پنبه تراریخته و اصلاح ژنتیک شده BT

پنبه Bt نوعی گیاه پنبه اصلاح شده ژنتیکی مقاوم به آفات است که برای مقابله با کرم غوزه، نوعی حشره کش تولید می کند.

پنبه تراریخته BT چیست؟

سویه های باکتری باسيلوس ترجينسيس (Bacillus Thuringiensis) بیش از 200 نوع سم مختلف Bt تولید می کنند که همگی آنها برای حشرات مختلف زیان آور هستند. سموم Bt به ویژه دافع حشراتی مانند تخم پروانه ها، سوسک ها، کرم های غوزه پنبه و مگس ها هستند؛ اما ضرری برای سایر اشکال حیات ندارند. ژن کد گذاری سم Bt به عنوان یک تراژن (Transgene) در ساختار پنبه تلفیق می شود؛ از این رو گیاه پنبه قادر است تا این حشره کش طبیعی را در بافت های خود تولید کند. در بسیاری از مناطق، لارو لپیدوپتران جزء آفات عمده پنبه های تجاری هستند که پروتئین های Bt موجود در پنبه های اصلاح شده ژنتیکی می توانند آنها را خورده و از بین ببرند. با این کار دیگر نیازی به استفاده از حشره کش ها در حجم های بالا برای کشتن این آفات نیست؛ چرا که در این حالت خود گیاه پنبه می تواند بال پولک داران (برخی از آنها نسبت به پیرتروئید مقاوم هستند) را از بین ببرد. با این کار می توان از تهاجم حشرات مهاجم به اکولوژی مزارع جلوگیری کرد و مدیریت آفات غیر حشره کش نیز راحت تر می شود.

پنبه Bt در برابر بسیاری از انواع آفات پنبه مانند حشرات گیاهی، حشرات متعفن و شته ها ناکارآمد است؛ از این رو ممکن است استفاده از حشره کش ها بسته به شرایط محیطی برای پیشگیری لازم باشد. مطالعه ای که در سال 2006 توسط محققان دانشگاه کرنل (Cornell)، مرکز سیاست کشاورزی چین و آکادمی علوم چین در مورد کشت پنبه Bt در چین انجام شد؛ نشان داد حجم آفات ثانویه ایی که به طور معمول توسط آفت کش ها کنترل می شدند، پس از 7 سال افزایش پیدا کرده است. بنابراین استفاده از آفت کش ها در سطوح زیر کشت پنبه های غیر Bt لازم است و این به معنای سود کمتر برای کشاورزان به دلیل هزینه های اضافی بذرهای GM (تراریخته) است.

ساز و کار پنبه BT

پنبه Bt از طریق افزودن ژن های کد گذار کریستال های سمی به گروه Cry اندوتوکسین به وجود می آید. وقتی حشرات به گیاه پنبه حمله می کنند و آن را می خورند؛ سموم Cry یا پروتئین های کریستالی به دلیل سطح بالای pH در معده حشرات حل می شوند. در این حالت مولکول های Cry حل شده و فعال به پروتئین های کادهرین مانند روی سلول های تشکیل دهنده مولکول های مرزی برسی، پیوند می خورند. سپس بافت پوششی غشاء مرزی برسی، حفره بدنی را از درون آن جدا می کند و بدین صورت امکان دسترسی به مواد مغذی فراهم می شود. مولکول های سمی Cry، خود را به مکان های خاصی روی پروتئین های کادهرین مانند قرار گرفته روی سلول های مخاطی ریز پشه ها متصل می کنند و کانال های یونی را تشکیل می دهند؛ از این رو امکان جریان یافتن پتاسیم فراهم می شود. تنظیم غلظت پتاسیم ضروری است و در صورت عدم کنترل، باعث مرگ سلول ها می شود. به دلیل تشکیل کانال های یونی Cry، امکان تنظیم کافی یون های پتاسیم وجود ندارد؛ از این رو این شرایط منجر به مرگ سلول های مخاطی می شود. مرگ چنین سلول هایی باعث ایجاد شکاف در غشای مرزی برسی می شود.

تاریخچه پنبه BT

پنبه Bt اولین بار در آزمایشات میدانی صورت گرفته در ایالات متحده در سال 1993 مورد تائید قرار گرفت و صدور اولین مجوز برای استفاده تجاری از آن در ایالات متحده به سال 1995 بر می گردد. پنبه Bt در سال 1997 توسط دولت چین تائید شد.

این پنبه در سال 2002 در قالب یک طرح سرمایه گذاری مشترک بین شرکت های Monsanto و Mahyco به هند معرفی گردید. هندوستان در سال 2011 با اختصاص 10.6 میلیون هکتار زمین به کشت پنبه تراریخته، توانست عنوان بزرگترین تولید کننده پنبه تراریخته را از آن خود کند. ایالات متحده با 4 میلیون هکتار رده دوم را از این حیث به خود اختصاص داده؛ پس از آن چین با 3.9 میلیون هکتار و پاکستان با 2.6 میلیون هکتار در رده های بعدی قرار گرفته اند. 96% پنبه کشت شده در ایالات متحده تا سال 2014، از نوع اصلاح شده ژنتیکی بوده است؛ در ضمن پنبه GM، 95% از کل پنبه تولیدی در هندوستان را تشکیل می دهد. هندوستان از سال 2014 تاکنون، بزرگ ترین تولید کننده پنبه و پنبه تراریخته در جهان است.

مزایا پنبه BT

پنبه Bt نسبت به پنبه غیر Bt دارای مزایای زیادی است. برخی از این مزایا عبارتند از:

• به دلیل کنترل موثر سه نوع کره غوزه (منجمله کرم های غوزه آمریکایی، صورتی و خالدار) باعث افزایش راندمان کشت پنبه می شود.
• حشرات متعلق به خانواده پروانه ‌سانان (کرم های غوزه) نسبت به پروتئین کریستالی اندوتوکسیک تولید شده توسط ژن Bt حساس هستند؛ از این رو این نوع پنبه در برابر هجوم کرم های غوزه مقاوم می باشد.
• در هنگام کشت پنبه Bt استفاده از حشره کش ها کاهش می یابد؛ چرا که حشره کش ها برای از بین بردن کرم های غوزه که آفت اصلی بوته های پنبه هستند، مورد استفاده قرار می گیرند و این نوع پنبه در برابر کرم های غوزه مقاوم است.
• هزینه کشت تا حد زیادی پایین می آید (چون هزینه حشره کش در مقابل بذر کم می شود).
• کاهش مهاجمانی که از لارو تخم کرم غوزه تغذیه می کنند، باعث راحت تر شدن کنترل کرم های غوزه می شود.
• به دلیل استفاده محدود از حشره کش ها (به ویژه برای کسانی که مسئولیت سم پاشی مزارع را برعهده دارند) تقریباً هیچ خطری سلامتی انسان را تهدید نمی کند.

نقطه قوت پنبه Bt کاهش استفاده از سموم دفع آفات در هنگام کشت محصول پنبه و مزایای زیست محیطی ناشی از آن است. چین اولین بار کشت پنبه Bt را در سال 1997 شروع کرد؛ هدف این کشور مقابله با شیوع کرم غوزه پنبه Helicoverpa armigera بود، چرا که کشاورزان با آفت کش های معمولی سعی در مقابله با آنها را داشتند. پنبه Bt در کشورهای ایالات متحده و هندوستان نیز در ابتدا مسائل مرتبط با آفات پنبه را کاهش داد، و در عین حال با افزایش بازدهی کشت پنبه، سود بیشتری را نصیب کشاورزان کرد. 

مطالعات نشان می دهند که کاهش سطح استفاده از آفت کش ها بر روی محصولات پنبه، با فراهم کردن امکان حیات برای گونه های غیر هدف مانند پنبه دوزها، توربال ها و عنکبوت ها، باعث افزایش تنوع زیستی می شود. به همین ترتیب مشخص گردیده که استراتژی های مدیریت یکپارچه آفات (IPM) به دلیل بهره گیری از آفت کش ها در سطوح پایین تر که منجر به رشد دشمنان طبیعی آفات می شوند، کارآمدتر هستند.

استفاده گسترده از پنبه Bt تنها در هندوستان باعث کاهش 2.4 تا 9 میلیون موردی مسمومیت با آفت کش ها شد؛ نتایجی مشابه از دیگر کشورها نیز گزارش شده است.

آفات مقاوم به Bt

پس از اولین کشت پنبه Bt در شمال چین، حجم آفات غیر هدف مانند حشرات علفی افزایش یافت؛ دلیل این اتفاق کاهش استفاده از آفت کش ها بود. مسئله دیگری که در سال 2013 در سراسر جهان مشاهده شد؛ گسترش آفات مقاوم به Bt بود که سودمندی محصولات Bt را زیر سوال برد.

کشورهای چین و هند که به ترتیب سهمی 90% و 95% از کشت این نوع پنبه را دارند؛ در سال 2011 با این مشکل به صورت گسترده ای مواجه شدند. برخی از مناطق حفاظتی نیز به با این مشکل رو به رو گردیدند.

مناطق حفاظتی کشت محصولات غیر Bt، روند گسترش مقاومت در برابر آفات هدف را محدود می کنند. آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده از کشاورزان می خواهد که 20% تا 25% مزارع Bt خود را (در خلال یک محدوده 0.8 کیلومتری) به کشت محصولات غیر Bt اختصاص دهند. چنین پیش شرط هایی در چین دیده نمی شود، در این کشور کشاورزان از مناطق حفاظتی طبیعی به عنوان راهکاری برای کاهش مقاومت به آفات استفاده می کنند.

در سال 2009 یک راهکار جدید برای مبارزه با این مسئله در آریزونا آزمایش شد؛ در خلال این آزمایش کرم های غوزه صورتی نر عقیم (Pectinophora gossypiella) در جمعی از همتایان وحشی خود که به Bt مقاوم بودند رها شدند. فرضیه مبنای این آزمایش این بود که جفت گیری نرهای عقیم با تعداد معدودی از ماده های باقیمانده که باعث ایجاد مقاومت شده بودند، باعث کاهش آفات در نسل بعدی می شود. در نتیجه این آزمایش کاهش چشمگیری در کرم های غوزه صورتی مشاهده شد؛ زیرا تا پایان سال سوم مطالعه، تنها دو عدد لارو کرم غوزه صورتی مشاهده گردید.

مناقشات بین المللی

در هند جنجال ها بر سر شکست احتمالی پنبه Bt در زمینه کاهش نیاز به آفت کش ها و افزایش راندمان زراعی، بالا گرفته است. هر چند ارتباط بین ورود پنبه Bt به هندوستان و افزایش خودکشی کشاورزان توسط مطالعات مختلف رد شده است؛ اما از زمان ورود پنبه Bt به هندوستان، خودکشی کشاورزان کاهش پیدا کرده است؛ به گونه ای که اکنون این نوع پنبه 93% از سطح زیر کشت پنبه در هندوستان را به خود اختصاص می دهد.

میزان کشت پنبه Bt در کشورهای مختلف

هندوستان

پنبه Bt در مهاراشترا (Maharashtra) توسط شرکت کشاورزی و بیوتکنولوژی Mahyco که توزیع کننده این نوع پنبه است، عرضه می شود. استفاده از پنبه Bt در هندوستان از زمان عرضه آن در سال 2002 همواره به صورت تصاعدی افزایش یافته است. در واقع هندوستان توانسته است 8 سال پس از استقرار پنبه Bt در این کشور به صادر کننده شماره یک پنبه جهان و دومین تولید کننده پنبه در جهان تبدیل شود. انواع پنبه Bt منجمله Bikaneri Nerma و ترکیباتی از آن مانند NHH-44 در هندوستان پرورش داده می شوند.

بررسی های اجتماعی اقتصادی تائید می کنند که کشت پنبه Bt مزایای زراعی، اجتماعی، زیست محیطی و رفاهی برای کشاورزان هندی و جامعه این کشور در پی داشته است که از جمله آنها می توان به کاهش 50% استفاده از حشره کش ها و دو برابر شدن بازده محصول اشاره کرد.

موفقیت هند در این زمینه مورد بررسی و موشکافی دقیق قرار گرفته است. بذرهای تولیدی شرکت Monsanto گران هستند و پس از یک نسل توان خود را از دست می دهند؛ از این رو شورای تحقیقات کشاورزی هند تصمیم گرفت که نوعی ارزان تر از پنبه Bt با بذرهای چند بار مصرف را تولید کند. لذا ژن cry1Ac که از باکتری های خاکی Bacillus thuringiensis گرفته می شود؛ در ساختار پنبه ادغام گردید و بدین صورت پنبه برای کرم های غوزه سمی شد. این گونه راندمان زراعی ضعیفی از خود نشان داد؛ از این رو در کمتر از یک سال حذف شد. در بخش هایی از هند مقاومت اکتسابی در برابر پنبه Bt گزارش گردید. شرکت Monsanto اعتراف کرده که کرم غوزه صورتی در برابر پنبه تراریخته نسل اول Bt که حامل ژن واحد Bt (Cry1Ac) است، مقاوم می باشد.

در ایالت مهاراشترا، فروش و توزیع پنبه Bt در سال 2012 ممنوع شد؛ در عوض بذرهای بومی هندی ترویج گردید که به آب، کود و آفت کش های کمتری نیاز داشتند. با این حال در سال 2013 این ممنوعیت لغو گردید.

دانشگاه کشاورزی پنجاب (PAU) موفق شده اولین گونه های پنبه Bt این کشور را با موفقیت توسعه دهد. انستیتوی تحقیقات آمار کشاورزی هند (ICAR) سه گونه به نام های PAU Bt 1، F1861 و RS 2013 را برای کشت در ایالت های پنجاب، هاریانا و راجستان پیشنهاد کرده است. این گونه ها، جایگزین هایی ارزان تر برای بذر ترکیبی پنبه Bt هستند.

ایالات متحده آمریکا

کشت پنبه GMO در هاوایی از سال 2013 ممنوع شده است؛ هر چند ترکیب آن با گونه های پنبه وحشی Gossypium tomentosum امکان پذیر است. کشت پنبه تراریخته نیز در برخی از مناطق فلوریدا ممنوع است.

بورکینافاسو

بورکینافاسو که بزرگترین تولیدکننده پنبه آفریقا است؛ کشته پنبه تراریخته را از سال 2016 به دلیل نگرانی های اقتصادی و کیفی ممنوع کرده است.

کنیا

کشت پنبه Bt در کنیا قانونی است؛ البته سازمان ملی ایمنی زیستی این کشور از سال 2016 تائید پنبه Bt را مشروط به تائید آن از جانب سازمان ملی مدیریت محیط زیست این کشور کرده است. دولت در حال ترویج کشت این نوع پنبه است و انتظار دارد تولید آن به میزان قابل توجهی افزایش یابد؛ به گونه ای که بتواند تقاضای داخلی را پوشش دهد.