn, oraz 10-krotnie E-FT i E-p-kumaroilotyraminy [35]. U ziemniaka i spokrewnionych gatunków, chemicznym przekaŸnikiem sygna³u o uszkodzeniu jest systemina, która powoduje lawinê reakcji opartych
na metabolizmie lipidów. Przemiany te obejmuj¹ biosyntezê jasmonianu, stanowi¹cego g³ówny prekursor obrony systemicznej przeciwko roœlino¿ernym owadom,
poprzez szlak oktadekanowy. Przyk³adowo w roœlinach Nicotiana attenuata TORR. ex
WATS., pod wp³ywem ¿erowania fitofagów wzrasta³a zawartoœæ kwasu jasmonowego
[50]. Chen i in. [8] podaj¹, ¿e egzogenny jasmonian metylu wywo³ywa³ siln¹
akumulacjê CP w liœciach pomidora. W transgenicznej linii pomidora (35S::PS) z nabyt¹ konstytutywn¹ zdolnoœci¹ reakcji sygnalizacyjnych z udzia³em jasmonianu,
indukcja wzmo¿onej biosyntezy CP nastêpowa³a samorzutnie, bez egzogennego
traktowania tym zwi¹zkiem. Wed³ug Guillet i De Luca [21] zranienie roœlin tytoniu
indukowa³o biosyntezê fitoaleksyn stanowi¹cych amidowe pochodne kwasu hydroksycynamonowego i tyraminy. W transgenicznych roœlinach tego gatunku, ze zmody-
30
C. Sempruch
fikowan¹ ekspresj¹ genu TYDC, w bezpoœrednim s¹siedztwie zranienia nastêpowa³a
wzmo¿ona biosynteza tyraminy, p-CT oraz FT, co mo¿e wskazywaæ na kluczowe
znaczenie dekarboksylazy tyrozyny w biosyntezie HCAA tyraminy. Hagel i Faccini
[22] podaj¹, ¿e podstawowe znaczenie w biosyntezie pochodnych kwasu hydroksycynamonowego i tyraminy odgrywa³a transferaza hydroksycynamoilo-CoA : N-hydroksycynamoilotyramina (THT; EC 2.3.1.110) oraz TYDC. Aktywnoœæ obu tych
enzymów by³a indukowana w wyniku zranienia liœci transgenicznych roœlin tytoniu
przez roœlino¿erne owady.
Wed³ug Fixon-Owoo i in. [17] wiele roœlinnych HCAA ma strukturê zbli¿on¹ do
poliamidowych toksyn obecnych w jadach osy i niektórych gatunków paj¹ków.
Toksyny poliamidowe maj¹ zdolnoœæ niekompetytywnego blokowania kana³ów kationowych, szczególnie jonotropowych receptorów glutaminy i nikotynoacetylocholiny, które mog¹ byæ otwierane jedynie w obecnoœci selektywnych ligandów [34,
46]. Przyk³adem takiego zwi¹zku jest N-1-kumaroilospermidyna, która redukowa³a
postsynaptyczny potencja³ w miêœniach muszki owocowej, co sugeruje, ¿e roœlinne
fenolowe pochodne poliamin mog¹ byæ naturalnymi bioinsektycydami [24].
W opublikowanych dotychczas pracach znaleŸæ mo¿na tylko pojedyncze informacje na temat udzia³u amin w interakcjach miêdzy roœlinami ¿ywicielskimi a mszycami. Sempruch i Ciepiela [42] stwierdzili, ¿e k³osy, pêdy i korzenie pszen¿yta
ozimego odmiany ‘Fidelio’, umiarkowanie odpornej na mszycê zbo¿ow¹, zawiera³y
wiêcej spermidyny i sperminy ni¿ k³osy, pêdy i korzenie podatnej odmiany ‘Lamberto’.
¯erowanie mszycy zbo¿owej powodowa³o zmiany w zawartoœci poliamin, a zw³aszcza spermidyny i sperminy, a charakter tych modyfikacji uzale¿niony by³ od odmiany
i organu analizowanych roœlin. W zaatakowanych przez mszyce zbo¿owe roœlinach
pszen¿yta zmienia³a siê ponadto aktywnoœæ ODC, TYDC i LDC, co powodowaæ
mog³o zaburzenia proporcji miêdzy zawartoœci¹ aminokwasów i amin, prowadz¹ce
w konsekwencji do spadku wartoœci od¿ywczej roœlin [40, 41, 43].
Podsumowanie
Alifatyczne i aromatyczne aminy roœlinne stanowi¹ zró¿nicowan¹ chemicznie
grupê substancji odznaczaj¹cych siê wysok¹ aktywnoœci¹ metaboliczn¹. Obok regulacyjnego udzia³u w procesach biologicznych, substancje te uczestnicz¹ w interakcjach zachodz¹cych miêdzy organizmami w ³añcuchach troficznych. W dotychczas
opublikowanych pracach udowodniono, ¿e aminy pe³ni¹ wa¿n¹ rolê w procesach
odpornoœci b¹dŸ tolerancji roœlin na patogenne wirusy, bakterie i grzyby. Ich udzia³
w reakcjach obronnych uruchamianych w odpowiedzi na patogeny mo¿e byæ bardzo
zró¿nicowany, np. poliaminy mog¹ indukowaæ zmiany w obrêbie komórek i tkanek
roœlin maj¹ce na celu zabezpieczenie ich struktury przed uszkadzaniem lub ograniczenie rozprzestrzeniania siê infekcji. W reakcji tytoniu na wirus TMV spermina
mo¿e ponadto pe³niæ rolê substancji sygna³owej, uruchamiaj¹cej szlaki obronne za
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
31
poœrednictwem nadtlenku wodoru lub zmian w funkcjonowaniu kana³ów jonowych
Ca2+. Nastêpstwem jej dzia³ania mo¿e byæ indukcja syntezy odpornoœciowych bia³ek
PR lub apoptoza. Wyniki najnowszych badañ wskazuj¹ ponadto, ¿e aminy roœlinne
mog¹ wp³ywaæ tak¿e na interakcje miêdzy roœlino¿ercami i ich roœlinami ¿ywicielskimi. W reakcjach tych wa¿n¹ rolê spe³niaj¹ tak¿e po³¹czenia amin z kwasami
fenylopropenowymi typu HCAA, odznaczaj¹ce siê czêsto w³aœciwoœciami fitoaleksyn albo fitoantycipin. Fenolowe pochodne amin roœlinnych wykazuj¹ce w³aœciwoœci
antywirusowe, antybakteryjne i antygrzybicze, mog¹ byæ równie¿ toksyczne dla
roœlino¿ernych stawonogów.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
Bachrach U. 2007. Antiviral activity of oxidized polyamines. Amino Acids 33: 267–272
Bagni N., Tassoni A. 2001. Biosynthesis oxidation and conjugation of aliphatic polyamines in higher plants.
Amino Acids 20: 301–317.
Bajguz A., Czerpak R. 1999. Metabolizm poliamin. Kosmos 48(1): 67–74.
Baker J.C., Whitaker B.D., Roberts D.P., Mock N.M., Rice C.P., Deahl K.L., Aver’yanov A.A. 2005. Induction
redox sensitive extracellular phenolics during plant-bacterial interactions. Physiol. Mol. Plant Pathol. 66:
90–98.
Belles J.M., Perez-Amador M.A., Carbonell J., Conejero V. 1991. Polyamines in plant infection by citrus
exocortis viroid or treated with silver ions and ethephon. Plant Physiol. 96: 1053–1059.
Bharti M.W.R, Sawheney R.N. 1996. Involvement of polyamines in resistance of wheat to Puccinia recondia.
Phytochemistry 43: 1009–1013.
Bruce T.J.A., Picket J.A. 2007. Plant defense signaling induced by biotic attacks. Cur. Opinion Plant Biol. 10: 387–392.
Chen H., Jones D.A., Howe G.A. 2006. Constitutive activation of the jasmonate signaling pathway enhances the
production of secondary metabolites in tomato. FEBS Lett. 580: 2540–2546.
Cogan S.E., Walters D.L. 1990. Polyamine metabolism in “green islands” of powdery mildew-infected barley
leaves: possible interactions with senescence. New Physiol. 116: 417–424.
Cona A., Rea G., Angelini R., Federico R., Tavladoraki P. 2006. Functions of amine oxidases in plant
development and defense. Trends Plant Sci. 11: 80–88.
Cowley T., Walters D.R. 2002. Polyamine metabolism in barley reacting hypersensitively to the powdery
mildew fungus Blumeria graminis f. sp. hordei. Plant Cell Environ. 25: 461–468.
Cowley T., Walters D.R. 2002. Polyamine metabolism in an incompatibile interactions between barley and
powdery mildew fungus, Blumeria graminis f. sp. hordei. J. Phytopathol. 150: 1–7.
Facchini P.J., Hubner-Allanach K.L., Tari L.W. 2000. Plant aromatic L-amino acid decarboxylases: evolution,
biochemistry and metabolic engineering application. Phytochemistry 54: 121–138.
Facchini P.J., St-Pierre B. 2005. Synthesis of trafficking of alkaloid biosynthetic enzymes. Cur. Opinion Plant
Biol. 8: 657–666.
Farmer E.E., Alméras E., Krishnamurthy V. 2003. Jasmonates and related oxylipins in plant responses to
pathogenesis and herbivory. Cur. Opinion Plant Biol. 6: 372–378.
Ferry N., Edwards M.G., Gatehouse J.A., Gatehouse A.M.R. 2004. Plant-insect interactions: molecular
approaches to insect resistance. Cur. Opinion Plant Biol. 15: 155–161.
Fixon-Owoo S., Levasseur F., Williams K., Sabado T.N., Lowe M., Klose M., Mercier A.J., Fields P., Atkinson J. 2003.
Preparation and biological assessment of hydroxycinnamic acid amides of polyamines. Phytochemistry 63: 315–334.
Fontaniella B. Vincente C., de Armas R., Legaz M.E. 2007. Effect of leaf scald (Xantomonas albilineans) and
phenolic acid metabolism of two sugarcane cultivars. Eur. J. Plant Pathol. 119: 401–409.
Fontencave M, Atta M., Mulliez E. 2004. S-adenosylmethionine: nothing goes to waste. Trends Bioch. Sci.
29(5): 243–249.
Foster S.A., Walters D.R. 1992. Polyamine concentration and activity of ornithine and arginine decarboxylase
in wheat infected with the stem rust fungus. J. Plant Physiol. 140: 134–136.
32
C. Sempruch
[21] Giuillet G., De Luca V. 2006. Wound inducible biosynthesis of phytoalexin hydroxycinnamic acid amides of
tyramie in tryptophan and tyrosine decarboxylase transgenic tobacco lines. Plant Physiol. 137(2): 692–699.
[22] Hagel J.M., Faccini P.J. 2005. Elevated tyrosine decarboxylase and tyramine hydroxycinnamoyltransferase
levels increase wound-induced tyramine-derived hydroxycinnamic acid amide accumulation in transgenic
tobacco leaves. Planta 221: 904–914.
[23] Höglud S., Larsen S. 2007. Hypersensitive responses (HR) and plant resistance to insects. Programme and
Abstracts of 13th Symposium on Insect-Plant Relationships: 134 ss.
[24] Klose M.K., Atkinson J.K., Mercier A.J. 2002. Effects of hydroxyl-cinnamoyl conjugate of spermidine on
arthropod neuromuscular junctions. J. Comp. Physiol. A. 187: 945–952.
[25] Kristiansen B.K., Burhenne K., Rasmussen S.K. 2004. Peroxidases and the metabolism of hydroxycinnamic
acid amide in Poaceae. Phytochem. Rev. 3: 127–140.
[26] Kulma A., Szopa J. 2007. Catechloamines are active compounds in plants. Plant Sci. 172: 433–440.
[27] Kumar A., Altabella T., Taylor M.A., Tiburio A.F. 1997. Recent advances in polyamine research. Trends Plant
Sci. 2(4): 124–130.
[28] Kusano T., Yamaguchi K., Barberich T., Takahashi Y. 2007. Advances in polyamine research in 2007. J. Plant
Res. 120: 345–350.
[29] Larqué E., Sabater-Molina M., Zamora S. 2007. Biological significance of dietary polyamines. Nutrition 23:
87–95.
[30] Legaz M.E., de Armas R., Piñon D., Vincente C. 1998. Relationships between phenolics-conjugated polyamines and sensitivity of sugarcane to smut (Ustilago scitaminea). J. Exp. Bot. 49: 1723–1728.
[31] Lu S.C. 2000. S-adenosylmethionine. Int. J. Bioch. Cell Biol. 32: 391–395.
[32] Machatschke S., Kamrowski C., Moerschbacher B.M., Reisener H.J. 1990. Polyamine levels in stem rust
infected wheat leaves and effects of alpha-difluoromethylornithine on fungal infection. Physiol. Mol. Plant
Pathol. 36: 451–459.
[33] McClusky S.R., Bennett M.H., Beale M.H., Lewis M.J., Gaskin P., Mansfield J.W. 1999. Cell wall alternation
and localized accumulation of feruloyl-3-methoxytyramine in onion epidermis at sites of attempted penetration
by Botrytis alli are associated wit actin polarization, peroxidase activity and suppression of flavonoid
biosynthesis. Plant J. 17: 523–534.
[34] Mortiari M.R., Cunha A.O.S., Ferreira L.B., Ferreira dos Santos W. 2007. Neurotoxins from invertebrates as
anticonvulsants: from basic research to therapeutic application. Pharmacol. Therap. 114: 171–183.
[35] Pearce G., Marchand P.A., Griswold J., Lewis N.G., Ryan C.A. 1998. Accumulation of feruloyltyramine and
p-coumaroyltyramine in tomato leaves in response to wounding. Phytochem. 47: 659–664.
[36] Pereira L.S., Silva Jr P.I., Miranda M.T.M., Almeida I.C., Naoki H., Konno K., Daffre S. 2007. Structural and
biochemical characterization of one antibacterial acylpolyamine isolated from the hemocytes of the spider
Acanthocurria gomesiana. Bioch. Biophys. Res. Commun. 352: 953–959.
[37] Piñon D., de Armas R., Vicente C., Legaz M.E. 1999. Role of polyamines in the infection of sugarcane buds by
Ustilago scitaminea spores. Plant Physiol. Biochem. 37: 57–64.
[38] Reguera R.M., Redondo C.M., Pérez-Pertejo Y., Balaña-Fouce R. 2007. S-Adenozylmethionine in protozoan
parasites: functions, synthesis and regulation. Mol. Bioch. Parasitol. 152: 1–10
[39] Roje S. 2006. S-adenosyl-L-methionine: beyond the universal methyl group donor. Phytochemistry 67:
1686–1698.
[40] Sempruch C. 2005. Activity of tyrosine decarboxylase in winter triticale attacked by grain aphid (Sitobion
avenae F.). Pestycydy 4: 149–152.
[41] Sempruch C. 2005. The participation of lysine decarboxylase in interactions between winter triticale and grain
aphid (Sitobion avenae F.). Aphids & Other Hemipterous Insects 11: 163–168.
[42] Sempruch C., Ciepiela A.P. 2005. The participation of polyamines in mechanisms of winter triticale resistance
to grain aphid (Sitobion avenae F.). IOBC wprs Bull. 28(10): 107–112
[43] Sempruch C., Ciepiela A.P., Sytykiewicz H., Szymalska M. 2004. Activity of ornithine decarboxylase in winter
triticale attacked by grain aphid (Sitobion avenae F.). Aphids & Other Hemipterous Insects 10: 103–110.
[44] Shatz L.M., Pegg A.E. 1999. Translational regulation of ornithine decarboxylase and other enzymes of
polyamine pathway. Int. J. Bioch. Cell Biol. 31: 107–122.
[45] Stotz H.U., Kroymann J., Mitchell-Olds T. 1999. Plant-insect interactions. Cur. Opinion Plant Biol. 2: 268–272.
[46] Strømgaard K., Jensen L. S., Vogensen S.B. 2005. Polyamine toxins: development of selective ligands for
ionotropic receptors. Toxicon 45: 249–254.
Znaczenie amin alifatycznych i aromatycznych …
33
[47] Sudha G., Ravishankar G.A. 2002. Involvement of interaction of various signaling compounds on the plant
metabolic events during defense response, resistance to stress factors, formation of secondary metabolites and
their molecular aspects. Plant Cell Tiss. Org. Cul. 71: 181–212.
[48] Tang W., Newton R.J. 2005. Polyamines reduce salt-induced oxidative damage by increasing the activities of
antioxidant enzymes and decreasing lipid peroxidation in Virginia pine. Plant Growth Reg. 46: 31–43.
[49] Torrigiani P., Rabiti A.L., Bortolotti G., Betti L., Marani F., Canova A., Bagni N. 1997. Polyamine synthesis and
accumulation in the hypersensitive response to TMV in Nicotiana tabacum. New Physiol. 135: 467–473.
[50] Valling L. 2001. Induced resistance: from the basic to the applied. Trends Plant Sci. 6: 445–447.
[51] Von Ropenack E., Parr A., Schulze-Lefert P. 1998. Structural analysis and dynamics of soluble and cell wall
bound barley phenolics and their role in a broad spectrum resistance to the powdery mildew fungus. J. Biol.
Chem. 273: 9013–9022.
[52] Walters D.R. 2000. Polyamines in plant-microbe interactions. Physiol. Mol. Plant Pathol. 57: 137–146.
[53] Walters D.R. 2003. Polyamines and plant disease. Phytochemistry 65: 97–107.
[54] Walters D.R., Cowley T., Mitchell A. 2002. Methyl jasmonate alters polyamine metabolism and induces
systemic protection against powdery mildew infection in barley seeds. J. Exp. Bot. 53: 747–756.
[55] Yamakawa H., Kamada H., Satoh M., Ohashi Y. 1998. Spermine is a salicylate-independent endogenous
inducer for both tobacco acidic pathogenesis-related proteins and resistance against tobacco mosaic virus
infection. Plant Physiol. 118: 1213–1222.
The importance of aliphatic and aromatic amines
in plants’ defensive responses against pathogens
Key words: plant amines, biotical stress, plant defensive reactions, plants
pathogens, herbivores
Summary
Plant amines, aliphatic and aromatic, are differential group of chemical
compounds characterized by high biological activity. Apart from participation in
biological process in plant organisms, these substances participate in interactions
between the components of different trophical levels. Published data proved that
amines play an important role in the processes of plants resistance or tolerance to
pathogenic viruses, bacteria and fungi. Their participation in defense responses
against pathogens may be very differential. For example these compounds, especially
polyamines, induced the changes in plant tissues protecting against damages or
limiting infection. Moreover, spermine may be signalling molecule in reaction of
tobacco on TYV virus. Model its function is connected with H2O2 emission or Ca2+
flux. Synthesis of PR proteins or programmed cell death (apopthose) are result of
signalling spermine activity. Last studies showed that the plant amines may influence
the interactions between herbivores and the host plants. Phytoalexins or phytoanticipins from HCAAs play an important role in these reactions. Phenolic derivatives
of plant amines showed antiviral, antibacterial and antifungal properties. Moreover,
these substances are toxic for phytophagous arthropods.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 35–41
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.)
i jej zwalczanie na roœlinach uprawnych,
g³ównie na pomidorach
Jan Borkowski, Barbara Dyki
Instytut Warzywnictwa im. Emila Chroboczka
ul. Konstytucji 3 Maja 1/3, 96-100 Skierniewice
S³owa kluczowe: paso¿yt, zaraza ga³êzista, zwalczanie, pomidory
Wstêp
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.) jest to paso¿yt roœlinny, który bardzo
czêsto wystêpuje na psiankowatych roœlinach uprawnych [20] – pomidor, tytoñ, ober¿yna, papryka i ziemniak – oraz na chwastach – psianka czarna, lulek, bieluñ. Ten gatunek zarazy atakuje równie chêtnie korzenie konopi [8, 24, 34], pojawia siê te¿ na
korzeniach kapusty [24], s³onecznika [22]. Buschmann [8] cytuje doniesienia z Francji, gdzie zaraza ga³êzista pojawi³a siê ju¿ na plantacjach rzepaku. Jej nasiona doœæ
dobrze kie³kuj¹ przy roœlinach rzodkiewnika (Arabidopsis thaliana), istnieje wiêc
zagro¿enie paso¿ytowania na ró¿nych gatunkach roœlin kapustowatych [17].
W zwi¹zku ze stopniowym ocieplaniem siê klimatu na naszych terenach zwiêksza
siê obszar upraw warzyw i zaraza ga³êzista mo¿e siê równie¿ rozprzestrzeniaæ. Jeden
z autorów tej publikacji ju¿ oko³o 50 lat temu widzia³ pod Skierniewicami, we wsi
Rawiczów, kilkaset roœlin zarazy w uprawianych tam ziemniakach (dane nie publikowane). W roku 1999 zaraza ga³êzista wyst¹pi³a w du¿ym nasileniu na kilku
plantacjach pomidorów w okolicach Sandomierza, gdzie uprawiano tak¿e tytoñ, na
którym ten paso¿yt równie¿ siê pojawia [6].
Nale¿y zaznaczyæ, ¿e w Polsce zaraza ga³êzista, wystêpuj¹ca w stanie dzikim jest
pod ochron¹. W ostatnich latach nie znaleziono jej na roœlinach dziko rosn¹cych
i uwa¿ana jest za gatunek gin¹cy. W Polsce Orobanche ramosa nie wystêpuje ju¿
w wykazie paso¿ytów kwarantannowych, poniewa¿ ostatnio nie stwierdzono znacz¹cego zagro¿enia upraw tym paso¿ytem. Prawdopodobnie jest to wynik wczeœniejszych publikacji, propaguj¹cych zwalczanie zarazy w uprawach [6, 7, 24]. Jednak
na terenach po³udniowych Niemiec, paso¿yt ten powoduje du¿e straty [8].
36
J. Borkowski, B. Dyki
Biologia gatunku
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.) nale¿y do rodziny Orobanchaceae, rz¹d
Lamiales. Do rodzaju Orobanche nale¿¹ roœliny paso¿ytnicze, które nie wytwarzaj¹
chlorofilu i rozwijaj¹ siê na korzeniach innych gatunków. U Orobanche wystêpuj¹
kwiaty grzbieciste, dwuwargowe z czterema prêcikami [34]. Wed³ug danych cytowanych przez Buschmanna [8], do rodzaju Orobanche nale¿y co najmniej 170 gatunków
roœlin paso¿ytniczych na œwiecie, z czego 15 notuje siê w Polsce [27, 34], m.in.
Orobanche ramosa paso¿ytuj¹ca na roœlinach psiankowatych i konopiach, O. minor
i O. gracilis na roœlinach bobowatych, a tak¿e O. maior, O. coerulescens, O. alba,
O. flava, O. picridis, O. vulgare atakuj¹ce chwasty polne i inne roœliny. Barwne
fotografie obrazuj¹ce zarazê ga³êzist¹ Orobanche ramosa L., paso¿ytuj¹c¹ na roœlinach pomidora, znajduj¹ siê w artykule na ten temat [4].
Pos³uguj¹c siê opisem morfologii gatunków zarazy [25, 26], mo¿na z ca³¹ pewnoœci¹ stwierdziæ, ¿e badany przez autorów tego doniesienia gatunek, to zaraza
ga³êzista (Orobanche ramosa), poniewa¿ tylko w tym gatunku, pêdy roœliny paso¿ytuj¹cej mocno siê rozga³êziaj¹. Jedna paso¿ytuj¹ca roœlina rzadko wytwarza tylko
jeden pêd, zwykle jest ich kilka, a niekiedy nawet ponad dziesiêæ [4]. Kwiaty zarazy
ga³êzistej maj¹ brzegi p³atków korony niebieskie lub fioletowe, a œrodek kwiatu jest
najczêœciej blado¿ó³ty. Liœcie s¹ ³uskowate, ¿ó³te i podobne zabarwienie ma ³odyga
[4, 34]. Nasiona zarazy kie³kuj¹, je¿eli w ich pobli¿u pojawi siê korzeñ roœliny ¿ywicielskiej, co autorzy zaobserwowali na przyk³adzie pomidora [4, 7]. Jednak kie³ek
nie jest pocz¹tkiem korzenia, ale nitkowat¹ ³odyg¹, która wed³ug Buschmanna [8], ma
do 20 mm d³ugoœci i wrasta do korzenia roœliny ¿ywicielskiej. W tym miejscu na korzeniu ¿ywiciela powstaje zgrubienie i wytwarza siê w ziemi niewielka bulwka,
z której póŸniej wyrasta kilka pêdów zarazy wysokoœci 10–40 cm [34], w doœwiadczeniach przeprowadzanych na pomidorach wysokoœæ pêdów przekroczy³a 20 cm [7].
Dias i in. [11] rozró¿niaj¹ 6 stadiów rozwoju paso¿yta przed wytworzeniem pêdów
wyrastaj¹cych nad powierzchniê ziemi. Kwiaty s¹ owadopylne i ka¿dy kwitnie co
najmniej kilka dni. Z ka¿dego zapylonego kwiatu wytwarza siê torebka [4, 8], w której
mieœci siê 700–4000 nasion [8]. Jedna roœlina mo¿e wydaæ 35000–200000 nasion [8].
W jednym gramie mieœci siê a¿ 200000 nasion [29, 30], s¹ one bardzo ma³e, lekko
wyd³u¿one, o wymiarach 0,3–0,4 × 0,2–0,3 mm i szaro¿ó³tej barwie [24]. Nasiona
maj¹ charakterystyczne cechy morfologiczne, na podstawie których za pomoc¹
mikroskopu elektronowego, mo¿na okreœliæ gatunek paso¿yta [28]. Obserwacje
autorów tego artyku³u pozwalaj¹ sugerowaæ, ¿e rosn¹ca w ziemi bulwka zarazy mo¿e
wydzielaæ pewne substancje stymuluj¹ce kie³kowanie nastêpnych nasion paso¿yta.
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.) …
37
Wyniki doœwiadczeñ w³asnych
W Instytucie Warzywnictwa prowadzone s¹ od 2000 roku badania, dotycz¹ce
wp³ywu zarazy ga³êzistej na wzrost, rozwój i plonowanie pomidora w warunkach
szklarniowych i polowych. W doœwiadczeniach tych nasiona paso¿yta wysiewane
by³y tu¿ przy podliœcieniowej czêœci ³odyg pomidorów, gdy te wysadzono na miejsce
sta³e. Od wysiewu nasion do pojawienia siê pierwszych pêdów zarazy na powierzchni
ziemi up³ywa³o 62–74 dni [4, 5]. Nastêpne pêdy zarazy ukazywa³y siê po 100, a nawet
po 150 dniach od wysiewu nasion, do koñca wegetacji pomidorów przybywa³y
kolejne, nowe pêdy. Zwykle doœwiadczenia w szklarni prowadzono do pierwszych
dni listopada, a miesi¹c wczeœniej likwidowano doœwiadczenia polowe. Po przekwitniêciu zarazy pojawia³y siê torebki z nasionami, które by³y zbierane po zaschniêciu
pêdów. Wieloletnie obserwacje wskazuj¹, ¿e wp³yw zarazy na obni¿enie wysokoœci
plonu pomidora jest uzale¿niony od masowoœci wyst¹pienia paso¿yta – im wiêcej
pêdów zarazy wokó³ roœliny pomidora, tym mniejszy plon. Jednak gdy pêdy zarazy
pojawiaj¹ siê na powierzchni zbyt póŸno (ok.120 dni po posadzeniu roœlin pomidora),
nie ma to ju¿ wp³ywu na wysokoœæ plonu (wyniki w opracowaniu do druku).
Ró¿ne sposoby zwalczania zarazy
Metody chemiczne. Gatunek Orobanche ramosa jest znacznie bardziej odporny na
wiêkszoœæ herbicydów ni¿ takie gatunki, jak Orobanche aegyptiaca, Orobanche crenata
i Orobanche cumana, które znacznie ³atwiej zwalczaæ za ich pomoc¹ [8, 13, 23, 29].
Stwierdzono, ¿e u¿ycie herbicydów – imazapyr, imazaquin, glifosat, rimsulforun – do
zwalczania zarazy ga³êzistej, czêsto tak obni¿a plon roœliny uprawianej, ¿e nie op³aca siê
ich stosowaæ [8, 23]. Zbadano, ¿e wykorzystanie herbicydów sulfonowych lub glifosatu
do zwalczania zarazy jest najskuteczniejsze w pocz¹tkowych fazach paso¿ytowania, gdy
powstaj¹ charakterystyczne zgrubienia na korzeniach roœliny ¿ywicielskiej [8].
Przy du¿ym zagêszczeniu nasion zarazy w glebie (powy¿ej 13000 szt na 1m2),
kiedy nie przewiduje siê stosowania p³odozmianu, nale¿y zastosowaæ chemiczne
odka¿anie gleby, które jest skuteczne, ale bardzo kosztowne [8]. Dotychczas stosowano
do odka¿ania gleby bromek metylu (methylbromid) w dawce 350–500 kg ha–1, ale
obecnie jest on wycofany z u¿ycia, a w zamian zaleca siê stosowanie preparatów Vapam
i Basamid [8].
Metody agrotechniczne. Ten sposób zwalczania zarazy w uprawach roœlin opiera
siê g³ównie na p³odozmianie, który powinien byæ co najmniej piêcioletni [24]. Uk³adaj¹c p³odozmian nale¿y pamiêtaæ, ¿e niekiedy nasiona zarazy mog¹ prze¿yæ do 13 lat [8]
i o tym, ¿e ¿aden gatunek zarazy nie paso¿ytuje w Europie na roœlinach jednoliœciennych, do których nale¿¹ wszystkie zbo¿a, a z roœlin warzywnych cebula, por i czosnek
[4]. Zarazy ga³êzistej nie znaleziono dotychczas na roœlinach bobowatych (Fabaceae),
do których nale¿¹ groch, fasola, bób, koniczyna, lucerna, ³ubin, wyka, ale na nich mo¿e
paso¿ytowaæ zaraza drobnokwiatowa – Orobanche minor lub Orobanche gracilis,
38
J. Borkowski, B. Dyki
o czerwonych kwiatach. Gatunki te wystêpuj¹ w Polsce g³ównie na koniczynie i lucernie, jednak Orobanche gracilis spotykana jest bardzo rzadko [34]. Do tej pory nie
stwierdzono w Polsce ¿adnego gatunku zarazy na burakach, marchwi, pietruszce i selerach, a na roœlinach kapustnych wystêpowanie zarazy ga³êzistej notowano tylko sporadycznie [24]. Je¿eli zaraza wyst¹pi na pomidorach lub innej roœlinie uprawnej, to bardzo
wa¿ne jest, aby nie dopuœciæ do wytworzenia nasion paso¿yta i ich wysiewu. Wyrastaj¹ce z ziemi pêdy powinno siê wyrywaæ lub wycinaæ, a je¿eli na pêdach znajduj¹ siê ju¿
torebki z nasionami, to nale¿y je spaliæ [4, 8, 24]. Na polu z du¿ym zagêszczeniem
nasion zarazy ga³êzistej zaleca siê wysiewanie roœlin – pu³apek, których korzenie
spowoduj¹ masowe kie³kowanie nasion paso¿yta i wtedy pole trzeba zaoraæ [12].
Demirkan i Nemly [10] stwierdzili doœwiadczalnie, ¿e wysokie stê¿enia azotu i potasu
w glebie hamuj¹ rozwój zarazy ga³êzistej, poniewa¿ utrudniaj¹ kie³kowanie jej nasion
[1]. W doœwiadczeniu na pomidorze opryskiwanie pêdów zarazy 5% mocznikiem nie
wp³ynê³o istotnie na jej rozwój, chocia¿ wyraŸnie uszkodzi³o kwiaty paso¿yta, ale
zwil¿one przy tym zabiegu liœcie roœlin ¿ywicielskich zosta³y ca³kowicie spalone [7].
W doœwiadczeniach szklarniowych ze zwalczaniem zarazy ga³êzistej na pomidorach
rosn¹cych w 12 litrowych pojemnikach z substratem torfowym (600 mg N–NO3 i 1200
mg K dm–3 substratu przy zasoleniu ok. 6 g NaCl dm–3), nasiona paso¿yta nie kie³kowa³y
[4], dlatego te¿ w kolejnych doœwiadczeniach wierzchni¹ warstwê substratu torfowego
pokrywano ziemi¹ darniow¹ lub kompostow¹ o zasoleniu ok. 1 g NaCl dm–3. Nawo¿enie
pog³ówne, mieszank¹ nawozow¹ Azofoska, stosowano w tych doœwiadczeniach po
up³ywie dwóch miesiêcy od posadzenia roœlin ¿ywicielskich. W takich warunkach
pojawia³y siê liczne pêdy zarazy w pojemnikach na powierzchni pod³o¿a, wokó³ roœlin
pomidora. Latem w sierpniu, po posypaniu saletr¹ wapniow¹ lub amonow¹, ju¿ w ci¹gu
dwóch dni notowano objawy niszczenia pêdów zarazy [4]. Stwierdzono te¿, ¿e kiedy
pêdy zarazy ju¿ zaczynaj¹ kwitn¹æ, ich niszczenie saletr¹ trwa d³u¿ej, do 10 dni.
Posypywanie saletr¹ wapniow¹ pêdów zarazy w paŸdzierniku, przy znacznie ni¿szej
temperaturze, by³o o wiele mniej skuteczne [4]. Wystêpowanie zarazy mo¿na te¿
ograniczyæ za pomoc¹ nawo¿enia organicznego oraz siarki [19, 20]. Nasiona zarazy
w glebie mo¿na te¿ niszczyæ przez parowanie lub solaryzacjê gleby [8, 33]. Solaryzacja
przy jednoczesnym dodaniu do gleby nawozu kurzego jest bardziej skuteczna [19].
Metody biologiczne i inne. W badaniach odpornoœci roœlin pomidora na paso¿ytowanie Orobanche ramosa wykazano du¿e ró¿nice we wra¿liwoœci miêdzy odmianami. Qasem i Kasravi [30] stwierdzili, ¿e u odmian ‘The Amateur’, ‘Backmore’,
‘Money Maker’, ‘Outdoor Girl’ i ‘Backmere’ obni¿ka plonu spowodowana dzia³aniem zarazy ga³êzistej wynosi³a 70–90%, natomiast u odmian mniej wra¿liwych:
‘Acora’, ‘Red Alert’, ‘Rocco’, ‘Santa’, ’Tiny Tim’i ‘Castler’, plon zmniejszy³ siê najwy¿ej o 20,5%, a rozwój pêdów paso¿yta by³ znacznie s³abszy. Z doœwiadczeñ innych
autorów wynika, ¿e zaraza ga³êzista obni¿a³a plony nawet o 80% [ 8, 11]. Prowadzone
s¹ prace nad wyhodowaniem odmian pomidora odpornych na zarazê [2, 14, 31].
Dotyczy to nie tylko odpornoœci na Orobanche ramosa, ale tak¿e Orobanche aegyptiaca – gatunku, który jest bardzo powa¿nym problemem w Izraelu na plantacjach
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.) …
39
pomidorów przeznaczonych dla przemys³u [13], a tak¿e w Egipcie oraz w Rosji
w okolicach Astrachania [2]. Po 30 latach badañ nad odpornoœci¹ pomidora na
Orobanche aegyptiaca ustalono, ¿e gen odpowiedzialny za dziedziczenie tej cechy
znajduje siê w 11. chromosomie [2]. Nie wiadomo jednak, czy ten sam gen warunkuje
równie¿ odpornoœæ pomidora na Orobanche ramosa. Pomidory zaatakowane przez
zarazê zawieraj¹ mniej chlorofilu, co zmniejsza intensywnoœæ fotosyntezy i zak³óca
metabolizm wêglowodanów [3].
Du¿e perspektywy w walce z zaraz¹ ma zastosowanie œrodków, które stymuluj¹
kie³kowanie jej nasion w warunkach braku ¿ywiciela. Obiecuj¹ce wyniki na ten temat
otrzymano ju¿ 24 lata temu w Libanie, stosuj¹c preparaty GR7, GR24 i GR28,
stymuluj¹ce kie³kowanie nasion paso¿yta w warunkach laboratoryjnych i w szklarniowych [32]. Zanotowano te¿ znaczne ograniczenie rozwoju zarazy ga³êzistej na
pomidorze pod wp³ywem hydrazydu maleinowego – inhibitora wzrostu roœlin [23].
Poznano budowê zwi¹zku o nazwie orobanchol, który w stanie naturalnym
wystêpuje w koniczynie i stymuluje (bez udzia³u ¿ywiciela) kie³kowanie nasion
Orobanche minor. Wyprodukowanie analogu orobancholu mo¿e mieæ zastosowanie
w ochronie roœlin bobowatych przed zaraz¹ [35]. Tak¿e zastosowanie preparatu Bion
(benzotiadazolen) hamuje kie³kowanie nasion i rozwój zarazy ga³êzistej na tytoniu
[8]. Borkowski i in. [5] wykazali, ¿e dwukrotne podlanie pomidorów preparatem Bion
opóŸni³o co najmniej o 37 dni pojawienie siê pêdów zarazy, a póŸniejszy jej rozwój
by³ znacznie s³abszy. Ghulam i in. [14] wykazali, ¿e opryskiwanie liœci pomidorów
roztworem GA3, zwiêksza odpornoœæ roœlin na zarazê. Zaobserwowano te¿, ¿e istnieje
owad Phytomyza orobanchia KALT., (muchówka z rodziny Agromyzidae), którego
larwy ¿ywi¹ siê kwiatami i nasionami zarazy, a tak¿e dr¹¿¹ jej pêdy [20]. Owad ten jest
przydatny w walce biologicznej z ró¿nymi gatunkami zarazy. Wystêpuje on w basenie
Morza Œródziemnego, a tak¿e w Etiopii, Niemczech, Anglii i na Ukrainie, jednak ma
te¿, niestety, i swoich wrogów – paso¿yty, które ograniczaj¹ jego po¿yteczn¹ dzia³alnoœæ [9]. Stwierdzono tak¿e, ¿e mszyca ogórkowa (Aphis gossypii KALT.), po dostaniu
siê na pêdy zarazy w warunkach szklarniowych, powoduje zahamowanie wzrostu
i kwitnienia paso¿yta [5]. S¹ te¿ prowadzone poszukiwania grzybów, które mog¹
powodowaæ infekcyjne choroby zarazy i w ten sposób zmniejszaæ jej populacje [8].
Do takich grzybów nale¿y Fusarium solani [17].
Podsumowanie
Omawiany gatunek zarazy (Orobanche ramosa L.) staje siê coraz bardziej groŸny
dla ró¿nych upraw, poniewa¿ obserwuje siê rozszerzanie siê krêgu jego ¿ywicieli
wœród gatunków roœlin uprawnych na œwiecie [8]. Dawniej zaraza ga³êzista stanowi³a
problem g³ównie w krajach przylegaj¹cych do Morza Œródziemnego [8], w Pakistanie
[14, 17] i Etiopii [33]. W ostatnich kilkudziesiêciu latach jej obecnoœæ stwierdzono
w Chile [11], Kalifornii, Teksasie, na Florydzie, a tak¿e w Afryce Po³udniowej
i Australii [8]. Poniewa¿ zaraza ga³êzista wystêpuje obecnie prawie na ca³ym œwiecie,
40
J. Borkowski, B. Dyki
z wyj¹tkiem obszarów podbiegunowych i paso¿ytuje na ró¿nych gatunkach roœlin,
nale¿y przypuszczaæ, ¿e wytworzy³a ró¿ne odmiany botaniczne i rasy, preferuj¹ce
okreœlone gatunki roœlin ¿ywicielskich, wp³ywaj¹c niekorzystnie na ich wzrost i rozwój. Polska bierze udzia³ w miêdzynarodowym programie badawczym COST 849 na
temat roœlin paso¿ytniczych, wœród których znajduj¹ siê gatunki Orobanche. Ten
program obejmuje tak¿e metody zwalczania paso¿ytów roœlinnych w uprawach
rolniczych i ogrodniczych.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
Abu Irmailech B.E. 1994. Nitrogen reduces branched broomrape (Orobanche ramosa) seed germination. Weed
Science 42: 57– 60.
Avdeyev Y.L., Scherbinin B.M., Ivanova I. M., Avdeyev A.Y. 2003. Studying of tomato resistance to
broomrape and breeding varieties for processing. Acta Horticulturae 613: 283–290.
Barker E.R., Schles J.D., Press M.C., Quick W.P. 1995. Effect of the holoparasite Orobanche aegyptiaca on the
growth and photosynthesis of its tomato host. Aspects of Applied Biology 42: 141–148.
Borkowski J., Dyki B. 2007. Zaraza ga³êzista w uprawie pomidororów. Has³o Ogrodnicze 64(8): 120–121.
Borkowski J., Kaniszewski S., Dyki B. 2007. Wystêpowanie zarazy ga³êzistej (Orobanche ramosa L.) i jej
zwalczanie na pomidorach. 54 Zjazd Pol. Tow. Bot. Botanika w Polsce. Stresz. referatów i plakatów: 47.
Borkowski J., Robak J. 2000. Wystêpowanie zarazy ga³êzistej na pomidorach i innych roœlinach. Ogrodnictwo 3: 19–20.
Borkowski J., Robak J. 2002. Wystêpowanie zarazy ga³êzistej (Orobanche ramosa L.) na pomidorach i jej
zwalczanie. Ochrona Roœlin 46(7): 20–22.
Buschmann H. 2004. Hanftod, Tabakwürger – bald auch eine Bedrohung für den Raps? Das parasitiche Unkraut
Orobanche ramosa auf dem Vormarsch. Gesunde Pflanzen 56(2): 39–48.
Cikman E., Doganlar M. 2006. Parasitoids of natural populations of Phytomyza orobanchia (KALTENBACH,
1864) (Diptera: Agromyzidae) in southeastern Anatolia. J. of Applied Science Research 2(6): 327–330.
Demirkan H., Nemly Y. 1993. Effects of some fertilizers on Orobanche ramosa L. on tomato biology and
management of Orobanche. Proceedings of the Third International Workshop on Orobanche and related Striga
research, Pieterse A.H., Verkleij J.A.C., ter Borg S.J. (red.): 499–501.
Diaz S.J., Norambuena M.H., Lopez-Granados F. 2006. Caracterizacion del holoparasitismo de Orobanche
ramosa en tomate bajo conditiones de campo. Agricultura Tecnica 66(3): 223–234.
Dzier¿yñska A. 2007. Wykorzystanie komunikacji chemicznej miêdzy roœlinami do zwalczania chwastów
paso¿ytniczych. Post. Nauk Rol. 59(2): 33–46.
Eizenberg H., Goldwasser Y., Golan S., Plakhine D., Hershenhorn J. 2004 . Egypian broomrape (Orobanche
aegyptiaca) control in tomato with sulfonylurea herbicides – greenhouse studies. Weed Technology 18: 490–496.
EL-Halmouch Y., Benharrat H., Thalouarn P. 2006. Effect of root exudates from different tomato genotypes on
broomrape (O.aegyptiaca) seed germination and tubercle development. Crop Protection 25(5): 501–507.
Ghulam Jellani, Sumaira Minir, Asghari Bano, Hidayat Ullah. 2006. Effect of growth regulators on growth and
yield of tomato cv. Roma parasited by Orobanche. Sarhad Journal of Agriculture 22(2): 229–232.
Girife Sahile, Girma Abebe, Abdel-Rahman M., Al-Tawaha. 2005. Effect of soil solarization on Orobanche soil seed
bank and tomato yield in central Rift Valley of Ethiopia. World Journal of Agricultural Science 1(2): 143–147.
Goldwasser Y., Plakhine D., Yodel J.I. 2000. Arabidopsis thaliana susceptibility to Orobanche spp. Weed
Science 48: 342–346.
Hadj Seyed Hadi M., Fazele F., Taghi Darzi M., Shahmoradi R. 2007. Biological control of Orobanche
aegyptiaca in tomato. (dokument elektroniczny) http.//www.regional org. au. 20. 02. 2007.
Haidar M.A., Sidahmed M.M. 2000. Soil solarization and chicken manure for the control of Orobanche crenata
and other weeds in Lebanon. Crop Protection 19: 169–173.
Haidar M.A., Sidahmed M.M. 2006. Elemental sulphur and chicken manure for the control of branched
broomrape (Orobanche ramosa). Crop Protection 25: 47–51.
Klein O., Kroschel J.2002. Biological control of Orobanche spp. with Phytomyza orobanchia. Biocontrol 47: 244–276.
Kochman J., Wêgorek W. 1997. Ochrona Roœlin. Praca zbiorowa. Wyd. V, Plantpress, Kraków: 585.
Zaraza ga³êzista (Orobanche ramosa L.) …
41
[23] Lolasi P.C. 1994. Herbicides for control of broomrape (Orobanche ramosa L.) in tabacco (Nicotiana tabacum
L.). Weed Res. 34: 205–209.
[24] Ma³uszyñska E., Podyma W., Drzewiecki J., Karnkowski W. 1998. Chwasty i roœliny paso¿ytnicze objête
przepisami kwarantanny. Warszawa, IHAR, PJOR.
[25] M¹dalski J. 1967. Atlas flory polskiej i ziem oœciennych. Warszawa,Wroc³aw, PWN.
[26] M¹dalski J. 1973. Atlas Flory Polskiej i Ziem Oœciennych 17(1) Scrophulariaceae, Orobanchaceae. PWN.
Warszawa–Wroc³aw–Kraków.
[27] Mirek Z., Piêkoœ-Mirkowa H., Zaj¹c A., Zaj¹c M. i inni 2002. Flowering plants and pteridophytes of Poland
checklist. Krytyczna lista roœlin naczyniowych Polski. IB PAN, Kraków: 117–118.
[28] Plaza L., Fernandez I., Juan R., Pastor J., Pujadas A. 2004. Micromorphological studies on seeds of Orobanche species
from the Iberian Peninsula and the Balearic Islands, and their systematic significance. Annals of Botany 94: 167–178.
[29] Qasem J.R. 1998. Chemical control of branched broomrape (Orobanche ramosa) in glasshouse grown tomato.
Crop Protection 17(8): 625–630.
[30] Qasem J.R., Kasravi M.A.1995. Variation of resistance to broomrape (Orobanche ramosa) in tomatoes.
Euphytica 81: 109–114.
[31] Radi A., Dina P., Guy A. 2006. Expression of sarcotoxin JA gene via a root-specific-tob propoter enhanced host
resistance against parasite weeds in tomato plants. Plant Cell Reports 25(4): 297–303.
[32] Saghir A.R., Janudi A., Shafyuddin M. 1983. The use of germination stimulants for the control of Orobanche in
tomato. 10th International Congress of Plant Protection Proceedings of a Conference Held at Brighton 1: 282.
[33] Sahile G., Abebe G., Al-Tawaha A.R.M. 2005. Effect of solarization on Orobanche soil bank and tomato yield
in Central Rift Valley of Ethiopia. World Journal of Agricultural Sciences 1(2): 143–147.
[34] Szafer W., Kulczyñski S., Paw³owski B. 1986. Roœliny Polskie.wyd. V, t. 2: 553–558 PWN. Warszawa.
[35] Yokota T., Sakai H., Okuno K., Yoneyama K., Takeuchi Y. 1998. Alectrol and orobanchol, germinations
stimulants for Orobanche minor, from its host red clover. Phytochemistry 49: 1967–1973.
The branched broomrape (Orobanche ramosa L.)
and its control on cultivated plants,
mainly on tomatoes
Key words: branched broomrape, parasite, control, tomatoes.
Summary
The branched broomrape (Orobanche ramosa L.) is a dangerous parasite of cultivated plants, mainly of family Solanaceae and now appeares almost all over the world.
All plants in the Orobanche genus (170 species) are without chlorophyl, grown on
roots of other plants and had flowers characteristic for order Scrophulariales. Plants of
branched broomrape are low, but produce many seeds – up to 200000 per one plant.
The plants of branched broomrape are resistant to many herbicides. Different ways of
their control are described. The most important is the adequate (five years) rotation of
crops. The biological control was also presented. The menace of cultivated plants with
this parasite increased within last years in the world, however not in Poland.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 43–53
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru
w uprawie pszenicy
Jolanta Korzeniowska
Instytut Uprawy Nawo¿enia i Gleboznawstwa-Pañstwowy Instytut Badawczy w Pu³awach
Zak³ad Herbologii i Technik Uprawy Roli we Wroc³awiu
ul. Orzechowa 61, 50-540 Wroc³aw,
email: [email protected]
S³owa kluczowe: bor, pszenica, wra¿liwoœæ na niedobór, objawy niedoboru,
zró¿nicowanie odmianowe
Wstêp
Pomimo ¿e niezbêdnoœæ boru w ¿ywieniu roœlin zosta³a stwierdzona przez
Waringtona [54] ju¿ w 1923 r., do dziœ funkcje fizjologiczne tego pierwiastka dla
roœlin s¹ s³abiej poznane ni¿ innych sk³adników pokarmowych. Na temat boru istnieje
wiele starych przekonañ, aktualnie ju¿ nie prawdziwych. Dotycz¹ one g³ównie
zapotrzebowania ludzi i zwierz¹t na ten pierwiastek, jego mobilnoœci w roœlinach oraz
wra¿liwoœci pszenicy na niedobór tego sk³adnika pokarmowego.
Do lat 80. ubieg³ego wieku panowa³o przekonanie, ¿e bor – bêd¹c absolutnie koniecznym sk³adnikiem pokarmowym dla roœlin – jest zbêdny dla ludzi i zwierz¹t.
Najnowsze badania prowadzone w USA obali³y ten dogmat i wykaza³y, ¿e jest
potrzebny i wspomaga wiele procesów ¿yciowych ludzi i zwierz¹t, takich jak rozwój
zarodkowy, wzrost i dobry stan koœci, funkcje odpornoœciowe oraz zdolnoœci psychomotoryczne i funkcje poznawcze [2, 25, 36, 37].
Rola boru w roœlinie
W procesach ¿yciowych roœlin bor jest nieodzowny przede wszystkim w transporcie i metabolizmie cukrowców, w procesach wzrostu (podzia³y komórek, wzrost
³agiewki py³kowej) oraz w tworzeniu struktur œcian komórkowych [28]. Obecnie
pewne jest, ¿e kwas borowy jest niezbêdny w po³¹czeniach komponentów œciany
komórkowej. Badania ostatnich lat prowadzone w Japonii przez Matoha i Kobayashi
[33, 34] dowiod³y, ¿e istnieje œcis³y zwi¹zek miêdzy borem i polisacharydami œciany
komórkowej. Badacze ci pierwsi wyizolowali specyficzny kompleks B-pektyna-polisacharyd ze œciany komórkowej nazwany B-RG-II, który powszechnie wystêpuje
44
J. Korzeniowska
w roœlinach. Analiza struktury kompleksu B-RG-II wykaza³a, ¿e zbudowany jest on
z kwasu borowego i dwóch ³añcuchów monomerycznego polisacharydu RG-II. Kompleks B-RG-II zosta³ znaleziony równie¿ w œcianie komórkowej ³agiewki py³kowej,
co potwierdza zapotrzebowanie na bor w procesie wytwarzania nasion.
Jeszcze do niedawna uwa¿ano, ¿e B jest jednym ze sk³adników pokarmowych
o znacznie ograniczonej mobilnoœci w roœlinach. Wskazywa³a na to analiza rozmieszczenia tego pierwiastka w organach roœlin oraz objawy jego niedoboru i nadmiaru.
W rzeczywistoœci u niektórych gatunków B mo¿e byæ ³atwo przemieszczany, przez
floem z jednych organów do drugich, co udowodni³y badania Browna z koñca lat 90.
[11, 12]. U gatunków, które wytwarzaj¹ odpowiednie iloœci specjalnych wielocukrów
– polioli, bor jest ³atwo transportowany i przemieszczany w wyniku tworzenia siê
kompleksu „B-poliol”. W wyniku tego pierwiastek ten mo¿e byæ bardzo ³atwo
przemieszczany u pewnych gatunków, podczas gdy u innych jego mobilnoœæ w roœlinach jest silnie ograniczona. Bor jest pod tym wzglêdem wyj¹tkiem, ¿aden inny
sk³adnik pokarmowy nie wykazuje ró¿nej mobilnoœci w zale¿noœci od gatunku
roœliny. Wed³ug Browna do gatunków charakteryzuj¹cych siê du¿¹ mobilnoœci¹ boru
zalicza siê jab³oñ, gruszê, morelê, brzoskwiniê, winoroœl, oliwkê i seler. Pszenica jest
gatunkiem o ograniczonej mobilnoœci boru. Na uwagê zas³uguje fakt podkreœlany
przez Browna [12], ¿e nie tylko gatunki, ale równie¿ odmiany w pewnym stopniu
mog¹ siê ró¿niæ mobilnoœci¹ boru. Konsekwencj¹ tego mo¿e byæ ró¿na wra¿liwoœæ
odmian na niedobory tego sk³adnika.
Wra¿liwoœæ pszenicy na niedobór boru
Do niedawna panowa³ pogl¹d, ¿e wymagania pszenicy w stosunku do boru s¹ tak
niewielkie, ¿e nawo¿enie jej tym pierwiastkiem jest zbêdne, a nawet szkodliwe [29,
31]. Pogl¹d ten wynika³ najprawdopodobniej z faktu, ¿e roœliny jednoliœcienne,
a szczególnie zbo¿a, charakteryzuj¹ siê kilkakrotnie ni¿sz¹ zawartoœci¹ boru w tkankach ni¿ roœliny dwuliœcienne [3, 4, 7, 17, 28].
Ponadto takiemu przekonaniu sprzyja³o istnienie stosunkowo w¹skiego przedzia³u
miêdzy niezbêdn¹ a toksyczn¹ dla roœlin zawartoœci¹ boru [8, 13, 40]. Nie bez znaczenia
by³ równie¿ fakt, ¿e brak boru u roœlin jednoliœciennych objawia siê g³ównie trudno
zauwa¿aln¹ niep³odnoœci¹ kwiatów, nie powoduj¹c widocznych objawów niedoboru
wystêpuj¹cych na czêœciach wegetatywnych, jak w przypadku roœlin dwuliœciennych.
Obecnie wiadomo, ¿e mniejsze pobranie boru przez pszenicê ni¿ przez inne gatunki, nie
jest równowa¿ne z zupe³nym brakiem zapotrzebowania na ten pierwiastek i nie œwiadczy o braku wra¿liwoœci na jego niedobór. Badania ostatnich lat wykaza³y du¿o wiêksz¹
wra¿liwoœæ pszenicy na niedobory boru ni¿ siê powszechnie uwa¿a³o. W rzeczywistoœci z powodu wystêpowania mêskiej niep³odnoœci kwiatów przy braku boru, pszenicê
mo¿na zaliczyæ do grupy roœlin szczególne wra¿liwych na niedobory tego pierwiastka.
Przy niedostatecznym zaopatrzeniu w bor gatunek ten reaguje znacznie wiêkszym
spadkiem plonów ziarna ni¿ ry¿, kukurydza czy soja [43].
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru …
45
Wystêpowanie niedoborów boru dla pszenicy na œwiecie
Doniesienia o niedoborach boru u pszenicy nap³ywaj¹ przede wszystkim z Azji,
z takich krajów jak Chiny, Indie, Pakistan, Nepal, Bangladesz i Tajlandia. W krajach
tych uprawia siê g³ównie wysokoplenne odmiany pszenicy wytworzone w CIMMYT
(Miêdzynarodowe Centrum Doskonalenia Kukurydzy i Pszenicy w Meksyku). Wydaje
siê, ¿e wiele odmian z CIMMYT charakteryzuje siê s³abym wykorzystywaniem boru
i w sytuacji niedoboru tego sk³adnika w glebie reaguje du¿ym spadkiem plonów.
Rerkasem i Jamjod [43] donosz¹, ¿e tysi¹ce wysoko wydajnych linii pszenicy stworzonych przez naukowców CIMMYT testuje siê ka¿dego roku w krajach rozwijaj¹cych siê
w Azji. Zaobserwowano z³e wykorzystanie B z gleby przez te linie pszenicy w porównaniu do odmian ‘Fang 60’ lub ‘Sonora 64’, powi¹zane z mêsk¹ sterylnoœci¹. Oko³o
30–40% tych linii zawi¹zuje jedynie 1–2 ziarniaków w k³osie lub ¿adnego, podczas gdy
‘Fang 60’ plonuje normalnie. Nawo¿enie borem mog³oby pozwoliæ odmianom Ÿle
wykorzystuj¹cym B z gleby na ujawnienie ca³ego swojego potencja³u produkcyjnego.
Relacje o niedoborach boru dla pszenicy pojawiaj¹ce siê w literaturze œwiatowej
sk³oni³y polskich badaczy do zajêcia siê tym problemem. Równie¿ w naszym kraju
pojawi³y siê prace wskazuj¹ce na niedostateczne zaopatrzenie pszenicy w bor.
Wed³ug Gembarzewskiego [19] oraz Gembarzewskiego i in. [21] pszenica ozima pobrana ze 138 pól (na 200 badanych) w fazie strzelania w ŸdŸb³o charakteryzowa³a siê
niewystarczaj¹cymi zawartoœciami boru. Podobnie Wróbel [56] przebada³ 61 pól
pszenicy jarej i stwierdzi³, ¿e roœliny a¿ z 78% pól wykazywa³y zbyt niskie zawartoœci
boru w porównaniu do zakresu optymalnego podawanego przez Bergmanna [10].
Objawy niedoboru boru u pszenicy
Jak ju¿ wspomniano niedobory boru ujawniaj¹ siê u pszenicy dopiero przy formowaniu organów generatywnych i wtedy wzrasta jej zapotrzebowanie na bor. We
wczesnych fazach rozwojowych roœlina ta ma znacznie ni¿sze potrzeby ni¿ roœliny
dwuliœcienne i w³aœciwe nie wykazuje wizualnych symptomów niedoborów tego
pierwiastka [3, 4, 13]. Asad [3] wykaza³, ¿e krytyczna zawartoœæ B w liœciach 10-dniowych siewek pszenicy wynosi³a 1,2, a s³onecznika 19,7 mg · kg–1. Równie¿ Bell [7]
stwierdza, ¿e krytyczna zawartoœæ boru jest dla pszenicy 10-krotnie ni¿sza ni¿ dla roœlin
dwuliœciennych. Mniejsze wymagania roœlin jednoliœciennych ni¿ dwuliœciennych
w stosunku do boru w procesie wytwarzania czêœci wegetatywnych s¹ najprawdopodobniej zwi¹zane z ró¿nicami w budowie œciany komórkowej obu grup roœlin [32].
Objawy niedoboru boru u pszenicy s¹ ma³o przydatne do diagnostyki, bo trudne
do zauwa¿enia w warunkach polowych. Roœliny pszenicy a¿ do kwitnienia rosn¹
i rozwijaj¹ siê normalnie nie demonstruj¹c ¿adnych wizualnych objawów [24, 43, 47].
Pierwszym typowym symptomem niedoboru B jest mêska niep³odnoœæ kwiatów.
Kwiaty w k³oskach pozostaj¹ otwarte przez wiele dni (d³u¿ej ni¿ normalnie), a nastêpnie nie zawi¹zuj¹ ziarniaka. Cheng i Rerkasem [14] stwierdzili, ¿e przy braku
46
J. Korzeniowska
boru dochodzi do zaburzeñ w kie³kowaniu py³ku i wzroœcie ³agiewki py³kowej.
Huang i in. [24] wykazali nieprawid³owoœci w budowie pylników i wytwarzaniu
py³ku. Stwierdzili ponadto, ¿e okres krytyczny, w którym niedobór boru wyrz¹dza
najwiêksze i nieodwracalne szkody trwa ok. 7 dni od momentu pojawienia siê liœcia
flagowego. W badaniach Rerkasema i Jamjoda [41] aplikacja boru bezpoœrednio do
kwiatów na znamiona s³upków u roœlin cierpi¹cych na niedobór boru, powodowa³a
wzrost iloœci zawi¹zywanych ziaren w k³osie, potwierdzaj¹c zwiêkszone zapotrzebowanie pszenicy na bor w czasie zapylenia i zap³odnienia. Rerkasem i in. [47] stwierdzili, ¿e zmiany w pylnikach pszenicy spowodowane niedoborami boru ró¿ni¹ siê od
zmian spowodowanych niedoborem miedzi, który równie¿ prowadzi do mêskiej sterylnoœci kwiatów. Przy niedoborze boru nie zaobserwowali oni wystêpowania ameboidalnych komórek tapetum oraz braku zdrewnia³ych komórek wyœcie³aj¹cych pylniki, które zaobserwowali Jewell i in. [26] i Dell [16] badaj¹c niedobory miedzi.
Efektem mêskiej niep³odnoœci kwiatów spowodowanej brakiem boru jest zmniejszona liczba ziaren w k³osie i co za tym idzie spadek plonów ziarna pszenicy. Nie towarzyszy jednak temu spadek liczby k³osów lub mniejszy plon s³omy [44]. Potwierdza to wy¿sze zapotrzebowanie pszenicy na B przy wzroœcie czêœci generatywnych
ni¿ wegetatywnych. Inne roœliny, takie jak s³onecznik czy rzepak, równie¿ maj¹
wiêksze zapotrzebowanie na B w czasie wytwarzania czêœci generatywnych, ale
ró¿ni¹ siê od pszenicy tym, ¿e przy braku boru spada równie¿ plon czêœci wegetatywnych [5]. Pszenica jest pod tym wzglêdem inna – przy niedoborze boru obserwuje siê
jedynie mêsk¹ sterylnoœæ kwiatów, a co za tym idzie problemy z zawi¹zywaniem
ziarna. Innym ciekawym zjawiskiem zaobserwowanym u pszenicy niewystarczaj¹co
zaopatrzonej w bor jest wzrost masy pojedynczych ziaren towarzysz¹cy spadkowi
liczby ziaren w k³osie [39, 51].
Diagnoza niedoborów boru dla pszenicy
W celu oceny niedoborów boru mo¿na pos³u¿yæ siê objawami wizualnymi na
roœlinach, analiz¹ gleby, analiz¹ roœlin oraz reakcj¹ roœlin na nawo¿enie tym sk³adnikiem [7]. W przypadku boru i pszenicy objawy wizualne – mêska niep³odnoœæ
kwiatów – s¹ na tyle trudno zauwa¿alne, ¿e uwa¿a siê je za nieprzydatne do diagnozy
w warunkach polowych [45].
Zawartoœæ tzw. przyswajalnego dla roœlin boru w glebie oznacza siê stosuj¹c
ekstrakcjê gor¹c¹ wod¹ wg Bergera i Truoga [9]. Jest to aktualnie najpopularniejsza
metoda u¿ywana w wiêkszoœci laboratoriów na œwiecie [7, 49]. Prócz gor¹cej wody
do ekstrakcji boru u¿ywa siê jeszcze 0,01 M CaCl2 i rzadziej roztworu 0,05 M HCl,
Mehlich-3 oraz octanu amonu [7]. Niewiele prac podaje krytyczny poziom boru
w glebie dla pszenicy. Natomast wielu autorów zajmuje siê krytycznym poziomem
tego pierwiastka w tkankach roœlinnych. Zawartoœæ BH2O w glebie, przy której
pszenica jest niewystarczaj¹co zaopatrzona w ten pierwiastek wynosi wg badañ
Rerkasema i Loneragena [45] 0,1, a wg Ascher i in. [6] 0,5 mg · kg–1.
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru …
47
W Polsce od 1986 r. do oznaczania boru w glebie stosuje siê 1 M HCl, który jest
wspólnym ekstrahentem dla wszystkich piêciu mikroelementów pokarmowych. Oceny zasobnoœci gleby w bor dokonuje siê na podstawie liczb granicznych opracowanych dla tego ekstrahenta w Instytucie Uprawy Nawo¿enia i Gleboznawstwa [20].
Wspomniane liczby graniczne zosta³y opracowane przy u¿yciu buraka cukrowego,
którego cechuje znacznie wiêksze pobranie boru ni¿ pszenicê. Mo¿na siê spodziewaæ,
¿e z tego powodu ocena zasobnoœci gleby przy ich u¿yciu bêdzie dla pszenicy zbyt
rygorystyczna. Zawartoœæ okreœlona jako niska mo¿e okazaæ siê wystarczaj¹ca dla
pszenicy. Pewnej korekty liczb dokona³ Wróbel [57, 58], wyznaczaj¹c odrêbne ich
grupy nie tylko dla poszczególnych klas odczynu, ale tak¿e dla kategorii agronomicznych gleb. Nowe liczby s¹ znacznie bardziej precyzyjne, jednak zosta³y poprawione
na podstawie wyników dla buraka cukrowego i st¹d mog¹ byæ równie¿ nie w pe³ni
przydatne dla pszenicy. W nielicznych pracach krajowych poruszaj¹cych problem boru i pszenicy, zarówno Faber [18], jak i Wróbel i Sienkiewicz [60] donosz¹ o dodatniej
reakcji na nawo¿enie przy zawartoœci BHCl w glebie wynosz¹cej ok. 0,5 mg · kg–1.
Oceniaj¹c zaopatrzenie pszenicy w bor na podstawie zawartoœci w roœlinie nale¿y
uwzglêdniæ wiek oraz czêœæ roœliny pobieran¹ do analiz [7]. Wartoœci krytyczne
podawane przez ró¿nych autorów ró¿ni¹ siê od siebie. Asad i in. [4] dowiedli, ¿e
krytyczna zawartoœæ boru w liœciach siewek pszenicy wynosi³a 1,2 mg · kg–1 s.m.
Wed³ug Bergmanna [10] i Jonesa [27] granica niedoboru w pêdach pszenicy wynosi
5–6 mg · kg–1, odpowiednio w fazie pocz¹tku strzelania w ŸdŸb³o i w fazie k³oszenia.
Rashid i in. [40] wykazali, ¿e krytyczna zawartoœæ waha siê w zakresie 4–6 w pêdach
pszenicy w czasie krzewienie, 5–7 w liœciu flagowym na pocz¹tku k³oszenia i wynosi
2 mg · kg–1 w ziarnie. Faber [18] stwierdzi³, ¿e zawartoœci 2,5–4,5 mg · kg–1 w ca³ych
pêdach w czasie strzelania w ŸdŸb³o towarzyszy³ istotny wzrost plonów ziarna na skutek
nawo¿enia borem. Rerkasem i Loneragen [45] wykazali, ¿e zawartoœæ 3–7 mg · kg–1
w liœciu flagowym w czasie k³oszenia by³a niewystarczaj¹ca.
Na ogó³ przyjmuje siê, ¿e pszenica wykazuje znacznie wiêksze zapotrzebowanie
na bor w trakcie rozwoju czêœci generatywnych ni¿ wegetatywnych. Pylniki prêcików
powinny zawieraæ nie mniej ni¿ 8–10 mg · kg–1 boru, aby proces zawi¹zywania ziarna
móg³ przebiegaæ prawid³owo [46, 47]. Rerkasem i Jamjod [43] podkreœlaj¹, ¿e zawartoœæ boru w liœciu flagowym i w k³osach nie jest w pe³ni wiarygodnym wskaŸnikiem zaopatrzenia roœlin. Najbardziej precyzyjnym wskaŸnikiem jest zawartoœæ boru
w pylnikach, która ze wzglêdów praktycznych jest niemo¿liwa do zbadania w warunkach produkcji polowej.
Nale¿y pamiêtaæ, ¿e zarówno analiza glebowa jak i roœlinna s¹ trudne do interpretacji i nie zawsze miarodajne. Dostêpnoœæ boru glebowego zale¿y od takich
czynników jak sk³ad granulometryczny, odczyn, zawartoœæ substancji organicznej,
temperatura i opady [49], a zawartoœæ B w roœlinie jest ró¿na dla poszczególnych
organów, faz rozwojowych i odmian. Ostateczn¹ weryfikacj¹ niedoborów boru dla
roœlin jest ich dodatnia reakcja na aplikacjê tego sk³adnika.
48
J. Korzeniowska
Zró¿nicowanie odmianowe wra¿liwoœci na niedobór
W 1984 roku Graham [22] zdefiniowa³ efektywnoœæ wykorzystania danego
sk³adnika pokarmowego jako zdolnoœæ genotypu (odmiany) do dobrego wzrostu
i plonowania na glebie, w której sk³adnik ten jest w niedostatku dla genotypu wzorcowego. Ta prosta definicja pozwoli³a na eksperymentalne porównywanie odmian,
pomimo ¿e mechanizm ich zró¿nicowania nie by³ i nadal nie jest w pe³ni wyjaœniony.
Rozszerzaj¹c definicjê Grahama Rerkasem i Jamjod [42] okreœlili efektywnoœæ wykorzystania boru jako zdolnoœæ genotypu (odmiany) do prawid³owego funkcjonowania
na glebie o zawartoœci boru zbyt niskiej dla innych odmian.
Doniesienia o niedoborach B w uprawie pszenicy nap³ywaj¹ce z Nepalu [51,
52], Bangladeszu [1], Turcji [50] i Tajlandii [42, 44, 45, 48, 55] stale podkreœlaj¹
odmienn¹ reakcjê odmian na deficyt boru. Zró¿nicowanie genotypowe wykorzystania B przez pszenicê jest wiêksze ni¿ u innych gatunków roœlin i wiêksze ni¿ w przypadku innych pierwiastków. Ró¿ne odmiany pszenicy rosn¹ce na tej samej glebie
o niskiej zawartoœci boru mog¹ oscylowaæ od najgorzej wykorzystuj¹cych bor, czyli
w ogóle nie wytwarzaj¹cych ziarna z powodu mêskiej sterylnoœci kwiatów, do
najlepiej wykorzystuj¹cych, charakteryzuj¹cych siê typow¹ liczb¹ ziaren w k³osie
[41]. Odmiany tolerancyjne na niedobór boru nazywane s¹ czêsto „B-efektywnymi”, a nietolerancyjne „B-nieefektywnymi”. Odmiana ‘Fang 60’, niezmiennie
wykazuj¹ca w badaniach bardzo dobre wykorzystanie boru, traktowana jest jako
standard wysokiej efektywnoœci [43]. Rerkasem i Jamjod [41] wydzielili 5 klas
wra¿liwoœci odmian pszenicy na niedobór i na tej podstawie scharakteryzowali 252
odmiany pochodz¹ce z Azji, Australii i Po³udniowej Ameryki. Wed³ug tych badañ
do bardzo wra¿liwych zaliczono 153, wra¿liwych – 59, œrednio wra¿liwych – 17,
œrednio tolerancyjnych – 14 i do tolerancyjnych 9 odmian pszenicy. Klasy skrajne,
najlepiej i najgorzej wykorzystuj¹ce B z gleby, mo¿na du¿o ³atwiej rozpoznaæ po
zawartoœci B w liœciach ni¿ klasy bardziej do siebie zbli¿one [45, 52]. Mêska
niep³odnoœæ kwiatów jest raczej skorelowana z zawartoœci¹ boru w pylnikach ni¿
w liœciach [47]. Odmiany o du¿ej efektywnoœci wykorzystania boru nie wykazuj¹
objawów sterylnoœci, poniewa¿ tak gospodaruj¹ borem, ¿e pylniki zawieraj¹ potrzebn¹ iloœæ tego pierwiastka.
Jak ju¿ wspominano w podrozdziale dotycz¹cym roli boru w roœlinie, jest on
jedynym pierwiastkiem spoœród sk³adników pokarmowych, który u jednych gatunków jest ³atwo przemieszczany w roœlinie przez floem, podczas gdy u innych jego
przemieszczanie jest silnie ograniczone [11]. Niektórzy autorzy sugeruj¹, ¿e zjawisko
to mo¿e t³umaczyæ ró¿n¹ wra¿liwoœæ odmian pszenicy na niedobór boru. Pewne
odmiany mog¹ byæ bardziej tolerancyjne od innych, poniewa¿ potrafi¹ przemieszczaæ
bor ze starszych tkanek do rosn¹cych k³osów [23, 52]. Sugestie te nie znalaz³y
potwierdzenia w badaniach Nachiangmai i in. [35], którzy nie znaleŸli dowodów na
remobilizacjê boru przez wysoce tolerancyjn¹ na jego brak odmianê ‘Fang 60’. Przy
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru …
49
u¿yciu znakowanego boru autorzy œledzili drogê przedostawania siê boru do k³osów
u 2 odmian: wra¿liwej na niedobór B – ‘SW41’ i tolerancyjnej – ‘Fang 60’. Wykazali
oni, ¿e lepsze wykorzystanie boru przez ‘Fang 60’ by³o raczej zwi¹zane ze sprawniejszym transportem boru z po¿ywki do k³osów przez ksylem ni¿ z jego retranslokacj¹
z czêœci wegetatywnych.
Reakcja pszenicy na nawo¿enie borem
Literatura œwiatowa podaje, ¿e reakcja pszenicy na aplikacjê boru w warunkach
deficytu tego pierwiastka jest silnie uzale¿niona od badanej odmiany. Rozpiêtoœæ
spotykanych reakcji, wyra¿ona zwy¿k¹ plonu ziarna, waha siê dla ró¿nych odmian od
zera do kilkuset procent w zale¿noœci od ich wra¿liwoœci. W tych samych warunkach
glebowych niektóre odmiany w ogóle nie reaguj¹ na nawo¿enie borem, podczas gdy
inne praktycznie wcale nie zawi¹zuj¹ ziarna bez nawo¿enia, a po aplikacji boru
wydaj¹ plonuj¹ normalnie.
Subedi i in. [51] donosz¹, ¿e w badaniach prowadzonych w Nepalu z 6 odmianami
pszenicy uzyskano skrajnie zró¿nicowan¹ ich reakcjê na nawo¿enie borem. Trzy
z badanych odmian w ogóle nie wytworzy³y ziarna bez nawo¿enia borem, a po
nawo¿eniu plonowa³y na poziomie 1,6–2,0 t · ha–1. Kolejne dwie odmiany reagowa³y
33 i 73% wzrostem plonu, a ostatnia z odmian zareagowa³a 5% spadkiem plonu.
Rerkasem i Loneragen [45] z Tajlandii badaj¹c dwie odmiany o ró¿nej wra¿liwoœci na
deficyt boru uzyskali 25–65% zwy¿ki plonów ziarna. Równie¿ w tajlandzkich
badaniach Panta i in. [39] jedna odmiana zareagowa³a 73%, a druga jedynie 3%
zwy¿k¹ plonu na aplikacjê boru. Soylu i in. [50] z Turcji badali reakcjê 6 odmian na
nawo¿enie trzema dawkami boru: 1,0, 3,0 i 9 kg · ha–1. Aplikacja 1 kg · ha–1 powodowa³a wzrost plonów wszystkich badanych odmian w zakresie 4–26%, zale¿nie od
odmiany. Nawo¿enie wy¿szymi dawkami u jednych odmian powodowa³o 8–38%
zwy¿ki, podczas gdy u innych 4–11% obni¿ki plonów ziarna.
Na œwiecie prowadzone s¹ równie¿ badania w celu okreœlenia optymalnej dawki
boru dla pszenicy. Na ogó³ w badaniach stosuje siê 1 kg B · ha–1 doglebowo [39, 50,
51]. Jednak badania Topala i in. [53] prowadzone w Turcji wskazuj¹ na lepsze
dzia³anie 2 ni¿ z 1 kg B · ha–1. Jednoczeœnie dawka 3 kg B · ha–1 okaza³a siê za wysoka.
Rashid i in. [40] w badaniach przeprowadzanych w Pakistanie wykazali 11% wzrost
plonu pszenicy nawo¿onej 1,2 kg B · ha–1. Dawki powy¿ej 4 kg B · ha–1 obni¿a³y plon
ziarna, przy czym nie powodowa³y zmniejszenia plonu s³omy. Plon s³omy spada³
dopiero przy dawkach powy¿ej 8 kg B · ha–1.
W Polsce brak jest badañ dotycz¹cych porównania reakcji ró¿nych odmian
pszenicy na bor. Badano natomiast wp³yw sposobu stosowania, wielkoœæ dawek
i dzia³anie nastêpcze boru dla pszenicy. Z badañ Wróbla i Hryñczuka [59] oraz Wróbla
i Sienkiewicz [60] wynika, ¿e znaczne lepsze efekty daje doglebowe nawo¿enie
pog³ówne ni¿ przedsiewne. Autorzy t³umacz¹ to szkodliwym dzia³aniem boru na
50
J. Korzeniowska
kie³ki pszenicy. Wróbel i Sienkiewicz [60] proponuj¹ doglebowe pog³ówne nawo¿enie w dawkach 1,2–1,8 kg B · ha–1 lub 0,17 kg B · ha–1 w opryskiwaniu dolistnym.
Uzyskiwane przy tych dawkach zwy¿ki plonów ziarna pszenicy wynosi³y ok. 6–10%.
Dawki wy¿sze – 2,4 doglebowo oraz 0,34 kg B · ha–1 dolistnie powodowa³y niekiedy
w tych badaniach spadek plonów. Faber [18] stwierdzi³ dodatnie dzia³anie nastêpcze
boru dla pszenicy. Dawka 2 kg B · ha–1 w trzecim roku po nawo¿eniu spowodowa³a
wzrost plonu ziarna o 5,8% w stosunku do kontroli.
Podsumowanie
Wed³ug badañ ostanich lat pszenicê nale¿y zaliczyæ do gatunków uprawnych
charakteryzuj¹cych siê du¿¹ wra¿liwoœci¹ na brak boru. Ze wzglêdu na to, ¿e bor jest
potrzebny g³ównie w procesie powstawania i kie³kowania py³ku, zapotrzebowanie
pszenicy na ten pierwiastek we wczesnych fazach rozwojowych jest znacznie mniejsze ni¿ podczas wytwarzania organów generatywnych. Z tego powodu g³ównym,
choæ trudno zauwa¿alnym symptomem niedoboru boru jest mêska sterylnoœæ kwiatów rzutuj¹ca na liczbê ziaren w k³osie, a tym samym na poziom plonowania pszenicy.
Najczêœciej jedynym obserwowanym, w warunkach polowych, objawem deficytu
tego sk³adnika jest obni¿ka plonów. Przy znacznym niedoborze boru w glebie
pszenica mo¿e wcale nie wytwarzaæ ziarna, a zastosowanie nawo¿enia tym sk³adnikiem przynosi du¿e efekty. Nale¿y jednak wzi¹æ pod uwagê znaczne zró¿nicowanie
odmianowe pszenicy w zapotrzebowaniu na bor. Ró¿ne odmiany rosn¹ce w identycznych warunkach niedostatku boru w glebie mog¹ reagowaæ skrajnie odmienne – od
prawie zupe³nie pustych k³osów do normalnego poziomu plonowania. Zagadnienie
niedoboru boru w uprawie pszenicy zas³uguje na uwagê ze wzglêdu na stwierdzone
w naszym kraju niedobory tego pierwiastka. Badania inwentaryzacyjne gleb Polski
przeprowadzone przez IUNG we wspó³pracy ze stacjami chemiczno-rolniczymi [30,
38] i potwierdzone badaniami roœlin [19] wykaza³y, ¿e mamy obecnie w kraju a¿
60–75% gleb ubogich w bor. Z przeprowadzonego przez Czubê [15] bilansu mikroelementowego we wspó³czesnych systemach nawo¿enia wynika, ¿e najni¿sze pokrycie potrzeb mikroelementowych roœlin dotyczy w³aœnie boru, a w nastêpnej kolejnoœci miedzi. Wydaje siê, ¿e w œwietle przedstawionych œwiatowych wyników badañ,
jak równie¿ istniej¹cych w Polsce niedoborów boru w glebach nale¿a³oby podj¹æ
badania w celu sprawdzenia czy uprawiane u nas odmiany pszenicy ró¿ni¹ siê
wykorzystaniem tego pierwiastka tak znacz¹co, jak odmiany uprawiane w innych
rejonach œwiata. Byæ mo¿e na glebach deficytowych w bor niektóre odmiany,
charakteryzuj¹ce siê ma³¹ efektywnoœci¹ wykorzystania tego pierwiastka, mog¹
wymagaæ jego uzupe³niana poprzez nawo¿enie.
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru …
51
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
Ahmed M., Jaihiruddin M., Jamjod S., Rerkasem B. 2002. Boron efficiency in a wheat germplasm from
Bangladesh. W: Boron in plant and animal nutrition, Goldbach et al., Kluwer Academic/Plenum Publishers,
New York: 299–303.
Armstrong T.A., Spears J.W., Crenshaw T.D., Nielsen F.H. 2000. Boron supplementation of a semipurified diet
for weanling pigs improves feed efficiency and bone strength characteristics and alters plasma lipid metabolites.
J. Nutr. 139: 2575–2581.
Asad A. 2002. Boron requirements for sunflower and wheat. J. Plant Nut. 25(4): 885–899.
Asad A., Bell R.W., Dell B. 2001. A critical comparison of the external and internal boron requirements for
contrasting species in boron-buffered solution culture. Plant and Soil 233(1): 31–45
Asad A.,Blamey F.P.C.,Edwards D.G. 2002. Dry matter production and boron concentrations of vegetative
and reproductive tissues of canola and sunflower plants grown in nutrient solution. Plant and Soil 243(2):
243–252.
Ascher-Ellis J.S., Graham R.D., Hollamby G.J., Paull J., Davies P., Huang C., Pallotta M.A., Howes N.,
Khabaz-Saberi H., Jefferies S.P., Moussavi-Nik M. 2001. Micronutrients. W: Application of Physiology in
Wheat Breeding. Reynolds M.P., Ortiz-Monasterio J.I., McNab A. (red.), Mexico, DF, CIMMYT: 219–240.
Bell R.W. 1997. Diagnosis and prediction of boron deficiency for plant production. Plant and Soil 193:
149–168.
Benedycka Z. 1992. Reakcja zbó¿ jarych na ró¿n¹ koncentracjê boru w glebie. Mat. VII Symp. Mikroelementy
w rolnictwie: 265–268.
Berger K.C., Truog E. 1939. Boron determination in soils and plants using quinalizarin reaction. Ind. Eng.
Chem. Anal. Ed. 11: 540–545.
Bergmann W. 1992. Nutritional disorders of plants – development, visual and analytical diagnosis. Gustav
Fischer Verlag Jena, Stuttgart, New York. 343–361.
Brown P.H., Shelp B.J. 1997. Boron mobility in plants. Plant and Soil 193: 85–101.
Brown P.H., Hu H. 1998. Boron mobility and consequent management in different crops. Better Crops 82(2):
28–31.
Chapman V.J., Edwards D.G., Blamey F.P.C., Asher C.J. 1997. Challenging the dogma of a narrow supply
range between deficiency and toxicity of boron. W: Bell R.W., Rerkasem B. (red.) Boron in soils and plants.
Kluver Academic Publisher, Dordrecht: 151–155.
Cheng C., Rerkasem B. 1993. Effects of boron on pollen viability in wheat. Plant Soil. 155/156: 313–315.
Czuba R. 2000. Mikroelementy we wspó³czesnych systemach nawo¿enia. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 471:
161–169.
Dell B. 1981. Male sterility and anther wall structure in copper-deficient plants. Annals of Botany 48: 599–608.
Dell B., Huang L. 1997. Physiological response of plants to low boron. Plant and Soil 193: 103–120.
Faber A. 1992. Bezpoœrednie i nastêpcze dzia³anie nawo¿enia borem, miedzi¹, molibdenem i cynkiem
w zmianowaniu czteropolowym. Wyd. IUNG Pu³awy. H (2): 1–81.
Gembarzewski H. 2000. Stan i tendencje zmian mikroelementów w glebach i roœlinach z pól produkcyjnych
w Polsce. Zesz. Prob. Post. Nauk Rol. 471: 171–179.
Gembarzewski H., Korzeniowska J. 1996. Wybór metody ekstrakcji mikroelementów z gleby i opracowanie
liczb granicznych przy u¿yciu regresji wielokrotnej. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 434: 353–364.
Gembarzewski H., Obojski J., Str¹czyñski S., Sienkiewicz U. 1995. Zawartoœæ makro- i mikroelementów
w glebach i roœlinach ziemniaka i pszenicy ozimej z pól o wysokiej produkcyjnoœci. Wyd. IUNG Pu³awy. S(80):
1–38.
Graham R.D. 1984. Breeding for nutritional characteristics in cereals. Adv. Plant Nutr. 1: 57–102.
Huang L.B., Bell R.W., Dell B. 2001. Boron supply into wheat (Triticum aestivum L. cv. ‘Wilgoyne’) ears
whilst still enclosed within leaf sheath. J. Exp. Bot. 52: 1731–1738.
Huang L., Pant J., Dell B., Bell RW. 2000. Effects of boron deficiency on anther development and floret fertility
in wheat (Triticum aestivum L.‘Wilgoyne’). Ann. Bot. 85: 493–500.
Hunt C.D., Idso J.P. 1999. Dietary boron as a physiological regulator of the normal inflammatory response:
a review and current research progress. J. Trace. Elem. Exp. Med. 12: 221–233.
52
J. Korzeniowska
[26] Jewell A.W., Murray B.G., Alloway B.J. 1988. Light and electron microscope studies on pollen development in
barley (Hordeum vulgare L.) grown under copper-sufficient and deficient conditions. Plant Cell Environ. 11(4):
273–281.
[27] Jones J. B., Wolf B., Mills H.A. 1991. Plant Analysis Handbook – Micro-Macro Publishing Inc., Georgia, USA:
1–213.
[28] Kabata-Pendias A, Pendias H. 2001. Trace Elements in Soils and Plants. CRC Press, Boca Raton, Fla., USA:
1–413.
[29] Katyal J.C., Randhawa N.S. 1983. Micronutrient. FAO Fertilizer Plant Nutrition Bull.: 1–82.
[30] Kucharzewski A., Dêbowski M. 2000. Odczyn i zawartoœæ mikroelementów w glebach Polski. Zesz. Prob. Post.
Nauk Rol. 471: 627–635.
[31] Lityñski T., Jurkowska H. 1982. ¯yznoœæ gleby i od¿ywianie siê roœlin. PWN, Warszawa: 365–373.
[32] Marschner H. 1995. Mineral Nutrition of Higher Plants. Academic Press, London: 1–889.
[33] Matoh T. 1997. Boron in plant cell walls. Plant Soil 193(2): 115–121.
[34] Matoh T., Kobayashi M. 2002. Boron function in plant cell walls. W: Boron in plant and animal nutrition,
Goldbach et al. (red.), Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York: 143–155.
[35] Nachiangmai D., Dell B., Bell R., Huang L., Rerkasem B. 2004. Enhanced boron transport into the ear of wheat
as a mechanism for boron efficiency. Plant and Soil 264(1/2): 141–147.
[36] Nielsen F.H. 1997. Boron in human and animal nutrition. Plant Soil 193: 199–208.
[37] Nielsen F.H. 2000. The emergence of boron as nutritionally important throughout the life cycle. Nutrition
16(7/8): 512–514.
[38] Obojski J., Str¹czyñski S. 1995. Odczyn i zasobnoœæ gleb polskich w makro- i mikroelementy. Wyd. IUNG
Pu³awy: 1–40.
[39] Pant J.,Rerkasem B.,Noppakoonwong R. 1998. Effect of water stress on the boron response of wheat
genotypes under low boron field conditions. Plant Soil 202(2): 193–200.
[40] Rashid A., Rafique E., Bughio N. 2002. Boron deficiency in rainfed alkaline soils of Pakistan. Incidence and
boron requirement of wheat. W: Boron in plant and animal nutrition, Goldbach et al. (red.), Kluwer
Academic/Plenum Publishers, New York: 371–379.
[41] Rerkasem B., Jamjod S. 1997. Boron deficiency induced male sterility in wheat and implications for plant
breeding. Euphytica 96: 257–262.
[42] Rerkasem B, Jamjod S. 1997. Genotypic variation in plant response to low boron and implications for plant
breeding. Plant Soil. 193: 169–180.
[43] Rerkasem B., Jamjod S. 2004. Boron deficiency in wheat: a review. Field Crops Res. 89: 173–186.
[44] Rerkasem B., Jamjod S., Niruntrayagul S. 2004. Increasing boron efficiency in many international bread wheat,
durum wheat, triticale and barley germplasm will boost production on soils low in boron. Field Crops Res. 86:
175–184.
[45] Rerkasem B., Loneragan J.F. 1994. Boron deficiency in two wheat genotypes in a warm subtropical region.
Agron. J. 86: 887–890.
[46] Rerkasem B., Lordkaew S. 1996. Tissue boron. W: Sterility in Wheat in Sub-Tropical Asia: Extent, Causes and
Solutions. H.M. Rawson, K.D. Subedi (red.), ACIAR Proc. 72: 36–38.
[47] Rerkasem B., Lordkaew S., Dell B. 1997. Boron requirement for reproductive in wheat. Soil Sci. Plant Nutr. 43:
953–957.
[48] Rerkasem B., Netsangtip R., Lordkaew S., Cheng C. 1993. Grain set failure in boron deficient wheat. Plant Soil
155/156: 309–312.
[49] Shorrocks V.M. 1997. The occurrence and correction of boron deficiency. Plant Soil 193: 121–148.
[50] Soylu S., Topal A., Sade B., Akgun N., Gezgin S., Babaoglu M. 2004. Yield and yield attributes of durum wheat
genotypes as affected by boron application in boron-deficient calcareous soils: An evaluation of major Turkish
genotypes for boron efficiency. J. Plant Nutr. 27(6): 1077–1106.
[51] Subedi K.D., Budhathoki C.B., Subedi M. 1997.Variation in sterility among wheat (Triticum aestivum L.)
genotypes in response to boron deficiency in Nepal. Euphytica 95: 21–26.
[52] Subedi K.D., Gregory P.J., Gooding M.J. 1999. Boron accumulation and partitioning in wheat cultivars with
contrasting tolerance to boron deficiency. Plant Soil 214: 141–152.
[53] Topal A., Gezgin S., Akgun N., Dursun N., Babaoglu M. 2002. Yield and yield attributes of durum wheat
(Triticum durum DESF.) as affected by boron application. W: Boron in plant and animal nutrition, Goldbach et al.
(red.), Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York: 401–406.
Postêp w badaniach nad znaczeniem boru …
53
[54] Warington K. 1923. The effect of boric acid and borax on the broad bean and certain other plants. Ann. Bot. 37:
629–672.
[55] Wongmo J., Jamjod S., Rerkasem B. 2004. Contrasting responses to boron deficiency in barley and wheat. Plant
and Soil 259: 103–110.
[56] Wróbel S. 2000. Wp³yw wieloletniego produkcyjnego u¿ytkowania pól uprawnych na zaopatrzenie gleb
i pszenicy jarej w mikroelementy. Zesz. Probl. Post. Nauk Rol. 471: 619–626.
[57] Wróbel S. 2002. Calibration of 1 M HCl extractable soil boron. W: Boron in plant and animal nutrition,
Goldbach et al. (red.), Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York: 335–338.
[58] Wróbel S. 2002. Okreœlenie potrzeb nawo¿enia buraka cukrowego mikroelementami. Rozprawa habilitacyjna,
Wyd. IUNG Pu³awy: 1–96.
[59] Wróbel S., Hryñczuk B. 2004. Wp³yw nawo¿enia borem na plonowanie i sk³ad chemiczny pszenicy jarej. Zesz.
Probl. Post. Nauk Rol. 502: 451–457.
[60] Wróbel S, Sienkiewicz-Cholewa U. 2004. Okreœlenie potrzeb nawo¿enia pszenicy ozimej borem. Zesz. Probl.
Post. Nauk Rol. 502: 459–466.
Progress in research on the importance
of boron in wheat cultivation
Key words: boron, wheat, sensitivity to deficiency, deficiency symptoms,
genotypic variation
Summary
Paper reviewed current research progress in world literature concerning boron requirements for wheat. Physiological importance of boron, its mobility in plants, wheat
sensitivity to and diagnosis of B deficiency for wheat were discussed. The paper focused mostly on the symptoms of B deficiency and genotypic variation in B efficiency
among the wheat cultivars. Moreover, information about rates and methods of boron
application and wheat response to this fertilization were provided.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 55–74
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
Emilia Bagnicka*, Marek £ukaszewicz
Instytut Genetyki i Hodowli Zwierz¹t PAN w Jastrzêbcu,
ul. Postêpu 1, 05-552 Wólka Kosowska
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: hodowla kóz, parametry genetyczne, cechy produkcyjne,
cechy funkcjonalne, indeksy selekcyjne
Wstêp
Kozy s¹ najbardziej rozpowszechnionymi zwierzêtami domowymi ze wzglêdu na
adaptacjê do ró¿norodnego œrodowiska oraz najbardziej wszechstronnym pod wzglêdem ró¿norodnoœci produkcji [67]. Do obszarów, na których kozy nie s¹ utrzymywane nale¿y arktyczna tundra i tajga oraz pustynie. Kozy mog¹ nie tylko prze¿yæ
w warunkach, które dla krów i owiec s¹ zbyt surowe, ale nawet wykazaæ siê pewnym
poziomem produkcji [55]. Utrzymanie kóz jest mo¿liwe w niewielkich gospodarstwach domowych, dlatego chów kóz jest popularny w regionach o niskim poziomie
rozwoju, a ekonomiœci z The Wall Street Journal nazwali stopieñ rozpowszechnienia
chowu kóz „odwrotnym indeksem ekonomicznej prosperity” [35].
Wed³ug danych FAO liczba kóz na œwiecie stale roœnie. W latach 60. ubieg³ego
wieku pog³owie tych zwierz¹t wynosi³o 400 000 tys. sztuk i wzros³o do 738 246 tys.
sztuk w 2001 roku, z najwiêkszym pog³owiem w Azji i Afryce. W tym czasie ros³a
równie¿ systematycznie œwiatowa produkcja mleka koziego z 7 166 do 12 455 tys.
ton [28, 62].
W Europie utrzymywane jest 2% œwiatowej populacji kóz. Zwierzêta te odznaczaj¹ siê wysok¹ produkcyjnoœci¹, dziêki czemu udzia³ Europy w œwiatowej produkcji mleka koziego jest wysoki i wynosi 18,6%. Wœród krajów europejskich
najwy¿sza liczba kóz utrzymywana jest w Grecji i Hiszpanii. Kraje te s¹ równie¿
*
Autorka otrzyma³a nagrodê naukow¹ Wydzia³u Nauk Rolniczych, Leœnych i Weterynaryjnych PAN w 2007 r. za pracê pt. „Indeksy selekcyjne uwzglêdniaj¹ce cechy mlecznoœci kóz mlecznego typu u¿ytkowego oraz propozycja indeksu selekcyjnego dla cech
funkcjonalnych”
56
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
g³ównymi producentami mleka i miêsa koziego [28]. Szczególnie intensywn¹ produkcj¹ wyró¿nia siê Francja, która utrzymuj¹c 11% europejskiego pog³owia kóz
dostarcza niemal 30% europejskiej produkcji mleka koziego [48]. Polska populacja
kóz, szacowana na nieco ponad 190 tysiêcy (w tym 111 tys. kóz matek, z czego ponad
4 tys. jeszcze w 2006 roku znajdowa³o siê pod ocen¹ u¿ytkowoœci) [33, 66], jest niewiele wiêksza od holenderskiej (180 tys), natomiast znacznie wiêksza od norweskiej
(50 tys) [28]. Wiele krajów europejskich takich jak Albania, Bu³garia, Portugalia,
Ukraina czy Rumunia posiada znaczn¹ liczbê kóz, jednak chów tych zwierz¹t jest
ekstensywny. W kilku krajach, takich jak Hiszpania, W³ochy, Portugalia czy Niemcy,
mimo doœæ licznych populacji kóz, brak jest równie¿ nowoczesnych programów
hodowlanych. Hodowla kóz prowadzona jest na poziomie stada, a selekcja oparta jest
na podstawie u¿ytkowoœci w³asnej lub ich matek. Koniecznoœæ wprowadzenia zasad
nowoczesnej hodowli zaczyna byæ jednak w tych krajach dostrzegana [30, 68, 83,
Finocciaro 2004 – informacja ustna].
Poziom produkcji kóz w krajach wysoko rozwiniêtych, gdzie produkcja koziarska
jest uznan¹ ga³êzi¹ produkcji rolniczej i dzia³aj¹ dobrze zorganizowane programy
hodowlane, jest wysoki. Przeciêtna wydajnoœæ mleka kóz amerykañskich wynosi
powy¿ej 700 kg [36], a we Francji od 650 do 680 kg (odpowiednio dla rasy alpejskiej
i saaneñskiej), do ponad 800 kg w stadach zarodowych [16]. Dobowa wydajnoœæ kóz
w Anglii wynosi od 3,16 kg dla rasy Golden Guernsey do 5,17 kg dla rasy brytyjskiej
saaneñskiej [21]. W krajach, w których brak programów hodowlanych, a produkcja
oparta jest na rasach lokalnych, wydajnoœæ jednostkowa zwierz¹t jest niska, np.
w Hiszpanii – 334 kg mleka za laktacjê dla rasy Murciano-Granadina [4]. Wed³ug
danych Polskiego Zwi¹zku Owczarskiego (PZO), przeciêtna wydajnoœæ kóz w Polsce
wynosi od oko³o 600 kg mleka za 250–260-dniow¹ laktacjê kóz pierwiastek,
z 3,0–3,7% zawartoœci¹ bia³ka i t³uszczu, do oko³o 700 kg za 270 dni laktacji kóz
bêd¹cych w IV i dalszych laktacjach, z przeciêtn¹ zawartoœci¹ bia³ka i t³uszczu
odpowiednio 3,0 i 3,8% [66].
Mo¿liwoœci selekcji
Oczekiwany postêp hodowlany, mo¿liwy do uzyskania w populacji kóz, wynosi
od 1% do 3,8% i mo¿e byæ relatywnie wiêkszy ni¿ w populacji byd³a mlecznego [19].
Wynika to z faktu, ¿e zmiennoœæ cech u¿ytkowoœci mlecznej kóz jest na podobnym
poziomie jak krów mlecznych, a odstêp miêdzy pokoleniami (2,5–3 lata) kóz jest
znacznie krótszy ni¿ w populacji byd³a [79]. Ponadto, wysoka plennoœæ umo¿liwia
zastosowanie intensywniejszej selekcji. Mo¿liwe jest zatem uzyskanie znacznego
postêpu hodowlanego, mimo ni¿szej, ni¿ w przypadku krów mlecznych, dok³adnoœci
oceny wartoœci hodowlanej. Zrealizowany postêp hodowlany jest najczêœciej ni¿szy
ni¿ teoretyczne szacunki. Jednak w przypadku hodowli kóz w krajach, w których
dzia³aj¹ nowoczesne programy hodowlane, uzyskiwany postêp jest znaczny. Postêp
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
57
genetyczny uzyskany w okresie od 1990 do 2000 roku we Francji wyniós³ 12,5 kg
i 13,7 kg mleka na rok odpowiednio w populacji kóz saaneñskich i alpejskich [23].
Równie¿ w amerykañskiej hodowli kóz mlecznych odnotowuje siê dodatni postêp
hodowlany – od 0,5 do 10 kg mleka na rok na kozê w zale¿noœci od rasy [92].
W Polsce doskonalenie kóz prowadzone jest poprzez selekcjê opart¹ na danych
pochodz¹cych z kontroli u¿ytkowoœci oraz poprzez import koz³ów lub ich nasienia
z krajów o wy¿szym poziomie hodowli. Jak wykazano w badaniach w³asnych [14]
taka praca hodowlana nie da³a jednak oczekiwanych rezultatów. Od pocz¹tku lat 90.
do 1995 – œrednia wartoœæ hodowlana zwierz¹t pod wzglêdem wydajnoœci mleka
wzros³a o oko³o 20 kg za laktacjê. Jednak po 1995 roku nast¹pi³ gwa³towny spadek
poziomu genetycznego populacji. W stosunku do œredniej wartoœci hodowlanej
zwierz¹t urodzonych przed 1991 rokiem wartoœæ hodowlana tej cechy spad³a o 26 kg.
Oznacza to, ¿e w ci¹gu dziesiêciu lat nast¹pi³ spadek œredniej wartoœci hodowlanej
o 3 kg mleka na rok na laktacjê (–0,53%). Jak wykaza³y badania hiszpañskie [68],
genetyczny trend w populacji selekcjonowanej na podstawie wydajnoœci matek
koz³ów, mo¿e osi¹gn¹æ +1,75 kg mleka rocznie. Odnotowany ujemny trend genetyczny wydajnoœci mleka w polskiej populacji spowodowany by³ wiêc z³ym wyborem
zwierz¹t na rodziców nastêpnego pokolenia. Zatem, realizacja aktualnego schematu
selekcji jest niedoskona³a. Przedstawione powy¿ej dane wskazuj¹ jasno na koniecznoœæ opracowania programu hodowlanego, który zapewni³by sta³e doskonalenie kóz
mlecznych w Polsce. Dodatni trend œrodowiskowy wydajnoœci mleka, t³uszczu
i bia³ka [14] wskazuje, ¿e polscy hodowcy stale poprawiaj¹ poziom ¿ywienia w swych
stadach, a wiêc s¹ bardzo zainteresowani podnoszeniem wydajnoœci zwierz¹t oraz
popraw¹ wyników ekonomicznych stad mlecznych.
Obecnie do oceny wartoœci hodowlanej cech mlecznych byd³a i kóz w wiêkszoœci
krajów stosowany jest model osobniczy, wykorzystuj¹cy dane o wydajnoœci laktacyjnej [23, 60, 90]. W ostatnich latach niektóre kraje wdro¿y³y nowy system oceny,
a mianowicie model osobniczy wykorzystuj¹cy dane o wydajnoœciach dziennych [2,
18, 80]. Nowy system oceny pozwala na dok³adniejsze wykorzystanie danych o czynnikach wp³ywaj¹cych na produkcjê i umo¿liwia ocenê wartoœci hodowlanej przed
koñcem laktacji [64].
W ostatnim czasie hodowcy, zw³aszcza byd³a mlecznego, zwrócili uwagê na doskonalenie równie¿ cech funkcjonalnych. Cechy te oddzia³uj¹ na efektywnoœæ produkcji zwierz¹t, przede wszystkim poprzez obni¿enie kosztów uzyskania produktu. Wzrost
znaczenia cech funkcjonalnych zosta³ wymuszony zarówno przez pogorszenie zdrowotnoœci zwierz¹t jak i przez zainteresowanie konsumentów warunkami stwarzanymi
zwierzêtom w systemach produkcji. Nast¹pi³ wzrost wymagañ konsumentów dotycz¹cy jakoœci produktów, a wiêc konieczne jest zwiêkszenie uwagi na zdrowie zwierz¹t,
zdolnoœæ do rozp³odu i efektywnoœæ biologiczn¹ [32]. Uwzglêdnienie tych cech wymuszaj¹ równie¿ negatywne korelacje miêdzy cechami rozp³odowymi i zdrowiem wymienia a produkcyjnoœci¹ krów (rzêdu 0,2–0,4). Jednostronna selekcja na cechy produk-
58
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
cyjne prowadzi zatem do obni¿enia wartoœci hodowlanych cech funkcjonalnych, jednak korelacje odbiegaj¹ce znacznie od jednoœci oznaczaj¹ mo¿liwoœæ wyboru zwierz¹t
o wysokiej wartoœci hodowlanej pod wzglêdem obu grup cech [59]. Jak wiadomo wieloletnia, jednostronna selekcja na wydajnoœæ mleka i jego sk³adników w hodowli krów
mlecznych spowodowa³a wzrost problemów zdrowotnych, a wiêc skrócenie d³ugoœci
u¿ytkowania krów. Nie nale¿y powtarzaæ tego b³êdu w przypadku hodowli kóz.
WskaŸniki odziedziczalnoœci
i powtarzalnoœci wydajnoœci mleka
Warunkiem prowadzenia nowoczesnego programu hodowlanego jest ustalenie
wartoœci hodowlanej zwierz¹t pod wzglêdem cech interesuj¹cych hodowcê. Szacowanie wartoœci hodowlanej zwierz¹t wymaga wczeœniejszego oszacowania komponentów wariancji i kowariancji.
WskaŸniki odziedziczalnoœci (h2) i powtarzalnoœci (r2) wydajnoœci mleka uzyskane w ró¿nych populacjach kóz mlecznych wynosz¹ od 0,15 [4, 7, 8], a¿ do 0,66 [86],
natomiast wskaŸniki r2 od 0,22 do 0,65 [4, 18]. Najni¿sze wartoœci h2 (0,15 i 0,18)
uzyskano dla kóz hiszpañskich rasy Murciano-Granadina [4] oraz kóz polskich [7, 8].
Podobieñstwo oszacowañ wynika prawdopodobnie ze zbli¿onej struktury obu populacji. W tych krajach rodowody s¹ p³ytkie, stada s³abo powi¹zane genetycznie,
a selekcja odbywa siê na podstawie indywidualnej wydajnoœæ zwierz¹t [5, 7]. Niski
wskaŸnik h2 wydajnoœci mleka (0,19) uzyskali równie¿ Andonov i in. [6] dla póŸnego
stadium laktacji (dla pierwszego stadium wskaŸnik ten wyniós³ 0,30) przy wykorzystaniu danych o udojach dziennych. Zale¿noœæ wartoœci wskaŸnika h2 od stadium
laktacji potwierdzaj¹ równie¿ inni autorzy [82]. WskaŸniki h2 wydajnoœci mleka
uzyskane w populacji kóz francuskich wynosz¹ od 0,32 do 0,34 [16]. Wspó³czynniki
r2 wydajnoœci mleka wynosz¹ od 0,22 i 0,23 dla kóz polskich [7] do 0,65 dla kóz
francuskich [18].
WskaŸniki h2 procentowej zawartoœci t³uszczu mleka zawieraj¹ siê w przedziale
od 0,14 do 0,60 [4, 16], r2 zaœ od 0,24 [7] do 0,48 [53]. Wartoœæ h2 wydajnoœci t³uszczu
wynosi³a od 0,14 [7] do 0,40 [16], a r2 od 0,19 [7] do 0,61 [18]. Stwierdzone ró¿nice
wynikaj¹ przede wszystkim ze struktury badanych populacji.
Dla zawartoœci bia³ka wartoœci h2 wynosz¹ od 0,23 [8] do 0,58 [16], a r2 od 0,33 [7]
do 0,63 [53]. Dla wydajnoœci bia³ka wartoœci h2 oszacowano na poziomie od 0,13 [7]
do 0,36 [16], a r2 od 0,19 [7] do 0,64 [18].
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
59
Korelacje fenotypowe i genetyczne
miêdzy cechami u¿ytkowoœci mlecznej
Zarówno korelacje fenotypowe (rP) jak i genetyczne (rG) miêdzy wydajnoœci¹
mleka a procentow¹ zawartoœci¹ t³uszczu s¹ ujemne. Najni¿sze korelacje miêdzy
wydajnoœci¹ mleka a procentow¹ zawartoœci¹ t³uszczu i bia³ka (–0,48 rP i –0,89 rG)
uzyskali Analla i in. [5] dla kóz hiszpañskich. W populacji francuskiej zale¿noœci te
wahaj¹ siê od –0,16 do –0,12 dla rP, natomiast dla rG od –0,18 do –0,10 [16]. W polskiej
populacji rP oszacowano na poziomie –0,11 i –0,13, rG zaœ od –0,37 do –0,22 [7, 8].
W przypadku korelacji miêdzy wydajnoœci¹ mleka a zawartoœci¹ bia³ka najni¿sze
wartoœci uzyskali Analla i in. [1996] (rP –0,47 i rG –0,65). W populacji kóz francuskich
natomiast wyniki zawieraj¹ siê w przedzia³ach dla rP od –0,40 do –0,38 i dla rG od
–0,29 do –0,28 [16]. Polskie szacunki tych wskaŸników wynosz¹ od –0,15 do –0,13
oraz od –0,32 do –0,28 [7, 8].
Korelacje fenotypowe i genetyczne miêdzy wydajnoœciami trzech cech: mleka,
t³uszczu i bia³ka, s¹ wysokie i dodatnie zarówno w populacji kóz francuskich,
polskich i hiszpañskich (zakres od 0,79 do 0,96) [4, 7, 8, 16].
Procentowa zawartoœæ t³uszczu w mleku jest skorelowana dodatnio z procentow¹
zawartoœci¹ bia³ka. WskaŸnik rP oszacowano na poziomie od 0,25 [53] do 0,54 [4],
natomiast rG – od 0,34 [53] a¿ do 0,93 [4]. Badania przeprowadzone w Polsce
wykaza³y istnienie takiej zale¿noœci fenotypowej i genetycznej, odpowiednio na
poziomie 0,35–0,40 oraz 0,57–0,67 [7, 8]. Bardzo zbli¿one wyniki podawane s¹ dla
populacji kóz francuskich [16].
Korelacje miêdzy wydajnoœci¹ bia³ka a zawartoœci¹ t³uszczu i zawartoœci¹ bia³ka
w mleku szacowano w populacji kóz francuskich, polskich oraz kóz saaneñskich
utrzymywanych w RPA. WskaŸniki rP miêdzy wydajnoœci¹ bia³ka a zawartoœci¹
t³uszczu wynosz¹ od –0,15 [16] do zera [7, 8, 53], natomiast rG – od zera do niskich,
dodatnich (0,10 – 0,18) [7, 8, 16, 53]. Natomiast wskaŸniki rP miêdzy wydajnoœci¹
a zawartoœci¹ bia³ka wahaj¹ siê od –0,11 [16] do 0,21 [8], a rG – od 0,10 [16], poprzez
0,23 [53] do 0,24 [7].
WskaŸniki rG miêdzy zawartoœci¹ i wydajnoœci¹ t³uszczu s¹ dodatnie i zawieraj¹
siê w przedziale od 0,39 [7, 8] do 0,55 [16], natomiast rP – od 0,29 [7], poprzez 0,38
[16] do 0,45 [53].
W polskiej populacji kóz nie wykazano fenotypowej zale¿noœci miêdzy wydajnoœci¹ t³uszczu i zawartoœci¹ bia³ka [7, 8], natomiast we francuskiej populacji
wynios³a ona od –0,16 do –0,11 [16]. Genetyczne zale¿noœci w polskiej i francuskiej
populacji oszacowano na poziomie od 0,12 do 0,18 [7, 8, 16].
60
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
Cele hodowlane wybranych populacji kóz mlecznych
Podstaw¹ poprawy wartoœci hodowlanej zwierz¹t przez selekcjê jest precyzyjne
ustalenie celu hodowlanego. Celem tym jest maksymalizacja zysków hodowcy.
Dlatego te¿ cel hodowlany najczêœciej obejmuje cechy decyduj¹ce o powodzeniu
ekonomicznym.
W hodowli kóz, w zale¿noœci od rasy kóz i wymagañ lokalnych rynków, mo¿na
wyró¿niæ nastêpuj¹ce cele: wzrost produkcji jednostkowej zw³aszcza w pierwszej
laktacji, poprawa sk³adu mleka pod k¹tem wyrobu serów, poprawa zdolnoœci wydojowej, szczególnie przy stosowaniu doju mechanicznego, redukcja sezonowoœci
rozp³odu i wzrost p³odnoœci oraz poprawa odpornoœci na choroby [71].
Chów i hodowla kóz mlecznych we Francji stanowi wa¿n¹ ekonomicznie ga³¹Ÿ
rolnictwa. Ponad 460 mln litrów mleka [28] przetwarza siê prawie w ca³oœci na sery,
zarówno w mleczarniach jak i na farmach. St¹d te¿ celem hodowlanym jest wysoka
przydatnoœæ mleka do produkcji dobrej jakoœci serów, realizowana przez poprawê
wydajnoœci i zawartoœci bia³ka w mleku. Od 1999 roku zwraca siê równie¿ uwagê na
poprawê wydajnoœci i zawartoœci t³uszczu, gdy¿ jedynie utrzymanie odpowiedniego
stosunku t³uszczu do bia³ka (oko³o 1,15) gwarantuje otrzymanie dobrej jakoœci sera
[61]. Jednoczeœnie zwraca siê uwagê na szybkoœæ oddawania mleka i cechy pokrojowe zwierz¹t [23, 24].
W Norwegii niemal ca³a produkcja mleka – ok. 30 tys. litrów rocznie – skupowana
jest przez mleczarnie i przeznaczana do wyrobu jednego gatunku sera zwanego
„geistos”. Czêœæ kazeinowa mleka jest wykorzystywana na pasze, a ten szczególny
gatunek sera powstaje z odparowania serwatki. G³ównym wiêc celem hodowców jest
uzyskanie mleka o wysokiej zawartoœci suchej masy. W pracy hodowlanej zwraca siê
równie¿ uwagê na cechy pokrojowe kozy, a szczególnie na jej przystosowanie do
wypasu w terenie górskim (budowa nóg i racic) oraz prawid³ow¹ budowê wymienia,
zdolnoœæ wydojow¹, temperament [2]. Zatem, cel hodowców w Norwegii to uzyskanie wysokowydajnych zwierz¹t, o prawid³owej budowie cia³a i wymienia, mocnych
nogach, o temperamencie odpowiednim do doju mechanicznego i o dobrej zdolnoœci
wydojowej.
W USA, poza sprzeda¿¹ mleka surowego, mleko kozie przetwarzane jest zarówno
w du¿ych mleczarniach jak i na farmach, na sery, jogurty, lody lub kosmetyki [35, 74].
W tym kraju du¿¹ uwagê zwraca siê równie¿ na cechy pokrojowe zwierz¹t oraz cechy
budowy wymienia [92]. W zwi¹zku z powy¿szym, celem amerykañskiej hodowli jest
zwiêkszenie wydajnoœci mleka, t³uszczu i bia³ka od kóz odznaczaj¹cych siê prawid³ow¹ budow¹ cia³a i wymienia.
W Kanadzie utrzymywana jest stosunkowo niewielka liczba kóz – oko³o 30 tys.
sztuk [28], z czego zarejestrowanych jest 3803, a podlegaj¹cych kontroli u¿ytkowoœci
1485 sztuk (dane z 2000 roku) [www.ccsi.ca/goats/main.cfm]. Przeciêtna wydajnoœæ
kóz w tym kraju jest wysoka i wynosi 700 kg mleka za 305-dniow¹ laktacjê
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
61
u pierwiastek i oko³o 1000 kg mleka u kóz starszych. Mleko kozie przetwarzane jest
na sery, jogurty oraz lody. Sprzedawane jest równie¿ mleko pasteryzowane. Jest ono
równie¿ wykorzystywane do odpajania osesków innych gatunków zwierz¹t. Celem
hodowli jest dalszy wzrost jednostkowej wydajnoœci mleka oraz wzrost lub przynajmniej utrzymanie zawartoœci t³uszczu i bia³ka. Kozy pierwiastki oceniane s¹ równie¿
pod wzglêdem cech pokrojowych, gdy¿ kolejnym celem hodowli jest utrzymanie lub
poprawa cech budowy [81].
W Polsce mleczarnie skupuj¹ce mleko kozie p³ac¹ jedynie za objêtoœæ mleka,
nie uwzglêdniaj¹c zawartoœci sk³adników, gdy¿ zwartoœæ t³uszczu i bia³ka w mleku,
w opinii technologów, jest wystarczaj¹ca do uzyskania zadowalaj¹cej wydajnoœci
i jakoœci serów. Jednoczeœnie, w stosunku do zwierz¹t kandyduj¹cych do wpisania
do ksi¹g hodowlanych, istnieje wymóg osi¹gniêcia przez kozê lub przez matkê
koz³a odpowiednio wysokiej wydajnoœci bia³ka za laktacjê. W celu hodowlanym
nale¿a³oby wiêc uwzglêdniæ równie¿ wydajnoœæ bia³ka. Hodowcy powinni przewidywaæ ewentualne zmiany w systemie zap³aty za mleko. Obecnie zawartoœæ
sk³adników w mleku jest zadowalaj¹ca, jednak selekcja na wydajnoœæ mleka i bia³ka
mo¿e, ze wzglêdu na ujemn¹ korelacjê genetyczn¹, doprowadziæ do obni¿enia
zawartoœci innych sk³adników. Obecny cel hodowlany powinien zatem uwzglêdniaæ wzrost wydajnoœci mleka przy równoczesnym zwiêkszeniu zawartoœci sk³adników w mleku [7].
Indeksy selekcyjne
do oceny cech produkcyjnych kóz mlecznych
W ¿adnym kraju, poza Norwegi¹, nie ma limitów produkcji mleka koziego.
Jednak ze wzglêdu na przeznaczanie niemal ca³oœci mleka w omawianych krajach
na produkcjê serów oraz ju¿ osi¹gniêt¹ wysok¹ jednostkow¹ wydajnoœæ mleka
wa¿niejsze sta³o siê doskonalenie wydajnoœci i zawartoœci sk³adników mleka, ni¿
zwiêkszenie jedynie jego wydajnoœci. Znajduje to odzwierciedlenie w indeksach
selekcyjnych.
We Francji wyliczane s¹ indeksy wartoœci hodowlanych wydajnoœci mleka (IMY),
wydajnoœci t³uszczu (IFY), wydajnoœci bia³ka (IPY), zawartoœci t³uszczu (IFC)
i zawartoœci bia³ka (IPC). £¹czny indeks mleczny ma postaæ:
ICC = IPY + 0,4 IPC + 0,2 IFY + 0,1 IFC
w jednostkach bezwzglêdnych lub równowa¿ny
ICC = 0,44 IPY + 0,26 IPC + 0,06 IFY + 0,03 IFC
wyra¿ony w jednostkach genetycznego standardowego odchylenia. Wagi ekonomiczne zosta³y wyliczone na bazie ceny mleka oraz wydajnoœci sera. Pierwszy indeks jest
publikowany, gdy koz³y osi¹gaj¹ 4 lata [23, 24].
62
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
Norweski indeks selekcyjny od 1997 roku ma postaæ
I = (WHdzienna wydajnoœæ mleka)*0,09 + (WH%t³uszczu + WH%bia³ka + WH% laktozy)*0,042
gdzie WH to wartoœæ hodowlana. Pierwszy oficjalny indeks jest publikowany po zakoñczeniu pierwszej laktacji córek, a ostateczny gdy kozio³ osi¹gnie wiek 3 lat. Do uzyskania koñcowego indeksu kozio³ oczekuj¹cy na ocenê nie kryje nastêpnych kóz [2].
W USA ocena przeprowadzana jest w czerwcu ka¿dego roku i przedstawiana jako
„przewidywana zdolnoœæ przekazywania” (PTA), stanowi¹ca po³owê wartoœci hodowlanej zwierzêcia. PTA wyliczona jest na podstawie informacji o rodzicach, ich
w³asnej u¿ytkowoœci i wczeœniej urodzonych potomkach. Oceny dla wydajnoœci
mleka, t³uszczu i bia³ka s¹ ³¹czone w jeden ekonomiczny indeks mleczny, zwany
„milk-fat-protein dollars” (MFP$). Wagi ekonomiczne dla poszczególnych cech
wyprowadzone s¹ na podstawie indeksu selekcyjnego dla krów mlecznych. Indeks
ten do niedawna mia³ postaæ:
MFP$ = $0,31(PTAmleka) + $0,80(PTAt³uszczu) + $2,00(PTAbia³ka)
Obecnie po³o¿ono wiêkszy nacisk na wydajnoœæ sk³adników, obni¿aj¹c wagê wydajnoœci mleka:
MFP$ = $0,010(PTAmleka) + $1,15(PTAt³uszczu + $2,55(PTAbia³ka)
[http//aipl.arsusda.gov/publish/presentations/MISCO3/adga-gre-files/framehtm].
Indeks ten stanowi podstawê do uszeregowania zwierz¹t w obrêbie ka¿dej z ras [91].
W Kandzie na podstawie oszacowanych wartoœci hodowlanych cech produkcyjnych konstruowany jest indeks produkcyjny:
PINDX=100 + 0,14(WHwyd.mleka) + 4,4(WHwyd.t³uszczu)
gdzie WH oznacza wartoœæ hodowlan¹ poszczególnych cech [www.ccsi.ca/goats/main.cfm].
Dla polskiej populacji kóz zaproponowano, po przeanalizowaniu wielu wariantów, nastêpuj¹cy indeks selekcyjny cech produkcyjnych:
I = WHwyd. mleka + 3*WHwyd bia³ka
Wydaje siê, ¿e jest on obecnie najodpowiedniejszy do zastosowania w polskiej
populacji kóz mlecznych. Zwa¿ywszy na istniej¹ce negatywne, genetyczne korelacje miêdzy wydajnoœci¹ mleka a zawartoœci¹ sk³adników oraz bardzo wysokie
dodatnie korelacje miêdzy wydajnoœci¹ mleka a wydajnoœci¹ sk³adników i jednoczeœnie dodatnie korelacje miêdzy wydajnoœci¹ a zawartoœci¹ sk³adników, selekcja
skierowana na zwiêkszenie wydajnoœci mleka oraz bia³ka powinna daæ oczekiwane
rezultaty, tj. zwiêkszyæ wydajnoœæ jednostkow¹ kóz i podnieœæ zawartoœæ sk³adników mleka [7].
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
63
Selekcja na podstawie cech funkcjonalnych
W hodowli krów mlecznych cele hodowlane i indeksy selekcyjne wielu krajów
zosta³y rozszerzone o cechy funkcjonalne, np. w Szwecji, gdzie wyznaczane s¹ trzy
indeksy: produkcyjny, zdrowia i cech funkcjonalnych, ³¹czone nastêpnie w ca³kowit¹
wartoœæ indeksow¹ [www.svavel.se/tjurdok/explen.asp]. Kraj ten w³¹czy³ cechy funkcjonalne do programu w latach 70. XX wieku, wykazuj¹c, ¿e mo¿liwy jest wzrost
wydajnoœci mleka, przy jednoczesnym utrzymaniu wartoœci cech rozp³odowych [59].
Wiêkszoœæ cech funkcjonalnych jest trudna do bezpoœredniego zmierzenia i oceny ich
wartoœci hodowlanej. Rejestrowane s¹ wiêc cechy ³atwe do okreœlenia i zmierzenia,
na podstawie których mo¿na oceniæ interesuj¹ce hodowcê cechy [32]. S¹ one na ogó³
nisko odziedziczalne. Przyk³ad Szwecji wskazuje jednak, ¿e konsekwentna praca
hodowlana skierowana nawet na bardzo nisko odziedziczalne cechy daje oczekiwane
rezultaty [17].
W hodowli kóz cechy funkcjonalne s¹ równie¿ istotne. Kozy nie by³y jednak
poddane tak intensywnej, jednostronnej selekcji jak niektóre rasy krów mlecznych.
Dlatego te¿ znaczenie poszczególnych cech funkcjonalnych u kóz mo¿e byæ inne ni¿
u krów. Najwa¿niejszymi cechami funkcjonalnymi kóz mlecznych wydaj¹ siê byæ
cechy zwi¹zane ze zdrowiem wymienia i jego budow¹, budow¹ nóg i racic, rozp³odem, funkcjonaln¹ d³ugoœci¹ ¿ycia. Coraz wiêksze rozpowszechnienie doju mechanicznego spowoduje prawdopodobnie w nied³ugim czasie równie¿ wzrost znaczenia
temperamentu kóz. Jednak cechy zwi¹zane z rozp³odem czy odpornoœci¹ na choroby
nie s¹ jeszcze w³¹czone do indeksów selekcyjnych kóz mlecznych. S¹ one doskonalone poprzez eliminacjê ze stada zwierz¹t ja³owych, czy chorych i wybór do hodowli
m³odych zwierz¹t, o odpowiednim stopniu rozwoju. Poœredni¹ form¹ selekcji na
plennoœæ, stosowan¹ we Francji i w Polsce, jest wybór zwierz¹t pochodz¹cych
z urodzeñ przynajmniej bliŸniaczych [65, 71]. W USA rozwa¿ana jest mo¿liwoœæ
w³¹czenia p³odnoœci córek do oceny testowanego koz³a [http//aipl.arsusda.gov /publish/presentations/MISCO3/adgs_grw_files/frame.htm]. W niektórych populacjach
kóz (Norwegia, USA, Kanada) do indeksów selekcyjnych w³¹czane s¹ ju¿ cechy
zwi¹zane z pokrojem zwierz¹t, w tym z budow¹ wymienia [2, 81]. We Francji cechy
pokrojowe, w tym dotycz¹ce budowy wymienia, stanowi¹ dodatkowe fenotypowe
kryterium oceny zwierz¹t od pocz¹tku prowadzenia programu hodowlanego. Od
1999 roku szacowane s¹ ju¿ parametry genetyczne i wartoœci hodowlane cech
pokrojowych [24].
64
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
Komponenty wariancji i kowariancji cech funkcjonalnych
w populacjach ró¿nych gatunków prze¿uwaczy
Wartoœci wskaŸników odziedziczalnoœci cech pokrojowych wynosz¹ od 0,19 do
0,52, s¹ wiêc to cechy œrednio, b¹dŸ wysoko odziedziczalne. Do grupy cech wysoko
odziedziczalnych mo¿na zaliczyæ przede wszystkim cechy zwi¹zane z budow¹ wymienia, kszta³tem, rozmieszczeniem, œrednic¹ i d³ugoœci¹ strzyków [48, 92]. WskaŸnik h2
ogólnej oceny budowy wymienia kóz w Norwegii wynosi 0,23 [Wallin 2002 –
informacja ustna].
WskaŸniki h2 cech rozp³odowych, jak równie¿ zwi¹zek cech reprodukcyjnych z cechami produkcyjnymi kóz mlecznych s¹ coraz czêœciej szacowane. Wyniki pierwszych
szacowañ h2 cech reprodukcji dokonywane od koñca lat szeœædziesi¹tych do pocz¹tku
lat osiemdziesi¹tych ubieg³ego wieku zosta³y zestawione przez Ricordeau [71]. Nie
uda³o siê dotrzeæ do prac oryginalnych, nieznane s¹ wiêc metody szacowania.
WskaŸnik h2 wieku pierwszego wykotu oszacowano na bardzo wysokim poziomie –
0,54–0,55, natomiast odstêpu miêdzy pierwszym a drugim wykotem na znacznie
ni¿szym (0,15). WskaŸniki h2 wielkoœci miotu wynosi³y od 0,07 do 0,24. Pod koniec
ubieg³ego oraz na pocz¹tku obecnego wieku szacowania wskaŸników h2 dokonywano
przy zastosowaniu metody REML. Mourad [51] oszacowa³ wskaŸnik h2 liczby koŸl¹t
¿ywo urodzonych w miocie na poziomie 0,02, wielkoœci miotu – 0,03, natomiast
stosunku koŸl¹t pad³ych przy porodzie do liczby koŸl¹t urodzonych – 0,02. Parametry
genetyczne wielkoœci miotu i odstêpu miêdzy wykotami oszacowa³ Odubote [56] dla
afrykañskich kóz kar³owatych. WskaŸnik h2 wielkoœci miotu wyniós³ 0,32, a powtarzalnoœci 0,33, natomiast odstêpu miêdzy wykotami odpowiednio 0,03 oraz 0,04.
W przypadku kóz rasy alpejskiej, utrzymywanych w intensywnym systemie produkcji w Egipcie, powtarzalnoœæ wielkoœci miotu oszacowano na poziomie 0,21 oraz od
0,10 do 0,40 w zale¿noœci od metody szacowania, natomiast odstêpu miêdzy wykotami na poziomie 0,01 oraz od 0,024 do 0,383 zale¿nie od metody [52]. We wczeœniejszych badaniach w³asnych wartoœæ wskaŸnika h2 wielkoœci miotu w pierwszym
wykocie (WW1) wynios³a 0,153, natomiast w drugim (WM2) 0,12, okresu miêdzy
pierwszym a drugim wykotem (OMW) wynios³a 0,127, a strat ogólnych w pierwszym
i drugim wykocie (STR_OG1 i 2) odpowiednio: 0,098 i 0,01 [8, 9]. W dalszych
badaniach h2 OMW wyniós³ 0,158, a liczby koŸl¹t ¿ywo urodzonych w pierwszym
wykocie (WM1) 0,12 [13]. W ostatnich badaniach wskaŸnik h2 WM1 i 2, WW1 i 2
oraz ¯YW_UR1 oszacowano na umiarkowanym poziomie. WskaŸnik h2 ¯YW_UR2
wyniós³ prawie 0,1. Najni¿sze wskaŸniki h2 uzyskano dla STR_OG1 i 2 oraz dla
OMW (0,01–0,04). B³êdy standardowe szacunków wynosi³y od 0,025 do 0,051 [7].
We wczeœniejszych badaniach w³asnych uzyskano wy¿sze wartoœci wskaŸników h2,
jednak zastosowany model nie uwzglêdnia³ wp³ywu kryj¹cego koz³a, co spowodowa³o zawy¿enie wartoœci addytywnego komponentu.
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
65
Korelacje genetyczne szacowano miêdzy realizacjami poszczególnych cech rozp³odowych w kolejnych wykotach: pomiêdzy pierwszym, drugim oraz ³¹cznie trzecim i dalszymi wykotami. W wiêkszoœci przypadków b³êdy standardowe korelacji
by³y wiêksze ni¿ ich wartoœæ. Na uwagê zas³uguj¹ korelacje: miêdzy WM1 i WM2
równe 0,67, miêdzy WM1 a wielkoœci¹ miotu w wykotach dalszych ni¿ drugi – 0,52
oraz miêdzy WM2 i dalszych wykotach – 0,98 [12].
Cechy zwi¹zane z reprodukcj¹ znacznie czêœciej szacowane by³y dla owiec,
zw³aszcza ras miêsnych, gdy¿ wielkoœæ miotu i liczba jagni¹t ¿ywo urodzonych to
cechy istotnie wp³ywaj¹ce na wynik ekonomiczny stada. Cechy zwi¹zane z rozp³odem to miêdzy innymi okres miêdzy wykotami. Dla owiec merynosowych, utrzymywanych na Wêgrzech wskaŸnik h2 OMW od pierwszego do dziewi¹tego wykotu
oszacowano na poziomie 0,42 [54]. Okut i in. [57] oszacowali, dla ró¿nych ras owiec
utrzymywanych w USA, wskaŸniki h2 WM i ¯YW_UR jagni¹t od 0,10 do 0,17 oraz
WM przy odsadzeniu od 0,00 do 0,10. Podobne wyniki uzyskali Rosati i in. [73],
równie¿ dla ró¿nych ras owiec, utrzymywanych w USA. Dla WM, ¯YW_UR oraz
liczby ¿ywych jagni¹t przy odsadzeniu oszacowali udzia³ zmiennoœci genetycznej
w zmiennoœci ogólnej na poziomie odpowiednio: 0,10, 0,05 oraz 0,01. Wy¿sze
wartoœci h2 WM (nawet do 0,47) i ¯YW_UR (do 0,30) dla oceny wewn¹trz stacyjnej,
jednak przy b³êdach standardowych od 0,15 do 0,23, przedstawiaj¹ Abdulkhaliq i in.
[1] równie¿ dla ras owiec hodowanych w USA. WskaŸniki h2 WM w pierwszym
wykocie ró¿nych ras owiec szwajcarskich wynosi³y od 0,11 do 0,23 [37].
W hodowli byd³a mlecznego jednym z wa¿niejszych wskaŸników jest d³ugoœæ
okresu miêdzy wycieleniami. W polskiej populacji krów mlecznych wskaŸnik h2 tej
cechy oszacowano na poziomie 0,07, natomiast r2 – 0,18 [70]. WskaŸniki uzyskiwane
w innych populacjach krów mlecznych s¹ na tym samym b¹dŸ ni¿szym poziomie [39,
63, 87, 89]. Dwukrotnie wy¿szy wskaŸnik h2 odstêpu miêdzy wycieleniami (0,15)
uzyskali Dong i van Vleck [27].
Korelacje genetyczne miêdzy wydajnoœci¹ kóz a cechami reprodukcyjnymi by³y
szacowane bardzo rzadko. Z zestawieñ Ricordeau [71] wynika, ¿e korelacje fenotypowe miêdzy wydajnoœci¹ mleka a WM wynosz¹ od –0,09, przez 0 do 0,18, natomiast
miêdzy wydajnoœci¹ mleka a WW1 od –0,10 do 0,23. Wed³ug Ali i in. [3] fenotypowe
korelacje miêdzy wydajnoœci¹ mleka i t³uszczu a odstêpem miêdzy wykotami kóz
amerykañskich by³y zerowe (od –0,04 do 0,04). Korelacje fenotypowe miêdzy
wydajnoœci¹ mleka i t³uszczu a WW1 by³y dodatnie i wynioœ³y od 0,18 do 0,25
w zale¿noœci od rasy kóz. W literaturze prezentowane by³y zarówno ujemne (–0,36,
–0,14) jak dodatnie (0,14, 0,19, 0,03) korelacje genetyczne miêdzy wydajnoœci¹
mleka a WW1. Korelacje genetyczne zaœ pomiêdzy wydajnoœci¹ mleka a wielkoœci¹
miotu by³y œrednie (0,12) lub wysokie (0,41). Genetyczne zale¿noœci miêdzy WM
a procentow¹ zawartoœci¹ t³uszczu by³y ujemne (–0,11) lub zerowe, natomiast
pomiêdzy WM a procentow¹ zawartoœci¹ bia³ka by³y dodatnie (0,20) [71]. Kafidi i in.
[39] w populacji krów mlecznych uzyskali niemal zerowe fenotypowe korelacje
66
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
wydajnoœci mleka, t³uszczu i bia³ka z odstêpem miêdzywycieleniowym (od –0,052 do
–0,063), a genetyczne na poziomie odpowiednio: 0,33, 0,38 i 0,12.
Najszersz¹ analizê przeprowadzono dla polskiej populacji kóz mlecznych [7].
Szacunki korelacji genetycznych miêdzy wydajnoœci¹ kóz w pierwszej laktacji
a OMW i OMW a produkcyjnoœci¹ kóz w drugiej laktacji by³y obarczone bardzo
du¿ymi b³êdami (rzêdu 0,53–0,61); w zwi¹zku z czym niemo¿liwe jest wyci¹gniêcie
prawid³owych wniosków. Brak korelacji genetycznych stwierdzono miêdzy WM
oraz ¯YW_UR a cechami produkcyjnymi w pierwszej i drugiej laktacji. Ujemne
korelacje, umiarkowanej wielkoœci odnotowano miêdzy poziomem produkcji kóz
a STR_OG1, co mo¿e œwiadczyæ o tym, ¿e wysokowydajne pierwiastki rodzi³y
koŸlêta zdrowsze i lepiej je odchowywa³y ni¿ m³ode kozy niskoprodukcyjne. Jednak
korelacje te w drugiej laktacji okaza³y siê dodatnie na œrednim poziomie, co znaczy³oby, ¿e kozy wysokowydajne w drugiej laktacji mia³y gorsze wyniki odchowu koŸl¹t.
Bardzo du¿e b³êdy statystyczne korelacji nie pozwalaj¹ jednak na wyci¹ganie ostatecznych wniosków. Zaskakuj¹ce jest, ¿e korelacje miêdzy wydajnoœci¹ mleka a WM
i ¯YW_UR okaza³y siê tak niskie. Jak wykaza³y wczeœniejsze analizy w polskiej
populacji [15] oraz badania innych autorów [22, 25, 88], wielkoœæ miotu wywiera
istotny wp³yw na mlecznoœæ matek. W zwi¹zku z tym, przy selekcji prowadzonej na
wydajnoœæ mleka, powinien nast¹piæ wzrost plennoœci i odwrotnie. W badaniach
w³asnych wykazano, ¿e w latach 1983–2001 nast¹pi³o zmniejszenie liczebnoœci
miotów oraz liczby koŸl¹t ¿ywo urodzonych [7]. W tym czasie w polskiej populacji
zaznaczy³ siê ujemny trend genetyczny wydajnoœci mleka [14]. Mo¿e to œwiadczyæ
jednak o istnieniu zale¿noœci miêdzy tymi cechami. Byæ mo¿e korelacje miêdzy
wydajnoœci¹ mleka a ¯YW_UR1 zosta³y niedoszacowane.
Zarówno dodatnia, umiarkowanie wysoka korelacja miêdzy cechami wydajnoœci
mleka a WW1, jak i miêdzy poziomem produkcyjnym w pierwszej laktacji a WW2
œwiadczy o tym, ¿e skuteczne pokrycie kóz wysokowydajnych nast¹pi³o póŸniej ni¿ kóz
niskowydajnych. Powy¿sze zale¿noœci mog¹ œwiadczyæ zarówno o tym, ¿e krycie kóz
zbyt m³odych wp³ywa na obni¿enie ich wydajnoœci, jak równie¿ o tym, ¿e kozy
wysokoprodukcyjne maj¹ problemy z p³odnoœci¹. Jednoczeœnie kozy wysokoprodukcyjne w pierwszej laktacji rodzi³y wiêcej koŸl¹t w drugim wykocie ni¿ kozy o niskiej
wydajnoœci. Z drugiej strony kozy wysokowydajne rodzi³y mniej koŸl¹t ¿ywych w drugim wykocie, mia³y jednak lepsze wyniki odchowu [7]. Powy¿sze wyniki potwierdzaj¹
wczeœniejsze badania w³asne dotycz¹ce zwi¹zku miêdzy tymi cechami [15], jak
równie¿ dane prezentowane w literaturze [29, 41]. Jednoczeœnie w polskiej populacji
wiek pierwszego wykotu wzrós³ o ponad miesi¹c, a drugiego o prawie 3 miesi¹ce, przy
nie zmienionym OMW, a jak wczeœniej wspomniano, zaznaczy³ siê ujemny trend genetyczny cech wydajnoœci. Mimo dodatniej korelacji miêdzy wiekiem wykotu a cechami
wydajnoœci nast¹pi³o pogorszenie wszystkich cech – zmniejszy³a siê wydajnoœæ
i zwiêkszy³ siê wiek wykotu [7]. Dodatni zwi¹zek wydajnoœci kóz nie tylko z plennoœci¹, ale i z p³odnoœci¹, wykazuj¹ Kennedy i in. [40], którzy dowodz¹, ¿e kozy, które
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
67
uda³o siê skutecznie pokryæ w pierwszym sezonie rozp³odowym s¹ genetycznie lepsze
pod wzglêdem produkcji mleka i t³uszczu ni¿ kozy zakocone dopiero w ich drugim
sezonie rozp³odowym. Wynika to prawdopodobnie z faktu, i¿ niektóre hormony
wp³ywaj¹ zarówno na p³odnoœæ, jak i na sekrecjê mleka.
Jak podkreœlaj¹ Hamann i in. [38], w opracowaniu dotycz¹cym cech rozp³odowych owiec, ze wzglêdu na niski h2, oczekuje siê, ¿e poprawa wielkoœci miotu
poprzez selekcjê bêdzie powolna. Nale¿a³oby jednak w³¹czyæ tê cechê do indeksu
selekcyjnego, aby unikn¹æ negatywnej odpowiedzi na selekcjê i utrzymaæ tê cechê na
sta³ym poziomie.
Transformowana liczba komórek somatycznych w mleku krów to powszechnie
stosowany wskaŸnik w selekcji na zwiêkszenie odpornoœci krów na zapalenie wymienia [77]. W krajach skandynawskich wykazano, i¿ taka selekcja prowadzi tak¿e do
zmniejszenia u¿ycia antybiotyków w celu wyleczenia przypadków zapalenia wymienia [59]. WskaŸniki odziedziczalnoœci liczby komórek somatycznych (SCC) w mleku
krów, jak równie¿ zwi¹zek tej cechy z cechami produkcyjnymi, jest szacowany od
wielu lat w licznych populacjach krów mlecznych. WskaŸniki h2 SCC wynosz¹ od
0,091 do 0,158, a ich korelacje genetyczne z cechami wydajnoœci wynosz¹ od –0,88
do 0,172 z wydajnoœci¹ bia³ka, od –0,74 do 0,165 z wydajnoœci¹ t³uszczu i od –0,45 do
0,116 z wydajnoœci¹ mleka. Uzyskano wysokie, ujemne wartoœci korelacji genetycznych miêdzy SCC a zawartoœci¹ sk³adników [26, 69, 72, 75, 78, 89].
W hodowli kóz zdrowie wymienia jest równie¿ istotnym zagadnieniem. Choroby
wymienia s¹ przyczyn¹ brakowania w ponad 5% przypadków, a w 1,5% przypadków
prowadz¹ do upadków i s¹ najczêstszymi przyczynami upadków i brakowania tych
zwierz¹t [47]. Zwi¹zek SCC z iloœci¹ patogenów i stanami klinicznymi lub podklinicznymi zapalenia wymienia nie jest jednak tak oczywisty jak u krów. Zmiennoœæ
liczby komórek somatycznych w mleku kóz mo¿e byæ zwi¹zania w oko³o 90%
z innymi ni¿ infekcje przyczynami. Wysoka SCC mo¿e wystêpowaæ równie¿ w zdrowym wymieniu. Jednak w wymieniu, w którym stwierdzono obecnoœæ patogenów,
SCC by³a zawsze znacznie podwy¿szona [36]. Dotychczas SCC w mleku kóz nie
stanowi kryterium selekcyjnego w ¿adnym programie hodowlanym dla populacji kóz
i nie jest szacowana wartoϾ hodowlana tej cechy. Jednak w wielu krajach SCC jest
kryterium skupu mleka. W Norwegii ustalone s¹ 4 klasy jakoœci mleka: mleko klasy
„Elite” nie mo¿e zawieraæ wiêcej ni¿ 1,5 mln komórek, natomiast mleko 3. klasy
mo¿e zawieraæ wiêcej ni¿ 2,25 mln komórek w 1 ml [84]. W USA i Czechach
graniczna liczba komórek somatycznych w mleku pochodz¹cym ze zdrowego wymienia kozy zosta³a ustalona na 750 tys. [31, 58], natomiast w Polsce mleczarnie
skupuj¹ mleko z zawartoœci¹ komórek do 2 mln.
W niektórych programach przewiduje siê rozszerzenie liczby ocenianych cech m.in.
o SCC [http://aipl.arsusda.gov/publish /presentations/MISCO3/adga_grw_files/frame.htm].
W badaniach w³asnych analizê statystyczn¹ cech zwi¹zanych ze zdrowiem wymienia przeprowadzono na danych pochodz¹cych z jednego stada, co spowodowa³o, ¿e
68
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
warunki œrodowiskowe by³y ujednolicone. Jednak ze wzglêdu na ma³¹ liczbê obserwacji, wartoœci te nale¿y uznaæ jedynie za wstêpne. Œrednia SCC w udojach dziennych wynios³a 1,75 mln (ln = 6,62, sd = 1,25), przy przeciêtnej wydajnoœci mleka
2,28 kg (sd = 0,94) i zawartoœci laktozy, t³uszczu i bia³ka odpowiednio: 4,57%
(sd = 0,34), 3,60% (sd = 0,93), 2,97% (sd = 0,44). WskaŸniki h2 SCC oraz zawartoœci
laktozy oszacowano na poziomie 0,21 (se = 0,058) i 0,27 (se = 0,051). Umiarkowanej
wysokoœci wskaŸniki h2 SCC i zawartoœci laktozy oznaczaj¹ mo¿liwoœæ prowadzenia
efektywnej selekcji w kierunku poprawy odpornoœci kóz na zapalenie wymienia [7].
W literaturze nie znaleziono wartoœci wskaŸników h2 tej cechy dla kóz mlecznych.
Korelacja genetyczna miêdzy dzienn¹ wydajnoœci¹ mleka a SCC w badaniach w³asnych okaza³a siê dodatnia i wysoka, natomiast miêdzy SCC a zawartoœci¹ badanych
sk³adników zerowa (bia³ko), b¹dŸ ujemna na niskim poziomie (t³uszcz, laktoza).
Zarówno wysoka dodatnia korelacja miêdzy wydajnoœci¹ mleka a SCC, jak i wysoka
ujemna korelacja miêdzy wydajnoœci¹ mleka a zawartoœci¹ laktozy, wskazuj¹ na
zwiêkszenie problemów zwi¹zanych ze zdrowiem wymion u kóz wysokowydajnych
[7]. W literaturze dostêpne s¹ jedynie dane dotycz¹ce korelacji prostych miêdzy SCC
a cechami produkcyjnymi. Korelacje miêdzy SCC a zawartoœci¹ t³uszczu, bia³ka,
laktozy, suchej masy bezt³uszczowej oraz wydajnoœci¹ mleka by³y ujemne i wynios³y
odpowiednio: –0,41, –0,23, –0,41, –0,36, –0,46 [93].
Dotychczas nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, gdzie le¿y granica,
poza któr¹ zaczynaj¹ siê stany podkliniczne mastitis i wystêpuj¹ w mleku patogeny.
Byæ mo¿e konieczne bêdzie ustalenie dodatkowych kryteriów oceny stanu zdrowia
wymienia. W tym kontekœcie wyselekcjonowanie kóz o genetycznie utrwalonej
podwy¿szonej odpornoœci na zapalenie wymienia, wydaje siê szczególne wa¿ne.
Nale¿y przypuszczaæ, ¿e znaczenie stanu zdrowia wymion kóz bêdzie rosn¹æ,
zw³aszcza, ¿e SCC jest jednym z kryteriów skupu mleka, a stany zapalne wymienia
powoduj¹ du¿e straty ekonomiczne [7].
Indeksy cech funkcjonalnych
Do indeksów selekcyjnych kóz mlecznych w³¹czane s¹ jak dot¹d jedynie cechy
pokrojowe. W Norwegii konstruowany jest osobny indeks wymienia. W USA, mimo
szacowania wartoœci hodowlanej wielu cech pokrojowych, w ³¹cznym indeksie
(indeks produkcyjno-pokrojowy – PTI) reprezentowane s¹ one jedynie przez wartoœæ
PTA ogólnej punktacji. Publikowane s¹ dwa ³¹czne indeksy PTI: jeden z wag¹ dwa
razy wiêksz¹ dla cech produkcyjnych ni¿ pokrojowych, drugi odwrotny [92].
Najbardziej rozbudowany jest indeks cech pokrojowych w Kanadzie. Oprócz
indeksu cech produkcyjnych (PINDX), wyliczany jest indeks wymienia (MSINDX),
na który sk³ada siê w 35% wartoœæ hodowlana ogólnej oceny wymienia (MS), w 28%
zawieszenia przedniego (FU), w 28% zawieszenia tylnego (RU) oraz w 9% budowy
strzyków (TE). Indeks pokrojowy (TINDX) w³¹cza cztery cechy budowy oraz indeks
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
69
wymienia (MSINDX): 25% GA (wygl¹d ogólny) + 12% FL (nogi i racice) + 10% BC
(pojemnoœæ tu³owia) + 10% DC (charakter mleczny) + 43% MSINDX. Indeks
produkcyjno-pokrojowy ³¹czy oba te indeksy w proporcji 60% PINDX : 40% TINDX
[http://www.ccsi.ca/goats/mac2001goats_files/ outline.htm].
We Francji szacowane wartoœci hodowlane cech pokrojowych nie s¹ jeszcze
³¹czone w indeks cech pokrojowych [23].
Dla polskiej populacji kóz mlecznych zaproponowano indeksy selekcyjne uwzglêdniaj¹ce cechy rozp³odowe lub wydajnoœæ mleka wraz z cechami rozp³odowymi. Cechy
rozp³odowe istotnie wp³ywaj¹ce na przychód z tytu³u odchowu koŸl¹t to straty ogólne
oraz wielkoœæ miotu. Zwa¿ywszy na wysokie korelacje genetyczne miêdzy liczb¹
koŸl¹t w miocie w pierwszym i drugim wykocie oraz niemal równe jednoœci korelacje
genetyczne miêdzy stratami ogólnymi w pierwszym i drugim wykocie, w indeksie
selekcyjnym mo¿na uwzglêdniæ jedynie wartoœci hodowlane tych cech w pierwszym
wykocie. W zawi¹zku z tym proponowany indeks selekcyjny cech rozp³odowych
przyj¹³by postaæ:
1*WHWIEL1 – 1,7*WHSTRAT_OG1
Uwzglêdnienie w indeksie selekcyjnym jedynie cech pierwszego wykotu pozwoli
na wczesne podejmowanie decyzji selekcyjnych dotycz¹cych cech rozp³odowych,
bez koniecznoœci oczekiwania na drugi wykot córek ocenianego koz³a. £¹czny indeks
selekcyjny cech rozp³odowych i wydajnoœci mleka natomiast przyj¹³by postaæ:
94*WHWIEL1 – 158*WHSTRAT_OG1 + 192*WHWIEL2 +WHWYD_MLEKA [7].
Podsumowanie
Zmiennoœæ cech produkcyjnych i rozp³odowych w polskiej populacji kóz mlecznych nie odbiega od wartoœci rejestrowanych w populacjach, w których hodowla kóz
stoi na wysokim poziomie. Zatem mo¿liwe jest doskonalenie polskiej populacji kóz
mlecznych nowoczesnymi metodami. Pierwszym zadaniem hodowców kóz mlecznych w Polsce jest sformu³owanie celu hodowlanego. Na podstawie obserwacji
popytu na produkty kozie na rynkach krajów zachodnich, jak równie¿ na rynku
polskim, mo¿na stwierdziæ, ¿e g³ównym kierunkiem produkcji bêdzie serowarstwo,
a mleko kozie pitne pozostanie niszowym produktem dla dzieci lub osób starszych.
Jednak wydajnoœæ mleka w polskiej populacji kóz nie jest wysoka. Zatem poprawa
jednostkowej wydajnoœci zwierz¹t, przy zwiêkszeniu zawartoœci sk³adników to obecnie najlepszy kierunek hodowlany. Mo¿liwe jest wyliczenie dla ka¿dego z rozp³odników ró¿nych indeksów selekcyjnych pod wzglêdem cech produkcyjnych, tak by
hodowcy zachowali mo¿liwoœæ doboru koz³ów i by sami mogli decydowaæ o kierunku doskonalenia swego stada. Mo¿liwe jest równie¿ wyliczenie indeksu dla cech
rozp³odowych, a tak¿e ³¹cznego indeksu cech rozp³odowych i produkcyjnych, tak by
w procesie jednostronnej selekcji na cechy produkcyjne nie dopuœciæ do obni¿enia
70
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
wartoœci cech funkcjonalnych. Jednak prowadzenie takiej pracy hodowlanej wymaga
istnienia dostatecznie du¿ej populacji aktywnej. Jeszcze w 2006 roku w Polsce
znajdowa³o siê 4253 kóz pod ocen¹ u¿ytkowoœci mlecznej i rozp³odowej. Niestety,
decyzj¹ Ministra Rolnictwa, podjêt¹ w 2006 roku, od 2007 roku przywrócono
odp³atnoœæ za badania laboratoryjne mleka (od 2004 do 2006 roku koszty ponosi³o
pañstwo poprzez Krajowe Centrum Hodowli Zwierz¹t) i zobowi¹zano hodowcê do
ponoszenia 30% kosztów kontroli u¿ytkowoœci, znosz¹c jednoczeœnie dop³aty do kóz
mlecznych z Funduszu Postêpu Biologicznego. Spowodowa³o to, i¿ wielu hodowców
zrezygnowa³o z kontroli u¿ytkowoœci i w tej chwili populacja aktywna liczy oko³o
500 kóz. Hodowcy jednak nie rezygnuj¹ z produkcji mleka i bêd¹ d¹¿yæ do dalszego
doskonalenia swych stad, ale ju¿ w tym roku odczuj¹ brak poda¿y koz³ów rozp³odowych. Prawdopodobnie zwiêkszy siê import koz³ów z krajów zachodnich, jednak taka
metoda doskonalenia populacji by³a ju¿ stosowana i hodowcy sprowadzili wraz
z ¿ywymi zwierzêtami wirusowe zapalenie stawów i mózgu, które szybko rozprzestrzeni³o siê w ca³ej populacji. Istnieje zatem du¿e prawdopodobieñstwo „importu”
kolejnych chorób. Je¿eli w krótkim czasie (od przysz³ego roku) nie zostanie przywrócona dotacja z Funduszu Postêpu Biologicznego dla kóz mlecznych, jedynym
mo¿liwym rozwi¹zaniem bêdzie organizacja centrum hodowlanego, w którym by³aby stosowana inseminacja kóz importowanym nasieniem. Organizacja takiego centrum wymaga³aby jednak pomocy pañstwa, a szacowanie wartoœci hodowlanej
w jednym stadzie obarczone bêdzie du¿o wiêkszym b³êdem, ni¿ przy wykorzystaniu
informacji pochodz¹cych z wielu stad.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Abdulkhaliq A.M., Harvey W.R., Parker C.F. 1989. Genetic parameters for ewe productivity traits in the
Columbia, Suffolk and Targhee breeds. Journal of Animal Science 67: 3250–3257.
Ådnøy T., Nævdal I., Svendsen M. 2000. Buck circles for dairy goat breeding in Norway. 7th International
Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats. Poitiers 19–21 May.
Ali A.K.A., Mohammad W.A., Grossman M., Shanks R.D., Wiggans G.R. 1983. Relationship among lactation
and reproduction traits of dairy goats. Journal of Dairy Science 66: 1926–1936.
Analla M., Jiménez-Gamero I., Muñoz-Serrano A., Serradilla Journalm., Falagán A. 1996. Estimation of
genetic parameters for milk yield and fat and protein contents of milk from Murciano-Granadina goats. Journal
of Dairy Science 79: 1895–1898.
Analla M., Sanchez-Palma A., Muñoz-Serrano A., Serradilla J.M. 1995. Simulation analysis with BLUP
methodology of different data structures in goat selection schemes in Spain. Small Ruminant Research 17:
51–55.
Andonov S., Kovaè M., Kompan D. 1994. Covariance components for test day production of dairy goats. 45th
Annual Meeting of the EAAP, Edinburgh.
Bagnicka E. 2006. Indeksy selekcyjne uwzglêdniaj¹ce cechy mlecznoœci kóz mlecznego typu u¿ytkowego oraz
propozycja indeksu selekcyjnego dla cech funkcjonalnych. Prace i Materia³y Zootechniczne. Monografie i Rozprawy, zeszyt 16, stron 98.
Bagnicka E., £ukaszewicz M. 1999. Genetic and environmental variation of dairy traits in Polish population of
goats. Animal Science Papers and Reports 17(1): 59–65.
Bagnicka E., £ukaszewicz M. 1999. U¿ytkowoœæ mleczna i ocena wybranych modeli szacowania wartoœci
hodowlanej kóz w Polsce. Prace i Materia³y Zootechniczne 54: 35–42.
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
71
[10] Bagnicka E., £ukaszewicz M. 2000. Genetic parameters of reproductive traits in the Polish dairy goats. 7 International Conference on Goats. 15–18 mai 2000 Tours, 19–21 mai 2000 Poitiers, France, Proceedings, tome I.
[11] Bagnicka E., £ukaszewicz M. 2000. Cechy rozp³odowe i wskaŸniki ich odziedziczalnoœci w populacji kóz
mlecznych w Polsce. [Reproduction traits and their heritability in Polish goats]. Prace i Materia³y
Zootechniczne 56: 121–128.
[12] Bagnicka E., £ukaszewicz M. 2002. Wp³yw czynników genetycznych i œrodowiskowych na wybrane cechy
u¿ytkowoœci rozp³odowej kóz. Prace i Materia³y Zootechniczne 60: 61–68.
[13] Bagnicka E., £ukaszewicz M. 2003. Indeks selekcyjny dla polskiej populacji kóz mlecznych. Biuletyn
Owczarski 1(16): 3–11.
[14] Bagnicka E., £ukaszewicz M., Distl O., Hamann H. 2002. Genetic and environmental trend in the Polish dairy
goats population. Animal Science Papers and Reports 20: 195–202.
[15] Bagnicka E., Sender G., Krzy¿ewski J., Strza³kowska N. 2000. Wstêpne badania wp³ywu czynników genetycznych i œrodowiskowych na cechy produkcyjne kóz mlecznych w Polsce. Zeszyty Naukowe Akademii
Rolniczej we Wroc³awiu, nr 399, Seria Konferencje XXX. Polanica Zdrój, 26–29 kwietnia: 67–74.
[16] Bélichon S., Manfredi E., Piacère A. 1998. Genetic parameters of dairy traits in the Alpine and Saanen goat
breeds. Génétics, Sélection, Evolution 30: 529–534.
[17] Berglung B., Philipsson J. 2001. Breeding for dairy cattle fertility – the Scandinavian experience. Proceedings
from a symposium at Estonian Agriculture University “Reproductive Failure in Farm Animals”, Tartu, June
14–15, Toomas Tiirats (ed.), Uppsala, CRU Report 14: 5–12.
[18] Bishop S., Sullivann B.P., Schaeffer L.R. 1995. Genetic evaluation of Canadian dairy goats using test day data.
29th session, July 31–August 5, 1994. International Comittee for Animal Recording, Ottawa, Canada. EAAP
Publication No. 75: 271–275.
[19] Boldman K.G., Van Vleck L.D. 1984. Genetic trend for milk yield from doe evaluation in the Northeast United
States. Journal of Dairy Science 67: 1069–1071
[20] Brenik S., Kovaè M., Kompan D., Malourh Š. 1997. Genetic and environmental parameters of test day for milk
yield, fat, protein and lactose content of dairy goats. 48th Annual Meeting of the EAAP, Vienna.
[21] British Goat Society, «http://www.allgoats.com/breeds1.html».
[22] Browning R. Jr., Leite-Browning M.L., Sahlu T. 1995. Factors affecting standardised milk and fat yields in
Alpine goats. Small Ruminant Research 18: 173–178.
[23] Clément V., Boichard D., Piacère A., Barbat A., Manfredi E. 2002. Genetic evaluation of French goats for dairy
and type traits. 7th World Congress on Genetic Applied to Livestock Production, August 19–23, Montpellier,
France.
[24] Clément V., Manfredi E., Piacère A., Boichard D., Ducrocq V. 2000. Genetic evaluation of dairy goats in
France. 7th International Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats.
Poitiers 19–21 May.
[25] Crepaldi P., Corti M., Cicogna M. 1999. Factors affecting milk production and prolificacy of Alpine goats in
Lombardy (Italy). Small Ruminant Research 32: 83–88.
[26] Da Y., Grossman M., Misztal I. 1992. Estimation of genetic parameters for somatic cell score in Holsteins.
Journal of Dairy Science 75: 2265–2271.
[27] Dong M. C., Van Vleck L. D. 1989. Correlation among first and second lactation milk yield and calving interval.
Journal of Dairy Science 72: 1933–1936.
[28] FAO Year Book. 2002. Production. FAO Statistics Series No. 170, vol. 55, 2001. Rome.
[29] Finley C.M., Thompson J.R., Bradford G.E. 1984. Age-parity-season adjustment factors for milk and fat yields
of dairy goats. Journal of Dairy Science 67: 1868–1872.
[30] Fischer P. 2000. Erste Ergebnisse eines Pilotprojektes zur Einführung der Nachkommenprüfung in die
Ziegenzucht Duetschlands unter Nutzung biotechnischer Maßn insbesondere der künstlichen Besamung (Teil
1). Der Ziegenzücht Fachzeitschrift für Ziegenzucht und Ziegenhaltung. 16. Jahrgang, Heft 6. Dezember 2000.
[31] Gajdùšek S., Jelinek P., Hampl A. 1996. Somatic cell counts in goat milk and their relation to milk composition
and propeties. ivoèišna Výroba 41(1): 25–31.
[32] Groen Ab.F., Steine T., Colleau J-J. Pedersen J., Pribyl J., Reinsch N. 1997. Economic values in dairy cattle
breeding, with special reference to functional traits. Report of an EAAP-working group. Livestock Production
Science 49: 1–21.
[33] GUS/G³ówny Urz¹d Statystyczny. 2003. U¿ytkowanie gruntów, powierzchnia zasiewów i pog³owie zwierz¹t
gospodarskich. Narodowy Spis Powszechny 2002. Warszawa, czerwiec 2003.
72
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
[34] Haenlein G.F. 2001. Past, present, and future perspectives of small ruminant dairy research. Journal of Dairy
Science 84(9): 2097–2115.
[35] Haenlein G.F.W. 1996. Status and prospects of the dairy goat industry in the United States. Journal of Animal
Science 74: 1173–1181.
[36] Haenlein G.F.W. 2002. Relationship of somatic cell counts in goat milk to mastitis and productivity. Small
Ruminant Research 45: 163–178.
[37] Hagger C. 2000. Present state of milk recording in Swiss goat breeds, possible use of records in a breeding
scheme. 7th International Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats.
Poitiers 19–21 May.
[38] Hamann H., Horstick A., Wessels A., Distl O. 2004. Estimation of genetic parameters for test day milk
production, somatic cell score and litter size at birth in East Friesian ewes. Livestock Production Science 87:
153–160.
[39] Kafidi N., Leroy P., Michaux C., François A. 1992. Relationship between milk production and current calving
interval in Belgian Black and White breed. Journal of Animal Breeding and Genetics 109: 136–143.
[40] Kennedy B.W., Finley C.M., Bradford G.E. 1982. Phenotypic and genetic relationships between reproduction
and milk production in dairy goats. Journal of Dairy Science 65: 2373–2383.
[41] Kennedy B.W., Finley C.M., Pollak E.J., Bradford G.E. 1981. Joint effects of parity, age and season of kidding
on milk and fat yields in dairy goats. Journal of Dairy Science 64: 1707–1712.
[42] Kunowska M. 2002. Wp³yw obecnoœci samca na wystêpowanie rui i owulacji u kóz. Prace i Materia³y
Zootechniczne 60: 27–33.
[43] Landau S., Perevolotsky A., Carasso Y., Rattner D. 1995. Goat husbandry and production systems in Israel.
Goat production systems in the Mediterranean. EAAP Publicaton no 71, Wageningen: 137–159.
[44] Leboeuf B., Manfredi E., Boue P., Piacère A., Baril G., Broqua C., Humblot P., Terqui M. 1998. Artificial
insemination of dairy goats in France. Livestock Production Science 55: 193–203.
[45] Leboeuf B., Manfredi E., Boue P., Piacère A., Brice G., Baril G., Broqua C., Humbolt P., Terqui M. 1997.
Artificial insemination of dairy goats in France. 48th Annual Meeting of the EAAP, Vienna, Austria, 25–28
August.
[46] Leitao E.D. 1989. Behaviour of Serrana goats in dry and irrigated pastures. Forrajes y production animal en
condicciones extensivas. Revista-Pastos 39: No Extraordinario: 435–442.
[47] Malher X., Seegers H., Beaudeau F. 2000. Culling and mortality in large intense dairy goat herds of Western
France. 51st Annual Meeting of European Association for Animal Production. The Hague, The Netherlands,
21–24 August.
[48] Manfredi E., Piacère A., Poivey J.P. 1999. Genetics and breeding of dairy goats in France. Symposium
INRA/COA on Scientific Cooperation in Agriculture, Toulouse (France), April 19–20.
[49] Misztal I. 1991. Model zwierzêcy. Kurs zorganizowany przez IGHZ PAN w Jastrzêbcu k. W-wy, Falenty: 47 ss.
[50] Misztal I., £ukaszewicz M. 1994. Ci¹g³e szacowanie wartoœci hodowlanej byd³a i problemy pokrewne. Prace i
Materia³y Zootechniczne 46: 87.
[51] Mourad M. 1994. Estimation of gentic and phenotypic parameters of some reproductive traits of African
Common goats in Rwanda. Small Ruminant Research 15: 67–71.
[52] Mourad M. 2001. Estimation of repeatability of milk yield and reproductive traits of Alpine goats under
intensive system of production in Egypt. Small Ruminant Research 42: 1–4.
[53] Muller C.J.C., Cloet S.W.P., Schoeman S.J. 2002. Estimation of genetic parameters for milk yield and milk
composition of South African Saanen goats. 7th World Congress on Genetic Applied to Livestock Production,
August 19–23, Montpellier, France.
[54] Nagy I., Veress L.V., Komlósi I. 1997. Examining factors influencing lambing interval. 48th Annual Meeting of
the EAAP Meeting, Vienna, Austria.
[55] Nozawa K. 1991. Domestication and history of goats. Chapter 25 in Genetic Resources of Pig, Sheep and Goat.
Ed. By Maijala K. Elsevier Science Publishers B.V. World Animal Science. B8.
[56] Odubote I.K. 1996. Genetic parameters for litter size at birth and kidding interval in the West African Dwarf
goat. Small Ruminant Research 20: 261–265.
[57] Okut H., Bromley C.M., Van Vleck L.D., Snowder G.D. 1999. Genotypic expression at different ages: I.
Prolificacy traits of sheep. Journal of Animal Science 77: 2357–2365.
[58] Paape J.M. 2000. Situation regarding the legal limit for somatic cell counts for goats in the United States. 7th
International Conference on Goats, 15–18 May, Tour, France, tome II: 755–756.
Mo¿liwoœci doskonalenia populacji kóz mlecznych
73
[59] Philipsson J. 2001. Breeding for animal health – the Scandinavian experience. International Conference: Ethics
and Animal welfare 2001. Relationships between human and animals. Stockholm, 29–30 May: 49–53
[60] Philipsson J., Banos G., Arnason T. 1994. Present and future uses of selection index methodology in dairy cattle.
Journal of Dairy Science 77: 3252–3261.
[61] Piacère A., Boue P., Roguet J-M. 2000. Objectives and organization of the franch selection programme. 7th
International Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats. Poitiers
19–21 May.
[62] PRODUCTION YEARBOOK 1972. Food and Agriculture Organization of the United Nations – Rome, vol 26.
[63] Pryce J.E., Esslemont R.J., Thompson R., Veerkamp R.F., Kossaibati M.A., Simm G. 1998. Estimation of
genetic parameters using health, fertility and production data from a management recording system for dairy
cattle. Animal Science 66: 577–584.
[64] Ptak E., Schaeffer L.R. 1993. Use of test day yields for genetic evaluation of dairy sires and cows. Livestock
Production Science 34: 23–34.
[65] PZO – Polski Zwi¹zek Owczarski. 1995. Zasady dotycz¹ce oceny i hodowli kóz.
[66] PZO – Polski Zwi¹zek Owczarski. 2007. Hodowla owiec i kóz w Polsce w 2006 roku. Warszawa: 82 ss.
[67] Quatermain A.R. 1991. Evaluation and utilization of goat breeds. Chapter 30 in Genetic Resources of Pig, Sheep
and Goat. Maijala K. (red.) Elsevier Science Publishers B.V. World Animal Science. B8.
[68] Rabasco A., Serradilla J.M., Padilla J.A. 1994. Expected annual genetic gain in milk yield in Verata breed of
goats: Comparison of three breeding schemes. Indian Journal of Animal Science 64(7): 754–761.
[69] Reents R., Jamrozik J., Schaeffer L.R., Dekkers J.C.M. 1995. Estimation of genetic parameters for test day
records of somatic cell score. Journal of Dairy Science 78: 2847–2857.
[70] Reklewski Z., £ukaszewicz M., Dymnicki E., Oprz¹dek J. 2004. Brakowanie a jakoœæ genetyczna krów
mlecznych. Prace i Materia³y Zootechniczne 61: 45–57.
[71] Ricordeau G. 1991. Breeding programmes and production recording in goats. W: Genetic Resources of Pig,
Sheep and Goat. World Animal Science, B8. Elsevier Science Publisher B.V., Chapter 32: 495–516.
[72] Roman R.M., Wilcox C.J. 2000. Bivariate Animal Model estimates of genetic, phenotypic, and environmental
correlations for production, reproduction, and somatic cells in Jerseys. Journal of Dairy Science 83: 829–835.
[73] Rosati A., Mousa E., Van Vleck L.D., Young L.D. 2002. Genetic parameters of reproductive traits in sheep.
Small Ruminant Research 43: 65–74.
[74] Rubino R., Haenlein G.F.W. 1996. Goat production systems: sub-systems and differentiation factors. VI
International Conference on Goats, 6–11 May, Beijing, China. International Academic Publishers, Volume 1:
9–15.
[75] Samore A.B., Van Arendonk J.A.M., Groen A.F. 2001. Impact of area and sire by herd interaction on heritability
estimates for somatic sell count in Italian Holstein Fresian cows. Journal of Dairy Science 84: 2555–2559.
[76] Santucci P.M. 1995. Goat farming systems in the French Mediterranean. Goat Production Systems in the
Mediterranean. EAAP Publication No 71, Wageningen: 51.
[77] Sender G. 2001. Odpornoœæ na mastitis jako sk³adowa celu hodowlanego w programach doskonalenia byd³a
mlecznego. Rozprawa habilitacyjna. Prace i Materia³y Zootechniczne. Zeszyt Specjalny 12. PAN IGHZ
Jastrzêbiec.
[78] Sender G., Krencik D. 2000. Somatic Cell Count – recording and evaluation. Proceedings of the 2000
International Meeting, Bled, Slovenia, May 14–15. International Bull Evaluation Service, a subcommitee of the
International Committee for Animal Recording. Bulletin No. 25: 151–152.
[79] Steine A. 1982. Principles of selection for milk production in dairy goats. Third International Conference on
Goat Production and Disease, Tuscon, Arizona: 19–22.
[80] Strabel T., Jamrozik J. 2001. Kanadyjski model oceny wartoœci hodowlanej byd³a na podstawie udojów
dziennych. Przegl¹d Hodowlany 9: 17–19.
[81] Sullivan B., Wiggans G. 2000. Genetic evaluation of dairy goats in the United States and Canada. 7th
International Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats. Poitiers
19–21 May.
[82] Sullivan B.P., Kennedy B.W. 1988. Estimation of variance components for lactation traits of Canadian dairy
goats. Centre for Genetic Improvement of Livestock. Annual Research Report. Guelph, Canada.
[83] Texeira A. 2003. Goat sector in Portugal. IGA Newsletter. February: 15–17.
[84] TINE NORSKE MEIERIER. 2001. TINE Norske Meierier regelverk om bedømmelse og betaling av
leverandørmelk etter kvalitet. Fastsatt av Styret i TINE Norske Meierier 25. September 2001.
[85] Tyszka Z.J. 1994. Kozy. Poradnik chowu. PWRiL. Warszawa: 158.
74
E. Bagnicka, M. £ukaszewicz
[86] Veèeøová D., Hyánek J. 1996. Genetic parameters for milk production in Czech white short-wooled and their
differences between small and large herds. 47th Annul Meeting of the EAAP, Lillehammer.
[87] Veerkamp R.F., Koenen E.P.C., De Jong G. 2001. Genetic correlation among body condition score, yield, and
fertility in first-parity cows estimated by random regression models. Journal of Dairy Science 84: 2327–2335.
[88] Wahome R.G., Carles A.B., Schwartz H.J. 1994. An analysis of the variation of the lactation curve of Small East
African goats. Small Ruminant Research 15: 1–7.
[89] Weller J.I., Ezra E. 1997. Genetic analysis of somatic cell score and female fertility of Israeli Holsteins with
Individual Animal Model. Journal of Dairy Science 80: 586–593.
[90] Wiggans G., Hubbard S.R. 1991. Genetic evaluation for yield and type traits. Dairy Goat Journal 7: 414–415.
[91] Wiggans G., Hubbard S.R., Wright J.R., 1994. Genetic evaluation of dairy goats in the United States for Yield
and Type Traits. Proceedings of 5th World Congress on Genetic Applied to Livestock Production 19: 178–181.
[92] Wiggans G., Hubbard S.R., Wright J.R. 2000. Genetic evaluation of dairy goats for yield and type traits. 7th
International Conference on Goats, Satellite Symposium: Applied genetic programs for dairy goats. Poitiers
19–21 May.
[93] Zeng S.S., Escobar E.N. 1995. Effect of parity and milk production on somatic cell count, standard plate count
and composition of goat milk. Small Ruminant Research 17: 269–274.
Possibilities to ameliorate
the Polish population of dairy goats
Key words: goat breeding, genetic parameters, production traits, functional
traits, selection indices
Summary
The variability of production and reproduction traits in Polish population of dairy
goats does not differ from the estimates obtained in populations of high breeding level.
It is possible to ameliorate the Polish population of dairy goats with the modern methods. The first task for Polish breeders is to define the breeding goal. Observation of the
markets in western countries as well as in Poland point that the main direction of production will be cheese-making while drinking milk should remain a niche product for
children and elderly people. However the milk yield in the Polish goat population is
not high. Thus, improving the individual yield of animals at increased component contents is the best breeding aim, at present. Different production indices for particular
bucks are possible to be computed and the breeders could decide on their own what direction ought to be chosen. It is also possible to formulate a reproduction index as well
as the overall index of production and reproduction traits. It is important, nowadays, to
counteract the decreasing of reproduction traits’ level.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 75–83
Zastosowanie fitazy w ¿ywieniu œwiñ
Ewa Hanczakowska
Instytut Zootechniki-PIB
ul. Krakowska 1, 32-083 Kraków
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: Fitaza, fityniany, fosfor, ¿ywienie œwiñ
Wstêp
Fosfor pe³ni w organizmie wiêcej funkcji fizjologicznych ni¿ inne pierwiastki
mineralne. Oprócz budowy koœci wystêpuje w po³¹czeniach z bia³kami, w kwasach
nukleinowych i fosfolipidach. Ze wzglêdu na jego rolê w budowie koœæca zapotrzebowanie na fosfor jest œciœle zwi¹zane z zapotrzebowaniem na wapñ, z tym ¿e
oko³o 99% obecnego w organizmie wapnia zawarte jest w koœciach, a dla fosforu
wskaŸnik ten wynosi oko³o 80%.
W zwi¹zku z wprowadzonym zakazem stosowania w ¿ywieniu zwierz¹t gospodarskich pasz pochodzenia zwierzêcego, a wiêc równie¿ m¹czki miêsnokostnej,
g³ównym Ÿród³em fosforu w paszach s¹ zbo¿a. Niestety obecny w zbo¿ach fosfor
wystêpuje g³ównie w formie fitynianów, które nie s¹ rozk³adane w przewodzie
pokarmowym zwierz¹t monogastrycznych. Fityniany to sole kwasu fitynowego
i metali, przewa¿nie dwuwartoœciowych, a wiêc wapnia, magnezu, ¿elaza, cynku
i innych. Kwas fitynowy z kolei to w istocie ester szeœciowodorotlenowego alkoholu
inozytolu i kwasu fosforowego. Ka¿da cz¹steczka kwasu fitynowego zawiera 6
cz¹steczek kwasu fosforowego. W ziarnie zbó¿ mniej wiêcej 65–80% ca³kowitego
fosforu wystêpuje w postaci kwasu fitynowego [17] co sprawia, ¿e np. z ziarna
kukurydzy jedynie oko³o 15% fosforu jest przyswajane przez œwinie [22]. Ta niska
przyswajalnoœæ fosforu z ziarna zbó¿ powoduje koniecznoœæ uzupe³niania paszy
nieorganicznymi fosforanami. Nie przyswojony fosfor fitynowy jest wydalany przez
zwierzêta, co z jednej strony obni¿a dochodowoœæ produkcji, a z drugiej niepotrzebnie
zanieczyszcza œrodowisko, zw³aszcza wody powierzchniowe powoduj¹c zakwity
glonów i inne niekorzystne zjawiska [24].
Tej niskiej przyswajalnoœci fosforu mo¿na zapobiegaæ albo na drodze modyfikacji genetycznej, obni¿aj¹c zawartoœæ fosforu fitynowego w zbo¿u, albo przez
76
E. Hanczakowska
dodatek do paszy enzymu – fitazy, najczêœciej pochodzenia mikrobiologicznego –
rozk³adaj¹cego fityniany i umo¿liwiaj¹cego wykorzystanie fosforu przez zwierzêta
nieprze¿uwaj¹ce. Przy zastosowaniu pierwszej metody uda³o siê w przypadku kukurydzy uzyskaæ wzrost przyswajalnoœci fosforu przez rosn¹ce œwinie z 22 do 77% [3],
a w innym doœwiadczeniu [30] z 9 do 62%. W obu przypadkach ziarno zawiera³o
jeszcze pewn¹ iloœæ nieprzyswajalnego fosforu, któr¹ byæ mo¿e mo¿na wykorzystaæ
stosuj¹c dodatek enzymu. Rzeczywiœcie, w póŸniejszych badaniach na prosiêtach
[27] stwierdzono wy¿sz¹ strawnoœæ fosforu i spadek jego wydalania do œrodowiska po
dodaniu fitazy nie tylko do dawki zawieraj¹cej zwyk³¹ kukurydzê, ale tak¿e odmianê
o wysokiej przyswajalnoœci tego pierwiastka.
Poniewa¿ stosowanie roœlin genetycznie zmodyfikowanych wci¹¿ wywo³uje
sprzeciwy, a ponadto t¹ drog¹ mo¿na uzyskaæ jedynie czêœciowe obni¿enie zawartoœci
fosforu fitynowego, lepsze rezultaty daje w przypadku dawek zawieraj¹cych zbo¿a
dodatek fitazy mikrobiologicznej. Jej zastosowanie w paszach stosowanych w ¿ywieniu œwiñ jest tematem tego artyku³u.
Fitaza w ¿ywieniu loch
Zapotrzebowanie loch na fosfor w okresie ci¹¿y i laktacji jest stosunkowo du¿e
i wed³ug norm NRC wynosi 0,60% dawki w przypadku fosforu ca³kowitego i 0,35%
w przypadku fosforu przyswajalnego [22]. W czasie ci¹¿y jest to zwi¹zane z budow¹
koœæca p³odu (zw³aszcza w jej ostatnim okresie), a podczas laktacji z produkcj¹ mleka.
Zapotrzebowanie to odpowiada w przybli¿eniu zapotrzebowaniu rosn¹cych prosi¹t
w przedziale wagowym 10–20 kg (chodzi tu o zawartoœæ tych pierwiastków w kilogramie paszy, bezwzglêdne dzienne zapotrzebowanie jest w przypadku loch wiêksze
ni¿ prosi¹t). Podobne iloœci stwierdza siê w przypadku zapotrzebowania na wapñ, z tym
¿e jest ono nieco wy¿sze ni¿ zapotrzebowanie na fosfor (odpowiednio 0,75 i 0,60%
dawki). Nie zapewnienie zwierzêtom odpowiednich iloœci tych pierwiastków mo¿e,
zw³aszcza w przypadku znacznego niedo¿ywienia prowadziæ do demineralizacji koœci,
przy czym dotyczy to tak zwierz¹t rosn¹cych jak i reprodukcyjnych [8, 21]. Pomimo to
iloœæ informacji o zastosowaniu fitazy w ¿ywieniu loch w porównaniu do informacji
dotycz¹cych innych stadiów chowu œwiñ jest stosunkowo niewielka.
Kemme i in. [12] oznaczali strawnoœæ pozorn¹ wapnia i fosforu w ca³ym przewodzie pokarmowym loch pomiêdzy 107. dniem ci¹¿y a 21. dniem laktacji. Stosowali
dwie dawki kontrolne: pierwsz¹ zawieraj¹c¹ jêczmieñ, tapiokê i œrutê sojow¹ oraz
drug¹ opart¹ na kukurydzy i soi. Dawki wzbogacano dodatkiem fitazy (dawka
pierwsza) lub fosforanu wapnia (dawka druga). Dodatek fosforanu poprawi³ strawnoœæ magnezu i fosforu, a dodatek fitazy wapnia, przy czym stopieñ poprawy zale¿a³
od stadium laktacji. Strawnoœæ badano w dwóch trzydniowych okresach: pomiêdzy
11. a 13. oraz 18. a 20. dniem laktacji. Zwiêkszon¹ strawnoœæ Ca autorzy przypisuj¹
wiêkszej zawartoœci tego pierwiastka w dawce zawieraj¹cej fitazê, pochodz¹cej
Zastosowanie fitaz w ¿ywieniu œwiñ
77
z wiêkszego dodatku kredy pastewnej, a nie wp³ywowi enzymu. Celem utrzymania
sta³ego stosunku Ca : P autorzy u¿yli bowiem w dawce z fitaz¹ nieco wy¿szego
dodatku kredy (odpowiednio 1,3 i 4,7 g · kg–1). Ich zdaniem brak poprawy strawnoœci
wapnia u loch karmi¹cych w przeciwieñstwie do poprawy stwierdzanej u œwiñ
rosn¹cych jest wynikiem zmniejszonej absorpcji tego pierwiastka skutkiem specyficznego stanu fizjologicznego zwierzêcia, uniemo¿liwiaj¹cego wykorzystanie dzia³ania fitazy [11]. Brak wp³ywu fitazy na strawnoœæ wapnia u karmi¹cych loch stwierdzili równie¿ wczeœniej Lantzsch i Drochner [15].
W przeprowadzonych w Instytucie Zootechniki badaniach (niepublikowane)
w dwóch cyklach produkcyjnych otrzymano wyniki zbli¿one do opisywanych wy¿ej.
Fitaza nie zmienia³a przyrostów loch ani spo¿ycia paszy od pokrycia do odsadzenia
prosi¹t. Podobnie jak w cytowanych wy¿ej badaniach Kemmego i in. [12] stwierdzono
wzrost strawnoœci wapnia, przy czym strawnoœæ ta ros³a wraz ze wzrostem poziomu
fitazy w dawce. Fitaza poprawia³a te¿ strawnoœæ fosforu. Poprawa ta – podobnie jak dla
wapnia – nast¹pi³a ju¿ przy najni¿szej dawce enzymu (125 PPU fitazy · kg–1 paszy),
a nastêpnie ros³a wraz ze wzrostem dodatku fitazy. Wspó³czynnik korelacji poziomu
fitazy i strawnoœci pozornej fosforu wynosi³ R = 0,60 , a dla wapnia R = 0,53.
W doœwiadczeniu na lochach ciê¿arnych i karmi¹cych ¿ywionych pasz¹ bez
m¹czek zwierzêcych [16] bez lub z udzia³em fitazy nie stwierdzono istotnych ró¿nic
w masie cia³a zwierz¹t, spo¿yciu paszy, liczebnoœci miotu, masie cia³a prosi¹t ani
w przeciêtnej zawartoœci w mleku wapnia i fosforu. Brak by³o równie¿ ró¿nic aktywnoœci fosfatazy alkalicznej we krwi, bêd¹cej wskaŸnikiem formowania koœci. Po
odstawieniu prosi¹t lochy ubito, a koœci poddano analizie. Koœci loch otrzymuj¹cych
fitazê zawiera³y nieco wiêcej wapnia i fosforu, by³a to jednak jedynie tendencja bez
statystycznie istotnych ró¿nic. Nie stwierdzono równie¿ istotnych ró¿nic w strawnoœci fosforu (z wyj¹tkiem jednej z grup i tylko w okresie ci¹¿y) ani iloœci tego
pierwiastka w kale. Autorów dziwi ten brak ró¿nic i s¹dz¹, ¿e byæ mo¿e iloœæ wapnia
i fosforu w p³odach loch z ró¿nych grup by³a ró¿na. Czynnik ten nie by³ jednak
badany, a po urodzeniu wszystkie prosiêta rozwija³y siê normalnie.
W badaniach Lyberg [18] brak by³o wp³ywu fitazy na zawartoœæ wapnia i fosforu
we krwi loch, a tak¿e urodzonych prosi¹t. Stosunkowo niewielkie zmiany zachodz¹
pod wp³ywem fitazy mikrobiologicznej w takich wskaŸnikach krwi loch jak hematokryt, hemoglobina, liczba bia³ych i czerwonych krwinek itp. [5]. Ci sami autorzy [6]
stwierdzili nieco wy¿sz¹ strawnoœæ pozorn¹ w ca³ym przewodzie pokarmowym,
a tak¿e wy¿szy wskaŸnik strawnoœci jelitowej niektórych aminokwasów (m.in. metioniny i lizyny) pod wp³ywem dodatku fitazy.
W œwietle omówionych badañ mo¿na stwierdziæ, ¿e dzia³anie fitazy w ¿ywieniu
loch nie jest do koñca poznane, gdy¿ wyniki badañ s¹ rozbie¿ne. Mo¿na jednak
przyj¹æ, ¿e dodatek fitazy poprawia strawnoœæ zarówno wapnia jak i fosforu i ¿e
zastosowanie w ¿ywieniu loch dawek bez udzia³u fosforanu paszowego, ale z dodatkiem fitazy nie ma negatywnego wp³ywu na wskaŸniki reprodukcyjne loch.
78
E. Hanczakowska
Fitaza w ¿ywieniu prosi¹t
Co prawda zapotrzebowanie prosi¹t na fosfor wyra¿one w procentach paszy
spada wraz z ich wiekiem i przy masie cia³a oko³o 3 kg wynosi wed³ug norm NRC [22]
0,70, a przy oko³o 30 kg ju¿ tylko 0,50 % paszy (liczby te dotycz¹ fosforu ca³kowitego,
dla fosforu przyswajalnego wynosz¹ odpowiednio 0,55 i 0,23%), to spadek ten
dotyczy jedynie zawartoœci fosforu w 1 kg paszy i jest zwi¹zany z wiêksz¹ iloœci¹
paszy zjadanej przez starsze zwierzêta. W wartoœciach bezwzglêdnych zapotrzebowanie roœnie odpowiednio od 1,75 g do 9,28 g dziennie dla fosforu ca³kowitego i od
1,38 do 4,27 g fosforu przyswajalnego dziennie dla prosi¹t i œwiñ rosn¹cych.
W tych warunkach mo¿na siê spodziewaæ, ¿e inaczej ni¿ w przypadku loch wp³yw
fitazy bêdzie wyraŸny. Istotnie, ju¿ w 1993 roku Young i in. [35], stosuj¹c dodatek
fitazy mikrobiologicznej do paszy dla 5 tygodniowych prosi¹t zawieraj¹cej g³ównie
kukurydzê i sojê, otrzymali istotn¹ poprawê przyrostów zwierz¹t i strawnoœci fosforu.
Poprawa ta odpowiada³a zmianom uzyskanym po dodaniu do paszy fosforanu wapnia. Równie¿ w póŸniejszych badaniach Gentile i in. [7] stwierdzili, ¿e dodatek fitazy
dla 3 tygodniowych prosi¹t da³ taki sam efekt jak dodatek nieorganicznej soli fosforu.
W takich przypadkach zasadnicz¹ zalet¹ stosowania fitazy jest obni¿enie iloœci
wydalanego do œrodowiska fosforu, natomiast op³acalnoœæ zale¿y od ceny fitazy
i fosforanów.
Interesuj¹ce badania na prosiêtach o pocz¹tkowej wadze oko³o 8 kg przeprowadzili Kies i in. [13]. Stosuj¹c zró¿nicowane dawki fitazy od 100 do 15000 jednostek
(FTU) oraz fosforan wapniowy jako kontrolê pozytywn¹ oznaczali nie tylko strawnoœæ fosforu, ale i innych pierwiastków: wapnia, magnezu, sodu, potasu i miedzi.
Okreœlano te¿ wskaŸniki produkcyjne: przyrosty prosi¹t i wykorzystanie paszy. Po 4
tygodniach strawnoœæ fosforu fitynowego wzros³a z 15% w dawce podstawowej do
85% przy najwy¿szej dawce fitazy. Strawnoœæ pierwiastków jednowartoœciowych,
sodu i potasu wzros³a mniej wiêcej o 10%. Znaczna poprawa nast¹pi³a równie¿
w przypadku pozosta³ych pierwiastków. Dodatek fosforanu wapnia poprawi³ jedynie
strawnoœæ fosforu, nie maj¹c wp³ywu na pozosta³e pierwiastki, w tym równie¿ wapñ.
Przyrosty prosi¹t ros³y wraz ze wzrostem dawki fitazy. Podczas gdy dla paszy
podstawowej wynosi³y 370 g, to dla dawki 15000 FTU fitazy 517 g, a dla kontroli
pozytywnej 468 g, co odpowiada³o dawce 750 FTU fitazy. Fitaza poprawia³a równie¿
wykorzystanie paszy. Wed³ug autorów wyniki wskazuj¹, ¿e fitaza wp³ywa pozytywnie na przyrosty zwierz¹t tak¿e na innej drodze ni¿ przez poprawê przyswajalnoœci
fosforu. Autorzy nawi¹zuj¹ tu do wczeœniejszej pracy [14] sugeruj¹cej poprawê
wskaŸników produkcyjnych przez wy¿sz¹ strawnoœæ aminokwasów, a tak¿e lepsze
wykorzystanie energii.
Poprawê przyrostów prosi¹t do poziomu pozytywnej kontroli po dodaniu do
kontroli negatywnej fitazy stwierdzili równie¿ McGinnis i in. [19], przy czym miêdzy
dwoma zastosowanymi preparatami tego enzymu wyst¹pi³y pewne ró¿nice.
Zastosowanie fitaz w ¿ywieniu œwiñ
79
Na ogó³ preparaty okreœla siê jako „fitaza mikrobiologiczna” co mo¿e oznaczaæ
enzym pochodzenia bakteryjnego lub grzybowego. Bakteria to najczêœciej Escherichia coli, a grzyby Aspergillus niger, A. fumigatus lub Peniophora lyci. Aktywnoœæ
enzymów pochodz¹cych z tak ró¿nych Ÿróde³ jest podobna i brak pomiêdzy nimi
wspó³dzia³ania synergistycznego [2, 31].
Wydaje siê, ¿e dodatek fitazy do dawek dla prosi¹t ma wiêksze znaczenie ni¿ dla
loch i tuczników. Wynika to najprawdopodobniej z wysokiego zapotrzebowania
rosn¹cych zwierz¹t, a tak¿e z ni¿szej jeszcze wydajnoœci systemu trawiennego.
Fitaza w ¿ywieniu tuczników
Najwiêcej paszy zu¿ywa siê w intensywnym tuczu œwiñ, zw³aszcza na fermach
wielkotowarowych, st¹d najwiêksz¹ iloœæ doœwiadczeñ przeprowadza siê nie na
lochach lub prosiêtach, lecz na zwierzêtach rosn¹cych w ca³ym okresie tuczu.
Wiêksz¹ te¿ wagê przywi¹zuje siê do przyswajalnoœci innych ni¿ fosfor sk³adników
paszy, a przede wszystkim do zmniejszenia wydalania fosforu do œrodowiska.
Jeœli chodzi o ten ostatni problem wyniki doœwiadczeñ s¹ zgodne: dodatek fitazy
do paszy mo¿e zmniejszyæ iloœæ fosforu wydalanego w kale od 22% [9] do 33% [32],
a w przypadku dawki o niskiej zawartoœci fosforu, którego jedynymi Ÿród³ami by³y
kukurydza i soja nawet o 45% [23]. Zwi¹zek pomiêdzy fitaz¹ a strawnoœci¹ fosforu
jest jasny i nie warto omawiaæ go szerzej. Ta zwiêkszona strawnoœæ i przyswajalnoœæ
fosforu znajduje te¿ odbicie w zwiêkszonej mineralizacji koœci [28].
Zwiêkszonej strawnoœci fosforu towarzyszy zwykle [25, 34], choæ nie zawsze
[32], wy¿sza strawnoœæ wapnia. Rzadziej natomiast spotyka siê dane dotycz¹ce
innych pierwiastków, na przyk³ad cynku, bior¹cego udzia³ w wielu procesach metabolicznych, a którego zawartoœæ w plazmie i koœciach mo¿e wzrastaæ pod wp³ywem
fitazy [26, 32]. W tych ostatnich badaniach nie stwierdzono natomiast zmian zawartoœci ¿elaza w koœciach. Wed³ug innych danych [28] podczas mineralizacji koœci pod
wp³ywem fitazy wzrasta równie¿ zawartoœæ w nich manganu.
Du¿a rozbie¿noœæ panuje w ocenie wp³ywu fitazy na strawnoœæ i przyswajalnoœæ
bia³ka i energii. I tak wg Woyengo i in. [34] fitaza nie ma wp³ywu na strawnoœæ
pozorn¹ jelitow¹ ani w ca³ym przewodzie pokarmowym substancji organicznej,
bia³ka ani aminokwasów, natomiast Radcliffe i in. [25] stwierdzili wy¿sz¹ pozorn¹
strawnoœæ jelitow¹ nie tylko bia³ka ogólnego, ale równie¿ szeregu aminokwasów,
wœród nich treoniny, argininy i lizyny. Zdaniem autorów przyczyn¹ rozbie¿noœci
wyników jeœli chodzi o wp³yw fitazy na strawnoœæ bia³ka s¹ ró¿nice w zawartoœci
w dawce bia³ka, fosforu fitynowego i nieorganicznego, stosunku Ca : P oraz u¿ycie
ró¿nych zbó¿ do przygotowania paszy [25]. Brak równie¿ zgodnoœci wyników badañ
nad wp³ywem fitazy na strawnoœæ wêglowodanów i energii. Wyniki jednych badañ
wskazuj¹ na poprawê ich strawnoœci u œwiñ [10, 33] inni temu przecz¹ [23, 29].
80
E. Hanczakowska
O rozbie¿noœci pogl¹dów w tej sprawie œwiadczy fakt, ¿e na jednej stronie dodatku do Journal of Animal Science opublikowano dwa krótkie omówienia wyra¿aj¹ce
dwie rozbie¿ne opinie. W pierwszej Mroz [20] przyjmuje poprawê przyrostów œwiñ
i wykorzystania paszy pod wp³ywem fitazy za fakt dowiedziony i uzasadnia go nastêpuj¹co: 1) w przewodzie pokarmowym nie tylko substancje mineralne, lecz
równie¿ organiczne mog¹ byæ uwalniane z kompleksów fitynowych; 2) fitaza mo¿e
zapobiegaæ tworzeniu siê de novo kompleksów bia³ek z kwasem fitynowym;
3) aktywnoœæ enzymów endogennych mo¿e byæ w mniejszym stopniu hamowana
przy spadku zawartoœci w treœci pokarmowej kwasu fitynowego. Stopieñ, w jakim
strawnoœæ bia³ka lub energii jest poprawiana przez fitazê zale¿y od buforowania treœci
przewodu pokarmowego, Ÿród³a i poziomu w dawce fitynianów, fitazy, bia³ka i energii, sposobu zadawania paszy (do woli lub ograniczony), specyficznej konfiguracji
i stabilnoœci kompleksów fitynowych i wreszcie synchronizacji uwalniania w jelicie
cienkim bia³ka i energii z mo¿liwoœci¹ ich wykorzystania przez organizm.
Tu¿ obok inny autor [1] podaje w w¹tpliwoœæ zdolnoœæ fitazy do poprawiania
strawnoœci bia³ka i energii, zwracaj¹c uwagê, ¿e przy ogromnej iloœci prac nad
zastosowaniem tego enzymu dane takie s¹ stosunkowo nieliczne, a na dodatek rzadko
przek³adaj¹ siê na poprawê przyrostów zwierz¹t. Zdarzaj¹ siê jednak sytuacje przeciwne. W doœwiadczeniu Parka i in. [23] przyrosty œwiñ uleg³y poprawie (co prawda
znów tylko w stosunku do grupy deficytowej), ale w strawnoœci bia³ka i energii ró¿nic
nie by³o. Poprawê przyrostów œwiñ po zastosowaniu fitazy stwierdzano równie¿
w innych badaniach [9, 29], jednak w zasadzie w stosunku do diet deficytowych.
Regu³¹ jest, ¿e nawet w przypadku prac wykazuj¹cych ró¿nice w przyrostach tuczników, brak ró¿nic w miêsnoœci tuszy i jakoœci miêsa [29, 32].
Choæ wydaje siê, ¿e fitaza nie ma wp³ywu na wyniki tuczu i jakoœæ tuszy i miêsa,
to poprzez poprawê strawnoœci fosforu pozwala na obni¿enie iloœci stosowanych jako
dodatki jego zwi¹zków nieorganicznych, chroni¹c œrodowisko przed eutrofizacj¹
i nadmiernym rozwojem niepo¿¹danych mikroorganizmów. Trudno okreœliæ optymaln¹ dawkê fitazy, jednak wed³ug zaleceñ producenta nie powinna ona w przypadku
dawek standardowych byæ wy¿sza ni¿ 200 mg na kg paszy.
Wiêcej informacji na temat przyswajalnoœci fosforu i mechanizmu dzia³ania
fitazy znaleŸæ mo¿na w przegl¹dowej pracy opublikowanej niedawno w „Medycynie
Weterynaryjnej” [4].
Podsumowanie
Fitaza jest enzymem rozk³adaj¹cym organiczne po³¹czenia fosforu (fityniany)
i umo¿liwiaj¹cym wykorzystanie go przez zwierzêta monogastryczne. W ¿ywieniu
loch ciê¿arnych i karmi¹cych fitaza nie ma wp³ywu na zmiany masy cia³a. Nie
wp³ywa równie¿ istotnie na zawartoœæ fosforu w koœciach, krwi i kale loch. W ¿ywieniu prosi¹t fitaza poprawia strawnoœæ fosforu, a tak¿e innych pierwiastków, zw³aszcza
Zastosowanie fitaz w ¿ywieniu œwiñ
81
sodu i potasu. Lepsze s¹ te¿ przyrosty prosi¹t i wykorzystanie paszy, byæ mo¿e
w wyniku poprawy strawnoœci aminokwasów i lepszego wykorzystania energii.
W ¿ywieniu tuczników fitaza znacznie poprawia strawnoœæ fosforu, co pozwala na
zmniejszenie wydalania tego pierwiastka do œrodowiska. Brak jednoznacznej opinii
na temat wp³ywu tego enzymu na strawnoœæ bia³ka i energii oraz przyrosty tuczników.
Wiêkszoœæ wyników œwiadczy, ¿e pozytywny wp³yw fitazy jest wyraŸny w stosunku
do dawek deficytowych w P i Ca, a poprawa wskaŸników odpowiada poprawie
stwierdzanej po dodaniu do takiej dawki fosforanów nieorganicznych.
Literatura
[1]
Adeola O. 2002. Does supplemental dietary microbial phytase improve amino acid utilization? J. Anim. Sci. 80,
Suppl. 1, 55, Abstr. 217.
[2]
Adeola O., Olukosi O.A., Jendza J.A., Dilger R.N., Bedford R.M. 2006. Response of growing pigs to
Peniophora lycii – and Escherichia coli – derived phytases or varying ratios of calcium to total phosphorus.
Animal Sci. 82: 637–644.
[3]
Cromwell G.L., Pierce J.P., Sauber T.E., Rice D.W., Ertl D.S. Raboy V. 1998. Bioavailability of phosphorus in
low-phytic acid corn for growing pigs. J. Anim. Sci. 76, Suppl. 2, Abstr. 54.
[4]
Czech A. 2007. Efektywnoœæ fitazy w ¿ywieniu zwierz¹t. Medycyna Wet. 63: 1034–1039.
[5]
Czech A., Grela E. 2004. Biochemical and haematological blood parameters of sows during pregnancy and
lactation fed the diet with different source and activity of phytase. Anim. Feed Sci. Technol. 116: 211–223.
[6]
Czech A., Grela E.R. 2004. Wp³yw dodatku fitazy pochodzenia mikrobiologicznego na strawnoœæ pozorn¹
i jelitow¹ aminokwasów oraz ich zawartoœæ w ró¿nych tkankach u loch. Rocz. Nauk. Zoot. 31: 67–75.
[7]
Gentile J.M., Roneker K.R., Crowe S.E., Pond W.G., Lei X.G. 2003. Relative effectiveness of an experimental
consensus phytase to inorganic phosphorus and an Escherichia coli phytase in diets for weanling pigs. J. Anim.
Sci. 81: 2751–2757
[8]
Giesemann M.A., Lewis A.J., Miller P.S., Akhter M.P. 1998. Effects of reproductive cycle and age on calcium
and phosphorus metabolism and bone integrity of sows. J. Anim. Sci. 76: 796–807.
[9]
Harper A.F., Kornegay E.T., Schell T.C. 1997. Phytase supplementation of low-phosphorus growing-finishing
pig diets improves performance, phosphorus digestibility, and bone mineralization and reduces phosphorus
excretion. J. Anim. Sci. 75: 3174–3186.
[10] Johnston S.L., Williams S.B., Southern L.L., Bidner T.D., Bunting L.D., Matthews J.O., Olcott B.M. 2004.
Effect of phytase addition and dietary calcium and phosphorus levels on plasma metabolites and ileal and
total-tract nutrient digestibility in pigs. J. Anim. Sci. 82: 705–714.
[11] Kemme P.A., Radliffe J.S., Jongbloed A.W., Mroz Z. 1997. Factors affecting phosphorus and calcium
digestibility in diets for growing-finishing pigs. J. Anim. Sci. 75: 2139–2146.
[12] Kemme P.A., Radcliffe J.S., Jongbloed A.W., Mroz Z. 1997. The effect of sow parity on digestibility of
proximate components and minerals during lactation as influenced by diet and microbial phytase supplementation. J. Anim. Sci. 75: 2147–2153.
[13] Kies A.K., Kemme P.A., Šebek L.B.J., van Diepen J.Th. M., Jongbloed A.W. 2006. Effect of graded doses and a
high dose of microbial phytase on the digestibility of various minerals in weaned pigs. J. Anim. Sci. 84:
1169–1175.
[14] Kies A.K., Van Hemert K.H.F., Sauer W.C. 2001. Effect of phytase on protein and amino acid digestibility and
energy utilization. World’s Poult. Sci. J. 57: 109–126.
[15] Lantzsch H.-J., Drochner W. 1995. Efficacy of microbial phytase (A. niger) on apparent absorption and
retention of some minerals in breeding sows. Proc. 2nd Eur. Symp. Feed Enzymes. Noordwijkerhout. The
Netherlands: 300 ss.
[16] Liesegang A., Loch L., Bürgi E., Risteli J. 2005. Inluence of phytase added to a vegetarian diet on bone
metabolism in pregnant and lactating sows. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. 89: 120–128.
82
E. Hanczakowska
[17] Liu K., Peterson K.L., Raboy V. 2007. Comparison of the phosphorus and mineral concentrations in bran and
abraded kernel fractions of a normal barley (Hordeum vulgare) cultivar versus four low phytic acid isolines.
J.Agric. Food Chem. 55: 4453–4460.
[18] Lyberg K. 2006. Phosphorus in pig diets. Acta Univ. Agric. Sueciae 13: 8–37.
[19] McGinnis L.M., Widmer M.R., Wright C.L., Parr T.M., Stein H.H. 2007. Effects of feeding an evolved
E.coli-derived phytase to weanling and growing pigs. J. Anim. Sci. 85, Suppl. 2, 112, Abstr. 216.
[20] Mroz Z. 2002. Phytase does improve energy, protein, and amino acid utilization. J. Anim. Sci. 80, Suppl. 1, 55,
Abstr. 216.
[21] Nicodemo M.L., Scott D., Buchan W., Duncan A., Robins S.P. 1998. Effects of variation in dietary calcium and
phosphorus supply on plasma and bone osteocalcin concentrations and bone mineraliztion in growing pigs. Exp.
Physiol. 83: 659–665.
[22] NRC. 1998. Nutrient Requirements of Swine. 10th ed. National Academy Press, Washington DC.
[23] Park J.S., Carter S.D., Schneider J.D., Morillo T.B. 2003. Effects of solid-state fermented phytase on growth
performance and phosphorus excretion of growing pigs fed corn-soybean meal diets. J. Anim. Sci. 81, Suppl. 2,
61, Abstr. 140.
[24] Poulsen H.A. 2000. Phosphorus utilization and excretion in pig production. J. Environ. Qual. 29: 24–27.
[25] Radliffe J.S., Pleasant R.S., Kornegay E.T. 2006. Estimating equivalency values of microbial phytase for amino
acids in growing and finishing pigs fitted with steered ileo-cecal valve cannulas. J. Anim. Sci. 84: 1119–1129.
[26] Revy P.S., Jondreville C., Dourmad J.Y., Nys Y. 2006. Assessment of dietary zinc requirement of weaned
piglets diets with or without microbial phytase. J. Anim. Physiol. Anim. Nutr. (Berl). 90: 50–59.
[27] Sands J.S., Ragland D., Baxter C., Joern B.C., Sauber T.E., Adeola O. 2001. Phosphorus bioavailability, growth
performance, and nutrient balance in pigs fed high available phosphorus corn and phytase. J. Anim. Sci. 79:
2134–2142.
[28] Silva H.O., Fialho E.T., Lima J.A.F., Murgas L.D.S., de Freitas F. 2004. Utilization of phytase in diets of
growing pigs – ileal AA digestibility, performance and mineral excretion. J. Anim. Sci. 82, 176, Abstr. T51.
[29] Shelton J.L., Southern L.L., Bidner T.D., Persica M.A., Braun J., Cousins B., McKnight F. 2003. Effect of
microbial phytase on energy availability, and lipid and protein deposition in growing swine. J. Anim. Sci. 81:
2053–2062.
[30] Spencer J.D., Allee G.L., Sauber T.E. 2000. Phosphorus bioavailability and digestibility of normal and
genetically modified low-phytate corn for pigs. J. Anim. Sci. 78: 675–681.
[31] Stahl C.H., Roneker K.R., Pond W.G., Lei X.G. 2004. Effects of combining three fungal phytase with a bacterial
phytase on plasma phosphorus status of weanling pigs fed a corn-soy diet. J. Anim. Sci. 82: 1725–1731.
[32] Walz O.P., Pallauf J. 2003. The effect of combination of microbial phytase and amino acid supplementation of
diets for finishing pigs on P and N excretion and carcass quality. Arch. Tierernahr. 57: 413–428.
[33] Williams S.B., Matthews J.O., Bidner T.D., Southern L.L. 2001. Effect of phytase on plasma metabolites in pigs
after a meal. J. Anim. Sci. 79, Suppl. 2, 49, Abstr. 91.
[34] Woyengo T.A., Sands J.S., Guenter W., Nyachoti C.M. 2007. Nutrient digestibility in growing pigs fed
wheat-based diets supplemented with phytase and xylanase alone or in combination. J. Anim. Sci. 85, 69, Abstr. 82.
[35] Young L.G., Leunissen M., Atkinson J.L. 1993. Addition of microbial phytase to diets of young pigs. J. Anim.
Sci. 71: 2147–2150.
Zastosowanie fitaz w ¿ywieniu œwiñ
83
The effectiveness of phytase application
in pig feeding
Key words: phytase, phytates, phosphorus, pig feeding
Summary
In cereal grains the phosphorus occurs mainly in form of phytate-bound which are
hardly available for monogastric animals. According to the results of many experiments
its availability can be improved by supplementing feed with exogenous (microbial)
phytase. Thus, this enzyme decreases also phosphorus excretion to the environment.
Phytase added to sows feed has no effect on their body weight changes during
gestation and lactation. It also does not change the phosphorus content in their bones
and blood. Phytase supplement to piglets feed improved the digestibility of phosphorus
and some other elements and also increased animal body weight gains, perhaps due to
better amino acids digestibility and energy utilization. Results obtained in experiments
concerning the effect of phytase on protein and energy digestibility in fattening pigs
are not consistent. It may resulted from different feeds and phytase preparations used
in the experiments.
Postêpy Nauk Rolniczych
nr 3/2008: 85–95
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni.*
1. Fitoplazma proliferacji jab³oni
‘Candidatus Phytoplasma mali’
Maria Kamiñska
Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa
ul. Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: fitoplazma, proliferacja jab³oni, taksonomia,
wystêpowanie, wykrywanie
Wstêp
Fitoplazmy wystêpuj¹ we wszystkich rejonach uprawy roœlin, a ich znaczenie
gospodarcze w ostatnich dwudziestu latach wyraŸnie wzros³o. Spowodowane to jest
zarówno masowym wystêpowaniem i du¿¹ szkodliwoœci¹ chorób powodowanych
przez fitoplazmy w wielu rejonach œwiata jak i wprowadzeniem do badañ nowych
technik diagnostycznych, umo¿liwiaj¹cych ich szybkie wykrywanie i identyfikacjê.
Œwiadcz¹ o tym liczne publikacje. W Europie, najwiêcej doniesieñ na temat tych
patogenów ukaza³o siê we W³oszech, Niemczech i Francji, gdzie s¹ bardzo korzystne
warunki klimatyczne do rozwoju fitoplazm i ich wektorów oraz wysoki poziom
badañ. W ostatnich latach, byæ mo¿e tak¿e w zwi¹zku z ociepleniem klimatu, problem
ten dotyczy tak¿e krajów Europy Œrodkowej i Wschodniej, w tym Polski.
Pierwsze obszerne opracowanie na temat fitoplazm i powodowanych przez nie
chorób, które uznano za wa¿ny problem w ochronie roœlin w Polsce, przedstawi³a
autorka w roku 2000 [20]. Niniejsze opracowanie jest jego kontynuacj¹ i dotyczy
jednej z najwa¿niejszych grup fitoplazm, to jest proliferacji jab³oni, 16SrX. Ze
wzglêdu na obszernoœæ tematu proponuje siê, aby ka¿d¹ z trzech fitoplazm wchodz¹cych w sk³ad tej grupy przedstawiæ w oddzielnej publikacji: 1. Fitoplazma
proliferacji jab³oni, ‘Candidatus Phytoplasma mali’; 2. Fitoplazma zamierania gruszy, ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ i 3. Fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki drzew
pestkowych, ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’ [21, 22].
*
Badania by³y czêœciowo finansowane przez Komitet Badañ Naukowych, Grant Nr
2 PO6R 029 29.
86
M. Kamiñska
Podstawy klasyfikacji fitoplazm
Filogenetyczna pozycja fitoplazm zosta³a okreœlona na prze³omie lat 80. i 90. XX w.
na podstawie wielkoœci genomu [45] oraz analizy sekwencji konserwatywnych genów
16S rRNA i bia³ka rybosomowego [11, 36, 59]. Analiza filogenetyczna jest te¿ podstaw¹
identyfikacji i klasyfikacji fitoplazm, bowiem pierwotnie ró¿nicowano je na podstawie
zakresu i reakcji roœlin gospodarzy oraz zwi¹zku choroby z wektorem. Z czasem, po
wprowadzeniu do badañ metod opartych na analizie DNA oraz metod serologicznych,
zaproponowano nowy, tymczasowy systemy klasyfikacji fitoplazm, który w miarê
rozwoju wiedzy o tych patogenach jest modyfikowany [53, 58]. Najnowsza propozycja
klasyfikacji fitoplazm, przedstawiona przez Lee i in. [34, 36], oparta jest na analizie
d³ugoœci fragmentów restrykcyjnych (RFLP) sekwencji 16S rDNA uzyskanych w ³añcuchowej reakcji polimerazy (PCR). Klasyfikacja ta obejmuje 14 subkladów, zwanych
grupami 16Sr, oraz 38 podgrup, i jest oceniana jako prosta, wiarygodna i praktyczna.
Zgodnie z obowi¹zuj¹cymi standardami przyjêto, ¿e fitoplazmy, które nie maj¹
œciany komórkowej i nie mno¿¹ siê na po¿ywce, a w zwi¹zku z tym trudno je charakteryzowaæ, maj¹ status gatunku kandydackiego ‘Candidatus (Ca.) Phytoplasma’ [12].
Rodzaj ‘Ca. Phytoplasma’ jest bardzo zró¿nicowany i obejmuje gatunki, których podobieñstwo sekwencji genu 16S rRNA wynosi <97,5% [34]. Ka¿da grupa 16S rRNA,
a tak¿e niektóre podgrupy 16S rRNA, maj¹ status gatunku.
Niektóre fitoplazmy pod wzglêdem sekwencji genu 16S rRNA ró¿ni¹ siê miêdzy
sob¹ bardzo ma³o, to jest mniej ni¿ wymagane 2,5%, ale ze wzglêdu na zró¿nicowanie
innych w³aœciwoœci, stanowi¹ oddzielne gatunki. Do takich wyj¹tków nale¿¹ trzy gatunki z grupy fitoplazm proliferacji jab³oni, 16SrX. S¹ to: fitoplazma proliferacji
jab³oni (AP) ‘Candidatus Phytoplasma mali’, fitoplazma zamierania gruszy (PD)
‘Candidatus Phytoplasma pyri’i fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowych
(ESFY) ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, które odpowiadaj¹ wczeœniej wydzielonym podgrupom 16SrX-A, -B i -C. Analiza filogenetyczna wykaza³a, ¿e
fitoplazmy AP, PD i ESFY s¹ œciœle spokrewnione i ró¿ni¹ siê jedynie pozycj¹
nukleotydów 16–19 w ich sekwencji 16S rDNA, co koresponduje z wysokim, to jest
98,6–99,1%, podobieñstwem sekwencji. Mimo tak wysokiego podobieñstwa sekwencji genu 16S rRNA, mikroorganizmy te zosta³y uznane za odrêbne gatunki [56].
Podstaw¹ do podjêcia tej decyzji by³y wyniki badañ, które obejmowa³y analizê
sekwencji i/lub analizê RFLP regionu miêdzy genami 16S-23S rDNA, genów koduj¹cych bia³ko i losowo klonowanych fragmentów DNA oraz w³aœciwoœci serologiczne. Ponadto, fitoplazmy te s¹ przenoszone przez ró¿ne wektory, maj¹ ró¿ny
zakres roœlin gospodarzy i wywo³uj¹ na nich odmienne choroby.
Pewien problem stanowi fitoplazma ¿ó³taczkowego liœciozwoju brzoskwini (pech
yellow leaf roll, PYLR), która jest sprawc¹ choroby brzoskwini na terenie zachodnich
stanów USA, Kanady i Azji. Fitoplazma PYLR nale¿y do grupy fitoplazm 16SrX i jest
najbardziej spokrewniona z fitoplazm¹ zamierania gruszy [29, 56]. Poziom podobieñ-
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. …
87
stwa sekwencji 16S rDNA tych fitoplazm jest bardzo wysoki i wynosi 99,6%.
W wiêkszoœci analiz molekularnych, które obejmowa³y sekwencje zarówno rybosomowego jak i nierybosomowego DNA, fitoplazma PYLR nie ró¿ni³a siê od fitoplazmy PD. Znaczne ró¿nice stwierdzono jedynie w sekwencji genu koduj¹cego
bia³ko b³ony (immunodominant membrane ptotein, IMP). Fakt ten, jak i dane dotycz¹ce epidemiologii wskazuj¹, ze PD i PYLR powodowane s¹ przez odmienne
organizmy. Mimo tych ró¿nic fitoplazma PYLR uznana zosta³a za podtyp (subtype)
‘Candidatus Phytoplasma pyri’ [56].
Wystêpowanie i szkodliwoœæ proliferacji jab³oni
Proliferacja, zwana tak¿e czarciomiotlastoœci¹ jab³oni (apple proliferation, apple
witches’ broom; AP), znana jest w Europie od ponad 100 lat [47]. Choroba wystêpuje
we wszystkich krajach Europy, by³ego ZSSR, w Indiach i w Turcji, ale najwiêksze
straty wyrz¹dza w niektórych rejonach W³och i w po³udniowo-wschodnich Niemczech. Proliferacja jab³oni wystêpuje g³ównie w starszych sadach, w których prowadzona jest ekologiczna ochrona i organiczne nawo¿enie [4, 6, 10, 17, 37]. W niektóre
lata, w warunkach Niemiec i W³och, w ci¹gu 5–13 lat od za³o¿enia sadu choroba
opanowa³a ponad 75% drzew [6, 32, 51]. O silnym rozprzestrzenieniu i olbrzymiej
szkodliwoœci proliferacji jab³oni donoszono tak¿e miêdzy innymi z terenu by³ej
Czechos³owacji, Polski i Bu³garii [27, 60, 65].
W Polsce proliferacja jab³oni by³a powodem du¿ych strat w po³udniowych
rejonach kraju w latach 60. i 70. ubieg³ego wieku [27]. Obecnie brak doniesieñ
o wystêpowaniu tej choroby na jab³oni w Polsce.
Patogen
Proliferacja jab³oni powodowana jest przez szczepy fitoplazmy proliferacji jab³oni (AP) ‘Ca. Phytoplasma mali’ z grupy 16SrX. Fitoplazma AP jest patogenem
o okreœlonej sekwencji wielu genów [2, 3, 14]. Gen 16S rRNA fitoplazmy AP,
podobnie jak innych fitoplazm z tej grupy, ma wielkoœæ 1521 nukleotydów. Na
podstawie analizy RFLP Schneider i Seemüller [52] wykazali, ¿e badane szczepy AP
maj¹ dwa operony rRNA, a ich sekwencje wykazuj¹ wysoki stopieñ podobieñstwa.
Podobieñstwo sekwencji nukleotydów genu 16S rRNA fitoplazmy AP w stosunku
do fitoplazmy PD wynosi 98,9–99,9%, wzglêdem zaœ fitoplazmy ESFY – 98,5–99,7%
[52]. Ci sami autorzy wykazali te¿, ¿e w regionie miêdzy genami 16S a 23S rRNA,
badane szczepy fitoplazm AP, ESFY, PD i PYLR mia³y identyczny gen tRNAlle.
Gen bia³ka b³ony (IMP) zosta³ zidentyfikowany i sklonowany, a tak¿e uda³o siê
uzyskaæ jego ekspresjê w E. coli; wyprodukowane bia³ko reagowa³o z surowic¹ na
fitoplazmê AP [3]. Poliklonalne przeciwcia³a na bia³ko genu IMP uzyskane podczas
88
M. Kamiñska
ekspresji w E. coli reagowa³y z bia³kiem b³ony fitoplazmy AP. Monoklonalne
przeciwcia³a wyprodukowane na fitoplazmê AP by³y specyficzne i reagowa³y jedynie
z niektórymi jej szczepami [56]. Fakt ten sugeruje, ¿e szczepy fitoplazmy proliferacji
jab³oni pod wzglêdem w³aœciwoœci serologicznych s¹ zró¿nicowane, jednak¿e grupowanie ich oparte na tych w³aœciwoœciach nie odpowiada grupowaniu na podstawie
analizy FRLP fragmentu 1,8 kbp [15].
Opracowano mapê fizyczn¹ chromosomu szczepu AT ‘Ca. Phytoplasma mali’,
którego wielkoœæ wynosi 645 kbp [33]. Podano lokalizacjê genów tuf i fus [2], genu
IMP [3] i przypuszczalnie genu nitroreduktazy [14].
Jarausch i in. [15] przebadali 100 szczepów ‘Ca. Phytoplasma mali’, wœród
których, na podstawie analizy PCR/RFLP wydzielono trzy podtypy: AP, AP-1 i AT-1.
Szczep AP15R, który jest najbardziej rozpowszechnionym szczepem tej fitoplazmy
w Europie [15, 30] uznany zosta³ za wzorcowy.
Naturalni gospodarze
Naturalnymi gospodarzami ‘Ca. Phytoplasma mali’ s¹ przede wszystkim roœliny
z rodzaju Malus [28, 47]. Poza jab³oni¹, gospodarzami fitoplazmy s¹ Corylus avellana i Convovulus arvensis [58], Ribes rubrum [45] oraz roœliny ozdobne z rodzajów
Magnolia, Rosa, Dahlia i Lilium [23, 24, 25, 26]. W porzeczce i roœlinach ozdobnych
fitoplazma AP wystêpuje sporadycznie, czêsto w kompleksie z innymi fitoplazmami.
Ostatnio, na terenie S³owenii, fitoplazê AP wykryto w drzewach Prunus avium,
P. armeniaca i P. domestica z objawami nekrozy, wiêdniêcia i zamierania [42].
Objawy chorobowe
‘Ca. Phytoplasma mali’ pora¿a wiêkszoœæ gatunków i odmian z rodzaju Malus
[28, 47] i wywo³uje na nich objawy chorobowe wynikaj¹ce g³ównie z zaburzeñ w poziomie regulatorów wzrostu i uszkodzenia ³yka. Najbardziej wyraŸne symptomy wystêpuj¹ na m³odych okulantach oraz na starszych jab³oniach po silnym ciêciu.
Charakterystyczn¹ cech¹ choroby s¹ tzw. czarcie miot³y spowodowane utrat¹ dominacji wierzcho³kowej przewodnika i wybijaniem pêdów bocznych pod ostrym k¹tem.
Chore jab³onie maj¹ miotlasty pokrój i rozwijaj¹ siê o kilka dni wczeœniej ni¿ zdrowe.
Ich liœcie s¹ drobne i chlorotyczne, z silnie powiêkszonymi przylistkami, czasem
tworz¹ rozety. Kwitnienie drzew jest przed³u¿one na ca³y okres wegetacji i obserwuje
siê zielenienie kwiatów, kwiaty z nadmiern¹ liczb¹ p³atków, kwiaty przekszta³cone
w fyllodia i proliferacjê kwiatów. Owoce s¹ drobne, maj¹ d³ugie szypu³ki, s¹ Ÿle
wybarwione, ma³o aromatyczne i niesmaczne z powodu mniejszej zawartoœci cukrów
i kwasów oraz przedwczeœnie opadaj¹. Jab³onie pora¿one fitoplazm¹ AP, zw³aszcza
m³ode, maj¹ zahamowany rozwój zarówno czêœci nadziemnej jak i systemu korzenio-
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. …
89
wego nawet o 20–40%, a kora pnia bywa przebarwiona na kolor czerwonawy i spêkana. Ponadto, bardziej ni¿ jab³onie zdrowe, s¹ one podatne na uszkodzenia mrozowe
i m¹czniaka jab³oni (Podosphaera leucotricha [40].
Szkodliwoœæ proliferacji jab³oni zale¿y od odmiany, podk³adki, warunków uprawy, a zw³aszcza stopnia rozpowszechnienia. Fitoplazma AP pora¿a wiêkszoœæ sadowniczych odmian jab³oni, przy czym najbardziej widoczne objawy wystêpuj¹ na
odmianach: ‘McIntosh’, ‘Jonathan’ i ‘Golden Delicious’. Bardzo wra¿liwe s¹ tak¿e
odporne na parcha, wywodz¹ce siê od M. floribunda odmiany ‘Florina’, ‘Priscilla’,
‘Prima’ [37]. Stosunkowo tolerancyjna jest jab³oñ ‘Antonówka’.
Jab³onie pora¿one fitoplazm¹ AP, mimo silnych objawów chorobowych nie zamieraj¹. Po 2–3 latach wystêpowania symptomów, w warunkach dobrego nawo¿enia
i uprawy, a czasem niezale¿nie od nich, drzewa wiêkszoœci odmian ulegaj¹ wyzdrowieniu [6, 19, 57]. W stanie tym nowe objawy chorobowe nie pojawiaj¹ siê, plonowanie drzew jest normalne, fitoplazma zaœ mo¿e przetrwaæ w ³yku korzeni przez
wiele lat. Wyzdrowienie mo¿e mieæ charakter trwa³y lub tylko okresowy w zale¿noœci
od odmiany, warunków uprawy oraz intensywnoœci ciêcia. Mechanizm wyzdrowienia nie jest znany, aczkolwiek Musetti i in. [44] wykazali, ¿e system usuwania
rodników w liœciach jab³oni, które ozdrowia³y, nie jest w pe³ni aktywny, co prowadzi
do nadprodukcji H2O2 i przeciwdzia³a wystêpowaniu objawów AP.
Zmiany cytologiczne
Fitoplazma AP zlokalizowana jest w komórkach ³yka roœliny gospodarza i wywo³uje zmiany cytologiczne podobne do powodowanych przez fitoplazmê zamierania gruszy. Obejmuj¹ one silne zgrubienie œcian komórkowych oraz nekrozê i degeneracjê elementów ³yka jab³oni, a tak¿e zmiany patologiczne przede wszystkim w j¹drze i w chloroplastach [37, 50, 61]. Ponadto, komórki chorych drzew akumuluj¹ w wakualoch du¿e
iloœci fenoli oraz protein [43]. Fitoplazmy wystêpuj¹ tylko w funkcjonuj¹cym ³yku
jab³oni dlatego ich liczebnoœæ zmienia siê w zale¿noœci od stanu ³yka [50]. Najwiêcej
fitoplazm obserwowali badacze w ³yku pêdów od lata do jesieni, zim¹ zaœ ultrastruktura
komórek ³yka by³a zniszczona w stopniu uniemo¿liwiaj¹cym rozpoznanie ewentualnie
obecnych w nich fitoplazm. Wiosn¹ fitoplazmy w ³yku pêdów obserwowano sporadycznie. W okresie zimy fitoplazmy by³y widoczne jedynie w ³yku korzeni [57].
Przenoszenie
Naturalnym wektorem fitoplazmy proliferacji jab³oni we W³oszech i w Niemczech, zw³aszcza w sadach s³abo chronionych, jest miodówka Cacopsylla picta
(C. costalis) [8, 10, 16], rzadziej C. melanoneura [63]. Z badañ niemieckich wynika,
¿e miodówka jab³oniowa (C. mali), która wystêpuje w starych, zaniedbanych sadach,
jest prawdopodobnie tak¿e wektorem fitoplazmy proliferacji jab³oni [13]. C. picta
90
M. Kamiñska
i C. melanoneura maj¹ jedno pokolenie rocznie, C. mali zaœ ma ich wiele. M³ode
osobniki doros³e opuszczaj¹ g³ówn¹ roœlinê ¿ywicielsk¹ to jest jab³oñ wczesnym
latem, pozosta³¹ czêœæ lata oraz jesieñ i zimê spêdzaj¹ na innych gatunkach roœlin (np.
Coniferae). ‘Ca. Phytoplasma mali‘ jest przenoszona przez miodówki w sposób
trwa³y. Fitoplazmy s¹ pobierane podczas ¿eru na pora¿onej roœlinie i mog¹ byæ
przenoszone dopiero po oko³o 15–30 dniach, po namno¿eniu siê w organizmie owada.
Zdolnoœæ do zaka¿ania wykazuj¹ zarówno zimuj¹ce osobniki doros³e jak i nowa
generacja nimf oraz osobników doros³ych, które zachowuj¹ j¹ a¿ do koñca ¿ycia [49].
Efektywnoœæ przenoszenia fitoplazmy AP przez pojedyncz¹ miodówkê jest stosunkowo ma³a, jednak¿e przy masowym wystêpowaniu miodówek zagro¿enie jest du¿e.
Doniesienie, ¿e wektorem proliferacji jab³oni jest skoczek Fieberiella florii [31] nie
zosta³o potwierdzone.
‘Ca. Phytoplasma mali’ jest ³atwo przenoszona w zrazach. Carrao i in. [6] podaj¹,
¿e efektywnoœæ przenoszenia fitoplazmy przez zrazy wynosi oko³o 100% i jest to
g³ówny sposób rozprzestrzenia siê tego patogena w sadach.
W warunkach eksperymentalnych fitoplazmê AP przeniesiono za pomoc¹ kanianki, na roœliny Catharanthus roseus, a nastêpnie z C. roseus na jab³oñ [7, 41]. Stosuj¹c
technikê szczepienia fitoplazmê przeniesiono z magnolii na siewki C. roseus [23].
Wykrywanie i identyfikacja
W przesz³oœci, o pora¿eniu drzew przez fitoplazê s¹dzono na podstawie objawów
chorobowych, wyników testu biologicznego, obserwacji ultracienkich skrawków
przy u¿yciu transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) lub badania preparatów barwionych metod¹ DAPI za pomoc¹ mikroskopu fluorescencyjnego. Metody
te s¹ ma³o specyficzne i czasoch³onne.
Do wykrywania fitoplazmy AP testem biologicznym stosowana jest jab³oñ odmiany ‘Golden Delicious’. Na wynik testu trzeba czekaæ, w zale¿noœci od warunków
uprawy roœlin, od kilku do kilkunastu miesiêcy, a wiarygodnoœæ testu wynosi oko³o
50%. Wykrywanie fitoplazm w ³yku jab³oni za pomoc¹ TEM jest tak¿e trudne ze
wzglêdu na okresowe zmiany w poziomie fitoplazm, silne zgrubienie œcian komórkowych oraz degeneracjê komórek ³yka, a tak¿e obecnoœæ kalozy [37, 44, 50, 61]. Z kolei technika DAPI [55] okaza³a siê stosunkowo szybka i tania i mo¿e byæ przydatna do
wykrywania fitoplazm w korzeniach.
Obecnie do wykrywania i identyfikacji fitoplazmy AP dostêpne s¹ specyficzne
metody serologiczne. Dla celów diagnostycznych stosowane s¹ przeciwcia³a poliklonalne i monoklonalne, jednak¿e ze wzglêdu na niskie miano fitoplazm w roœlinie
i trudnoœci w oczyszczaniu ich, zastosowanie surowic do wykrywania i identyfikacji
fitoplazmy AP jest ograniczone. Ponadto, zarówno przeciwcia³a poliklonalne [3] jak
i monoklonalne [38, 56] reaguj¹ tylko z niektórymi szczepami ‘Ca. Phytoplasma mali’.
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. …
91
Do wykrywania i identyfikacji fitoplazmy AP w roœlinach polecane s¹ wysoce
specyficzne i czu³e metody molekularne, a zw³aszcza analiza PCR-RFLP. W pierwszej rundzie ³añcuchowej reakcji polimerazy (PCR) stosowane s¹ startery uniwersalne dla fitoplazm P1/P7 [9, 54], które amplifikuj¹ region 1784 bp. W drugiej rundzie
PCR stosowane s¹ zarówno startery uniwersalne R16F2n/R16R2 (1240 bp) [36] lub
fU5/rU3 (882 bp) [39] jak i grupowo specyficzne R16(X)F1/R16(X)R1 [35] oraz
fO1/rO1 [39]. Startery grupowo specyficzne amplifikuj¹ odpowiednio sekwencje
1149 bp oraz 1071 bp genu 16S rRNA, startery fAT/rAS zaœ [62] amplifikuj¹
sekwencje DNA o d³ugoœci 500 bp fitoplazm AP i PD, ale nie ESFY.
Produkt amplifikacji poddawany jest analizie restrykcyjnej (RFLP) [15, 30, 56].
Po trawieniu enzymem restrykcyjnym AluI, uzyskuje siê profil restrykcyjny, który dla
‘Ca. Phytoplasma mali’ jest taki sam jak i dla ‘Ca. Phytoplasma pyri’ oraz ‘Ca.
Phytoplasma prunorum’. ‘Ca. Phytoplasma mali’ mo¿na odró¿niæ od innych fitoplazm z grupy 16SrX na podstawie analizy restrykcyjnej z enzymami RsaI i SspI.
Sekwencja nukleotydów ‘Ca. Phytoplasma pyri’ trawiona enzymem RsaI, w porównaniu do odpowiednich sekwencji innych fitoplazm ma dodatkowe miejsce restrykcyjne, trawienie zaœ enzymem SspI sprawia, ¿e sekwencja ‘Ca. Phytoplasma mali’ma
miejsce restrykcyjne, którego brak w sekwencji ‘Ca. Phytoplasma pyri’ oraz ‘Ca.
Phytoplasma prunorum’. Dalsze ró¿nicowanie fitoplazm z grupy 16SrX mo¿liwe jest
po trawieniu enzymami restrykcyjnymi BsaI i SfcI.
Zró¿nicowanie genetyczne szczepów fitoplazmy AP mo¿na analizowaæ na podstawie sekwencji fragmentu 1,8 kb genomowego DNA [14]. We fragmencie tym
znajduj¹ siê trzy geny, z których jeden zosta³ zidentyfikowany jako gen nitroreduktazy i jest przydatny do projektowania specyficznych starterów [14, 15]. Analiza
restrykcyjna produktów amplifikacji z tymi starterami wykaza³a polimorfizm profili
i pos³u¿y³a do identyfikacji podtypów fitoplazm AT-1, AT-2 i AP, które wykryto na
terenie Francji, Niemiec i W³och [5, 15, 17]. Dalsze dowody œwiadcz¹ce o zró¿nicowaniu genetycznym szczepów fitoplazmy AP uzyskano po ustaleniu wielkoœci chromosomu na podstawie eklektroforezy pulsacyjnej, analizy RFLP oraz testów serologicznych [33, 56].
W ostatnich latach proponowane s¹ nowe techniki wykrywania i identyfikacji
‘Ca. Phytoplasma mali’ oparte na PCR z odczytem w czasie rzeczywistym (real-time
PCR). Jedna z nich stosuje technologiê SYBTTM Green i umo¿liwia iloœciowe oznaczenie fitoplazm w roœlinie lub wektorze [18]. Druga metoda, multiplex real-time
PCR, umo¿liwia amplifikacjê sekwencji nukleotydów fragmentu genu 16S rRNA fitoplazmy jak i sekwencji nukleotydów genu chloroplastu roœliny gospodarza, który
koduje tRNAIIe [1]. Amplifikacja tego genu gospodarza stanowi wewnêtrzn¹ kontrolê
pozwalaj¹c¹ odró¿niæ materia³ nie pora¿ony od odczytów negatywnych fa³szywych,
spowodowanych przez inhibitory PCR. W œwietle wyników Torresa i in. [64] real-time
PCR jest najbardziej wiarygodn¹ metod¹ wykrywania organizmów kwarantannowych z grupy 16SrX.
92
M. Kamiñska
Do wykrywania i identyfikacji ‘Ca. Phytoplasma mali’ za pomoc¹ technik molekularnych zaleca siê pobieranie próbek ³yka z nerwów liœci i pêdów, najlepiej
w okresie od koñca wiosny do grudnia. W okresie zimy, ze wzglêdu na obecnoœæ
inhibitorów PCR, testowanie korzeni testem DAPI jest bardziej wiarygodne ni¿
testem PCR.
Zwalczanie
Proliferacja jab³oni jest organizmem kwarantannowym podlegaj¹cym obowi¹zkowemu zwalczaniu. Materia³ rozmno¿eniowy powinien pochodziæ z roœlin zdrowych, sprawdzonych na obecnoœæ fitoplazm i wirusów. W szkó³kach i m³odych
sadach zaleca siê kontrolê zdrowotnoœci drzew i usuwanie egzemplarzy pora¿onych
oraz zwalczanie miodówek. W sadach starszych, ze wzglêdu na tendencjê drzew do
wyzdrowienia, nie zaleca siê usuwania drzew zaka¿onych [44, 48, 51].
Podsumowanie
Fitoplazmy maj¹ status gatunku kandydackiego – ‘Candidatus Phytoplasma’.
Takson ‘Ca. Phytoplasma’ jest bardzo zró¿nicowany i obejmuje gatunki, których
podobieñstwo sekwencji genu 16S rRNA wynosi <97,5%. Wyj¹tek stanowi¹ trzy
fitoplazmy z grupy fitoplazm proliferacji jab³oni (16SrX), a mianowicie: fitoplazma
proliferacji jab³oni (AP) ‘Candidatus Phytoplasma mali’, fitoplazma zamierania
gruszy (PD) ‘Candidatus Phytoplasma pyri’i fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki drzew
pestkowych (ESFY) ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, które odpowiadaj¹
wczeœniej wydzielonym podgrupom 16SrX-A, -B i -C. Analiza filogenetyczna wykaza³a, ¿e fitoplazmy AP, PD i ESFY s¹ œciœle spokrewnione i ró¿ni¹ siê jedynie
kilkoma nukleotydami w ich 16S rDNA, co koresponduje z podobieñstwem sekwencji 98,6–99,1%. Mimo tak wysokiego podobieñstwa sekwencji genu 16S rRNA,
mikroorganizmy te zosta³y uznane za odrêbne gatunki ze wzglêdu na inne w³aœciwoœci molekularne oraz serologiczne. Ponadto, fitoplazmy te s¹ przenoszone przez
ró¿ne wektory, maj¹ ró¿ny zakres roœlin gospodarzy i wywo³uj¹ na nich odmienne
choroby. Fitoplazmy z grupy proliferacji jab³oni s¹ organizmami kwarantannowymi.
W trzech kolejnych publikacjach przedstawiono wyniki najnowszych badañ na
temat w³aœciwoœci molekularnych poszczególnych gatunków fitoplazm z grupy
16SrX, ich wystêpowania i szkodliwoœci, sposobów przenoszenia, metod wykrywania i mo¿liwoœci zwalczania. Niniejsze opracowanie dotyczy fitoplazmy proliferacji
jab³oni ‘Candidatus Phytoplasma mali’ i jej zwi¹zku z innymi fitoplazmami z grupy
16SrX.
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. …
93
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
Baric S., Dalla-Via J. 2004. A new approach to apple proliferation detection: a highly sensitive real-time PCR
assay. J. Microbiol. Methods 57: 135–145.
Berg M., Seemüller E. 1999. Chromosomal organization and nucleotide sequence of the gene coding for the
elongation factors G and Tu of the apple proliferation phytoplasma. Gene 226: 103–109.
Berg M., Davies D.L., Clark M.F., Vetten H.J., Maier G., Marcone C., Seemüller E. 1999. Isolation of the gene
encoding an immunodominant membrane protein of the apple proliferation phytoplasma, and expression and
characterization of the gene product. Microbiology 145: 1937–1943.
Bovey R. 1963. Observations and experiments on apple proliferation disease. Phytopathol. Mediterr. 2: 111–114.
Cainelli C., Bisognin C., Vindimian M.E., Grando M.S. 2004. Genetic variability of AP phytoplasma detected
in the apple growing area of Trentio (North Italy). Acta Hortic. 657: 425–430.
Carraro L., Ermacora P., Loi N., Osler R. 2004. The recovery phenomenon in apple proliferation-infected trees.
J. Plant Pathol. 86: 141–146.
Carraro L., Osler R., Refatti E., Poggi Pollini C. 1988. Transmission of the possible agent of apple proliferation
to Vinca rosea by dodder. Riv. Pat. Veg. 26: 43–52.
Carraro L., Osler R., Loi N., Ermacora P., Refatti E. 2001. Fruit tree phytoplasma diseases diffused in nature by
psyllids. Acta Hortic. 550: 345–350.
Deng S., Hiruki C. 1991. Amplification of 16S rRNA genes from culturable and non-culturable molicutes. J.
Microbiol. Methods 14: 53–61.
Frisinghelli C., Delaiti L., Grando M. S., Forti D., Vindimian M.E. 2000. Cacopsylla costalis (FLOR 1861), as a
vector of apple proliferation in Trentino. J. Phytopathol. 148: 425–431.
Gundersen D.E., Lee I.-M., Rehner S.A., Davies R.A., Kingsburry D.T. 1994. Phylogeny of mycoplasmalike
organisms (phytoplasmas): a basis for their classification. J. Bacteriol. 176: 5244–5254.
IRPCM Phytoplasma/Spiroplasma Working Team – Phytoplasma taxonomy group. 2004. ‘Candidatus Phytoplasma’, a taxon for the wall-less, non-helical prokaryotes that colonize plant phloem and insects. Int. J. Syst.
Evol. Microbiol. 54: 1243–1255.
Jarausch B. 2003. Welche Rollen spielen Blattsaugerarten bei der Übertragung von Apfeltriebsucht-Phytoplasmen in deutschen Apfelanlagen? Obstbau 4: 205–206.
Jarausch W., Saillard C, Dosba F., Bové J.M. 1994. Differentiation of mycoplasmalike organisms (MLOs) in
European fruit trees by PCR using specific primers derived from the sequence of a chromosomal fragment of the
apple proliferation MLO. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2916–2923.
Jarausch W., Saillard C., Helliot B., Garnier M., Dosba F. 2000. Genetic variability of apple proliferation phytoplasma
as determined by PCR-RFLP and sequencing of a non-ribosomal fragment. Mol. Cell. Probes 14: 17–24.
Jarausch B., Schwind N., Jarausch W., Krczal G. 2003. First report of Cacopsylla picta as a vector of apple
proliferation phytoplasma in Germany. Plant Dis. 87: 101.
Jarausch W., Schwind N., Jarausch B., Krczal G. 2004. Analysis of the distribution of apple proliferation
phytoplasma subtypes in a local fruit growing region in Southwest Germany. Acta Hortic. 657: 421–430.
Jarausch W., Peccerella T., Schwind N., Jarausch B., Krczal G. 2004. Establishment of a quantitative real-time PCR
assay for the quantification of apple proliferation phytoplasmas in plants and insects. Acta Hortic. 657: 415–420.
Kamiñska M. 1973. Przebieg procesu chorobowego u m³odych jab³oni pora¿onych proliferacj¹ jab³oni. Acta
Agrobot. 26: 103–113.
Kamiñska M. 2000. Fitoplazmy – wa¿ny problem w ochronie roœlin. Post. Nauk Roln. 5: 43–55.
Kamiñska M. 2008. Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni; 2. Fitoplazma zamierania gruszy, ‘Candidatus
Phythoplasma pyri. Post. Nauk Roln. 3: 97–104.
Kamiñska M. 2008. Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni; 3. Fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki drzew
pestkowych, ‘Candidatus Phythoplasma prunorum’. Post. Nauk Roln. 3: 105–113.
Kamiñska M., Œliwa H. 2003. Effect of antibiotics on the symptms of stunting disease of Magnolia liliiflora
plants. J. Phytopathol. 151: 59–63.
Kamiñska M., Œliwa H. 2004. First report of phytoplasma belonging to apple proliferation group in roses in
Poland. Plant Dis. 88: 1283.
Kamiñska M, Œliwa H. 2007. NDR Mixed infection of dahlia plants in Poland with apple proliferation and aster
yellows phytoplasmas. Plant Pathol. 57: 363.
Kamiñska M, Œliwa H. 2007. First report of ‘Candidatus Phytoplasma mali’ in oriental lilies and its association
with leaf scorch in Poland. Plant Pathol. 57: 363.
Kamiñska M., Zawadzka B. 1970. Badania nad proliferacj¹ (miotlastoœci¹) jab³oni w Polsce. I Objawy
chorobowe, pora¿ane odmiany i wystêpowanie. Acta Agrobot. 23: 329–340.
Kartte S., Seemüller E. 1988. Variable response within the genus Malus to apple proliferation disease.
Z.PflKrankh. PflSchutz 95: 25–34.
94
M. Kamiñska
[29] Kirkpatrick B., Smart C., Gardner S., Gao J.-L., Ahrens U., Mäurer R., Schneider B., Lorenz K.-H.,Seemüller
E., Harrison N., Namba S., Daire X. 1994. Phylogenetic relationship of plant pathogenic MLOs established by
16/23S rDNA spacer sequences. IOM Lett. 3: 228–229.
[30] Kison H., Schneider B., Seemüller E. 1994. Restriction fragment length polymorphism within the apple
proliferation mycoplasmalike organism. J. Phytopathol. 141: 395–401.
[31] Krczal G., Krczal H., Kunze L. 1988. Fieberiella florii (STAL), a vector of the apple proliferation agent. Acta
Hortic. 235: 99–104.
[32] Kunze L. 1976. The effect of different strains of apple proliferation on the growth and crop of infected trees. Mitt
Biol. Bundesanst. Land-Fortwirtsch. 170: 107–115.
[33] Lauer U., Seemüller E. 2000. Physical map of the chromosome of the apple proliferation phytoplasma.
J.Bacteriol. 182(5): 1415–1418.
[34] Lee I.-M., Davis R.E., Gundersen-Rindal D.E. 2000. Phytoplasmas: phytopathogenic mollicutes. Annu. Rev.
Microbiol. 54: 221–255.
[35] Lee I.-M., Bertaccini A., Vibio M., Gundersen D.E. 1995. Detection of multiple phytoplasmas in perennial fruit
trees with decline symptoms in Italy. Phytopathology 85: 728–735.
[36] Lee I.-M., Gundersen-Rindal D.E., Davis R.E., Bartoszyk I.M. 1998. Revised classification scheme of
phytoplasmas based on RFLP analyses of 16S rRNA and ribosomal protein gene sequences. Int. J. Syst.
Bacteriol. 48: 1153–1169.
[37] Loi N., Carraro L., Musetti R., Firrao G.I., Osler I. 1995. Apple proliferation epidemics detected in scab-resistant
apple trees. J. Phytopathol. 143: 581–584.
[38] Loi N., Ermacora P., Carrar, L., Osler R., Chen T.A. 2002. Production of monoclonal antibodies against apple
proliferation phytoplasma and their use in serological detection. Eur. J. Plant Pathol. 108(1): 81–86.
[39] Lorenz K.-H., Schneider B., Ahrenz U., Seemüller E. 1995. Detection of the apple proliferation and pear decline
phytoplasmas by PCR amplification of ribosomal and nonribosomal DNA. Phytopathology 85: 771–776.
[40] Maszkiewicz J., Blaszczak W., Millikan D.F. 1979. Investigation on the apple proliferation disease. I. Increased
susceptibility of affected leaf tissue to Podosphaera leucotricha. Phytoprotection 60: 47–54.
[41] Marwitz R., Petzold H., Ozel M. 1974. Studies on the transfer of the possible causal agent of apple proliferation
to a herbaceous host. Phytopathol. Z. 81: 85–91.
[42] Mehle N., Brzin J., Boben J., Hren M., Frank J., Petroviè N., Gruden K., Dreo T., elina I., Seljak G., Ravnikar M. 2007.
First report of ‘Candidatus Phytoplasma mali’ in Prunus avium, P. armeniaca and P. domestica. Plant Pathol. 56: 721.
[43] Musetti R., Favali M.A., Pressacco L. 2000. Histopathology and polyphenol content in plants infected with
phytoplasmas. Cytobios 102: 133-147.
[44] Musetti R., Sanità di Toppi L., Ermacora P., Favali M.A. 2004. Recovery in apple trees infected with the apple
proliferation phytoplasma: an ultrastructural and biochemical study. Phytopathology 94: 203–208.
[45] Navrátil M., Válová P., Fialová R., Pøibylová J., Špak J., Kubelková D., Karešová R. 2004. Occurrence of
phytoplasmas in red and white currant in the Czech Republik. Acta Hortic. 65: 119–124.
[46] Neimark H.C., Kirkpatrick B.C. 1993. Isolation and characterization of full-length chromosomes from
non-culturable plant-pathogenic mycoplasma-like organisms. Mol. Microbiol. 7: 21–28.
[47] Németh M. 1986. Virus, mycoplasma and rickettsia diseases of fruit trees. Joint edition published by Akademiai
Kiado, Budapest and Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Boston, Lancaster: 1–841.
[48] Osler R., Loi N., Carraro L., Ermacora P., Refatti E. 2000. Recovery in plants affected by phytoplasmas.
Proceedings of the 5th Congress of the European Foundation for Plant Pathology: 589–592.
[49] Purcell A.H. 1985. The ecology of bacterial and mycoplasma plant diseases spread by leafhoppers and planthoppers.
W: The leafhoppers and planthoppers, Nault L.R., Rodriguez J.G. (red), Wiley, New York, USA: 351–380.
[50] Schaper U., Seemüller E. 1982. Condition of the phloem and the persistence of mycoplasmalike organisms
associated with apple proliferation and pear decline. Phytopathology 72: 736–742.
[51] Schmidt G. 1965. Five and more years of observations on the proliferation virus of apple in the field. Zastita
Bilia 16: 285–289.
[52] Schneider B., Seemüller E. 1994. Presence of two sets of ribosomal genes in phytopathogenic mollicutes. Appl.
Environ. Microbiol. 141: 173–185.
[53] Schneider B., Ahrens U., Kirkpatrick B.C., Seemüller E. 1993. Classification of plant-pathogenic mycoplasma-like
organisms using restriction-site analysis of PCR-amplified 16S rDNA. J. Gen. Microbiol. 139: 519–527.
[54] Schneider B., Seemüller E., Smart C., Kirkpatrick B.C. 1995. Phylogenetic classification of plant pathogenic
mycolpasmalike organisms or phytoplasmas. W: Razin S., Tully J.G. (red.) Molecular and Diagnostic
Procedures in Mycoplasmology. San Diego, CA, Acad. Press: 369–380.
[55] Seemüller E. 1976. Investigations to demonstrate mycoplasmalike organisms in diseased plants by fluorescence
microscopy. Acta Hortic. 67: 109–112.
[56] Seemüller E., Schneider B. 2004. ‘Candidatus Phytoplasma mali’‚ ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ and
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, the casual agents of apple proliferation, pear decline and European stone
fruit yellows, respectively. J. Syst. Evol. Microbiol. 54: 1217–1226.
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. …
95
[57] Seemüller E., Kunze L., Schaper U. 1984. Colonization behaviour of MLO and symptom expression of
proliferation-diseased apple trees and declined-diseased per trees over a period of several years. J. Plant Dis.
Protection. 91: 525–532.
[58] Seemüller E., Marcone C., Lauer U., Ragozzino A., Göschl M. 1998. Current status of molecular classification
of the phytoplasmas. J. Plant Pathol. 80: 3–26.
[59] Seemüller E., Schneider B., Mäurer R., Ahrens U., Daire X., Kison H., Lorenz K.-H., Firrao G., Avinent L.,
Sears B.B., Stackebrandt E. 1994. Phylogenetic classification of phytopathogenic mollicutes by sequence
analysis of 16S ribosomal DNA. Int. J. Syst. Bacteriol. 44: 440–446.
[60] Seidl V. 1980. Some results of several years’ study of apple proliferation disease. Acta Phytopath. Acad. Sci.
Humg. 15: 241–245.
[61] Seryczyñska H., Kamiñska M., Zawadzka B. 1971. Changes in electron microscope picture of petiole of apple-tree
var. Golden Delicious affected with proliferation of apple. Bull. Acad Polon. Sci. Ser. Sci. Biol. 19: 759–763.
[62] Smart C.D., Schneider B., Blomquist C.L., Guerra L.J., Harrison N.A., Ahrens U., Lorenz K.-H., Seemüller E.,
Kirkpatrick B.C. 1996. Phytoplasma-specific PCR primers based on sequences of the 16S rRNA spacer region.
Appl. Environ. Microbiol. 62: 2988–2993.
[63] Tedeschi R., Bosco D., Alma A. 2002. Population dynamics of Cacopsylla melanoneura (Homoptera:
Psyllidae), a vector of apple proliferation phytoplasma in Northwestern Italy. J. Econ. Entomol. 95: 544–551.
[64] Torres E., Bertolini E., Cambra M., Montón C., Martín M.P. 2005. Real-time PCR for simultaneous and quantitative
detection of quarantine phytoplasmas from apple proliferation (16SrX) group. Mol. Cell. Probes 19: 334–340.
[65] Trifonov D. 1965. Met³ovidna virosa. Hort. and Vitticult. Sci. 3: 437–444.
Apple proliferation phytoplasma group.
1. Apple proliferation phytoplasma
– ‘Candidatus Phytoplasma mali’
Key words: phytoplasma, apple proliferation, taxonomy, occurrence,
detection
Summary
The aim of this review was to present the current records of research and status of
three quarantine phytoplasmas – ‘Candidatus Phytoplasma mali’, ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ and ‘Candidatus Phytoplasma pronorum’, belonging to the apple proliferation phytoplasma group, 16SrX.
The current knowledge on molecular properties of ‘Candidatus Phytoplasma mali’,
its geographical distribution and economic importance, plant association, research on
phytoplasma detection and identification as well as the possibility of control, were
discussed.
Postêpy Nauk Rolniczych nr 3/2008: 97–104
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni.
2. Fitoplazma zamierania gruszy
‘Candidatus Phytoplasma pyri’
Maria Kamiñska
Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa
ul. Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: fitoplazma, zamieranie gruszy, proliferacja jab³oni,
taksonomia, wystêpowanie, wykrywanie
Wystêpowanie i szkodliwoœæ
Choroba zamieranie gruszy (pear decline, PD) zosta³a opisana po raz pierwszy
w roku 1948 w Ameryce Pó³nocnej [31, 49]. Taka sama choroba znana by³a we
W³oszech od 1908 roku pod nazw¹ ‘moria del pero’ [37]. Obecnie PD wystêpuje
praktycznie we wszystkich krajach Europy, na terenie by³ego ZSRR, USA, Kanady
i Libii w ró¿nym nasileniu. W latach 1959–1960 w Kalifornii z powodu PD obumar³o
ponad 1,1 miliona grusz [36]. Powa¿ny problem stanowi³a choroba w Anglii w m³odych sadach gruszowych odmiany ‘Konferencja’ na podk³adce Cydonia oblonga [6,
5]. W Hiszpanii, w latach 90. wiele nasadzeñ gruszy by³o pora¿one w 80% [1], w roku
2000 zaœ objawy PD mia³o oko³o 7% drzew rosn¹cych na powierzchni oko³o 1500 ha
[8]. W Polsce choroba zamierania gruszy wyst¹pi³a w bardzo du¿ym nasileniu po
suchym i upalnym lecie w po³owie lat 90. [27].
Pierwotnie przypuszczano, ¿e zamieranie gruszy powodowane jest przez wirus.
Przyczynê choroby ustalili Hibino i in. [14] na podstawie badañ z u¿yciem mikroskopu elektronowego oraz testów z przenoszeniem przez miodówkê Psylla pyricola.
Patogen
Fitoplazma powoduj¹ca zamieranie gruszy (PD) ‘Candidatus Phytoplasma pyri’
jest œciœle spokrewniona z fitoplazm¹ proliferacji jab³oni (AP) ‘Ca. Phytoplasma
mali’ oraz fitoplazm¹ europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowych (ESFY) ‘Ca. Phytoplasma prunorum’i wraz z nimi nale¿y do grupy fitoplazm proliferacji jab³oni, 16SrX
[24, 41, 44]. Fitoplazmy AP i ESFY i powodowane przez nie choroby s¹ przedmiotem
98
M. Kamiñska
dwóch opracowañ autorki [19, 20]. Pokrewieñstwo fitoplazm PD i AP zosta³o
okreœlone najpierw na podstawie podobieñstwa sekwencji genu 16S rRNA [45], a nastêpnie analizy sekwencji innych fragmentów DNA fitoplazm [26].
Z fitoplazm¹ zamierania gruszy jest bardzo blisko spokrewniona fitoplazma
¿ó³taczkowego liœciozwoju brzoskwini (pech yellow leaf roll, PYLR) [21, 22, 41].
Fitoplazma ta stanowi podtyp (subtype) ‘Candidatus Phytoplasma pyri’. Fitoplazma
PYLR powoduje ¿ó³taczkê liœci i zamieranie Prunus persica i P. amygdalus w zachodniej czêœci Ameryki Pó³nocnej. Objawy chorobowe PYLR s¹ bardzo podobne do
symptomów fitoplazmy europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowych oraz fitoplazmy
choroby X z grupy fitoplazm 16SrIII [3, 24].
Na podstawie analizy sekwencji regionu miêdzygenowego 16S i 23S rRNA
stwierdzono, ¿e sekwencje te dla szczepów fitoplazm zamierania gruszy z Kalifornii,
Niemiec i W³och oraz szczepu fitoplazmy powoduj¹cej ¿ó³taczkowy liœciozwój
brzoskwini w Kalifornii, który oznaczono jako PD/PYLR2, s¹ identyczne [41, 46].
Po przeanalizowaniu sekwencji nukleotydów genu 16S rRNA szczepów fitoplazmy PD z Niemiec i PD/PYLR2 z Kalifornii Seemüller i Schneider [41] stwierdzili istnienie ró¿nicy jedynie na pozycji 1422, a tym samym bardzo wysokie podobieñstwo –
99,6%. Analizy badaczy wykaza³y te¿, ¿e szczep PD/PYLR2 ma unikaln¹ sekwencjê
w rejonie 329–351 nt. W regionie genu 16S rRNA szczepów PD i PD/PYLR2
pomiêdzy nukleotydami 570–587 oraz 1393–1409 zidentyfikowano dwie unikalne
sekwencje, które wyró¿niaj¹ ‘Ca. Phytoplasma pyri’ od innych fitoplazm.
Znaczn¹ ró¿nicê miêdzy szczepami PD i PYLR/PD stwierdzono jedynie w sekwencji nukleotydów koduj¹cych gen bia³ka b³ony (immunodominant membrane
protein, IMP) [32].
Nie opracowano dotychczas fizycznej mapy chromosomu fitoplazmy PD, jednak¿e po przeniesieniu patogena z gruszy na roœliny Catharanthus roseus [29] okreœlono,
¿e wielkoœæ chromosomu fitoplazmy PD z Niemiec wynosi 660 kbp [30].
Naturalni gospodarze
Naturalnymi gospodarzami fitoplazmy PD s¹ roœliny g³ównie z rodzaju Pyrus –
P. communis, P. serotina, P. ussuriensis i P. variolosa oraz Cydonia oblonga, w warunkach doœwiadczalnych zaœ fitoplazmê przeniesiono na Pyronia veitchii, Pyrus aromatica, P. betulifolia i P. calleriana [35]. W Czechach fitoplazm¹ PD pora¿one by³y
drzewa Prunus persica [33] oraz krzewy Ribes rubrum [34].
Objawy chorobowe
Na gruszy choroba wystêpuje w formie ³agodnej zwanej „slow decline” lub ostrej
„quick decline’ [35, 40] w zale¿noœci od podatnoœci odmiany i podk³adki [43] oraz
warunków klimatycznych [39]. Najpierw, najczêœciej póŸnym latem lub jesieni¹,
obserwuje siê czerwienienie, zwijanie siê oraz opadanie liœci. Owoce przestaj¹ siê
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 2. …
99
rozwijaæ i wraz z liœæmi szybko wiêdn¹ i zasychaj¹. Bezdeszczowa pogoda powoduje,
¿e silnie pora¿one drzewa gwa³townie, czasem w ci¹gu kilku dni, zamieraj¹. Po
usuniêciu kory widoczne jest zbr¹zowienie tkanki przewodz¹cej.
Przy ³agodnej formie choroby grusze zamieraj¹ stopniowo. Wzrost drzew jest
zahamowany. Liœcie nieliczne, drobne, skórzaste i jasnozielone, wczesn¹ jesieni¹
ulegaj¹ czerwienieniu i opadaj¹. Kwitnienie jest s³abe, liczba owoców na drzewie
zredukowana i nie osi¹gaj¹ one normalnych rozmiarów. Korzenie drzew przedwczeœnie zamieraj¹. Objawy zamierania gruszy obserwuje siê najczêœciej na starszych owocuj¹cych drzewach, rzadko zaœ na m³odych gruszach.
W odró¿nieniu od proliferacji jab³oni, grusze pora¿one fitoplazm¹ PD zasadniczo
nie ulegaj¹ wyzdrowieniu, aczkolwiek Seemüller i in. [41] obserwowali drzewa
pora¿one, które nie mia³y objawów chorobowych oraz drzewa z ³agodnymi objawami, które wyzdrowia³y. Podobne obserwacje poczynili Giunchedi i in. na terenie
W³och [11] oraz Garcia-Chapa i in. [4] w Hiszpanii. Badacze ci wykrywali fitoplazmê
PD w drugiej rundzie PCR nie tylko w gruszach z objawami chorobowymi, ale tak¿e
w drzewach odmian tolerancyjnych, bez objawów.
Seemüller i in.[43] oceniali podatnoœæ czterech gatunków Pyrus oraz siewek 36
genotypów Pyrus na zaka¿enie fitoplazm¹ PD i wykazali, ¿e ¿aden z badanych
genotypów nie mia³ zadawalaj¹cej odpornoœci, a reakcja potomstwa w ramach
jednego gatunku by³a bardzo zró¿nicowana. Podobn¹ reakcjê gatunków Pyrus obserwowali inni badacze [48]. Grusze okulizowane na podk³adkach Pyrus pyrifolia,
P. ussuriensis lub P. serotina podatnych na zaka¿enie fitoplazm¹ PD mia³y silne
objawy chorobowe, u grusz zaœ okulizowanych na P. communis, P. betulifolia,
P. calleriana lub Cydonia oblonga, które s¹ raczej tolerancyjne, obserwowano
stosunkowo powoln¹ degeneracjê [39, 48]. Németh [35] zaœ podaje, ¿e C. oblonga
nale¿y do gatunków podatnych co jest zgodne z doniesieniem Daviesa i in. [6];
w warunkach Anglii grusza odmiany ‘Konferencja’ szczepiona na Cydonia oblonga
mia³a objawy chorobowe zaœ na korzeniu w³asnym nie mia³a.
Wystêpowanie fitoplazm w roœlinie
Badania przeprowadzone za pomoc¹ mikroskopu transmisyjnego oraz fluorescencyjnego technik¹ DAPI wykaza³y, ¿e fitoplazma PD wystêpuje w ³yku gruszy
nierównomiernie i w porównaniu do fitoplazmy proliferacji jab³oni w mniejszej
koncentracji [38, 42]. W warunkach Niemiec, najwiêksz¹ koncentracjê patogena
stwierdzono w funkcjonuj¹cych elementach ³yka pêdów w paŸdzierniku. Od listopada do grudnia obserwowano spadek liczebnoœci fitoplazm, w miesi¹cach zimowych zaœ fitoplazmy ulega³y ca³kowitej eliminacji z powodu degeneracji ³yka.
Obserwowano wtedy silne zgrubienie œcian komórkowych oraz nekrozê elementów
³yka. W okresie wegetacji populacja fitoplazm w ³yku pêdów gruszy by³a ma³a.
W ³yku korzeni fitoplazmy obserwowano przez ca³y rok, nawet w okresie zimy,
a proces degeneracji komórek ³yka korzeni by³ niewielki. W ³yku drzew bez objawów
chorobowych lub z ³agodnymi obserwowano nieliczne fitoplazmy.
100
M. Kamiñska
Nieco inne wyniki na temat wystêpowania fitoplazmy PD w gruszy uzyskano
w badaniach przeprowadzonych za pomoc¹ techniki PCR w rejonie Morza Œródziemnego [7, 9]. Badania te wykaza³y, ¿e w warunkach klimatu Morza Œródziemnego
fitoplazma PD wystêpuje w pêdach drzew d³u¿ej ni¿ w Europie Centralnej, a jej
najwiêksza wykrywalnoœæ przypada na grudzieñ i utrzymuje siê, w zale¿noœci od
odmiany, do marca–kwietnia.
Przenoszenie
Naturalnym wektorem fitoplazmy PD w Anglii jest miodówka gruszowa ¿ó³ta
(Cacopsylla pyricola) [5, 6, 18]. C. pyricola jest tak¿e wektorem fitoplazmy PYLR
w Kalifornii [3]. We Francji i we W³oszech oraz w Polsce wektorem PD jest
miodówka gruszowa plamista (C. pyri) [4, 25] oraz prawdopodobnie miodówka
czerwona (C. pirisuga) [37]. Grusza jest g³ówn¹ roœlin¹ ¿ywicielsk¹ tych gatunków
miodówek i na niej w pêkniêciach kory zimuj¹ osobniki doros³e C. pyri. W ci¹gu
roku wystêpuj¹ 3–4 pokolenia tej miodówki. ¯er nabywczy trwa kilka godzin,
a okres latencji patogena w organizmie wektora wynosi oko³o 3 tygodni. C. pyri jest
bardzo aktywnym wektorem ‘Ca. Phytoplasma pyri’. Najwy¿sz¹ zdolnoœæ zaka¿ania wykazuj¹ owady w okresie od lipca do póŸnej jesieni, kiedy fitoplazmy
w tkance chorych roœlin osi¹gaj¹ wysoki poziom. Wiosn¹ Ÿród³em patogena s¹
korzenie pora¿onych grusz oraz miodówki, które przezimowa³y. ród³em fitoplazmy PD mog¹ byæ nie tylko zaka¿one grusze, ale tak¿e drzewa lub krzewy
z rodzaju Pyrus, Prunus i Ribes.
Fitoplazma PD przenoszona jest przez zrazy drzew zaka¿onych w oko³o 33% i jest
to g³ówny sposób przenoszenia tego patogena na du¿e odleg³oœci. W warunkach
Anglii i w Niemczech nie mo¿na by³o przenieœæ fitoplazmy PD ze zrazami pobranymi
w marcu [6, 42], w rejonie Morza Œródziemnego zaœ fitoplazmê przenoszono ze
zrazami pobranymi z drzew w okresie spoczynku zarówno w okresie zimy jak
i wiosny [7]. M³ode, jednoroczne i dwuletnie grusze, które okulizowano latem mia³y
objawy chorobowe nastêpnego roku. Grusze bêd¹ce w tym samym wieku, ale
okulizowane wiosn¹ mia³y objawy chorobowe ju¿ jesieni¹ lub w nastêpnym roku.
W warunkach eksperymentalnych, za pomoc¹ kanianki, fitoplazmê PD przeniesiono z roœlin brzoskwini na siewki Cartharanthus roseus [29].
Wykrywanie i identyfikacja
Tradycyjne metody wykrywania fitoplazmy PD oparte na reakcji indykatorów
drzewiastych (Pyronia veitchii, grusza ‘Komisówka’) lub stosowaniu testu DAPI [42,
27] s¹ czasoch³onne i ma³o czu³e. Na wynik testu biologicznego trzeba czekaæ a¿ dwa
lata, test DAPI zaœ jest przydatny, o ile patogen wystêpuje w du¿ej koncentracji,
najlepiej pod koniec okresu wegetacji [38].
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 2. …
101
W ostatnich latach wzros³o zainteresowanie metodami biologii molekularnej,
które zapewniaj¹ bardziej czu³e i szybkie wykrywanie fitoplazm ni¿ metody biologiczna lub DAPI. Do wykrywania fitoplazmy PD stosowane s¹ testy oparte na
³añcuchowej reakcji polimerazy (PCR), analizie RFLP produktu amplifikacji oraz
analizie sekwencji nukleotydów [4, 13, 15, 16, 22, 26, 27, 42]. Do wykrywania
fitoplazmy PD polecana jest wewnêtrzna (nested) PCR oraz odpowiednie pary
starterów, zarówno uniwersalne jak i grupowo specyficzne, które umo¿liwiaj¹ generaln¹ lub specyficzn¹ amplifikacjê DNA fitoplazm z grupy 16SrX. Startery te zosta³y
przedstawione w publikacji dotycz¹cej ‘Ca. Phtytoplasma mali’[19]. Dalsza identyfikacja fitoplazm oparta jest na wynikach analizy RFLP produktów PCR za pomoc¹
enzymów restrykcyjnych BsaI, RsaI, i AspI [23, 28, 41]. Po trawieniu enzymem
restrykcyjnym AluI uzyskuje siê profil restrykcyjny, który dla ‘Ca. Phytoplasma pyri’
jest taki sam jak i dla ‘Ca. Phytoplasma mali’ oraz ‘Ca. Phytoplasma prunorum’. ‘Ca.
Phytoplasma pyri’ mo¿na odró¿niæ od innych fitoplazm z grupy 16SrX na podstawie
analizy restrykcyjnej z enzymami RsaI i SspI. Sekwencja ‘Ca. Phytoplasma pyri’
trawiona enzymem RsaI, w porównaniu z odpowiednimi sekwencjami innych fitoplazm ma dodatkowe miejsce restrykcyjne, trawienie zaœ enzymem SspI sprawia, ¿e
sekwencja ‘Ca. Phytoplasma mali’ ma miejsce restrykcyjne, którego brak w sekwencji ‘Ca. Phytoplasma pyri’ oraz ‘Ca. Phytoplasma prunorum’.
Do specyficznego wykrywania fitoplazmy PD w roœlinach i wektorach, zw³aszcza w przypadku du¿ej liczby prób, Garcia-Chapa i in. [10] polecaj¹ technikê
hybrydyzacji dot-blot. Stosuj¹c hybrydyzacjê badacze wykryli patogena w trochê
wiêkszej liczbie prób ni¿ za pomoc¹ wewnêtrznej PCR.
W ostatnich latach do wykrywania fitoplazm z grupy 16SrX wprowadzono nowe
techniki diagnostyczne. Jedna z nich, technika PCR z odczytem w czasie rzeczywistym (real-time PCR) znalaz³a zastosowanie do iloœciowego oznaczania fitoplazm
w roœlinie lub wektorze [2, 17]. Torres i in. [47] polecaj¹ real-time PCR do wykrywania organizmów kwarantannowych z grupy 16SrX.
Mimo ¿e technika PCR jest czu³a, wykrywanie fitoplazmy PD mo¿e byæ utrudnione z powodu nierównomiernego rozmieszczenia i niskiej koncentracji patogena
w roœlinie oraz obecnoœci inhibitorów PCR [12, 28]. Stosuj¹c technikê DAPI Schneider [9] oraz Seemüller i in. [42] wykazali, ¿e w Centralnej Europie fitoplazmê PD
najlepiej jest wykrywaæ od wczesnej jesieni do grudnia, gdy¿ zim¹ patogen w pêdach
ulega degeneracji. W warunkach krajów znad Morza Œródziemnego najlepsza wykrywalnoœæ fitoplazmy PD testem PCR przypada na grudzieñ i trwa w zale¿noœci od
odmiany, do marca–kwietnia [7, 9].
Zwalczanie
Fitoplazma zamierania gruszy jest patogenem kwarantannowym podlegaj¹cym
obowi¹zkowemu zwalczaniu. Do rozmna¿ania nale¿y pobieraæ zrazy z drzew wolnych od fitoplazm i wirusów, uprzednio testowanych. Obowi¹zuje walka z miodówkami szczególnie w m³odych sadach oraz usuwanie drzew pora¿onych. Wskazana jest
uprawa odmian grusz i podk³adek tolerancyjnych lub odpornych na chorobê.
102
M. Kamiñska
Podsumowanie
Fitoplazma zamierania gruszy (PD) ‘Candidatus phytoplasma pyri’ nale¿y do
grupy fitoplazm proliferacji jab³oni (16SrX) i jest œciœle spokrewniona z fitoplazmami
proliferacji jab³oni (AP) ‘Candidatus Phytoplasma mali’ oraz europejskiej ¿ó³taczki
drzew pestkowych (ESFY) ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’. Fitoplazma PD jest
bardzo blisko spokrewniona z fitoplazm¹ ¿ó³taczkowego liœciozwoju brzoskwini
(pech yellow leaf roll, PYLR), która pora¿a drzewa pestkowe w Ameryce Pó³nocnej.
Fitoplazma PYLR stanowi podtyp (subtype) ‘Candidatus Phytoplasma pyri’. Niniejsze opracowanie obejmuje najnowsze doniesienia na temat fitoplazmy zamierania
gruszy i jej zwi¹zku z innymi fitoplazmami z grupy 16SrX, wystêpowania i szkodliwoœci, sposobów przenoszenia, metod wykrywania i mo¿liwoœci zwalczania.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
Avinent L., Llacer G., Almacellas J., Tora R. 1997. Pear decline in Spain. Plant Pathol. 46: 694–698.
Baric S., Dalla-Via J. 2004. A new approach to apple proliferation detection: a highly sensitive real-time PCR
assay. J. Microbiol. Methods 57: 135–145.
Blomquist C.L., Kirkpatrick B.C. 2002. Identification of phytoplasma taxa and insect vectors of peach yellow
leaf roll disease in California. Plant Dis. 86: 759–763.
Carrao L., Loi N. Ermacora P., Gregoris A., Osler R. 1998. Transmission of pear decline by using naturally
infected Cacopsylla pyri. Acta Hortic. 472: 665–668.
Davies D.L., Clark M.F., Adams A.N. 1998. The epidemiology of pear decline in the UK. Acta Hortic. 472:
669–672.
Davies D.L., Guise M.F., Clark M.F., Adams A.N. 1992. Parry’s disease of pears is similar to pear decline and is
associated with mycoplasma-like organisms transmitted by Cacopsylla pyricola. Plant Pathol. 41: 195–203.
Errea P., Aguelo V., Hormaza J.I. 2002. Seasonal variations in detection and transmission of pear decline
phytoplasma. J. Phytopathol. 150: 439–443.
Garcia-Chapa M., Laviña A., Sanchez I., Medina V., Garcia-Chapa M. 2003. Occurrence, symptom expression
and characterization of phytoplasma associated with pear decline disease in Catalonia (Spain). J. Phythopathol.
151: 584–590.
Garcia-Chapa M., Medina V., Viruel M., Laviña A., Sanchez I., Batlle A. 2003. Seasonal detection of pear
decline phytoplasma by nested-PCR in different pear cultivars. Plant Pathol. 52: 513–520.
Garcia-Chapa M., Batlle A., Laviña A., Firrao C. 2004. Pear decline phytoplasma detection in pear trees and
insect vectors by dot-blot hybridization and nested PCR. Acta Hortic. 657: 431–436.
Giunchedi L., Poggi Polini C., Bissani R. 1995. Etiology of pear decline disease in Italy and susceptibility of
pear and rootstock to phytoplasma-associated pear decline. Acta Hortic. 386: 489–495.
Green M.J., Thompson D.A., MacKenzie D.J. 1999. Easy and efficient DNA extraction from woody plants for
the detection of phytoplasmas by polimerase chain reaction. Plant Disease 83: 482–485.
Heinrich M., Botti S., Caprara L., Arthofer W., Strommer S., Hanzer V., Paltrinieri S., Martini M., Katinger H.,
Bertaccini A., Laimer da Câmara Machado M. 2001. Improved detection methods for fruit tree phytoplasmas.
Plant Mol. Biol. Reporter 19: 169–179.
Hibino H., Kaloostian G.H., Schneider H. 1971. Mycoplasma-like bodies in the pear psylla vector of pear
decline. Virology 43: 34–40.
Jarausch W., Saillard C., Dosba F., Bové J.M. 1994. Differentiation of mycoplasmalike organisms (MLOs) in
European fruit trees by PCR using specific primers derived from the sequence of a chromosomal fragment of the
apple proliferation MLO. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2916–2923.
Jarausch W., Saillard C, Helliot B.,Garnier, M., Dosba F. 2000. Genetic variability of apple proliferation phytoplasma as
determined by PCR-RFLP and sequencing of a non-ribosomal fragment. Mol. Cell Probes 14: 17–24.
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 2. …
103
[17] Jarausch W., Peccerella T., Schwind N., Jarausch B., Krczal G. 2004. Establishment of a quantitative real-time PCR
assay for the quantification of apple proliferation phytoplasmas in plants and insects. Acta Hortic. 657: 415–420.
[18] Jensen D.D., Griggs W.H., Gonzales C.Q., Schneider H. 1964. Pear decline virus transmission by pear psylla.
Phytopathology 54: 1345–1351.
[19] Kamiñska M. 2008. Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 1. Fitoplazma proliferacji jab³oni, ‘Candidatus
Phythoplasma mali’. Post. Nauk Rol. 3: 85–96.
[20] Kamiñska M. 2008. Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 3. Fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowyvh, ‘Candidatus Phythoplasma prunorum’. Post. Nauk Rol. 3: 105–114.
[21] Kirkpatrick B., Smart C., Gardner S., Gao J.-L., Ahrens U., Mäurer R., Schneider B., Lorenz K.-H., Seemüller
E., Harrison N., Namba S., Daire X. 1994. Phylogenetic relationship of plant pathogenic MLOs established by
16/23S rDNA spacer sequences. IOM Lett. 3: 228–229.
[22] Kison H., Kirkpatrick B.C., Seemüller E. 1997. Genetic comparison of peach yellow leaf roll agent with
European fruit yellows phytoplasms of the apple proliferation group. Plant Pathol. 46: 538–544.
[23] Kison H., Schneider B., Seemüller E. 1994. Restriction fragment length polymorphism within the apple
proliferation mycoplasmalike organism. J. Phytopathol. 141: 395–401.
[24] Lee I.-M., Gundersen-Rindal D.E., Davis R.E., Bartoszyk I.M. 1998. Revised classification scheme of
phytoplasmas based on RFLP analyses of 16S rRNA and ribosomal protein gene sequences. Int. J. Syst.
Bacteriol. 48: 1153–1169.
[25] Lemoine J. 1991. Deperissement du poirier: role de Psylla pyri dans sa dissemination. Arboriculture Fruitière
442: 28–32.
[26] Lorenz K.-H., Schneider B., Ahrenz U., Seemüller E. 1995. Detection of the apple proliferation and pear decline
phytoplasmas by PCR amplification of ribosomal and nonribosomal DNA. Phytopathology 85: 771–776.
[27] Malinowski T., ¯andarski J., Komorowska B., Zawadzka B. 1996. Application of DAPI staining and PCR
amplification of DNA for the identification of pear decline phytoplasma in declining trees in Poland.
Phytopathol. Pol. 12: 103–110.
[28] Maliyakal E.J. 1992. An efficient method for isolation of RNA and DNA from plants containing polyphenolisc.
Nucl. Acids Research 20(9): 2381.
[29] Marcone C., Hergenhahn F., Ragozzino A., Seemüller E. 1999. Dodder transmission of pear decline, European
stone fruit yellows, rubus stunt, picris echioides yellows and cotton phyllody phytoplasmas to periwinkle. J.
Phytopathol. 147: 187–192.
[30] Marcone C., Neimark H., Ragozzino A., Lauer U., Seemüller E. 1999. Chromosome size of phytoplasmas
composing major phylogenetic groups and subgroups. Phytopathology 89: 805–810.
[31] McLarty H.R. 1948. Killing pear trees. Ann. Rep. Can. Plant Dis. Surv. 28: 77.
[32] Morton A., Davies D.L., Blomquist c.L., Barbara D.J. 2003. Characterization of homologous of the apple proliferation
immunodominant membrane protein gene from three related phytoplasmas. Mol. Plant Pathol. 4: 109–114.
[33] Navrátil M., Válová P., Fránova J., Nebesáøová J., Poncarová-Voráèková Z., Karešová R. 2001. Survey for
stone fruit phytoplasmas in the Czech Republic. Acta Hortic. 550: 377–382.
[34] Navrátil M., Válová P., Fialová R., Pøibylová J, Špak J., Kubelková D., Karešová R. 2004. Occurrence of
pytoplasmas in red and white currant in the Czch Republik. Acta Hortic. 65: 119–124.
[35] Németh M. 1986. Virus, mycoplasma and rickettsia diseases of fruit trees. Joint edition published by Akademiai
Kiado, Budapest and Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Boston, Lancaster: 1–841.
[36] Nichols C.W., Schneider H., O’Reilly H.J., Shalla T.A., Griggs W.H. 1960. Pear decline in California. Bul.
Calif. Dept. Agr. 49: 186–192.
[37] Refatti E. 1967. Pear decline and moria. W: Virus diseases of apples and pears. Techn. Commun. Bur. Hort. E.
Malling 30: 97–108.
[38] Schaper U., Seemüller E. 1982. Condition of the phloem and the persistence of mycoplasmalike organisms
associated with apple proliferation and pear decline. Phytopathology 72: 736–742.
[39] Schneider H. 1970. Graft transmission and host range of the pear decline causal agent. Phytoplasmology 60:
204–207.
[40] Seemüller E. 1989. Pear decline. W: Fridlund P.R.(red.) Virus and virus-like diseases of pome and fruits and
simulating noninfectious disorders, Washington State University Press, Pullman, WA: 188–201
[41] Seemüller E., Schneider B. 2004. ‘Candidatus Phytoplasma mali’‚ ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ and
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, the casual agent of apple proliferation, pear decline and European stone
fruit yellows, respectively. J. Syst. Evol. Microbiol. 54: 1217–1226.
104
M. Kamiñska
[42] Seemüller E., Kunze L., Schaper U. 1984. Colonization behaviour of MLO and symptom expression of
proliferation-diseased apple trees and declined-diseased pear trees over a period of several years. J. Plant Dis.
Protection 91: 525–532.
[43] Seemüller E., Lorenz K.H., Lauer U. 1998. Pear decline resistance in Pyrus communis rootstocks and progenis
of wild and ornamental Pyrus taxa. Acta Hortic. 472: 681–690.
[44] Seemüller E., Marcone C., Lauer U., Ragozzino A., Göschl M. 1998. Current status of molecular classification
of the phytoplasmas. J. Plant Pathol. 80: 3–26.
[45] Seemüller E., Schneider B., Mäurer R., Ahrens U., Daire X., Kison H., Lorenz K.-H., Firrao G., Avinent L.,
Sears B.B., Stackebrandt E. 1994. Phylogenetic classification of phytopathogenic mollicutes by sequence
analysis of 16S ribosomal DNA. Int. J. Syst. Bacteriol. 44: 440–446.
[46] Smart C.D., Schneider B., Blomquist C.L., Guerra L.J., Harrison N.A., Ahrens U., Lorenz K.-H., Seemüller E.,
Kirkpatrick B.C. 1996. Phytoplasma-specific PCR primers based on sequences of the 16S rRNA spacer region.
Appl. Environ. Microbiol. 62: 2988–2993.
[47] Torres E., Bertolini E., Cambra M., Montón C., Martín M.P. 2005. Real-time PCR for simultaneous and
quantitative detection of quarantine phytoplasmas from apple proliferation (16SrX) group. Mol. Cell. Probes
19: 334–340.
[48] Westwood M.N., Cameron H.R., Lombard P.B., Cordy C.B. 1971. Effects of trunk and rootstocks on decline,
growth, and performance of pear. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 96: 147–150.
[49] Woodbridge C.G., Blodgett E.C., Diener T.O. 1957. Pear decline in the Pacific Northwest. Plant Dis. Reptr. 41:
569–572.
Apple proliferation phytoplasma group.
2. Pear decline phytoplasma
– ‘Candidatus Phytoplasma pyri’
Key words: phytoplasma, pear decline, apple proliferation, taxonomy,
occurrence, detection
Summary
Paper presents the current research on pear decline phytoplasma, ‘Candidatus
Phytoplasma pyri’, belonging to apple proliferation phytoplasma group, 16SrX. On
the basis of reviewed literature several subjects were discussed: relationship to other
pathogens, occurrence and economic importance, host range, the symptoms, spread,
methods of detection and the possibility of control.
Postêpy Nauk Rolniczych nr 3/2008: 105–113
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni.
3. Fitoplazma europejskiej ¿ó³taczki
drzew pestkowych
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’
Maria Kamiñska
Instytut Sadownictwa i Kwiaciarstwa
ul. Pomologiczna 18, 96-100 Skierniewice
e-mail: [email protected]
S³owa kluczowe: fitoplazma, europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych,
proliferacja jab³oni, taksonomia, wystêpowanie, wykrywanie
Wstêp
Europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych (European stone fruit yellows – ESFY)
jest chorob¹ drzew pestkowych powodowan¹ przez fitoplazmy wystêpuj¹c¹ na
terenie Europy. Nazwa ta zosta³a wprowadzona w 1994 roku [33] i obejmuje choroby
o wspólnej etiologii, znane wczeœniej jako zamieranie moreli, chlorotyczny liœciozwój moreli, leptonekroza i zamieranie œliwy japoñskiej, rozetowatoœæ brzoskwini,
przejaœnienie nerwów brzoskwini, europejska ¿ó³taczka brzoskwini, choroba Molièra
wiœni i œliwy europejskiej, ¿ó³taczka i zamieranie brzoskwini i migda³a oraz ¿ó³taczka
wiœni [33, 37, 46, 47]. Na podstawie analizy RFLP genu 16S rRNA wykazano, ¿e
fitoplazmy powoduj¹ce wy¿ej wymienione choroby drzew pestkowych w Europie,
niezale¿nie od roœliny gospodarza i miejsca wystêpowania, s¹ identyczne. Fitoplazma
powoduj¹ca europejsk¹ ¿ó³taczkê drzew pestkowych ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’ jest œciœle spokrewniona z fitoplazm¹ proliferacji jab³oni ‘Ca. Phytoplasma
mali’ (AP) oraz fitoplazm¹ zamierania gruszy ‘Ca phytoplasma pyri’ (PD) i wraz
z nimi nale¿y do grupy fitoplazm proliferacji jab³oni 16SrX [32, 49, 51]. Równoczeœnie wykazano, ¿e ‘Ca. Phytoplasma prunorum’ ró¿ni siê istotnie od fitoplazmy
choroby X z grupy fitoplazm 16SrIII ‘Ca. Phytoplasma pruni’ i fitoplazmy ¿ó³taczkowego liœciozwoju brzoskwini, PYLR, podtypu ‘Ca. Phytoplasma pyri’, które s¹
g³ównymi sprawcami chorób brzoskwini i innych drzew pestkowych w Ameryce
Pó³nocnej [5, 26, 37, 48].
106
M. Kamiñska
Wystêpowanie i szkodliwoœæ
Europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych pierwotnie zwana zamieraniem moreli
a nastêpnie chlorotyczn¹ plamistoœci¹ liœci moreli wystêpuje we Francji od pocz¹tku
XX w. [35]. Seemüller i Schneider [49] podaj¹, ¿e podobna choroba, leptonekroza
œliwy, zosta³a opisana w 1933 r. we W³oszech na moreli i japoñskiej œliwie (Prunus
salicina) przez Goidanich. Pocz¹tkowo przypuszczano, ¿e leptonekroza œliwy i chlorotyczna plamistoœæ liœci moreli s¹ powodowane przez wirusy. Zwi¹zek tych chorób
z pora¿eniem drzew przez fitoplazmy wykazano najpierw na podstawie wyników
badañ ultracienkich skrawków za pomoc¹ transmisyjnego mikroskopu elektronowego lub fluorescencyjnego technik¹ DAPI [17, 35, 44], a wyniki doœwiadczenia
z przenoszeniem fitoplazm na inne gatunki roœlin potwierdzi³y je [18]. Wspóln¹
etiologiê chorób fitoplazmatycznych roœlin z rodzaju Prunus w Europie wykazano
dopiero pod koniec XX w na podstawie badañ molekularnych [26, 33].
Na pocz¹tku XX w. europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych powodowa³a du¿e
straty tylko w uprawie moreli i japoñskich œliw w krajach basenu Morza Œródziemnego. Z czasem, choroba opanowa³a uprawê europejskich odmian œliwy, brzoskwini,
migda³a, czereœni i wiœni [8, 34, 37, 42, 43, 47] praktycznie we wszystkich krajach
Europy, a przede wszystkim w krajach po³udniowej i zachodniej Europy [11, 12, 13,
29, 30, 35, 41, 49, 53] oraz w Turcji [24]. Obecnie najwiêkszy problem stanowi
choroba w dalszym ci¹gu we W³oszech, Francji, Austrii i w Hiszpanii, gdzie jest
jednym z czynników ograniczaj¹cych uprawê drzew pestkowych. Z powodu ESFY
straty w uprawie moreli mog¹ siêgaæ 93% [44], a w uprawie œliw 40% [47]. Torres i in.
[53] podaj¹, ¿e w Hiszpanii w roku 2001 wiele sadów drzew pestkowych by³o
pora¿one w 100%. W Szwajcarii w 2001 roku fitoplazma ESFY opanowa³a oko³o
74% badanych moreli, przy czym drzewa zaka¿one nie zawsze wykazywa³y objawy
chorobowe [16]. Du¿e straty wywo³uje choroba w uprawie moreli tak¿e na terenie
Czech, Wêgier, Niemiec, Rumunii i by³ej Jugos³awii. Wyniki obserwacji i badañ
podjêtych w ostatnich latach w Polsce wskazuj¹, ¿e europejska ¿ó³taczk¹ drzew
pestkowych wystêpuje na drzewach brzoskwini, moreli, œliw i czereœni stosunkowo
rzadko [10].
Patogen
Europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych powodowana jest przez identyczne
szczepy fitoplazmy ESFY ‘Ca. Phytoplasma prunorum’z grupy fitoplazm proliferacji
jab³oni [33, 49]. Podobieñstwo sekwencji nukleotydów genu 16S rRNA szczepów
ESFY jest bardzo wysokie i wynosi 99,8%, podobieñstwo zaœ sekwencji genu
16S rRNA fitoplazmy ESFY do sekwencji fitoplazm AP i PD jest ni¿sze i wynosi,
odpowiednio 98,5–98,7% oraz 98,7–98,8%. Sekwencja nukleotydów genu 16Sr
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 3. …
107
fitoplazmy ESFY jest podobna do adekwatnej sekwencji tego genu fitoplazmy
proliferacji jab³oni w 89,7%.
Seemüller i Schneider [49] wykazali tak¿e, ¿e region miêdzy genami 16S i 23S rRNA
piêciu szczepów ESFY by³ identyczny. W tym rejonie genomu podobieñstwo sekwencji
nukleotydów fitoplazmy ESFY do sekwencji nukleotydów fitoplazmy AP wynosi³o
97,0%, a do sekwencji nukleotydów fitoplazmy PD 98,5%. Fizyczn¹ mapê chromosomu
fitoplazmy ESFY o wielkoœci 630 kbp opracowali Marcone i Seemüller [36], którzy
podali miêdzy innymi lokalizacjê genu tuf i genu koduj¹cego IMP. Izolat fitoplazmy
ESFY oznaczony jako ESFY-G1 polecany jest jako szczep referencyjny [20].
Naturalni gospodarze
Naturalnymi gospodarzami fitoplazmy ESFY s¹ g³ównie drzewa i krzewy z rodzaju Prunus [6, 24, 39, 41]. Carraro i in. [7] przeprowadzili ocenê podatnoœci
gatunków z rodzaju Prunus na zaka¿enie fitoplazm¹ ESFY za pomoc¹ wektora
Cacopsylla pruni i technik¹ szczepienia w warunkach kontrolowanych. Na podstawie
wyników tych badañ autorzy twierdz¹, ¿e najczêstszymi naturalnymi gospodarzami
fitoplazmy s¹: Prunus armeniaca, P. cerasifera, P. domestica, P. persica, P. salicina
i P. spinosa. Znacznie rzadziej naturalnymi gospodarzami fitoplazmy bywaj¹ P. avium
i P. mahaleb. Roœliny P. amygdalus i P. tomentosa s¹ potencjalnymi naturalnymi
gospodarzami fitoplazmy, P. laurocerasus i P. padus zaœ – eksperymentalnymi.
Ciekawe wyniki na temat roli P. spinosa w epidemiologii ESFY uzyskali badacze
francuscy. Yvon i in. [54] sugeruj¹, ¿e rola krzewów P. spinosa jako rezerwuaru
fitoplazmy ESFY jest niewielka, aczkolwiek gatunek ten jest preferowanym gospodarzem Cacopsylla pruni [27].
Naturalnymi gospodarzami fitoplazmy s¹ tak¿e roœliny z rodzaju Vitis [14] oraz
Ribes [40]. Badacze czescy [40] wykazali, ¿e krzewy porzeczki czerwonej i bia³ej
z objawami pe³nego kwiatu (full blossom), by³y bardzo czêsto pra¿one fitoplazm¹
ESFY, rzadziej zaœ fitoplazmami AP i PD. We Francji bezobjawowymi nosicielami
fitoplazmy ESFY s¹ roœliny Celtis australis, Fraxinus excelsior i Rosa canina rosn¹ce
wokó³ sadów morelowych [25].
Objawy chorobowe
Objawy chorobowe ESFY na drzewach pestkowych s¹ bardzo zró¿nicowane
i zale¿¹ przede wszystkim od gatunku i odmiany roœliny gospodarza oraz warunków
uprawy, aczkolwiek niektóre roœliny mog¹ byæ pora¿one bezobjawowo. Najbardziej
wra¿liwe na zaka¿enie fitoplazm¹ ESFY s¹ morele oraz œliwy wywodz¹ce siê od
P. salicina [17, 18, 35, 46, 53]. We Francji corocznie zamiera oko³o 5% moreli
wchodz¹cych w okres owocowania, w Austrii zaœ stopieñ pora¿enia moreli w sadach
108
M. Kamiñska
komercyjnych waha siê od 5 do 40% w zale¿noœci od podk³adki, odmiany i wieku
roœliny [12, 29, 53]. W Czechach pora¿one s¹ wszystkie wa¿niejsze odmiany moreli,
przy czym stopieñ pora¿enia niektórych odmian siêga 82% [39]. Najbardziej widoczne objawy wystêpuj¹ w okresie przed kwitnieniem i w koñcu lata. Obejmuj¹ one
najpierw chlorozê i zwijanie siê liœci na pojedynczych ga³êziach, a nastêpnie nag³e
zamieranie pojedynczych konarów i ca³ych drzew [53]. Zaburzeniom tym towarzyszy
nekroza tkanki przewodz¹cej. Owoce nie dorastaj¹, s¹ niesmaczne i przedwczeœnie
opadaj¹. Liœcie s¹ drobne, pod koniec lata przebarwiaj¹ siê na czerwono i zasychaj¹.
Z powodu skróconego okresu spoczynku chore drzewa s¹ bardziej ni¿ zdrowe
podatne na uszkodzenia przez mróz i przymrozki wiosenne i chocia¿ wiosn¹ rozwijaj¹
siê, zwykle zamieraj¹ podczas upalnego lata. Proces zamierania mo¿e trwaæ 2–3 lata.
Drzewa z rodzaju Prunus zaka¿one fitoplazm¹ ESFY, w odró¿nieniu od jab³oni
pora¿onych fitoplazm¹ proliferacji jab³oni, nie maj¹ tendencji do wyzdrowienia.
Œliwy europejskie (P. domestica) s¹ stosunkowo tolerancyjne na zaka¿enie ESFY
i nie wykazuj¹ objawów chorobowych [8], aczkolwiek s¹ doniesienia o wystêpowaniu ³agodnych symptomów i niskiej œmiertelnoœci zaka¿onych drzew [24, 42].
Objawy chorobowe na drzewach brzoskwini s¹ nieco ³agodniejsze ni¿ na morelach i œliwach japoñskich [37]. ESFY powoduje przedwczesne czerwone zabarwienie
liœci, zgrubienie nerwów i zwijanie siê liœci brzoskwini ku górze. Jesieni¹ ze œpi¹cych
oczek wybijaj¹ delikatne pêdy, na których czasem pojawiaj¹ siê kwiaty, a liœcie,
bardzo drobne i chlorotyczne, tworz¹ rozety. Pora¿one drzewa zamieraj¹ w ci¹gu
kilku miesiêcy. Do niedawna na brzoskwini choroba wystêpowa³a sporadycznie.
W ostatnich 10 latach obserwuje siê drastyczny wzrost liczby chorych drzew i du¿e
straty [46]. Przypuszcza siê, ¿e szybkie rozprzestrzenianie siê choroby ma zwi¹zek
z ograniczonym stosowaniem pestycydów w sadach i wzrostem populacji wektora,
miodówki Cacopsylla pruni, oraz wymian¹ materia³u rozmno¿eniowego o niekontrolowanej zdrowotnoœci.
Podatnoœæ genotypów podk³adek roœlin z rodzaju Prunus jest zró¿nicowana.
Bardzo podatne na zaka¿enie fitoplazm¹ ESFY s¹ siewki moreli i brzoskwini oraz
œliwa P. mariana GF8.1 [12].
Przenoszenie
We W³oszech i w Czechach fitoplazma ESFY jest przenoszona g³ównie przez
miodówkê œliwow¹ Cacopsylla pruni [7, 9, 15]. W Austrii zaœ, gdzie C. pruni
wystêpuje sporadycznie, oraz w innych krajach gdzie miodówka nie wystêpuje
choroba rozprzestrzenia siê przede wszystkim z materia³em rozmno¿eniowym.
C. pruni ma jedno pokolenie rocznie. W lipcu m³ode osobniki doros³e opuszczaj¹
¿ywiciela g³ównego, to jest drzewa pestkowe, i przechodz¹ na inne gatunki roœlin
(iglaste), na których zimuj¹. Wiosn¹ C. pruni powtórnie wraca na roœliny pestkowe.
Od maja do pocz¹tku lipca m³oda generacja miodówki przebywa na ¿ywicielu
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 3. …
109
g³ównym. Carrao i in. [9] wykazali, ¿e fitoplazma ESFY jest przenoszona w sposób
trwa³y. Miodówki, które naby³y patogena podczas ¿erowania na drzewach zaka¿onych ESFY, staj¹ siê zdolne do zaka¿ania roœlin po oko³o 4–5 tygodniach. Zdolnoœæ
do zaka¿ania zachowuj¹ miodówki przez zimê, a¿ do koñca ¿ycia. Wa¿n¹ rolê
w epidemiologii choroby mog¹ odegraæ roœliny uprawne pora¿one bezobjawowo oraz
dzikie gatunki roœlin zaka¿onych przez fitoplazmê ESFY.
Na wiêksze odleg³oœci patogen jest przenoszony g³ównie z materia³em roœlinnym.
W warunkach doœwiadczalnych fitoplazmê ESFY przeniesiono na roœliny kataranta
ró¿owego za poœrednictwem kanianki [38].
Wykrywanie i identyfikacja
W szkó³kach i sadach o pora¿eniu drzew przez patogena mo¿na wnioskowaæ na
podstawie objawów chorobowych. Fitoplazmê ESFY mo¿na wykryæ w roœlinie za
pomoc¹ testu biologicznego to jest na podstawie reakcji siewki GF 305 zaka¿anej
technik¹ szczepienia. W warunkach szklarniowych objawy chorobowe widoczne s¹
na siewce po oko³o czterech miesi¹cach od inokulacji [12].
Obecnoœæ fitoplazmy ESFY w rurkach sitowych drzew pestkowych mo¿na te¿
wykazaæ za pomoc¹ testu DAPI, technik¹ Southern blotting lub testem ELISA [12,
26]. Najbardziej wskazane do tego celu s¹ ogonki liœciowe i cienkie pêdy roœlin, o ile
patogen wystêpuje w du¿ej koncentracji, po okresie wystêpowania symptomów [12].
Bardziej czu³e i wiarygodne, a równoczeœnie mniej czasoch³onne od wymienionych metod s¹ testy molekularne oparte na analizie PCR/RFLP i/lub analizie sekwencji [21, 23, 25, 26, 31, 32, 51]. Umo¿liwiaj¹ one wykrywanie fitoplazm zarówno
w roœlinach chorych jak i pora¿onych bezobjawowo. Polecane s¹ pary starterów
odnosz¹ce siê do genów 16S rRNA i 23S rRNA oraz miêdzygenowego regionu
16/23S genomu fitoplazmy, zarówno uniwersalne jak i grupowo specyficzne, które
umo¿liwiaj¹ generaln¹ lub specyficzn¹ amplifikacjê DNA fitoplazm z grupy 16SrX
[4, 19, 28]. Ze wzglêdu na niskie miano i nierównomierne rozmieszczenie fitoplazm
w drzewach pestkowych wymagana jest wewnêtrzna (nested) PCR, a nastêpnie
analiza RFLP z wybranymi enzymami restrykcyjnymi. Fitoplazmê ESFY mo¿na
odró¿niæ od fitoplazm AP i PD na podstawie analizy RFLP produktów PCR za
pomoc¹ enzymów restrykcyjnych BsaI, RsaI i AspI, podczas gdy trawienie z enzymem AluI nie umo¿liwia tego rozró¿nienia [26, 49]. Bertaccini i in. [4] do wykrywania i identyfikacji fitoplazm z grupy 16SrX polecaj¹ startery niespecyficzne PA2F/R,
do analizy RFLP zaœ enzymy restrykcyjne TaiI, TSp509I oraz TaqI.
W ostatnich latach do wykrywania fitoplazm z grupy 16SrX wprowadzono nowe
techniki diagnostyczne, takie jak PCR w czasie rzeczywistym (real-time PCR).
Pocz¹tkowo technika ta stosowana by³a do wykrywania szczepów ‘Ca. Phytoplasma
mali’ [2]. Obecnie znalaz³a ona zastosowania do wykrywania fitoplazmy ESFY
110
M. Kamiñska
w moreli i miodówkach [45]. Torres i in. [52] polecaj¹ real-time PCR do wykrywania
organizmów kwarantannowych z grupy 16SrX.
O ile wykrywanie fitoplazm proliferacji jab³oni i zamierania gruszy jest najbardziej wiarygodne pod koniec okresu wegetacji, fitoplazmê ESFY mo¿na wykrywaæ
zarówno wczesn¹ wiosn¹ jak i w póŸniejszym okresie wegetacji [8, 11, 22, 50]. Ze
wzglêdu na nisk¹ koncentracjê i nierównomierne wystêpowanie fitoplazm w roœlinie,
do badania próbek z pola konieczne jest stosowanie dwóch rund PCR.
Strategia zwalczania
Fitoplazmy z grupy proliferacji jab³oni s¹ patogenami kwarantannowymi i podlegaj¹ obowi¹zkowemu zwalczaniu. Zwalczanie fitoplazm sprowadza siê do szeroko
pojêtej profilaktyki, w której podstawow¹ spraw¹ jest usuwanie roœlin pora¿onych
oraz zak³adanie plantacji z materia³u o kontrolowanej zdrowotnoœci.
Celem uwolnienia roœlin pestkowych od fitoplazmy ESFY stosowana jest termoterapia i rozmna¿anie roœlin w warunkach in vitro [3, 28]. W wyniku zastosowania
tych metod poziom patogena w roœlinie zosta³ obni¿ony, a oko³o 80% zregenerowanych merystemów moreli by³o wolne od ESFY [1]. Zgodnie z miêdzynarodowymi
standardami, aby uzyskaæ elitarne roœliny mateczne, konieczne jest ich wielokrotne
testowanie zarówno na fitoplazmy jak i na wirusy i rozmna¿anie z pêdów bocznych
w warunkach in vitro [3]. Roœliny elitarne wolne od patogenów musz¹ byæ utrzymywane w odpowiednich warunkach uniemo¿liwiaj¹cych reinfekcjê.
Bardzo du¿¹ rolê w epidemiologii ESFY odgrywa podk³adka. Zaleca siê unikaæ
stosowania podk³adek bardzo podatnych na ESFY, takich jak siewki moreli i brzoskwini, a tak¿e œliwy Prunus mariana GF8.1. W podk³adkach tych fitoplazmy rozmna¿aj¹ siê silniej ni¿ w innych roœlinach, co sprzyja rozprzestrzenianiu siê ESFY [12].
W rejonach wystêpowania C. pruni, gdy fitoplazma ESFY jest przenoszona
zarówno przez tego owada jak i przez materia³ rozmno¿eniowy, konieczne jest
zwalczanie wektorów oraz usuwanie Ÿróde³ patogena. Dziko rosn¹ce roœliny P. spinosa, P. cerasifera, P. deomestica, Fraxinus excelsior i Rosa canina jak i roœliny
z rodzaju Ribes i Vitis, bêd¹ce naturalnymi gospodarzami zarówno fitoplazmy ESFY
jak i C. pruni, mog¹ odegraæ wa¿n¹ rolê w rozprzestrzenianiu siê choroby.
Podsumowanie
Europejska ¿ó³taczka drzew pestkowych (ESFY) jest groŸn¹ chorob¹ drzew
pestkowych na terenie Europy. Nazwa ta zosta³a wprowadzona w 1994 roku i obejmuje choroby o wspólnej etiologii, znane wczeœniej miêdzy innymi jako zamieranie
moreli, chlorotyczny liœciozwój moreli, leptonekroza i zamieranie œliwy japoñskiej
oraz europejska ¿ó³taczka brzoskwini. Na podstawie analizy RFLP genu 16S rRNA
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 3. …
111
wykazano, ¿e wy¿ej wymienione choroby drzew pestkowych w Europie, niezale¿nie
od roœliny gospodarza i miejsca wystêpowania, powodowane s¹ przez jedn¹ fitoplazmê – fitoplazmê europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowych (ESFY) ‘Candidatus
Phytoplasma pruni’. Fitoplazma ta nale¿y do grupy fitoplazm proliferacji jab³oni
(16SrX) i jest œciœle spokrewniona z fitoplazmami proliferacji jab³oni (AP) ‘Ca.
Phytoplasma mali’ oraz zamierania gruszy (PD) ‘Ca. Phytoplasma pyri’, a tak¿e
fitoplazm¹ ¿ó³taczkowego liœciozwoju brzoskwini (PYLR) podtypu ‘Ca. Phytoplasma pyri’. Fitoplazma ESFY ró¿ni siê istotnie od fitoplazmy choroby-X z grupy
fitoplazm 16SrIII, która pora¿a drzewa pestkowe w Ameryce Pó³nocnej.
Niniejsze opracowanie obejmuje najnowsze doniesienia na temat fitoplazmy
europejskiej ¿ó³taczki drzew pestkowych i jej zwi¹zku z innymi fitoplazmami z grupy
16SrX, wystêpowania i szkodliwoœci, sposobów przenoszenia, metod wykrywania
i strategii zwalczania.
Literatura
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
Arthofer W., Hanzer V., Balla I., Paltrinieri S., Botti S., Bertaccini A., Laimer M. 2002. Improved in vitro methods
for the elimination and detection of European stone fruit yellows (ESFY) from apricot planting material. Intl.
Congr. of the Intl. Ogranisation for Mycoplasmology (IOM), 7–12. July 2002, Vienna. Book of Abstracts: 33–34.
Baric S., Dalla-Via J. 2004. A new approach to apple proliferation detection: a highly sensitive real-time PCR
assay. J. Microbiol. Methods 57: 135–145.
Bertaccini A., Paltrinieri S., Lamer M., Hanzel V., Balla I. 2004. Improved molecular methods for detection of
European stone fruit yellows (EFSY) phytoplasmas from in vitro shoots of fruit trees. Acta Hortic. 657: 459–500.
Bertaccini A., Carraro L., Davies D.L., Laimer da Câmara Machado M., Martini M., Paltrinieri S., Seemüller E.
2000. Micropropagation of a collection of phytoplasma strains in periwinkle and other host plants. 13th Intern.
Congress of IOM, ACROS Fukuoka, Japan July 14–19 2000: 101.
Blomquist C.L., Kirkpatrick B.C. 2002. Identification of phytoplasma taxa and insect vectors of peach yellow
leaf roll disease in California. Plant Dis. 86: 759–763.
Carraro L., Ferrini F., Ermacora P., Loi N. 2002. Role of wild Prunus species in the epidemiology of European
stone fruit yellows. Plant Pathol. 51: 513–517.
Carraro L., Ferrini F., Ermacora P., Loi N. 2004. Transmission of European stone fruit yellows phytoplasma to
Prunus species by using vector and graft transmission. Acta Hortic. 657: 449–453.
Carraro L., Loi N., Emarcora P., Osler R. 1998. High tolerance of European plum varieties to plum
leptonecrosis. Eur. J. Pl. Pathol. 104: 141–145.
Carraro L., Osler R., Loi N., Ermacora P. 2001. Transmission characteristics of the European stone fruit yellows
phytoplasma and its vector Cacopsylla pruni. Eur. J. Plant Pathol. 107: 695–700.
Cieœliñska M., Komorowska B., Morga H. 2007. Wystêpowanie ma³o znanych wirusów, fitoplazm i wiroidów
w sadach drzew pestkowych w kilku rejonach Polski. Ogólnopolska Konf. Ochrony Roœlin Sad., Skierniewice
6–7 lutego 2007: 124–127.
Davies D.L., Adams A.N. 2000. European stone fruit yellows phytoplasmas associated with a decline disease of
apricots in southern England. Acta Hortic. 550: 389–393.
Desvignes J.C. 1999. Diseases due to phytoplasmas. W: Virus diseases of fruit trees. Centre technique
interprofessionel des fruits et legumes, Paris: 113–143.
Dosba F., Lansac M., Mazy K., Garnier M., Eyquard P.J. 1991. Incidence of different diseases associated with
mycoplasmalike organisms in different species of Prunus. Acta Hortic. 283: 311–320.
Duduk B., Botti S., Ivanoviae M., Krstiae N., Bertaccini A. 2004. Identification of phytoplasmas associated with
grapevine yellows in Serbia. J. Phythopathol. 152: 575–579.
Fialová R., Nawrátil M., Válová P., Kocourek F., Poncarová-Voráèková Z., Lauterer P. 2004. Epidemiology of
European stone fruit yellows phytoplasma in the Czech Republic. Acta Hortic. 657: 483–487.
112
M. Kamiñska
[16] Genini M., Ramel M.E. 2004. Distribution of European stone fruit yellows phytoplasma in apricot trees in
western Switzerland. Acta Hortic. 657: 455–458.
[17] Giunchedi L., Marani F., Credi R. 1978. Mycoplasma-like bodies associated with plum decline (leptonecrosis).
Phytopath. Medit. 17: 205–209.
[18] Giunchedi L., Marani F., Credi R. 1982. Susceptibility of stone fruit trees to the Japanese plum-tree decline
causal agent. Acta Hortic. 130: 285–290.
[19] Heinrich M., Botti S., Caprara L., Arthofer W., Strommer V., Hanzer V., Paltrinieri S., Martini M., Katinger H.,
Bertaccini A., Laimer da Câmara Machado M. 2001. Improved detection methods for fruit tree phytoplasmas.
Plant Mol. Biol. Reporter 19: 169–179.
[20] IRPCM Phytoplasma/Spiroplasma Working Team – Phytoplasma taxonomy group. 2004. ‘Candidatus Phytoplasma’, a taxon for the wall-less, non-helical prokaryotes that colonize plant phloem and insects. Int. J. Syst.
Evol. Microbiol. 54: 1243–1255.
[21] Jarausch W., Saillard C, Dosba F., Bové J.M. 1994. Differentiation of mycoplasmalike organisms (MLOs) in
European fruit trees by PCR using specific primers derived from the sequence of a chromosomal fragment of the
apple proliferation MLO. Appl. Environ. Microbiol. 60: 2916–2923.
[22] Jarausch W., Lansac M., Dosba F. 1999. Seasonal colonization pattern of European stone fruit yellows
phytoplasmas in different Prunus species detected by specific PCR. J. Phytopathol. 147: 47–54.
[23] Jarausch W., Lansac M., Saillard C., Broquaire J.M., Dosba F. 1998. PCR assays for specific detection of
European stone fruit yellows phytoplasmas and its use for epidemiological studies in France. Eur. J. Plant
Pathol. 104: 17–27.
[24] Jarausch W., Saillard C., Broquaire J.M., Garnier M., Dosba F. 2000. PCR-RFLP and sequence analysis of a
non-ribosomal fragment for genetic characterisation of European stone fruit yellows phytoplasmas infecting
various Prunus species. Mol. Cell Probes 14: 171–179.
[25] Jarausch W., Jarausch-Wehrheim B., Danet J.L., Broquaire J.M., Dosba F., Saillard C., Garnier M. 2001.
Detection and identification of European stone fruit yellows and other phytoplasmas in the surroundings of
apricot chlorotic leaf roll-affected orchards in southern France. Eur. J. Pl. Pathol. 107: 209–217.
[26] Kison H., Kirkpatrick B.C., Seemüller E. 1997. Genetic comparison of peach yellow leaf roll agent with
European fruit yellows phytoplasms of the apple proliferation group. Plant Pathol. 46: 538–544.
[27] Labonne G., Lichou J. 2004. Data on the life cycle of Cacopsylla pruni, Psyllidae vector of European stone fruit
yellows (EFSY) phytoplasma, in France. Acta Hortic. 657: 465–470.
[28] Laimer M. 2003. Detection and elimination of viruses and phytoplasmas from pome and stone fruit trees. Hort.
Reviews 28: 187–236.
[29] Laimer da Câmara Machado M., Heinrich M., Hanzer V., Arthofer W., Strommer W., Paltrinieri S., Martini M.,
Bertaccini A., Kummert J., Davies D.L. 2001. Improved detection of viruses and phytoplasmas in fruit tree
tissue cultures. Acta Hortic. 550: 463–469.
[30] Lederder W., Seemüller E. 1992. Demonstration of phytoplasmas in Prunus species in Germany. J. Phytopathology 134: 89–96.
[31] Lee I.-M., Bertaccini A., Vibio M., Gundersen D.E. 1995. Detection of multiple phytoplasmas in perennial fruit
trees with decline symptoms in Italy. Phytopathology 85: 728–735.
[32] Lee I.-M., Gundersen-Rindal D.E., Davis R.E., Bartoszyk I.M. 1998. Revised classification scheme of phytoplasmas
based on RFLP analyses of 16S rRNA and ribosomal protein gene sequences. Int. J. Syst. Bacteriol. 48: 1153–1169.
[33] Lorenz K.-H., Dosba F., Poggi Pollni C., Llácer G., Seemüller E. 1994. Phytoplasma diseases of Prunus species
in Europe are caused by genetically similar organisms. Z. PflKrankh. PflSchutz 101: 567–575.
[34] Morando M., Grando M.S., Vindimian M.E. 1998. Molecular detection of phytoplasmas in European plums
showing leptonecrosis symptoms. J. Pant Pathol. 80: 260.
[35] Morvan G. 1977. Apricot chlorotic leaf roll. Bulletin OEPP/EPPO 7(1): 37–55.
[36] Marcone C., Seemüller E. 2001. A chromosome map of the European stone fruit yellows phytoplasma.
Microbiology 147: 1213–1221.
[37] Marcone C., Ragozzino A., Seemüller E. 1996. European stone fruit yellows phytoplasma as the cause of peach vein
enlargement and other yellows and decline diseases of stone fruits in Southern Italy. J. Phytopathol. 144: 559–564.
[38] Marcone C., Hergenhahn F., Ragozzino A., Seemüller E. 1999. Dodder transmission of pear decline, European
stone fruit yellows, rubus stunt, picris echioides yellows and cotton phyllody phytoplasmas to periwinkle. J.
Phytopathol. 147: 187–192.
[39] Navrátil M., Válová P., Fránova J., Nebesáøová J., Poncarová-Voráèková Z., Karešová R. 2001. Survey for
stone fruit phytoplasmas in the Czech Republic. Acta Hortic. 550: 377–382.
Grupa fitoplazm proliferacji jab³oni. 3. …
113
[40] Navrátil M., Válová P., Fialová R., Pøibylová J., Špak J., Kubelková D., Karešová R. 2004. Occurrence of
pytoplasmas in red and white currant in the Czech Republic. Acta Hortic. 656: 119–124.
[41] Németh M. 1986. Virus, mycoplasma and rickettsia diseases of fruit trees. Joint edition published by Akademiai
Kiado, Budapest and Martinus Nijhoff Publishers, Dordrecht, Boston, Lancaster. 1–841.
[42] Paltrinieri S., Bertaccini A., Lugli A., Monari W. 2004. Three years of molecular monitoring of phytoplasma
spreading in a plum growing area in Italy. Acta Hortic. 657: 501–506.
[43] Paltrinieri S., Martini M., Stefani E., Pondrelli M., Bertaccini A., Fideghelli C. 2001. Phytoplasma infection in
peach and cherry in Italy. Acta Hortic. 550: 365–369.
[44] Pastore M., Marcone C., Pennone F., Cristinzio G., Ragozzino A. 1995. Detection of mycoplasma-like
organisms (MLOs) in apricot by fluorescence microscopy (DAPI) in South Italy. Acta Hortic. 386: 506–510.
[45] Pignatta D., Forno F., Giunchedi L., Gobber M., Mattedi L., Morelli P., Poggi Pollini C., Ratti C., Ropelato E.
2005. A real time PCR assay for the detection of European stone fruit yellows phytoplasma (ESFYP) in plant
propagation material. Petria 15(1/2): 85–87.
[46] Poggi Pollini C., Bissani R., Giunchedi L. 2001. Occurrence of European stone fruit yellows phytoplasma
(ESFYP) infection in peach orchards in Northern-Central Italy. J. Phytopathol. 149: 725–730.
[47] Poggi Pollini C., Bissani R., Giunchedi L., Vindimian E. 1995. Occurrence of phytoplasma infection in
European plums (Prunus domestica). J. Phytopathol. 143: 701–703.
[48] Scott S.W., Zimmerman M.T. 2001. Peach rosette, little peach, and red suture, are diseases induced by a
phytoplasma closely related to western X-disease. Acta Hort. 550: 351–354.
[49] Seemüller E., Schneider B. 2004. ‘Candidatus Phytoplasma mali’‚ ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ and
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, the casual agent of apple proliferation, pear decline and European stone
fruit yellows, respectively. J. Syst. Evol. Microbiol. 54: 1217–1226.
[50] Seemüller E., Stolz H., Kison H. 1998. Persistence of the European stone fruit yellows phytoplasma in aerial
parts of Prunus taxa during the dormant season. J. Phytopathol. 146: 407–410.
[51] Seemüller E., Marcone C., Lauer U., Ragozzino A., Göschl M. 1998. Current status of molecular classification
of the phytoplasmas. J. Plant Pathol. 80: 3–26.
[52] Torres E., Bertolini E., Cambra M., Montón C., Martín M.P. 2005. Real-time PCR for simultaneous and quantitative
detection of quarantine phytoplasmas from apple proliferation (16SrX) group. Mol. Cell. Probes 19: 334–340.
[53] Torres E., Martin M.P., Paltrinieri S., Vila A., Masalles R., Bertaccini A. 2004. Spreading of ESFY phytoplasmas in stone fruit in Catalonia (Spain). J. Phytopathol. 152: 432–437.
[54] Yvon M., Labonne G., Thèbaud G. 2004. Survival of European stone fruit yellows phytoplasma outside fruit
crop production areas: a case study in Southeastern France. Acta Hortic. 657: 477–481.
Apple proliferation phytoplasma group.
3. European stone fruit yellows phytoplasma
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’
Key words: phytoplasma, European stone fruit yellows, apple proliferation,
taxonomy, occurrence, detection
Summary
Paper presents the current research on European stone fruit yellows phytoplasma,
‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, belonging to apple proliferation phytoplasma
group, 16SrX. On the basis of reviewed literature several subjects were discussed: the
relationship to other pathogens, occurrence and economic importance, host range, the
symptoms, spread, detection and identification methods and strategy of control.